北京地铁10号线二期 玉泉营站 主体围护结构计算书.doc

计算书目录1.计算模式12.荷载组合及分项系数13.围护结构断面计算13.1.西盾构段基坑断面计算（取CJL15钻孔）13.2.东盾构段基坑断面计算（取XYQS22钻孔）63.3.标准段基坑断面计算（取X-YQS21钻孔）113.4.钢支撑计算163.5.冠梁配筋计算193.7挡土墙配筋计算193.8腰梁计算203.9围护桩配筋计算204车站抗浮计算224.1西盾构井处抗浮验算224.23-7轴结构抗浮计算234.37-26轴结构抗浮计算234.4东盾构段结构抗浮计算241. 计算模式围护结构按平面问题进行分析，取“荷载-结构”模式，采用弹性有限元法进行结构计算。本设计按“增量法”原理模拟施工开挖、支撑和回筑的全过程进行计算，计入了“先变形、后支撑”对围护结构内力的影响；安装钢支撑时施加预加力按钢支撑设置轴力的40%60计；地层与围护结构的共同作用采用水土压力及一系列不能受拉的弹簧进行模拟，如该弹簧的抗力大于被动土压力，则将应力超量向下层土体转移。计算计算采用同济启明星深基坑分析计算软件FRWS 4.0。由于车站主体所处地质条件相差不大，因此计算主要选取前泥洼站基坑深度不同处及支护结构不同处的典型断面分别进行计算。本站抗浮设防水位按照39.0m计算围护结构的弯矩设计值M、剪力设计值V及轴力设计值N按下列公式计算：； (其中取1.1)2. 荷载组合及分项系数2.1.1. 永久荷载1、结构自重：钢筋混凝土结构重度=25kN/m3。2、地层压力：竖向压力按计算截面以上全部土柱重量计算；施工期间作用在围护结构上的主动区土压力按朗金公式的主动土压力计算。3、水压力：施工期间最不利水位按基坑底面下1.0m计算。2.1.2. 可变荷载地面超载：非盾构段按20KN/m2考虑；盾构段按30KN/m2考虑。3. 围护结构断面计算3.1. 西盾构段基坑断面计算（取CJL15钻孔）一、工程概况 玉泉营西盾构区CJL15基坑开挖深度为18.438m，采用F10001600灌注桩围护结构，桩长为23.438m，桩顶标高为43.5m。计算时考虑地面超载30kPa。 共设4道支撑，见下表。中心标高（m）刚度（MN/m2）预加轴力（kN/m）42169.1513435.41183.832029.76183.830428.26187.2728 二、地质条件 场地地质条件和计算参数见表1。地下水位标高为24.06m。表1土层层底标高(m)层厚(m)重度(kN/m3)j(°)c(kPa)渗透系数(m/d)压缩模量(MPa)m(kN/m4)kmax(kN/m3)142.620.8816.52006000100001-142.120.5171015250010000241.12119.420258500150002-135.026.119.53001500015000333.521.520.538025080500003-232.620.92032017280200004-131.221.419.524.7106.220351.830000418.7212.5214002800090000三、工况工况编号工况类型深度(m)支撑刚度(MN/m2)支撑编号预加轴力(kN/m)1开挖2.52加撑1.5169.1511343开挖9.094加撑8.09183.823205开挖14.746加撑13.74183.833047开挖18.448换撑17.941967.219加撑15.24187.2742810拆撑311换撑9.59983.6112拆撑213换撑3.691721.3114拆撑115拆撑4工况简图如下： 四、计算 车站主体基坑安全等级为一级，变形控制保护等级为一级。围护结构最大水平位移<0.2%H，且不大于30mm。对于本段18.438m深基坑，水平位移计算值8mm，满足要求。3.2. 东盾构段基坑断面计算（取XYQS22钻孔）一、工程概况 玉泉营东盾构YQS22基坑开挖深度为18.397m，采用F10001600灌注桩围护结构，桩长为23.397m，桩顶标高为43.8m。计算时考虑地面超载30kPa。 共设4道支撑，见下表。中心标高（m）刚度（MN/m2）预加轴力（kN/m）42.3169.1513435.85183.834830.2183.837528.7187.428 二、地质条件 场地地质条件和计算参数见表1。地下水位标高为24.4m。表1土层层底标高(m)层厚(m)重度(kN/m3)j(°)c(kPa)渗透系数(m/d)压缩模量(MPa)m(kN/m4)kmax(kN/m3)1-142.311.491710152500100002-136.016.319.53001500015000333.812.220.538025080500003-232.411.42032017280200004-131.710.719.524.7106.220351.8300004-230.611.1203502100025000418.7111.9214002800090000三、工况工况编号工况类型深度(m)支撑刚度(MN/m2)支撑编号预加轴力(kN/m)1开挖2.52加撑1.5169.1511343开挖8.954加撑7.95183.823485开挖14.66加撑13.6183.833757开挖198换撑17.81967.219加撑15.1187.442810拆撑311换撑9.42860.6612拆撑213换撑4.051721.3114拆撑115拆撑4工况简图如下： 四、计算 车站主体基坑安全等级为一级，变形控制保护等级为一级。围护结构最大水平位移<0.2%H，且不大于30mm。对于本段18.397m深基坑，水平位移计算值7.9mm，满足要求。3.3. 标准段基坑断面计算（取X-YQS21钻孔）一、工程概况 玉泉营标准段（YQS21）基坑开挖深度为16.7m，采用F10001800灌注桩围护结构，桩长为21.2m，桩顶标高为43.393m。计算时考虑地面超载20kPa。 共设3道支撑，见下表。中心标高（m）刚度（MN/m2）预加轴力（kN/m）41.8968.958035.64144.0833029.99144.08211 二、地质条件 场地地质条件和计算参数见表1。地下水位标高为25.693m。表1土层层底标高(m)层厚(m)重度(kN/m3)j(°)c(kPa)渗透系数(m/d)压缩模量(MPa)m(kN/m4)kmax(kN/m3)142.470.9216.52006000100002-141.271.219.53001500015000239.671.619.420258500150002-134.974.719.53001500015000333.771.220.538025080500003-232.371.42032017280200004-131.870.519.524.7106.220351.8300004-230.571.3203502100025000425.774.82140028000900004-225.270.5203502100025000419.276214002800090000三、工况工况编号工况类型深度(m)支撑刚度(MN/m2)支撑编号预加轴力(kN/m)1开挖2.52加撑1.568.951803开挖8.754加撑7.75144.0823305开挖14.46加撑13.4144.0832117开挖16.78换撑16.12285.719拆撑310换撑9.23100011拆撑212换撑3.85200013拆撑1工况简图如下： 四、计算 车站主体基坑安全等级为一级，变形控制保护等级为一级。围护结构最大水平位移<0.2%H，且不大于30mm。对于本段16.7m深基坑，水平位移计算值5.9mm，满足要求。根据围护结构断面计算结果，弯矩标准值Mk、剪力标准值Vk、轴力标准值Nk汇总如下：内力标准值西盾构段东盾构段标准段Mk819.6817801.5Vk452.1509.2474.4单根支撑Nk182.8183.8152.7418464.8451.1458.1545.5324.8323.6383.33.4. 钢支撑计算钢支撑按压弯构件计算，钢支撑设计轴力由上表知：标准段第二道撑（直撑）设计轴力较大： 钢支撑跨度：L=20.1m东盾构段第三道支撑（斜撑）设计轴力较大： 钢支撑跨度：L=14.707m3.4.1. 标准段第二道支撑钢支撑采用直径600mm，壁厚16mm钢管。钢支撑两端铰接，钢支撑长度系数：；钢支撑计算长度：根据钢管截面可计算钢管回转半径：钢管抗弯截面模量：钢支撑的长细比：根据钢结构设计规范（GB50017-2003）附录C表C-2（按b类截面），查得钢支撑受压的稳定系数；钢支撑自重设计值：钢支撑自重的支座弯矩设计值：；根据建筑基坑支护技术规程（JGJ120-99）规定，钢支撑应考虑安装误差产生的偏心弯矩的作用，偏心距可取支撑计算长度的1/1000，本设计钢支撑计算长度为，故偏心距：。 为了安全起见，本设计取偏心距为0.025。由于安装偏心造成的附加弯矩：钢管截面塑性发展系数：钢管强度验算：钢管稳定性验算：（其中，）满足正常使用的要求。3.4.2. 东侧盾构段第三道支撑钢支撑采用直径600mm，壁厚16mm钢管。钢支撑两端铰接，钢支撑长度系数：；钢支撑计算长度：根据钢管截面可计算钢管回转半径：钢管抗弯截面模量：钢支撑的长细比：根据钢结构设计规范（GB50017-2003）附录C表C-2（按b类截面），查得钢支撑受压的稳定系数；钢支撑自重设计值：钢支撑自重的支座弯矩设计值：；根据建筑基坑支护技术规程（JGJ120-99）规定，钢支撑应考虑安装误差产生的偏心弯矩的作用，偏心距可取支撑计算长度的1/1000，本设计钢支撑计算长度为，故偏心距：。 为了安全起见，本设计取偏心距为0.02。由于安装偏心造成的附加弯矩：钢管截面塑性发展系数：钢管强度验算：钢管稳定性验算：（其中，）满足正常使用的要求。3.5. 冠梁配筋计算3.6.1 受力主筋箍筋弯矩设计值：先按照最小的设计截面尺寸 800mmx1000mm。按强度计算受力主筋：，实际共配 725。3.6.2 箍筋箍筋按最小配筋率配置，冠梁实配10150（四肢箍）。分别进行受剪截面尺寸及受剪承载力验算：剪力Q=0.5*136.2*1.25*1.1*6.6=618KN1、 按照最小受剪截面尺寸验算按混凝土规范式7.5.1-1，故满足要求。2、 受剪承载力验算 按混凝土规范式7.5.4-2：故配置 10150（四肢箍）满足要求。3.6.3 纵向构造筋及拉筋纵向构造筋：每侧按最小配筋率配筋，最小配筋面积，实配816拉筋：按构造配置，实际配置 10300。3.7 挡土墙配筋计算挡土墙设计截面尺寸：厚度250mm。挡土墙按照0.5m设计。挡土墙内力计算时考虑土体侧压力和地面活载，计算如下： 主动土压力系数： 弯矩设计值：土压力作用点位置： 按强度计算受力主筋： 最小配筋率配筋：=0.45*1.43*1000*250/300=536mm2实配 14200（双面配筋）。 按最小配筋率配置纵向分布筋：，实配 10250。3.8 腰梁计算3.8.2 钢腰梁腰梁构造：工45b双拼并夹两块钢板，钢板高度350mm，厚度20mm。腰梁内力由直撑计算：腰梁整体抗弯截面模量：故满足要求。3.9 围护桩配筋计算3.9.1 标准段围护桩1、受力主筋桩弯矩设计值：桩剪力设计值：截面尺寸1000mm，按强度计算配筋，实配 2025。2、箍筋设计配箍采用 10100，分别进行受剪截面尺寸及受剪承载力验算。（1）受剪截面尺寸验算按混凝土规范式7.5.15，桩的等效截面尺寸为：； 按混凝土规范式7.5.1-1，故满足要求。（2）受剪承载力验算 按混凝土规范式7.5.4-2： 故满足要求。3.9.2盾构段围护桩1、受力主筋桩弯矩设计值：桩剪力设计值：截面尺寸1000mm，按强度计算配筋，实配 2225。2、箍筋设计配箍采用 10100，分别进行受剪截面尺寸及受剪承载力验算。（1）受剪截面尺寸验算按混凝土规范式7.5.15，桩的等效截面尺寸为：； 按混凝土规范式7.5.1-1，故满足要求。（2）受剪承载力验算 按混凝土规范式7.5.4-2： 故满足要求。 4 车站抗浮计算4.1 西盾构井处抗浮验算结构高度： 14.9m结构长度： 13.7m结构宽度： 24.4m 地面标高： 43.50m 设防水位： 39m 覆土厚度： 3.338m 水浮力： Fw1000x（14.9-1.16）x13.7x24.4*10/1000 45930kN覆土重： G120x3.338x24.4x13.722317kN 结构自重： 车站断面混凝土结构截面积（顶板、中板、底板、站台板、侧墙、纵梁）从CAD量得：98.11m2 G225x98.11x13.7 33603kN隔墙： G3=（6.472+6.737+14.8+15.05）*0.3*20*14.9 =3849.5kN框架柱： G4=8.4*1*4*20=672kN装修层：G5=299*0.15*4*20=3588总抗浮力： FgG1+G2+G3+G4+G5 22317+33603+3849.5+672+358864029.5kN 抗浮系数： KFg/Fw 64029.5/459301.39>1.05,满足要求。满足抗浮设计要求。4.2 3-7轴结构抗浮计算取每延米车站结构进行抗浮验算。结构高度： 13.5m结构宽度： 20.8m 地面标高： 43.39m 设防水位： 39m 覆土厚度： 3m 水浮力： Fw1000x（13.5-1.393）x1x20.8*10/1000 2518kN 覆土有效重力： G120x3x20.8x1 1248kN 结构自重： 车站断面混凝土结构截面积（顶板、中板、底板、侧墙、纵梁）从CAD量得：63.423m2 G225x63.423x1 1585.58kN 框架柱自重： G325x1/3.3*2*7.07 107.12kN 隔墙自重： G4=3.9*0.25*13.5*20=263.25kN 装修层自重 G5=1*20.8*4*20*0.15=249.6kN总抗浮力： FgG1+G2+G3+G4+G5 1248+1585.58+107.12+263.25+249.63454kN 抗浮系数： KFg/Fw 3454/25181.37>1.05满足抗浮设计要求。4.3 7-26轴结构抗浮计算取每延米车站结构进行抗浮验算。结构高度： 13m结构宽度： 20.8m 地面标高： 43.39m 设防水位： 39m 覆土厚度： 3.838m 水浮力： Fw1000x（13.5-1.16）x1x20.8*10/1000 2566.7kN 覆土有效重力： G120x3.838x20.8x1 1596.6kN 结构自重： 车站断面混凝土结构截面积（顶板、中板、底板、侧墙、纵梁）从CAD量得：62.773m2 G225x62.773x1 1569.33kN 框架柱自重： G325x1/3.3*2*（7.07-0.7*0.5*2） 96.5kN 隔墙自重： G4=2.55*0.25*13*20=165.75kN 装修层自重 G5=1*20.8*4*20*0.15=249.6kN总抗浮力： FgG1+G2+G3+G4+G5 1596.6+1569.33+96.5+165.75+249.63677.78kN 抗浮系数： KFg/Fw 3677.78/2566.71.43>1.05满足抗浮设计要求。4.4 东盾构段结构抗浮计算结构高度： 14.5m结构长度： 14.2m结构宽度： 24.4m 地面标高： 43.80m 设防水位： 39m 覆土厚度： 3.68m 水浮力： Fw1000x13.378x14.2x24.4*10/1000 46352kN覆土重： G120x3.68x24.4x14.225501kN 结构自重： 车站断面混凝土结构截面积（顶板、中板、底板、站台板、侧墙、纵梁）从CAD量得：91.5m2 G225x91.5x14.2 32482.5kN隔墙： G3=31.6*0.25*20*14.5 =2291kN框架柱： G4=8.12*1*4*20=649.6kN装修层：G5=346.5*0.15*4*20=4158kN总抗浮力： FgG1+G2+G3+G4+G5 25501+32482.5+2291+649.6+415865082.1kN 抗浮系数： KFg/Fw 65082.1/463521.40>1.05,满足要求。满足抗浮设计要求。