地铁车站结构计算课件.ppt
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1、地铁车站计算,提纲,明挖结构一、围护结构计算二、主体结构计算 暗挖结构一、常见结构型式及施工方法二、结构计算,明挖结构一、围护结构计算二、主体结构计算,围护结构计算常用软件有:理正深基坑、同济启明星、SAP84等。以及一些地方软件如武汉地区的天汉软件等。,(一)常用计算软件,一、围护结构计算,明挖结构,以上基坑计算软件的原理: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计算。计算按“增量法”原理模拟施工开挖、支撑和回筑的全过程进行;地基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。增量法的基本原理:每一施工步骤的外荷载和所求得的结构位移、内力都是相对
2、于前一阶段完成后的增量。本步的增量位移、内力需与之前的所有阶段的增量位移、内力叠加后方可得到本步完成后结构的实际位移、内力。,(二)基本原理,一、围护结构计算,明挖结构,设:第一步的增量位移、内力结果为R1 第二步的增量位移、内力结果为R2第n步的增量位移、内力结果为Rn则:第一步的位移、内力结果为R1=R1 第二步的位移、内力结果为R2=R1+R2=R1+R2第n步的位移、内力结果为 Rn=Rn-1+Rn=R1+R2+R3+Rn-1+Rn,(二)基本原理,一、围护结构计算,明挖结构,(三)施工步骤,一、围护结构计算,施工步骤的书写应与计算工况、计算图式一致,应正确理解“先变形、后支撑”的含义
3、。(以地下二层、四道支撑的明挖车站的施工步骤为例)1.dwg,通俗地讲,每一次开挖以后支撑不可能马上设置好。如钢支撑需要吊运、拼接、起吊、顶紧;混凝土支撑需要绑扎钢筋、立模板、浇筑混凝土、养护。这些都需要比较长的时间,围护结构内力、位移的大部分发生在这个时间段里。正是因为每次开挖以后支撑不能及时设置,才有了“先变形、后支撑”。每一步的计算工况是指该步开挖完成,支撑即将设置还未设置时的状况。,明挖结构,(四)计算图式,一、围护结构计算,(以地下二层、四道支撑明挖车站开挖阶段为例),从图中可以看出,每一步所施加的荷载均是相对于前一阶段完成后的增量;每一步的计算图式均与该步的工况一致,也与施工步骤一
4、致。,明挖结构,(五)计算荷载,一、围护结构计算,明挖结构,(五)计算荷载,一、围护结构计算,以上荷载中,土压力是地铁车站承受的主要荷载,其选用是否得当关系到结构的安全度。土压力有主动土压力Ea、被动土压力Ep、静止土压力E0之分,三者大小关系:EaE0 Ep土压力的选取:a、合算的规定:施工阶段:对粘性土层采用水土合算,对砂层采用水土分算。但有地区经验时可以全部采用水土合算。使用阶段:一律采用水土分算。b、侧压力的选用:施工阶段:一般采用主动土压力,对变形有严格要求时采用静止土压力。使用阶段:采用静止土压力。,明挖结构,(五)计算荷载,一、围护结构计算,c、侧压力的计算:水土侧压力有三种模式
5、:矩形土压力、三角形土压力、经验土压力。矩形土压力、三角形土压力按郎肯(朗金)土压力理论计算。其中三角形土压力很少采用,多数采用矩形土压力和经验土压力。,矩形土压力,三角形土压力,矩形土压力按郎肯(朗金)土压力理论计算。经验土压力=经验土压力系数x土体竖向应力。,明挖结构,对于盖挖顺筑、盖挖逆筑、或非长条形基坑的围护结构,需要正确模拟支撑或结构板的刚度,计算方法同前。,(六)其他形式的围护计算,一、围护结构计算,明挖结构,(一)结构型式,二、主体结构计算,根据围护结构与主体结构的关系,主体结构侧墙可有单一墙、叠合墙、复合墙、临时墙四种形式。(1)单一墙:围护结构直接作为主体结构侧墙,不另作参与
6、结构受力的内衬墙。围护结构应采用连续墙,且槽段之间的接头需做特殊处理。由于单一墙的结构耐久性不能得到保证,现在已经很少采用。(2)叠合墙:围护结构作为主体结构侧墙的一部分,与内衬墙组成叠合式结构,通过结构和施工措施,保证叠合面的剪力传递。围护结构多采用连续墙,在连续墙对应于内衬结构板的位置预埋钢筋接驳器以保证围护与主体结构顶、底板、楼板节点的刚接,并对连续墙与内衬墙的接触面做凿毛处理或设置足够的连接筋。,明挖结构,(一)结构型式,二、主体结构计算,(3)复合墙:围护结构作为主体结构侧墙的一部分,与内衬墙组成复合式结构,墙面之间不能传递剪力、弯矩,只传递法向压力。此时,围护结构可采用钻孔桩、连续
7、墙等。(4)临时墙:围护结构仅作为施工期的临时支挡,使用阶段侧向荷载全部由内衬墙承受。此时,围护结构型式有放坡开挖、重力式挡墙、土钉墙支护、SMW桩支护、以及其他类型的临时支护。其中,复合墙结构应用最为广泛;叠合墙结构在上海市应用比较普遍,也可用于逆筑法施工的地下结构。,明挖结构,(二)计算图式,二、主体结构计算,围护结构与主体结构侧墙之间采用受压连杆模拟。侧向荷载:围护结构承受水土分算的静止土压力,内衬墙承受静水压力。(常见错误:把内衬墙与围护剥离开来,单独承受静水压力。),复合墙计算图式,明挖结构,(二)计算图式,二、主体结构计算,连续墙作为主体结构侧墙的一部分,叠合后将二者视为整体墙。侧
8、向荷载:围护和内衬墙共同承受水土分算的静止土压力+水压力。(单一墙计算图式类似叠合墙),叠合墙计算图式,明挖结构,(二)计算图式,二、主体结构计算,侧向荷载:内衬墙承受水土分算的静止土压力+水压力。,临时墙计算图式,明挖结构,(二)计算图式-柱尺寸的输入,二、主体结构计算,沿车子纵向取1米按横向框架计算时,由于柱子主要承受轴力作用,弯矩很小,因此输入软件里的柱尺寸按等截面积折算到每延米上。如左图中柱横向尺寸h,纵向尺寸b,柱跨为L。输入软件的柱尺寸:h=图中的h b=图中的b/L,明挖结构,(三)计算荷载及组合,二、主体结构计算,明挖结构,荷载(略),荷载分项组合系数,(四)板墙配筋,二、主体
9、结构计算,明挖结构,根据计算的弯矩、轴力、剪力进行板墙的主筋及支座附近的箍筋配置。1、板墙主筋:一般地,顶、底板按纯弯构件配筋,楼板按压弯构件配筋,侧墙按纯弯构件配筋。2、板墙支座附近的箍筋:单肢箍与拉筋的异同点:拉筋和单肢箍的钢筋形状相同,都具有抗剪作用。但拉筋仅为构造要求,单肢箍需按抗剪计算确定;拉筋要求拉住两个方向上的钢筋,而单肢箍仅要求拉住主筋。板墙内单肢箍计算方法:将板墙视为宽度为1米,高度分别为板墙厚度的梁,按梁箍筋的计算方法进行板墙内的单肢箍计算。3、对裂缝宽度限值(控制值)的理解:地铁车站一般要求外侧的裂缝宽度限值0.2mm,内侧的裂缝宽度限值0.3mm。即要求裂缝宽度计算值应
10、接近限值,但不超过限值。并非裂缝宽度越小越好,否则设计就失去了控制。,(五)纵梁计算,二、主体结构计算,由于上述方法采用的是平面计算,可以得到横向构件板墙柱(每延米)的内力、位移,无法得到纵梁这些纵向构件的计算结果,因此纵梁需另行计算。常用5跨连续梁进行计算。,明挖结构,纵梁计算图式,(五)纵梁计算-梁上荷载,二、主体结构计算,断面计算的轴力图(KN/m),明挖结构,根据前面断面计算的柱上轴力,可得到纵梁荷载q:顶纵梁荷载q=N1 底纵梁荷载q=N4 楼板梁荷载q=N3-N2,(六)抗浮计算,二、主体结构计算,明挖结构,计算结构自重+覆土重、结构所受的浮力,并计算两者的比值K。(抗浮安全系数1
11、.05),不满足,计入围护结构的浮重,计算K。(抗浮安全系数1.05),不满足,计入围护结构的浮重+侧壁摩阻力,计算K。(抗浮安全系数1.15),不满足,设抗拔桩计算。主体+围护浮重+侧摩阻力+抗拔力,抗浮安全系数取1.15。,满足,结束,满足,满足,抗浮计算一般流程,当分段进行抗浮计算时,各段的计算标准应统一。,(六)抗浮计算,二、主体结构计算,抗浮计算常见问题:1、覆土重量计算:常见错误:地下水位以下的土容重不取浮容重。2、结构所受浮力计算:常见错误:浮力计算时高度取h3+h2。错误的原因:误以为土受到的浮力等于土所排出水的重量。带来的问题是:覆土厚度越大,误差越大。当按正确方法计算的抗浮
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