1、第五节 地铁设计实例,一、工程概况二、设计要求三、结构形式四、计算条件五、围护结构计算六、车站使用阶段横向 框架结构计算七、车站纵向分析八、抗浮验算九、抗震要求十、人防验算十一、结构防水,一工程概况,车站位于市中心，周围建筑较多，交通复杂，有大量的地下管线，埋深较大。车站为地下标准乙级站，且为换乘站。站台长度120m，车站设计内净总长176m，内净宽度19.6m。车站建筑要求站台层净高4m，站台至轨道底板面1.59m。车站标准段基坑开挖深度15.32m，端头井深度17.02m,换乘段基坑深度21.99m。车站建成后上面为道路。,图419 车站地下连续墙及支撑平面图,图420 车站基坑纵剖面图,
2、二设计要求,结构形式和施工方法的选择，应考虑工程水文地质、总体规划要求、环境条件和道路交通状况并对技术、经济、工期、环保和使用效果作综合比较。按有关设计规范对其在施工阶段和使用阶段根据承载能力极限状态及正常使用极限状态的要求，进行强度、刚度、稳定性和抗浮计算，并进行抗裂和裂缝开展宽度验算。,三结构形式,本车站结构形式为双层双柱三跨框架结构。覆土3m，其中有三跨为与其他线车站的换乘段。车站标准段围护结构采用0.8m厚、28m深地下墙。车站标准段剖面图如图 421。,图421 车站标准段剖面图,四计算条件,荷载标准平时荷载1)站厅层、站合层、楼梯和车站人员管理用房等部位的人群荷载，取4kPa；2)
3、内部设备控等效面载8kPa计算，特殊设备为什；3)地面车辆荷载按折算等效均有荷载取20kPa；4)覆土荷载取19kNm3，覆土厚度取3m；5)列车车辆荷载按6节编组考虑，轴重14t，折算等效静载20kPa；6)水土侧压力原则上按朗金土压力理论 ；7)施工堆载取20kPa。,地震荷载1)地震荷载参数 水平地震系数Kh取0.1，垂直地震系数Kv取(1/22/3)Kh。（验算结构抗浮能力时考虑）。2)支承设置 被动侧设置水平弹簧支承，在框架底设置竖向弹簧支承。3)竖向荷载 顶板上覆土重、结构自重、0.5活载；底板反力取自重反力或水反力两种工况。人防荷载仅用作结构验算,荷载组合施工开挖阶段围护结构承受
4、荷载1)侧向水土压力；2)支撑预加轴力；3)地面施工荷载引起的侧向压力。使用阶段框架结构承受荷载1)荷载基本组合：结构自重、地面超载或地面车辆荷载、竖向土层重、水土压力、人群荷载或设备荷载、列车荷载等。,2)荷载偶然组合：结构自重、竖向土层重、水土压力及地震等效静载等；结构自重、竖向上层重、水土压力及人防等效静载等。工程材料钢筋混凝土及混凝土除满足强度需要外，还要考虑抗渗、抗侵蚀的要求；混凝土强度等级：车站内部结构柱采用C40，内衬、梁和墙采用C30，地下连续墙采用C30；地下墙、内衬、顶板和底板抗渗标号均采用S8。 钢筋采用级钢筋，钢结构构件一般采用A3钢。,工程地质概括车站地质结构剖面示意
5、图（见图422）。,图422 车站纵剖面与地质剖面,土的物理力学性能指标 表412,五围护结构计算,围护结构 车站标准段围护结构采用0.8m厚、28m深地下墙，人土深度比=0.83。支撑系统 采用609钢管支撑，对撑水平间距4m2m间隔布置，对撑部分不设围檩，对钢支撑施加预应力，其值按设计轴力的70控制。基坑稳定性验算 经计算，抗隆起安全系数、抗滑动安全系数、抗倾覆安全系数、整体稳定性、抗管涌稳定性均满足规范要求。,基本假定如下： 采用弹簧模拟地基对墙体的作用。非加固区KH最大值为10000kN/m3，加固区KH最大值采用20000kN/m3，分布形状为基底以下5m内按直线变化,5m以下按矩形
6、分布。,图423 计算简图,基坑强度变形计算,墙背侧土压力荷载假定为直线分布，采用朗金主动土压力理论，按水土分算计算。,式中：hi各层土的厚度； 在地下水位以上取各层土的天然容重，以下取为各层土的浮容重； w水的容重； 土的内摩擦角； q地面超载。,深层h处土压力强度:,采用顺筑法施工，支撑的垂直位置需经过对比设计加以优化，既要满足施工要求，又要起到减少地下墙内力和配筋量的目的。最下一道支撑至基坑底面的距离控制在2.5m左右。 围护结构计算工况如图424，计算结果见图425。,图424 标准段工况图（12种不同开挖、支撑、内框架浇注工况）,图425 弯矩和剪力图,地下墙配筋计算 在基坑开挖中，
7、支撑预加应力值为计算支撑力的70左右，因此地下墙配筋计算中，应考虑支撑预应力的作用。 地下连续墙的配筋图见图426。,图426 地下连续墙的配筋图（单位：mm),图426 地下连续墙的配筋图（单位：mm),基坑设计中应注意的问题 地下水位为0.5m；1层为承压含水层。当换乘段开挖至基坑底21.99m时，其下卧土层厚约7.5m左右，而承压水压力为245kPa，下卧土层不能抵抗承压水压力，因此本车站换乘段基坑开挖时不仅要降地下水（潜水），还要对承压水采取减压措施，即降低承压水压力。,六、车站使用阶段横向 框架结构计算,图427 使用阶段弯矩图(kN),图428 使用阶段剪力图(kN),图429 框
8、架配筋图（单位:mm),车站主体结构和地面结构主要截面尺寸 表413,七、车站纵向分析,车站顶板、顶纵梁，中板、中纵梁，底板和底纵梁设置诱导缝，车站纵向诱导缝间距原则上为24m，设置在1/3跨度处；采用800mm厚刚性接头衔接地下墙；底板、中板、顶板的纵向合筋率均取0.4（双面）左右。,八、抗浮验算,矩形框架受浮力作用进行横向框架内力计算时，只考虑结构自重、覆土重量、地下墙可用的抗浮摩阻力以及作用在底板面上的全部浮力；地下墙与土体的摩阻力取5kPa；地下水位按地面以下0.5m考虑，建成后使用阶段抗浮安全系数大于1.10；,九、抗震要求,车站结构抗震烈度为7度，设防分类为乙级，按8度采取相应抗震构造措施，抗震等级定 为二级，以提高结构和接头处的整体抗震能力。,若底板不设倒滤层，应在底板设置泄水孔 ；增加结构自重或在底板下设置土锚和抗拔桩是使用阶段主要的抗浮措施。,图430 人防计算简图,战时荷载下，只验算结构承载力。人防抗力按6级进行结构强度验算。人防计算简图如图430，平时配筋率能满足战时要求。,十人防验算,十一结构防水,遵循“以防为主，刚柔结合，因地制宜，综合治理”的原则；车站主体结构以混凝土自防水为主，围护结构的抗渗标号为S8；车站诱导缝设置间距24m左右；顶板和底板诱导缝和处均设置埋入式止水带；围护结构的墙缝用水泥基结晶防水涂料。,
