明挖地铁车站结构计算探讨

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1、明挖地铁车站结构计算探讨摘要：地铁明挖车站一般属于浅埋地下工程的范畴，大部分属于直立式边墙的箱型钢筋混凝土结构，在明挖车站的结构设计中，最为重要的一个环节为结构计算，计算模型的正确合理性，决定了结构安全和经济性。本文对其进行阐述。关键词：明挖地铁车站结构计算中图分类号：U231文献标识码：A前言：8目前我国地铁设计中常用的这种平面计算模型在一般的条件下可以得出车站结构受力的近似解，但由于这种简化方法与车站结构的实际受力状况还是存在着较大的区别，并不能完全地反映结构的实际内力分布情况。因此在进行结构设计时一，常常被要求根据

2、各层板与纵梁的刚度比，确定跨中板带与柱上板带的内力分配系数，进行板的配筋设计。而只有根据实际情况，正确地建立三维空间模型计算，才能很明确地得出车站结构不同部位的内力分布情况，并以此为依据，结合平面计算模型确定出跨中板带与柱上板带的内力分配系数，从而指导板的配筋设计。结合地铁某站的实际情况，分别对其进行平面简化模型计算与空间三维模型计算，对其计算结果进行比较分析，找出其间的关联，期望得出对地铁车站结构设计有参考价值的结论。在地铁明挖车站设计中，基坑围护结构的整体稳定性计算是极其重要的，特别是在基坑周边地而上有建筑物或构筑物

3、时，围护结构的整体稳定性是能否保证安全施工和是否影响周边环境的重要环节。从大量明挖基坑的设计施工实践中，在用规范或规程的公式计算整体稳定性安全系数时，我们发现虽然大多数深基坑工程的整体稳定性是安全的，但安全系数的计算值却小于设计允许值，这表明计算公式和实际情况存在一定差距，对此，本文以上情况进行分析。一、工程背景1、地层状况在现有勘探深度内，地下水类型为潜水，属弱透水、弱富水层。结构计算时一不考虑地下水，土层的加权平均容重取19.3kN/m3，水的重度取10kN/m3。地面以下土层的水平基床系数为30MPa/m}竖直基床

4、系数为35MPa/m，加权平均水平侧压力系数取0.50。2、荷载状况1)地层土压力:覆土3.5m，土层容重为19.3kN/亩，水平压力按静止土压力计算。2)水压力:容重10kN/m303)地面超载:按20kPa计算。4)设备荷载:按8kPa计算(分区段加载)。5)人群荷载:按4kPa计算(分区段加载)。86)偶然荷载:按7度地震作用，6级人防。3、车站结构尺寸主要构件尺寸:顶板厚800(1000)mm，顶梁1000mmx1800mm，层板厚400mm，层板纵梁800mmx900mm，底板厚1000mm，底板纵梁1000m

5、mx2000mm，局部1000mmx2300mm，侧墙厚600mm车站为地下二层双跨结构，车站标准段宽度为18.90m。二、计算模型1、平面模型地铁车站一般为长通道结构，横向尺寸远小于纵向尺寸，故可简化为平面问题求解。用明挖顺作法修建的多跨多层矩形框架结构，可视为一次整体受力的弹性地基上的框架，以”荷载一结构”模式进行计算。围护结构与内衬墙间由两端铰接链杆模拟，只传递压力，产生拉力时消除链杆。地层对桩、墙的抗力由弹簧模拟。在有限元模型中，由于柱子延纵向不是连续设置的(即不是中隔墙)。故在建平面模型时要对其进行等效处理，有

6、以下2种处理办法:1)按刚度等效，折算成中隔墙，再取1延米“中隔墙”进行建模。计算结果除柱子所受轴力要反算回去外，其他部件均为每延米的受力。2)延车站纵向取中柱的前后各半跨4m(假设)，结构的力学参数、荷载均按纵向8m计算，计算结果柱子即为实际受力，其他部件为每88m的受力，需换算为每延米的受力进行配筋计算。一般情况常用前一种形式。主要荷载见图1图1地铁车站荷载图2、空间模型车站结构的顶板、中板、底板与侧墙用板壳单元模拟，梁柱用梁单元模拟。模型中的顶板、中板与侧墙均承受主动压力荷载，底板由只受压的曲面弹簧单元约束。计算模

7、型见图2图2车站空间计算模型3、计算结果与分析由于底板的受力在车站结构中最大，且比较典型，具有很强的代表性，所以只提取底板的计算结果进行分析。地铁车站设计中，应根据承载力极限状态和正常使用极限状态分别进行荷载组合，并采用最不利组合进行设计。采用标准组合进行计算。3.1平面计算结果平面模型采用第一种方式，按刚度等效，将柱子折算成中隔墙。柱间距分别为目前地铁中常见的7,8,9m。3.2空间计算结果为了能更好地观察空间的计算结果，本文按柱跨为7,8,9m分别建立了3个模型，分别提取了3个模型中底板的内力结果，具体结果见图3-5

8、图3柱跨为7m时底板内力结果8图4柱跨为8m时底板内力结果图5柱跨为9m时底板内力结果3.3计算结果对比分析如表1所示。表1计算结果对比从空间计算的结果得知跨中的正弯矩和侧墙处的负弯矩在不同板带处的差异很小，取较大值(柱上板带)配筋即可。而在纵梁处的负弯矩，跨中板带和柱上板带的数值差异较大，从计算结果可以看出，随着跨