关于地铁明挖车站平面模干探讨型结构计算的若

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1、关于地铁明挖车站平面模干探讨型结构计算的若姚国钰中铁上海设计院集团有限公司天津市300000摘要：随着我国经济高速发展和基础建设投资的加大，轨道交通建设在国内多个大中城市己经掀起了新一轮的建设高潮。根据目前国内地铁设计的现状，地铁车站大部分均以明挖施工居多，而明挖地铁车站结构设计通常采用的是将多跨的车站结构视为平面问题考虑，即选择lm横向有柱板带进行内力分析计算，将车站全长的横向配筋采用同一模式，这种平面简化模型在特定的条件下能够得到车站结构受力的近似解。笔者通过多年设计实践，对平面模型适用范围、建模注意事项，及计算结果修正三方面进行进行研宄总结，以供设计人员参考。关键词：梁板相对刚度；平

2、面计算模型1、引言在明挖地铁车站结构设计中，计算模型按照结构的实际工作条件建立，并应反映结构与周围地层的相互作用。目前国内外用于理论计算的力学模型可归纳为两种：(1)作用-反作用模型(Action-reactionModel)，例如弹性地基框架、弹性地基圆环(全部支承或部分支承等)，这种模型亦可称为荷载-结构模型，或简称结构力学法。(2)连续介质模型(ContinuumModel),也括解析法和数值法2种。解析法乂可分为封闭解和近似解，目前逐渐被数值法取代。数值法中以有限元法(FEM)为主。这种模型亦可称为地层-结构模型，或简称连续介质力学方法。由于这种简化方法与结构的几何特性以及受力状况

3、存在较大区别，造成平面简化方法计算出的结构内力不能客观、完全的反映结构的实际内力分布情况。目前国内一些设计人员己经逐渐认识到平面模型的不足，但由于其建模方便、计算速度快、容易掌握，仍然是倍受设计人员青睐。笔者以部分己建成明挖车站设计实践为例，对平面模型建模、应用范围及计算结果修正方面进行探讨。2、正文2.1、平面模型的适用范围明挖地铁车站结构设计通常采用的是将多跨的车站结构视为平面问题考虑，即选择lm横向有柱板带进行内力分析计算，将车站全长的横向配筋采用冋一模式。这种平面简化模型计算分析简单、运算耗时少、理论较为成熟，应用较为广泛，但却只能在特定的条件下能够得到车站结构受力的近似解。这是因

4、为柱上的板带只能产生横向挠曲，其受力特性接近单向板；而纵梁跨中板带，由于此处纵梁挠度大，不仅能产生横向挠曲，也能产生纵向挠曲，其受力特性接近双向板。为了能解决以上问题，通过三维建模计算，研究选择设计合理的梁板刚度，明确和控制现浇板的受力方式，使其符合现有平面分析计算理论。研究表明，现浇板的变形及内力分布与梁板相对刚度比密切相关。以顶板为例，通过比对各刚度下柱端、墙端、边跨、中跨四个位置处弯矩云图的变化发展规律（如图2.1-1~2.1-4所示），可以看出：纵向弯矩主要延纵梁方向发生明显变化，横向弯矩变化主要集中在柱上板带柱顶部和跨中板带跨中位置。随着刚度比的增大，柱上板带纵向最大正弯矩在逐渐

5、减小，跨中板带纵向最大正弯矩在逐渐增大，而柱上板带和跨中板带纵向最大负弯矩都随刚度比增加而逐渐减小。当梁板刚度比大于13时，跨中板带与柱上板带正负弯矩的极值及其接近，此时弯矩变化相对稳定，此吋可将柱上板带和跨中板带受力近似看做同一模式。图2.1-3刚度比=1横向（X轴）弯矩云图图2.1-4刚度比=17横向（X轴）弯矩云图为了能使研宄成果接近实际情况，通过对国内部分己建车站纵向分布钢筋与横向受力钢筋的面积关系进行汇总比较分析。通常明挖车站梁板相对刚度比一般控制在11〜21范围之内；通常车站受力是将纵向弯矩作为主受力方向设计考虑的，需要对纵向受力进行承载力极限状态配筋计算和正常使用极限状态验算

6、，而横向受力只需要按照经验进行构造配筋。当梁板相对刚度大于11时，分布钢筋通常按照构造配置即可。当梁板相对刚度小于11时，需要考虑横向弯矩对车站的影响，纵向钢筋配置需要依据具体计算而定。2.2平面模型的建立与计算分析方式的选择2.1平面计算模型的选择明挖车站围护（桩、墙）结构按照以下2种方式进行考虑：（1）将围护结构作为一•种永久性刚度储备考虑，计算模型不考虑围护结构。实践表明在结构使用阶段，随着吋间增长，围护（桩、墙）结构所承受的外部荷载因材料性能退化和刚度下降而向内部砌衬转移，此吋围护（桩、墙）结构必须考虑刚度的折减。对于围护（桩、墙）结构的折减系数，由于每个地区的工程地质各不相同，折

7、减系数必须依据当地的工程经验确定。对于缺乏工程经验的地区，可将荷载按照直接作用在内衬墙上去考虑，而将围护结构作为内衬墙的安全刚度储备。计算模型中不考虑围护结构，计算结果偏于保守。（2）计算模型中考虑围护结构为了充分发挥刚度较大的围护（桩、墙）结构的挡土、挡水作用，近年来地铁设计中以广泛采用了将围护结构作为主体一部分的做法，而且正在发展中。其组合方式和结构防水方案的选择相互影响，同吋依据地区工程经验考虑围护（桩、墙）结构的