北京地铁八号线二期工程鼓楼大街站主体结构计算书

设计证书号： A112000056 工程号：2008(三)第02号

计算书

项目名称：北京地铁八号线二期工程

鼓楼大街站主体结构

设计阶段：施工设计

专业：结构

计算：徐骞

校核：王庆礼

审定：李立

中铁隧道勘测设计院有限公司

2010年06月

鼓楼大街站主体结构计算书

一、车站工程及地质概况

鼓楼大街站位于旧鼓楼大街道路下方，南北走向。车站为明挖三层框架结构，支护结构体系采用800mm厚地下连续墙和内支撑。车站长164.4m,标准段宽22.7m，高20.61m。标准段底板埋深24.12m。车站标准段为双柱三跨。

结构上覆土以杂填土①1、粉土填土①为主；车站主体主要位于细粉砂③

3

、粉细砂

④

4、细砂⑦

4

、粉质粘土⑥、⑥

1

、⑥

2

和中细砂⑨中；基底为粉土⑧

2

层与中细砂⑨

4

层。

该段地层无不良地质作用。

本场地赋存3层地下水，第一层：上层滞水，静止水位埋深5.30米，该层水不连续。

第二层：层间滞留水，静止水位埋深12.80～15.40米，该层水水量较小，不连续。

第三层：潜水，静止水位埋深27.00～28.10米，该含水层连续，水量丰富。抗浮设防水位按40.0m考虑，即地面以下约6.5m。

二、相关的国家标准与规范：

（1）《地铁设计规范》（GB50157-2003）

（2）《铁路隧道设计规范》（TB10003-2005）

（3）《锚杆喷射混凝土支护技术规范》（GB50086-2001）

（4）《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）

（5）《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）2006年版

（6）《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）2008修订版

（7）《地下工程防水技术规范》（GB50108-2008）

（8）《人民防空地下室设计规范》（GB50038-2005）

三、结构设计标准

（1）车站主体结构工程的设计使用年限为100年。

（2）工程结构的安全等级为一级，构件重要性系数取1.1。

（3）地铁的地下通道、通风亭均按一级耐火等级设计。

（4）车站防水等级均为一级。

（5）人防等级按5级设防。

（6）结构按8度抗震设防烈度进行抗震验算，梁柱连接节点按抗震等级三级采取构造措施，其他墙板连接节点按抗震等级三级采取构造措施。

（7）二衬混凝土裂缝控制等级为三级，即构件允许出现裂缝，裂缝宽度控制标准：迎土面≤0.2mm，其余≤0.3mm。

（8）结构抗浮安全系数不计侧壁摩阻力≥1.05，计侧壁摩阻力≥1.15。

四、结构计算原则

结构设计考虑地质条件、埋设深度、荷载、结构形式、施工工序等因素，按照信息化进行结构设计，工程类比法确定结构参数，并进行施工阶段和使用阶段的计算分析。结构构件根据承载力极限状态及正常使用极限状态的要求，分别对施工阶段、使用阶段进行下列计算及验算。

1）结构构件根据承载力极限状态及正常使用极限状态的要求，分别进行承载能力的计算和稳定性、变形及裂缝宽度验算；

2）结构的安全等级为一级，结构的重要性系数取1.1；

3）结构的裂缝控制等级为三级，即构件允许出现裂缝。裂缝宽度限值：迎水面不大于0.2mm，其他不大于0.3mm；

4）结构按8度地震设防烈度进行抗震设防，并采取相应的构造措施，以提高结构的整体抗震性能；

5）结构设计按5级人防的抗力标准进行验算，并在规定的设防位置采取相应的构造措施；

6）结构抗浮验算按最不利情况采用，当不考虑侧壁摩阻力时，其抗浮安全系数应大于1.05；

7）结构构件的设计应按承载力极限状态和正常使用极限状态分别进行计算，取其最不利组合进行设计；

8）结构设计应符合结构的实际工作条件和受力状态，切实反映结构与周围地层的相互作用。

五、结构材料及结构尺寸拟定

1、结构材料

顶板、侧墙、端墙、底板、顶、底梁：C40、P10钢筋混凝土；

中板、中梁：C40钢筋混凝土；

中柱：C50钢筋混凝土；边柱C50、P10钢筋混凝土；

钢筋：HPB235、HRB335级钢筋。

2、结构尺寸

顶板：800mm；负一层中板：400mm；负二层中板: 400mm；底板：1000mm。侧墙：700mm；

端墙：900mm；顶纵梁：1000×2000mm(宽×高)、950×2000mm(宽×高)；负一层中纵梁：1000×1000mm(宽×高)；负二层中纵梁：1000×1000mm(宽×高)；底纵梁: 1000×2200mm，1000mm×2430mm(宽×高)；柱：800×1000mm(宽×高)、1000×1300mm(宽×高)、800×700mm(宽×高)。

六、荷载计算及荷载组合

1、永久荷载

（1）土压力：采用静止土压力，计算如下：

车站顶板覆土厚h=3.5m，土重度γ=20KN/m3,顶板上方垂直土压力

q

土

=hγ=3.5×20=70KPa

根据车站结构高度范围内各土层高度和侧压力系数，加权平均值分别为

γ

平

=20KN/m3

λ

平

=0.38

侧土压力e

1=h

1

λ

平

γ

平

=3.5×0.38×20=26.6 KPa

侧土压力e

2=h

2

λ

平

γ

平

=24.12×0.38×20=183.3KPa

（2）水压力：采用抗浮水位净水压力，抗浮水位在地面以下 6.5m，抗浮水位下的水侧压力

W

1

=(24.12-6.5)×10=176.2 KPa

底板水压力W

2

=(24.12-6.5)×10=176.2KPa

结构自重：取实际重力，结构重度γ=25KN/m3

设备荷载：q

设备

=8 KPa

人群荷载q

人

=4 KPa

2、可变荷载

地面超载及其引起的侧压力：分别取20KPa和10KPa；

人群荷载：取q

人

=4 KPa；

3、偶然荷载

人防荷载：按5级人防取值,计算如下：

地面空气冲击波超压计算值△Pms=0.1MPa

地面空气冲击波按等冲量简化的等效作用时间t

2

=0.78S 土的计算深度h=3.5m

土的起始压力波速V

=348.6m/s

波速比γ=1.5

土的峰值压力波速V

1= V

/γ=500/1.5=186.3m/s

土的应变恢复比δ=0.57

土中压缩波的最大压力P

h =(1-(h/ t

2

/ V

1

)(1-δ)) △Pms

=(1-3.5/0.78/186.3×(1-0.57))×0.1×1000=99.0 KPa 顶板核爆动荷载综合反射系数K=1.33

防空地下室顶板的核爆动荷载最大压力P

c1=KP

h

=99×1.33=131.67 KPa

土的侧压系数ζ=0.39 土的底压系数η=0.8

土中结构外墙的水平均布核爆动荷载最大压力P

c2=ζP

h

=0.39×99=38.61 KPa

（这里P

h

为侧墙中点深度处的值）

土中结构底板上核爆动荷载最大压力P

c3= P

c1

η=131.67×0.8=108.5 KPa

顶板结构允许延性比【β】=2

外墙结构允许延性比【β】=2

底板结构允许延性比【β】=2

顶板动力系数K

d1

=2【β】/(2【β】-1)=1.33

外墙动力系数K

d2

=2【β】/(2【β】-1)=1.33

底板动力系数K

d3

=2【β】/(2【β】-1)=1.33

顶板等效静荷载标准值q

e1= K

d1

P

c1

=1.33×131.67=175.1 KPa

外墙等效静荷载标准值q

e2= K

d2

P

c2

=1.33×38.61=51.35 KPa

底板等效静荷载标准值q

e3= K

d3

P

c3

=1.33×108.5=144.3 KPa

地震荷载：按三级抗震等级，8度抗震设防烈度取值。

4、荷载组合：

基本组合：1.35×永久荷载+1.4×可变荷载；标准组合：永久荷载+可变荷载；偶然组合：1.2×永久荷载+偶然荷载

根据不同的荷载组合采用以上相应的荷载分项系数。

七.计算模型

1、计算假定

1）结构纵向取1米作为一个计算单元，作为平面应变问题来近似处理。

2）假定衬砌为小变形弹性梁，并离散为足够多个等厚度直杆梁单元。

3) 用布置于各节点上的弹簧单元来模拟围岩与围护结构、主体结构的相互约束；

假定弹簧不承受拉力，即不计围岩与结构间的粘结力；弹簧受压时的反力即为围岩对结构的弹性抗力。

4) 假定围护结构与主体结构之间只传递径向压力。

2、计算图示

土压

八、结构横断面计算

采用SAP2000程序进行计算，根据不同的断面，采用相应的等代框架单元进行建模计算。车站分2个横断面进行计算，选取抗浮水位作用下的工况，围护结构参与受力，承受侧土压力，主体结构承受水压力。车站顶部有还建建筑，还建要求规定车站顶部荷载合计不得超过100KN/m，综合考虑施工阶段及运营阶段，车站顶部荷载以100KN/m计。主体结构侧压力按100×ξ计（ξ为土的侧压力系数）。

1、标准段各组合内力图：

图1 抗浮水位标准组合弯矩（KN*m）

图2 抗浮水位标准组合轴力（KN）