维普资讯 http://www.cqvip.com 北京地铁某明挖车站结构设计江智鹏 勘察、设计 北京地铁某明挖车站结构设计 江智鹏 （铁道第四勘察设计院城建院武汉４３００６３） 【摘要】介绍了北京地铁某明挖车站结构设计的技术标准、主体结构有限元计算方法及基本假定，并利用有ＦＬ，Ｌ 软件ＳＡＰ８４对基本结构进行了计算，给出了各种工况下结构内力图。根据内力结果对主体结构进行了配筋和裂缝 宽度验算。以期对明挖地铁车站的设计提供一定的参考。 【关键词】弹性地基粱内力计算地铁车站结构 站顶板埋深３．０３／１０．２９６／３．７０ｍ，车站标准段横剖面 １ 工程概况 见图ｌ。 车站两端明挖段基坑深度约２０ｍ，围护桩穿 本车站位于十字交叉路口处。车站主体东西 过的土层有杂填土①层，粉质粘土③：层，粉土③ 两端位于绿地内，有条件采用工期短、投资省的 层，粉质粘土③ 层，粉砂细砂土③ 层，粉质粘 明挖法施工，为两层三跨框架结构；中部因交通 土④层，粉质粘土⑥层，粉土⑥ 层，粘土⑥ 层， 和地下管线的影响，采用暗挖法施工，为单层三 圆砾、卵石⑦层，粉砂、细砂⑦ 层，粉土⑦：层， 跨连拱结构。车站结构总长２１５．６ｍ，标准断面结 粉质粘土⑦，层，粉质粘土⑧层，粘土⑧ 层，粉 构总宽度２０．９ｍ。车站明挖段框架结构层高分别为 土⑧：层，细砂⑧ 层，细砂、中砂⑨。层，圆砾、 ５．８ｍ（站厅层）、６．６８ｍ（站台层），柱纵向间距为 卵石⑨ 层均属于Ⅵ级围岩。 ８．０ｍ ８．５ｍ，横向跨度为７．０００／６．２００／７．０００ｍ。车 ’建 靴 、 弹石、毫 ，ｌｌ石、 ！ ，。ｌ ，。ｏ０ 【上。ｌ ，叫 ｌＩ土０Ｉ ，。ｏ０ Ｉ 。 ５ｌ７ｏＪ 轨 Ｉ，。 ’ ０ Ｉ Ⅲ０ 。【。 ｏ 。 ， 蛭 １ 。。 １ 细＿碜、 ⑨， 图１车站标准段横剖面图 Ｊｌｆ ４ 铁道勘测与设计ＲＡＩＬＷＡＹ ＳＵＲｙＥＹ ＡＮＤ ＤＥＳＩＧＮ ２００６（４） 维普资讯 http://www.cqvip.com 江智鹏：北京地铁某明挖车站结构设计 （及全水头）。不考虑侧壁摩阻力时，抗浮安全系数 ２结构设计的技术标准 ｋｔ≥１．０５，适当考虑侧壁摩阻力时，抗浮安全系数ｋ，≥ １．１０。 ２．１荷载 ２．４抗震设防烈度 （１）顶板荷载 地震基本烈度为８度，地震作用按８度进行结 ①结构自熏：钢筋混凝土重度按￣／＝２５ｋＮ／ｍ３计。 构抗震计算。 ②覆土荷载：覆土荷载按重度￣ｙ＝ｌＳｋＮ／ｍ３计， ２．５人防 覆土厚度按规划道路标高计算及３．７ｍ计。 结构设计考虑平战转换，预留人防所需埋件，防 ⑨地面超载：汽车荷载标准：汽车．２０级，挂 护等级为５级。 车．１００或按超载２０ｋＮ／ｍ 计。 ２．６结构防水 ④吊顶自重：０．６ＫＮ／ｍ２计。 车站结构防水按一级标准进行设计。即不允许 ⑤设备管线荷载：１．４ＫＮ／ｍ 计。 渗漏水，结构表面无湿渍。主体结构和附属结构所 （２）中板荷载 用混凝土的抗渗等级《Ｓ８。 ①结构自重：钢筋混凝土重度按’ｙ＝２５ｋＮ／ｍ。计。 ②人群荷载：站厅层、楼梯按４ｋＮ／ｍ 计。 ３车站主体结构设计 ⑨装修面层自重：２２ｋＮ／ｍ ④吊顶自重：０．６ｋＮ／ｍ ３．１结构选型 ⑤设备管线荷载：１．４ＫＮ／ｍ 车站主体结构为地下二层三跨现浇钢筋混凝 ⑥隔墙折算自重：６７．０ｋＮ／ｍ 土框架结构。 ⑦设备荷载：８．０ｋＮ／ｍ：，特殊设备荷载另外考 采用有限元软件ＳＡＰ８４对车站主体进行了计 虑。 算，主体结构计算简化为底板置于弹性地基上的 （３）底板荷载 平面框架，围护桩作为临时结构，在主体结构使 ①结构自重：钢筋混凝土重度按ｙ＝２５ｋＮ／ｍ 用阶段计算时不考虑该构件对主体结构作用，对 计。 使用阶段的主体结构工况进行分析。计算采用结 ②人群荷载：站台层按５ｋＮ／ｍ 计。 构．荷载模式，按荷载最不利组合进行结构的抗 ③地铁列车荷载：按等效静载２０ｋＮ／ｍ 计。 弯、抗剪、抗压、抗扭强度和裂缝宽度验算。 ④浮力：按最高地下水位的全部水浮力及顶 ３．２结构计算模型的基本假定 板上的全水头计。 （１）主体结构按平面问题考虑，取单元长度进 （４）侧墙荷载 行结构分析及纵向柱距为一榀。 侧向水土荷载：基底以上为线性分布，基底以 （２）主体结构底板、侧墙按温克弹性地基梁 下为常数，开挖阶段为水土合算的静止土压力，使用 进行假设，基坑内的地体作用采用有限元计算中 阶段为水土分算的静止土压力。 离散的受压弹簧单元代替分布的地基，弹簧刚度 （５）水压力 按地基土压实系数进行计算。 结构计算时水压力按以下三种情况考虑：① （３）侧墙荷载按静止土压力计算，使用阶段采 考虑最不利水位承受全水头水压力，②水位位于 取水土分算。 中板中位置，③水位位于底板底下ｌｍ。 ３－３结构计算模型 ２．２最大计算裂缝宽度允许值 结构计算取标准段的横剖面进行建模，如图２。 迎水面：８≤０．２ｍｍ；背水面：８≤０．３ｍｍ。 ３．４主体结构框架计算荷载 ２．３抗浮 结构计算时水压力按以下三种情况考虑（表 车站结构按最不利情况进行抗浮稳定验算 １）：ａ）考虑最不利水位承受全水头水压力，ｂ）水 铁道勘测与设计ＲＡＩＬＷＡＹ ＳＵＲＶＥＹ ＡＮＤ ＤＥＳＩＧＮ ２００６（４） ５ 维普资讯 http://www.cqvip.com 铁道勘测与设计 ｕＩ３Ｏ Ｕ ３０ Ｉ１＝３０ 。至 言 薹 寮Ｉｌ 雯∞ 寮 ＩＩ 雯： ０．４×８ ．０．４×８ ． ０．４Ｘ８ Ｕ＝３０ Ｕ尊３０， ‘ Ｕｆ＝３０ 昌 雯 景 雯 × ＩＩ ∞ ＩＩ ∞ Ｉ Ｉ卜 一 ０ ０ ０ Ｕ＝３０ ０．９×８ ９Ｘ８ 一 ． Ｏ． ８０．． 图２结构计算模型 表１ 水土压力 地下水位ｚ’（ｍ） 顶板中 中板中 一底板中 距地面深度ｚ（ｍ） ４．１ ｌ１．１ １８＿４３ 情况ａ）水土压力ｋＮ／ｍ Ｏ．Ｏ ５４７．６ ｌ３５９．６ ２２０９．９ 情况ｂ）水土压力ｋＮ／ｍ ｌ１．１ ３６７．２ ８７１．２ １７２１．５ 情况ｃ）水土压力ｋＮ／ｍ ｌ９．４３ ３６７．２ ８７１．２ ｌ３９９．０ 位位于中板中位置，ｃ）水位位于底板底下１ｍ。 纵梁承受框架节点处沿纵向的荷载（己包括 水土压力按水土分算考虑（每延米）。 自重）：因工况ａ为控制性工况。故计算纵梁时不 静水压力Ｐｗ＝ ×（ｚ—ｚ ｘ８．０，水位以上土压 考虑工况ｂ、ｃ时的纵梁受力。 力Ｐａ＝Ｋｏｘ（ｑｏ＋￣／ｘｚ）ｘ８．０，水位以下土压力Ｐａ＝Ｋｏｘ 顶纵梁１：ｑ＝８７６０／８．０／１．１／１．３５＝７６６ｋＮ／ｍ ［ｑｄ＋一ｙ×ｚ ＋ Ｘ（ｚ－ｚ＇）】ｘ８．０ 中纵梁ｌ：ｑ＝（１ １５２０—８９４４）／８．０／１．１／１．３５＝２２５ 荷载组合：１．３５ｘ（自重＋水土压力）＋１．４×活 ｋＮ／ｍ 荷载 底纵梁ｌ：ｑ＝ｌ １７１０／８．ｏ／１．１／１．３５＝１０２４ｋＮ／ｍ ３．５主体结构框架计算内力（图３） ３．７车站纵梁计算内力（图４） ３．６车站纵梁荷载计算 ３．８计算结果及分析 ６ 铁道勘测与设计ＲＡＩＬＷＡＹ ＳＵＲＶＥＹ ＡＮＤ ＤＥＳＩＧＮ ２００６（４） 维普资讯 http://www.cqvip.com 江智鹏：北京地铁某明挖车站结构设计 荽鑫 直 轴打硝【工撼４１ ｛ ＿｝Ｌ 一 ｍ“ 一 １８＂ 一 ● 一 ＿』 矗 篓 一 ｛‘ ： 一 二 ＿１ —— ｅ ” ｍ』 娶二 １ｅ１ ‘’Ｈ。 ９１ ．傅２‘Ｏ７５ 喜一“ ‘ⅧｆＬ 。ｓｊ ｌ二 — 二 ｒＩ ｉ 碉：，８，” 鞲 ｒＴ １ ：． ［ 蚕『¨ｒｆ ｒｆ一『¨ ； ’： ‘ 卜 一 一 二 。 ＿●＿… ＝＝ ＾一 ｛ｆｌｎ ＩｍＴ ．２‘ ｆ ． “ｑ 俞 一 －１Ｉ＃／ｅ－Ｏ舢 ，１ １６＂：￣．００１ ＿＿一 Ｆｔ‘１ ｌｌｌ】 …ｌＩ１１¨ｌｌ¨ ｌ… … ｌｌｌｌ … ¨Ｉ ｌＩｌｌｌ……ｌｌ¨… … 图３主体框架内力 通过以上内力计算结果表明：明挖车站的结 所以设计时底板板厚取９００ｍｍ厚顶板取８００ｍｍ 构计算通常采用平面框架形式，而车站纵梁采用 才能满足抗裂要求，同时顶、底板及侧墙支座处 车站横向框架计算出来的轴力再以等效均布荷载 负弯矩也都比较大，为满足抗裂设计要求对这些 的形式加在纵梁上，也以框架形式进行计算，从 部位进加腋。 计算结果来看这种计算模型合理、计算简洁，结 纵粱内力计算结果表明：纵梁计算采用的是 构断面尺寸的选取是合理的。 框架结构模型比按连续梁计算模型更接近实际上， 框架结构中工况ａ（水头在顶板上）为本站内 由于计算时采用的是五跨结构而不是全站所有跨 力计算的控制荷载，底板跨中正弯矩比顶板大， 度。故在配筋计算时通常取中跨的正负弯矩进行 铁道勘测与设计ＲＡＩＬＷＡＹ ＳＵＲＶＥＹ ＡＮＤ ＤＥＳＩＧＮ ２００６（４） ７ 维普资讯 http://www.cqvip.com 铁道勘测与设计 劳 童 Ｌｊ ｌ ‘２１、 Ｉｏ １２、 ＩＯＩ ２ 、 ．‘２１ Ｉ Ｉ Ｉ 茉 累 ）１５Ｉ ；＝ 曼 蚕 量 ￡ ８ 』 ｊｑ譬 一３６‘５ ２３１ 兽 ．７７ ６１ ‘９ ６Ｚ ‘９ ６２ ７７．６１兽２３ ３６‘５ ＝一‘６ ３‘ －４＂ ．鬲 薯 ｚ ． ｉｆＩｌ１『『 ６６ ６ １ｆｍ ５６ ６ ｌＩｉｎｌ ： 『ｌｆＩｆＩ ． ｏ７‘ ’ 地 磊 ２５３ 一１１２ ２ ’２５ ５６ 孽 ｒ２５Ｔ ５６１一 要 ｒ厂 １１２ ２ § ２５３ｌ１一‘ 罴 ．２５３‘ １３２５３‘ 一 —１１２ ２』 ．２５ ５６ ．６— ｌ１２ ２—．三三＿ Ｏ１ 彳 ６１ ９‘ ．１５ ８６ ・ １５ ８６ 瞄一 ６１ ０‘ 一 １３０ ｉ １３Ｏ１ 一６１９１． ＿１５ ８６ １ １５ ８６ ６１ｍ １３ｏ１ 墓 篙 霉 墓 ‘ 卜 翦力图 ３８１３ ．９Ｒｑ ） 一ｑ１ ， ｑ１” ． ９８９７ 一３８ — 一３９８ ．５住‘ Ｉ —一１１ ２９１Ｏ０６ｅ￣ＯＯ＆ｅ＋０ ４ —∞ 麓 一．１ Ｉｇｇｅ＋ｏｏＧ ９２８９ ．１．１９９ｅ＋ＯＯＧｌ９２８９ —１一 １ ２９１Ｏ０６ｅ＋ＯＯＧｅ＋０ ４ 篙 。 一５１２４—． ｑ ｒ、 ｆ ～ 詈 ０ ｒ—— ， —— ．１ ３０９ｅ＋ｏｏ ．１，１７ｅ＋Ｏ０ ｃ一 ■．１，１７ｐ＋Ｏ０ — ．１％０９Ｐ＋ＯＯ Ｌ一 ． ２９ 轴力图 图４车站纵梁内力 配筋验算。 市地下环境中修建城市地铁工程，其本身就是一 框架与纵梁配筋验算表明：地下结构设计中 个复杂的系统工程。由于篇幅所限。本文仅通过 结构裂缝通常起控制作用．这与地下结构裂缝控 对北京地铁某车站结构设计作了一个基本的计算 制高于地上结构有关。 分析。以供同行交流。 ４ 结束语 参考文献 本车站纵向不设变形，但在环向设置后浇带， 【２１ 北京地铁十号线一期工程Ｊ】施仲衡地下铁道设计与施工，施工设计ｒ西安：陕西科学技术出版社，姑构专业技术要求 １９９７， 京城 以使施工过程中混凝土的温度应力达到有效释放。 建设计研究总院有限责任公司．（２ｏｏ４年２月） 在复杂的工程地质、水文地质条件和复杂的地城 收稿日期：２００６－７－１４ ８ 铁道勘测与设计ＲＡＩＬＷＡＹ ＳＵＲＶＥＹ ＡＮＤ ＤＥＳＩＧＮ ２００６（４）