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三、主体结构设计1.明挖法修建的矩形框架结构整体计算方法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—结构模式进行计算。2．盖挖法修建的多跨多层结构计算方法⑴盖挖逆作车站结构受力特点①盖挖逆作地铁车站的修建是一个分部施工的过程。第三节地铁车站结构设计第三节主体结构设计②边墙作为挡土结构主要承受横向荷载，同时也承受水平构件传递的竖向荷载，中柱主要承受竖向荷载。③盖挖逆作法基坑开挖引起的墙体变形较小，当地层较稳定时，施工期间作用在坑底以上墙面的土压力更接近于静止土压力。④盖挖逆作地铁车站通常埋置较浅，地面车辆荷载对结构受力有较大影响。⑤在基坑开挖和形成结构过程中，由于垂直荷载的增加和土体卸载的影响，将会引起边墙和中柱的沉降，由此而产生对结构体系的影响。第三节主体结构设计⑵结构分析考虑的主要问题及计算方法的确定①采用工程上习惯的平面杆系矩阵位移法。②应能反映地层与结构的相互作用及土体的非线形特性。采用弹性支承链杆模型，用水平弹性支承链杆模拟地层对侧墙及中间柱水平位移的约束作用；用竖向弹性支承链杆模拟地层对底板、侧墙底部及中间桩底部垂直位移的约束作用；用切向弹性支承链杆模拟地层摩阻力对侧墙及中间桩位移的约束作用。第三节主体结构设计为了反映土体的非线形特性，支承链杆的等效刚度可采用最简单的理想弹塑性模式当反力R≤R0时支承链杆刚度为常数Ｋ，当R≥R0，K＝0。其中R0为地基的极限承载力。R(反力)K=0R0αK=tgαy(变形)第三节主体结构设计③为了能确切模拟分布开挖过程及使用阶段不同的受力状况，将结构受力的变化过程划分为若干个相对独立的阶段进行计算。分段原则是：结构组成、支撑情况有较大变化或结构受力情况有很大变化时。④应能反映结构受力的继承性。对于形式、刚度、支承条件和荷载不断变化的盖挖逆作结构体系，可采用叠加法进行受力分析。第三节主体结构设计即对每一个施工步骤或受力阶段，都按结构的实际支承条件及构件组成建立计算简图，只计算由于荷载增量(或荷载变化)引起的内力增量，这一施工步骤完成后结构的实际内力应是前面各步荷载增量引起的内力的总和。一般可归纳为如下几种情况：a．支撑的拆除：相当在原体系的拆撑处反向施加这一支撑力。第三节主体结构设计b．坑底土挖除：当在边墙全高范围作用着不平衡侧土压力，并分别用支承链杆和切向支承链杆模拟坑底以下土体对墙体变形的约束作用，假定作用在边墙应土面一侧的土压力为定值(主动土压或静止土压)，则基坑从开挖至深度引起的荷载增量有两部分组成。第一部分为基坑侧因开挖引起的静止土压力的减少，相当在挖除土体的部位对体系反向施加这一压力的减少值。第二部分为被挖除土体中弹性抗力的释放(包括水平向和切向弹性抗力)，相当于在开挖部位对体系反向施加这些弹性抗力。第三节主体结构设计c．活载效应：活载是一种可变荷载，它们只在当前的计算阶段起作用。d．结构自重：仅当构件在计算简图中第一次出现时考虑。(3)计算参数的确定①侧土压力：a．边墙全高范围作用不平衡侧土压力，开挖面以上视为无约束的构件，开挖面以下为弹性地基梁。第三节主体结构设计迎土侧的已知外荷载视墙体变形大小可考虑为主动土压力或静止土压力。通常，在饱和软土地层中，施工阶段取主动土压力，使用阶段取静止土压力；当地层较稳定时，施工阶段亦可取静止土压力。基坑侧开挖面以下取静止土压力时，它与墙体水平抗力叠加以后不应大于被动土压力。第三节主体结构设计b．边墙全高范围按弹性地基梁计算，并作用不平衡土压力，以静止土压力为初始计算荷载，墙体的有效土压力为计算荷载与土体水平弹性抗力的代数和，且不应小于主动土压力和大于被动土压力。②地基弹性抗力系数抗力系数是地层反力和位移之间的一种概念性关系，它不仅与地层条件有关，而且与构件的受载面积、形状和变形方向等有关。第三节主体结构设计3．暗挖车站结构计算原则⑴暗挖车站复合式结构受力特点①暗挖车站结构修建是个分步实施的过程，在每一施工步骤中所施作的初期支护都和上一步骤中施作的初期支护以及围岩形成一个完整的结构体系，承受着这一开挖过程中所引起的围岩松动压力或形变压力。初期支护的荷载效应有继承性。第三节主体结构设计②二次衬砌可能在全断面开挖和初期支护全部做好后施作，也可能在部分断面开挖和初期支护做好后就施作。③如车站结构是在全断面开挖后一次施作，则车站结构将和围岩一起组成一个结构体系共同承受围岩的形变压力(按连续介质模型)或围岩的松动压力按荷载—结构模型)。第三节主体结构设计(2)暗挖车站复合式结构的计算原则①车站结构计算一般可视为平面应变问题，采用连续介质模型或荷载-结构模型，有限元方法求解。②围岩的形变压力可用围岩中的已存应力(第一次开挖时，围岩的已存应力即为围岩的原始应力)释放而形成的释放荷载模拟。③采用连续介质模型时，围岩可视为弹塑性体，为了简化亦可视为等效的弹性体。④若初期支护中设有锚杆，一般用轴力杆单元模拟，也可以将锚杆的效应视为提高围岩力学特性的手段。明挖车站主体结构算例某明挖地铁车站，采用双层双跨框架结构（围护结构为人工挖孔桩），具体尺寸见图。中柱纵向间距8米。明挖车站主体结构算例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—结构”模式进行计算。主体结构围护桩与内衬墙间设有防水隔离层，为重合墙模式，计算简图见下页。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。主要荷载见下页计算简图。明挖车站主体结构算例明挖车站主体结构算例主体结构计算简图本处取荷载“基本组合”和“标准组合”两种工况进行受力分析。抗震分析参考“区间的抗震分析部分”。明挖车站主体结构算例工况恒载活载基本组合1.351.40*0.7标准组合1.01.0侧向土压力按静止土压力计算，不透水的粘土采用水土合算，其余土层采用水土分算。有限元模型明挖车站主体结构算例在有限元模型中，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。有以下两种处理办法：（1）按刚度等效，折算成中隔墙，再取一延米“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（4米），结构的力学参数、荷载均按纵向8米计算，计算结果柱子即为实际受力，其他部件为每8米的受力，需换算为每延米的受力进行配筋计算。明挖车站主体结构算例基本组合工况下计算结果——结构变形图明挖车站主体结构算例基本组合工况下计算结果——结构轴力图（结构对称，只标准半边数值，下同）明挖车站主体结构算例基本组合工况下计算结果——结构剪力图明挖车站主体结构算例基本组合工况下计算结果——结构弯矩图明挖车站主体结构算例标准组合工况下计算结果——结构变形图明挖车站主体结构算例标准组合工况下计算结果——结构轴力图明挖车站主体结构算例标准组合工况下计算结果——结构剪力图明挖车站主体结构算例标准组合工况下计算结果——结构弯矩图明挖车站主体结构算例对框架结构的隅角部分和梁柱交叉节点处，为了考虑柱宽的影响，一般按如下方法来计算配筋。框架结构隅角弯矩取值图用于计算端部断面的弯矩用于计算梁腋始点断面的弯矩A节点角隅弯矩取值图内力图QMA明挖车站主体结构算例结构配筋先按承载力要求(基本组合工况）进行初次配筋，再以裂缝控制（标准组合工况）进行检算，根据检算结果调整配筋。结果显示配筋由裂缝要求控制。明挖车站主体结构算例明挖车站主体结构算例根据承载力极限状态进行初次配筋明挖车站主体结构算例根据正常使用极限状态（裂缝宽度）调整配筋明挖车站主体结构算例根据前面的配筋方法对顶板的部分控制点进行配筋，配筋结果如下表。本处只为说明问题，只将板作为受弯构件处理了，实际工程配筋计算可以作为压弯构件配筋，降低配筋量，减小裂缝开展。