地铁车站结构设计

长沙五一广场地铁车站及区间隧道初步设计第1页共45页地铁车站结构设计车站是旅客上、下车的集散地,也是列车始发和折返的场所,是地下铁道路网中的重要建筑。在使用方面,车站供旅客乘降,是旅客集中处所,故应保证使用方便、安全、迅速进出车站。为此,要求车站有良好的通风、照明、卫生设备,以提供旅客正常的清洁卫生环境。地下铁道车站又是一种宏伟的建筑物,它是城市建筑艺术整体的一个有机部分,一条线路中各站在结构或建筑艺术上都应有独特的特点。车站设计时,首先要确定车站在现有城市路网中的确切位置,这涉及到城市规范和现有地面建筑状况,地下铁道车站不比地面建筑,一但修建要改移位置则比较困难,因此确定车站的位置时,必须详细调查研究,作经济技术比较。车站位置确定后,进行选型,然后根据客流及其特点确定车站规模,平面位置,断面结构形式等。然后进行车站构造设计,内力计算,配筋计算等等。一、工程概况：长沙市五一广场站设计为两层三跨岛式车站，车站全长134.6m，宽度为21.8m，上层为站厅层，下层为站台层。车站底板埋深16m，采用明挖法施工，用地下连续墙围护。二、设计依据：地铁设计规范（GB50157-2003）；地铁施工技术规范。三、地铁车站结构设计3.1设计选用矩形框架结构。设计为岛式车站，采用两层三跨结构。地铁车站采用明挖法。车站其矩形框长沙五一广场地铁车站及区间隧道初步设计第2页共45页架由底板、侧墙、顶板和楼板、梁、柱组合而成。顶板和楼板采用单向板，底板按受力和功能要求，采用以纵梁和侧墙为支承的梁式板结构。采用地下连续墙和钻孔桩护壁，采用钢管和钢板桩作基坑的临时支护。临时立柱采用钢管混凝土，柱下基础采用桩基，桩基采用灌注桩。3.2车站开挖围护结构地铁车站围护结构采用0.8m厚、30m深地下连续墙，入土深度比为=0.875，其中基坑开挖深度H为16m，入土深度D为14m。四、侧压力计算：土分层及土的钻孔柱状图如图4.1：图4.1土分层及土的钻孔柱状图（单位，m）长沙五一广场地铁车站及区间隧道初步设计第3页共45页计算主动土压力：aaac2其中a………………………主动土压力a………………………主动土压力系数………………………沙土的容重Z………………………土层的深度c………………………土的黏聚力各层土压力系数：1：41.0225452tga2：33.0230452tga3：31.0232452tga4：26.0234452tga5：22.0236452tga各层土压力：a：02aaac长沙五一广场地铁车站及区间隧道初步设计第4页共45页b：1ab上=0.41×13.2×6.5=35.2kpa2ab下0.33×13.2×6.5=28.3kpac：2ac上0.33×(13.2×6.5+19.8×2.0)=41.4kpa3ac下0.31×(13.2×6.5+19.8×2.0)=38.9kpad：3ad上0.31×(13.2×6.5+19.8×2.0+26.7×9)=113.4kpa26.04ad下×(13.2×6.5+19.8×2.0+26.7×9)=95.1kpae：26.04上e×(13.2×6.5+19.8×2.0+26.7×9+26.5×1.2)=103.5kpa5ae下0.22×(13.2×6.5+19.8×2.0+26.7×9+26.5×1.2)=87.6kpaf：f0.22×(13.2×6.5+19.8×2.0+26.7×9.0+26.5×1.2+27×11.3)=154.7kpa由于黏聚力C=0,所以临界深度为0。其主动土压力(水土和算)分布图如图4.2所示：长沙五一广场地铁车站及区间隧道初步设计第5页共45页图4.2土压力分布图（单位，m）简化计算：沙土层c的平均直如下：=42.23303.11272.15.2697.260.28.195.62.13iiihhkpaC=0032303627345.26327.26308.19252.13iiihh31.02452tgp55.0p长沙五一广场地铁车站及区间隧道初步设计第6页共45页25.32452tga80.1a五、车站结构分析计算：5.1车站框架设计车站站台建筑设计长度为134600mm,车站宽度21800mm，站台层净高4200mm，站厅层净高5600mm,站台至轨道净高2000mm，顶板厚800mm，中板厚400mm车站基础厚1000mm,车站总高12000mm。车站框架设计图如图5.1所示：图5.1车站框架设计图（单位：mm）5.2受力分析：长沙五一广场地铁车站及区间隧道初步设计第7页共45页①顶板荷载计算线荷载：20mm厚水泥沙浆面层：0.02×20=0.4KN/㎡800mm钢筋混凝土板：0.8×25=20KN/㎡20mm厚沙浆抹灰：0.02×17=0.34KN/㎡上部填土荷载(从地下4m开始开挖)：4×13.2=52.8KN/㎡总荷载：73.54KN/㎡线恒荷载设计值(取1m宽度)：g=1×1.2×73.54=88.248KN.m/m地面活荷载：q=20KN/㎡地面活荷载设计值(取1m宽度)：q=20×1.4=28KN.m/m总的线荷载：g+q=110.248+28=110.248KN.m/m②中板荷载计算恒载：20mm厚水泥沙浆面层：0.02×20=0.4KN/㎡400mm钢筋混凝土板：0.4×25=10KN/㎡20mm厚沙浆抹灰：0.02×17=0.34KN/㎡总荷载：10.74KN/㎡线恒荷载设计值(取1m宽度)：g=1.2×10.74×1=13.0KN.m/m楼面荷载：10.0KN/㎡线活荷载设计值(取1m宽度)：1×1.4×10=14KN/㎡线活荷载总设计值：g+q=27KN.m/m车站横向荷载为土压力,取1m宽度进行计算,受力分析如图5.2所示：长沙五一广场地铁车站及区间隧道初步设计第8页共45页图5.2车站框架受力简图（单位：m）等效简化荷载：85.3327.21463sq(KN.m/m)1.6921.69434q(KN.m/m)等效简化荷载受力分析如图5.3说示：图5.3车站框架等效简化后受力图（单位：m）六、横向框架内力计算：计算简图如图6.1所示：长沙五一广场地铁车站及区间隧道初步设计第9页共45页图6.1竖向均布荷载作用下的横向框架计算简图①第一层杆件计算由于对称性,可取半结构进行计算,计算图如图6.2所示：长沙五一广场地铁车站及区间隧道初步设计第10页共45页图6.2站厅层半结构受力简图mKNlqABBA/0.48326.7248.11012112122122163.3248.1103131lqBC=-483.0m/mlqCB/5.24161215.0ADAB94BEBA2.0BC注：铰支座传递系数为1.0；固定端传递系数为0.5，滑动支座传递系数为-1.0，假定材料均匀，线刚度与杆件成反比，u为分配系数。由力矩分配法计算结果如图6.3：图6.3站厅层半结构计算结果②第二层杆件计算同①取半结构进行分析计算如图6.4：长沙五一广场地铁车站及区间隧道初步设计第11页共45页图6.4站台层半结构受力计算简图mmlqDEED/60.11826.727121121222mmlqEH/60.11863.3273131222'mmlqHE/30.596122134EGEDEBeh=13131DFDA计算结果如图6.5所示:长沙五一广场地铁车站及区间隧道初步设计第12页共45页图6.5站台层半结构受力计算结果（单位:mkN）由站厅层和站台层受力图画弯矩图，竖向均布荷载作用下的横向框架弯矩图如图6.6所示：长沙五一广场地铁车站及区间隧道初步设计第13页共45页图6.6竖向均布荷载作用下的横向框架弯矩图6.6（单位:mkN）竖向均布荷载(土压力等效简化后)作用下的横向框架计算；同样的取半结构计算,计算简图如图6.7所示：长沙五一广场地铁车站及区间隧道初步设计第14页共45页mmlqACCA/5.70585.33121121223mmlqCE/4.26984.61.69121121224mmlqEC/8.53831245.0ABAC25.0BA31CECACD2.0DADCDB25.0BD5.0BG4.0DH计算结果如图6.8所示:图6.8横向均布荷载作用下的横向半框架计算结果（单位:mkN）将竖向荷载和横向荷载作用下的弯矩叠加，弯矩图如图6.9所示：长沙五一广场地铁车站及区间隧道初步设计第15页共45页图6.9竖向荷载和横向荷载作用下的弯矩叠加的弯矩图（单位:mkN）长沙五一广场地铁车站及区间隧道初步设计第16页共45页七、车站配筋计算：7.1站厅层顶板配筋计算2/3.14mmfc,取b=1000mm,mmh765358000(按单排布筋考虑),由图6.9知：站厅层顶板的边跨跨中弯矩m4831,中间跨支座弯m47.5432,中间跨跨中弯矩m2.1973,站厅层顶板配筋计算如下表7-1示：表7-1站厅层顶板配筋计算：截面位置边跨跨中中间跨支座中间跨跨中M482543.47197.220csbhfM0.0580.0650.024ss211210.970.9660.988y0ssfhMA21702452870实配钢筋（2mm）255＠2002454255＠2002454203＠200942长沙五一广场地铁车站及区间隧道初步设计第17页共45页图7.1站厅层顶板配筋图7.2站台层中板配筋计算2/3.14mmfcb=1000mmmmh365354000,由图6.9知：中板的边跨跨中弯矩m5.701,中间跨支座m0.1212,中间跨跨中弯矩m7.643,站台层中板配筋计算表如表7-2所示：表7-2站台层中板配筋计算表截面位置边跨跨中中间跨支座中间跨跨中M70.5121.064.720csbhfM0.0370.0640.034ss211210.9820.9670.983y0ssfhMA6561143602实配钢筋（2mm）222＠200760224＠2001520222＠200760长沙五一广场地铁车站及区间隧道初步设计第18页共45页图7.2站台层顶板配筋图7.3站厅层顶板次、主梁配筋计算(1)站厅层次梁配筋计算：次梁截面尺寸b×h=600×1200mm2mml=7260mm①荷载计算恒载由板传来：88.248×2.5=220.6KN/m次梁自重：2×25×0.6×(1.2-0.8)=12KN/m次梁抹灰：17×0.02×(1.2-0.8)×2=0.027KN/m总恒荷载：g=232.627KN/m活荷载：q=28×2.5=70KN/m总荷载：g+q=302.7KN/m②内力计算主梁尺寸：b×h=800mm×1600计算跨度：长沙五一广场地铁车站及区间隧道初步设计第19页共45页边跨mml710601中间跨mml726002由跨度差37.1726071607260﹪10﹪故可按等跨连续梁计算。次梁计算简图如图7.3所示：图7.3站厅层顶板次梁计算简图(单位:mm)连续次梁弯矩计算如下表7-3所示：表7-3站厅层顶板次梁弯矩计算截面位置弯矩系数)mkN(plM20边跨跨中11