隧道土层压力荷载计算.docx

5.1工程概况地铁二号线汽车东站站采用明挖法施工，结构为框架结构车站中心里程顶 板覆土厚度3.5米，地下水位距地面3.5米，纵向柱子间距为8.4米，隧道顶板 覆土为素填土，其天然重度为"8kN / m3,路面荷载为20kN / m3，路面荷载超 载系数取1.1地层弹性反力系数为320MPa/m，钢筋混凝土重度y「=25kN/m3， 不考虑人防荷载，车站结构断面尺寸如图5-1所示图5-1车站横断面示意图拟定车站主体结构相关构件的断面尺寸与工程材料如下表所示:表5-1主体结构尺寸与工程材料表类别尺寸（m）混凝土强度等级主体结构顶板0.8C35、P8 混凝土中板0.4C35混凝土底板0.8C35、P8 混凝土顶纵梁0.9X1.8C35、P8 混凝土中纵梁0.9X0.95C35混凝土底纵梁0.9 X 2.0C35、P8 混凝土中柱0.8X1.2C50、P8 混凝土侧墙0.85C50、P8 混凝土5.2荷载类型与组合5.2.1荷载类型结构设计所考虑的计算荷载主要有：偶然荷载，可变荷载和永久荷载，详见 表 5-2表5-2地下结构荷载分类表荷载类型荷载名称结构自重地层压力静水压力与浮力永设备重量久荷地基下沉影响力载结构上部和破坏棱体围的设施与建筑物压力混凝土收缩与徐变影响侧向地基抗力与地基反力地面车辆荷载与其动力作用可变荷载甘* vrr赤世斗地面车辆荷载引起的侧向土压力基本可变荷载地铁车辆荷载与其动力作用人群荷载甘 ZlU T=rr zfrc44^施工荷载其他可变荷载温度变化影响7度地震荷载偶然荷载6级人防荷载5.2.2荷载组合荷载的分项系数与组合系数按《建筑结构荷载规》取值，取值如表5-3。

表5-3地铁车站结构计算荷载组合表与组合荷载种类承载能力极限状态正常使用极限状态基本组合标准组合永久荷载结构自重1.1X1.351覆土荷载1.1X1.351侧向土压力1.1X1.351侧向水压力1.1X1.351浮力1.1X1.351设备荷载1.1X1.351可变荷载人群荷载1.1X1.4X1.0X0.71地面超载1.1X1.4X1.0X0.71地面超载引起的侧向土压力1.1X1.4X1.0X0.71备注用于配筋计算用于抗裂计算5.3主要计算参数因为车站所处位置地层较多，为了使计算简便，将物理力学指标相近的地层 通过加权平均合并为一层，经合并后，共有三个地层各土层具体信息如下表5-4：表5-4标准断面处从地面至车站底板土层信息表序号岩土名称厚度（m）重度Y (kN/m3)摩擦角中（° ）侧压力系 数1素填土3.518220.4552黏土620.323.30.4333碎石7.524.734.70.28荷载取值如下：1、 设备荷载：一般按8KPa计算，超过8KPa按设备实际重量计算2、 人群荷载：4kPa3、 路面荷载：20kPa（超载系数取1.0）4、 水压力：按全水头考虑5、 车辆荷载：由于有利于抗浮，不考虑。

5.4荷载计算5.4.1垂直荷载1、顶板垂直荷载顶板垂直荷载由路面活载与垂直土压力组成，方向竖直向下路面均布活载：qi = 20 x 1.1 = 22 kPa垂直土压力： q2 =Z y h = 18.0x3.5 = 63kPa顶板垂直荷载为：标准组合： q 顶板=q1 + q2 = 22 + 63 = 85kPa基本组合： q 顶板=1.1x1.4 x1.0 x 0.7q1 + 1.1x1.35q2=1.078x 22+1.485x 63 = 117.271kPa2、中板垂直荷载中板垂直荷载由人群荷载与设备荷载组成，方向竖直向下基本组合的选择：标准组合：基本组合：q 中板=4+8=12kPaq 中板=1.1x1.4 x1.0 x 0.7 x 4 + 1.1x1.35 x 8=16.192 kPa3、底板荷载：底板垂直荷载即为水浮力，方向竖直向上标准组合： q水 =y h=10x13.5=135kPa基本组合： q水 =1.1x1.35y h=1.1x1.35 x10x13.5=200.475kPa表5-5主体结构顶板、中板、底板垂直荷载表（单位：kPa）顶板中板底板标准组合8512-135基本组合117.27116.192-200.475说明：表中正值表示荷载方向为竖直向下，负值表示竖直向上。

5.4.2侧向荷载侧向土压力的大小与墙体的变形情况有关，在主动土压力与被动土压力之间 变化，在使用阶段取静止土压力进行计算一般土压力的计算方法有两种：水土分算与水土合算采用水土分算时是将 地下水位以下的土压力与水压力叠加；水土合算，采用地下水位以下土的重度， 只考虑土压力的作用在实际情况中计算设计荷载时，砂土采用水土分算，而粘 性土则用水土合算的方法本结构水下部分第一层土粘性土采用水土合算，第二层土为碎石采用水土分 算选取车站有效站台中心处计算各土层侧压力系数：素填土:黏土土:碎石：X = tan2，45顼、=tan2A 22一——1I 2 >2人=tan 22人=tan2 45'3=0.455平）’( 23.3°)45° 一 t 1 = tan245一 "2 JL 2 J=0.433r=tan2 45'[34.2°)=0.281、基本组合设计值设土层至地面的距离为h当h=3.5m时，即在顶板处，e = 1.1x1.35xlEy h +1.1x1.4x1.0x0.7x22人=50.778kPa基 3 1 i i 1当h=9.5m时，即在中板处e±95 = 1.1x1.35 xX2 Zyh+1.1x1.4 x1.0 x 0.7 x 22X2=1.1 x 1.35 x 0.433 x (3.5 x 18 + 20.3 x 6)+1.1 x 1.4 x1.0 x 0.7 x 22 x 0.433 = 129.096kPae下 =1.1x1.35xX Ey h +1.1x1.4x1.0x0.7x22X =298.144x0.28=83.480kPa基 9.5 3 i i 3当h=17m时，即在底板处，e 其 17 = 1.1x 1.35 xX3 Zyh+1.1x1.4 x1.0 x 0.7 x 22 人=1.1 X 1.35 X (184.8 +14.7 x 7.5) x 0.28+1.1 x 1.4 x 1.0 x 0.7 x 22 x 0.28 = 129.322 kPa2、标准组合设计值设土层至地面的距离为h。

当h=3m时，e = X E y h +22 人=0.433 x 85=36.805kPa标 3 2 i i 2当 h=9.5m 时，e上 =X Ey h +22X =184.8 x 0.433+22 x 0.433=89.544kPa 标 9.5 2 i i 2e下 =X Ey h +22X =206.8 x 0.28=57.904kPa 标 9.5 3 i i 3当h=17m时，e = X Ey h +22X =295.05 x 0.28+22 x 0.28=88.774kPa标17 3 i i 35.4.3纵梁荷载纵梁计算位置考虑荷载最不利位置，取纵梁两侧相邻板半跨荷载之和，即纵 梁荷载为两个半跨板上部荷载与板自重之和1、基本组合设计值：（1）顶纵梁荷载q = 117.271 兰 H5+Hx L 35 x 25 兰陋 x °.8 = 992.054kPa顶 1（2）中纵梁荷载q = 16.192 x 6Z5+Hx L 35 x 25 x 6.75 x 0d = 209.534kPa中 1（3）底纵梁荷载二-200.475 x 6.75+1.1 x 1.35 x 25 x 6.75 x 0.8 = _]]% 731kPa 底 1 .2、标准组合设计值：（1）顶纵梁荷载q = 85 x 601.0 x 25 x 6.75 x 0.8 = 708J5kpa顶 1(2) 中纵梁荷载=148.5kPa=-776.25kPa12 x 6.75+1.0 x 25 x 6.75 x 0.41(3) 底纵梁荷载-135 x 6.75+1.0 x 25 x 6.75 x 0.8q =底3、中柱纵梁荷载计算表表5-7中柱纵梁荷载表(单位：kN/m )顶纵梁中纵梁底纵梁标准组合708.75148.5-776.25基本组合992.054209.534-1152.731说明：表中正值表示荷载方向为竖直向下，负值表示竖直向上。

5.5计算简图5.5.1框架结构计算简图采用荷载基本组合和采用荷载标准组合的计算简图分别如图5-2、5-3I/ \F %F' '•《4/f \/ Xf \/ \人祥反谖否荷凭 16.XX/ \/ \i x/ */ \f、■■1* \/ >/ \..-加面础 A . 2-LkPiIE"I 4 -i-,、F、-图5-2采用荷载基本组合时的计算简图…■ fl衣浮力L跖.Wa图5-3采用荷载标准组合时的计算模型5.5.2纵梁计算模型为消除边界效应，车站结构纵断面方向取5跨，柱间距为8.4m，计算结果 采用中间跨以中柱纵梁为例，其计算简图如图5-4、5-5所示：T':. r-'=|^?Lj"2.c EEkFaF '、%'、■%/ ，%瓯板荷裁226.6Q7iPaf \f \(f \f \f \X/山山jf \/X/ \/ \/X/ \/ \f X/X/ 、♦? 9■!；J !%2i§M *\、7k1 /L. t、.t\ 7「% /E—77\—7\—7\ 7\—7氏—7L、门沃〒顼1-.」5即.一、图。