西南交大毕业设计——地铁车站主体结构设计

题目：南京地铁一号线岔路口站主体结构设计

1、本设计的目的、意义

（1）通过本设计工作可以培养学生综合运用所学的基础理论、基本知识和基本技能的能力，使学生能够对地铁车站主体结构的设计、施工方法的选择及施工组织

有所认识和了解，并使其得到计算地铁车站主体结构的受力情况和进行科研能

的初步训练。

（2）通过本毕业设计工作可以培养学生正确的设计思想、理论联系实际的工作作风和严肃认真的科学态度。

（3）训练和提高学生的分析设计能力、理论计算能力、实验研究能力、外文阅读能力和使用计算机的能力，以及社会调查、查阅文献资料和文字表达等基本技能。

2、学生应完成的任务

（1）摘要：（中、英文）

（2）车站的工程概况：（水文、地质情况）

（3）车站主体结构的平、纵断面设计：（车站平、纵断面图，车站主体结构平面图、横断面图）

（4）车站主体结构计算及配筋（ANSYS）：（车站主体结构配筋图）

（5）车站结构的施工方法与施工组织；

（6）车站结构工程工程量初步拟定；

（7）不少于6000字符的外文翻译。

3、设计各部分内容及时间分配：（共16周）

第一部分布置设计任务，收集相关资料，熟悉设计资料集相关要求（2周）第二部分根据所给定的车站资料确定车站主体平面图及纵剖面图（2周）第三部分对车站主体部分进行结构计算及配筋（4周）

第四部分车站主体工程施工方法及施工组织（2.5周）第五部分依据所确定的车站主体结构计算工程量（1.5周）第六部分外文翻译、绘图及文整工作，机动（毕业实习）（3周）评阅及答辩（1周）备注

参考资料：

（1）王珊.地铁工程设计与施工新技术实用全书.银声音像出版社

（2）杨其新、王明年.地下工程施工与管理.西南交通大学出版社，2005.10

（3）张庆贺、朱合华、庄荣.地铁与轻轨.第二版.人民交通出版社，2006.8

（4）钟新樵、赵菊梅.地下工程概论.西南交通大学峨眉校区

（5）贺少辉.地下铁道.清华大学出版社

（6）地下铁道设计规范（GB50157-2003）.中国计划出版社，2003

（7）刘钊、余才高、周振强.地铁工程设计与施工.人民交通出版社，2004

（8）李权.ANSYS在土木工程中的应用.北京：人民邮电出版社，2005

（9）赵志缙、应惠清.建筑施工.同济大学出版社，2004

（10）地铁工程设计指南.中国铁道出版社，2002.6

（11）房屋建筑学.中国建筑工业出版社，2005

指导教师：年月日

审批人：年月日

摘要

地铁车站的设计与施工，既是地铁工程亮点所在，更是一个难点问题。本毕业设计按照《地铁设计规范GB50157-2003》和《混凝土结构设计规范GB500102002》等规范，根据南京地铁一号线岔路口站的运营要求、站址环境和工程水文地质条件等，本着经济合理、安全实用的原则，对岔路口站进行结构设计、结构配筋和施工方案设计等。

本毕业设计的主要内容如下：

1、勘探地质、水文条件，进行工程地质评价。

2、根据线路特征、运营要求、周围环境及施工方法等条件确定车站平面形式。

3、根据客流量确定车站规模，按照“适用、经济、美观”的原则对车站建筑设计，包括对车站型式、站厅、站台层的平面布置、站台的长和宽以及车站附属设施等。

4、根据地铁设计规范计算各种荷载。土压力运用加权平均容重计算，水压力考虑全水头进行计算，采取水土合算方式。在纵向选取1m长来计算荷载作用。选择正常使用阶段的标准组合荷载结构模型，运用弹性地基梁的理论，使用结构有限元分析软件ANSYS 对车站结构在正常使用阶段工况下进行内力计算。ANSYS建模过程中采用梁单元来模拟主体结构，利用弹簧单元模拟地基。根据计算出来的控制内力，绘制内力图并确定危险截面。按照混凝土结构设计规范，采取偏心受压构件模式对主体结构进行配筋计算。

5、根据工程地质条件，水文地质条件和周围环境等因素，对车站施工方案进行设计。采用明挖法施工，围护结构采取连续墙作法。

关键词：地铁车站；结构设计；有限元分析；施工方案

Abstract

The design and construction of metro station, not only is the bright of metro engineering, but also is a difficult problem. According to the environment and geology situation as well as the code for design of metro and the code for design of concrete structures etc, this thesis accomplishes the architecture design, structure design and construction design of Line No.1 chalukou station of Nanjing metro in the principle of economy, reasonability, safety and practicality.

The way to accomplish this thesis is shown below:

1. Explorating geology, hydrology conditions and engineering geological evaluation.

2. providing the plane arrangement of the station based on the line characteristic, business requirement, over-ground and underground environment and construction method etc;

3. determining the scale of the station by the amounts of the passengers, and making the architecture design of the station with the purpose of “applicability, economy, pretty”, which includes the station pattern, the plane arrangement of the hall ,the length and the breadth of the platform and the platform of the station, the subsidiary facilities of the station, etc;

4. According to the code metro design calculation of load. Use the weighted average density calculation earth pressure. Water pressure are consider all the head to calculate. Take water and soil accounting method. In selecting 1 m long vertical to calculate load. Choose the standard of normal use phase combination load structure model. Applying the theory of elastic foundation beam, Using finite element analysis software ANSYS to the station in normal use phase structure of working conditions is internal force calculation.In the ANSYS modeling process use beam element to simulate the main structure and use spring element simulation foundation. According to the output of calculation of internal force, try to determine the drawing and dangerous section. According to the concrete structure design specification, Take eccentric loading component model of main body structure reinforcement calculatio n.

5. According to the engineering geological conditions, hydrogeological condition and the surrounding environment, and other factors, the station construction scheme design. The Ming WaFa construction, palisade structure take continuous wall practice.

Key words: Subway station；Structure design；Finite element analysis；Construction plan

目录

第1章绪论 (1)

第2章工程概况 (4)

2.1 设计范围 (4)

2.2 工程地质条件 (4)

2.2.1 地形、地貌、地物 (4)

2.2.2 地层岩性 (4)

2.2.3 水文地质条件 (15)

2.2.4 工程地质评价 (16)

第3章车站建筑设计 (18)

3.1 设计依据 (18)

3.2 设计原则 (18)

3.3 设计标准 (19)

3.3.1 车站各部通行能力 (19)

3.3.2 站厅设计标准 (20)

3.3.3 站台设计标准 (20)

3.3.4 车站管理用房 (21)

3.3.5 车站主要设备 (21)

3.4 技术标准 (23)

3.5 工程规模、车站形式 (24)

3.6 设计使用年限、耐火等级、抗震设防烈度、人防防护等级 (24)

3.7 车站坐标、高程系统的选用 (25)

3.8 总平面设计 (25)

3.8.1 站址周边环境及主要控制因素 (25)

3.8.2 车站总平面布置 (25)

3.8.3 与周边建筑的结合及协调情况 (26)

3.9 防灾设计 (26)

3.9.2 防洪（防淹）设计 (26)

3.10 人防设计 (27)

3.11 无障碍设计 (27)

3.12 结构设计 (27)

3.12.1 车站站台设计、计算 (27)

3.12.2 车站埋深及平面设计 (29)

3.12.3 主体结构构件尺寸设计 (32)

第4章车站主体结构计算 (33)

4.1计算原理 (33)

4.2 荷载类型及组合 (33)

4.2.1 荷载类型 (33)

4.2.2 荷载组合 (34)

4.3 荷载分析 (35)

4.4 主要计算参数 (35)

4.5 荷载计算 (37)

4.6 有限元计算 (38)

4.6.1 有限元的分析过程 (38)

4.6.2 ANSYS简介 (41)

4.6.3 建模与计算 (42)

第5章构造设计 (52)

5.1 钢筋构造及技术要求 (52)

5.2 耐久混凝土材料 (52)

5.3 主体结构内力图的绘制 (53)

5.4 截面检算 (56)

5.5 主体结构配筋计算（4-4截面） (60)

5.5.1 顶板的配筋计算 (60)

5.5.2 站厅层楼板的配筋计算 (68)

5.5.4 地下一层（站厅层）侧墙的配筋计算 (80)

5.5.5 地下二层（站台层）侧墙的配筋计算 (82)

5.5.6 柱的配筋计算 (88)

5.5.7 钢筋表 (91)

第6章施工方法与施工组织 (92)

6.1 施工方法 (92)

6.1.2 施工方法比选 (92)

6.2 施工组织 (94)

6.2.1 明挖区施工方法及措施 (94)

6.2.2 主要施工顺序 (95)

6.2.3 施工场地平面布置 (96)

6.2.4 交通疏导 (96)

6.2.5 施工注意事项 (97)

结论 (99)

致谢 (102)

参考文献 (103)

第1章绪论

地下铁道，简称地铁，亦简称为地下铁，狭义上专指在地下运行为主的城市铁路系统或捷运系统；但广义上，由于许多此类的系统为了配合修筑的环境，可能也会有地面化的路段存在，因此通常涵盖了都会地区各种地下与地面上的高密度交通运输系统。

19世纪末，世界上只有伦敦、纽约、伊斯坦布尔、芝加哥、维也纳、布达佩斯、波士顿等8座城市有了地铁，从20世纪初到1945年，全世界又有13座城市先后兴建了地铁。第二次世界大战以后，地铁以其独特的魅力和不可替代的优越性备受大城市的青睐，许多国家十分重视地铁的发展，本来有的国家规定只有当人口达到1百万以上的城市才能修建地铁，现在国外很多只有几十万人口的城市也都在修建或计划修建地铁，现在全世界已有100多座城市开通了300多条地铁线路，总长度超过6000km。目前世界上许多大城市的地下，己构成一个上下数层、四通八达的地铁线路网，有的还在地下设有商业建筑群和娱乐场所，与地铁一起形成了一个地下城。还有很多城市的地铁与地面铁路、高架铁路等联合构成高凉铁路网，以解决城市紧张的交通运输问题。地铁现代化的发展，已成为城市交通现代化的重要标志之一。现代化地铁为了确保乘客的安全，还设有灭火救灾的自动监测系统;另外，地铁列车还装有自动停车设备，当行车中遇见红灯或其他有关情况没有停车时，它将强迫列车自动停车。列车还能根据地面信号规定的速度，进行自动调整。法国和加拿大等国已采用无人驾驶地铁列车的最先进技术，这种高度自动化的先进地铁系统是由地铁控制中心用大型电子计算机监控的，整个线路网的站际联系、信息系统、列车运行、车辆调度等也完全实现了自动化。

目前我国100万以上人口城市已达35座，这些城市不同程度存在着“乘车难”的问题，发展地铁将是城市交通建设中的必然趋势。中国是目前世界上动工新建地铁城市最多的国家之一。除香港、北京、上海、天津、广州、深圳、南京等城市地铁已先后通车外，现在还有10多座城市正在扩建、兴建或计划修建地铁。综观世界城市交通动向，地铁发展前景令人瞩目。

地下铁道在大城市公共交通中起到了越来越重要的作用，其优越性主要有：

1. 运量大，其运量为公共汽车的6至8倍，完善的地下铁道系统可以承担市内公共交通运量的50%左右；

2. 行车速度快，地下铁道不受行车路线的干扰，其行驶速度为地面公共交通工具行车

速度的2至4倍；

3. 运输成本低；

4. 安全、可靠、舒适；

5. 地下铁道的大部分线路修建在地下，能合理地利用城市的地下空间，保护城市景观。

城市科学家认为，人口超过100万的城市，为适应未来的交通需求和城市空间的合理利用，都宜修建地下铁道。地下铁道一般包含区间隧道、车站及其他附属设施。车站是地铁系统中一个很重要的组成部分，地铁乘客乘坐地铁必须经过车站，它与乘客的关系极为密切；同时它又集中设置了地铁运营中很大一部分技术设备和运营管理系统，因此，它对保证地铁安全运行起着很关键的作用。车站设施要具有集中而有效的处理高峰期（7~9时，16~21时）旅客的功能。在决定乘降站台、升降口、出入口、检票处、中央大厅的等设施的容量时，车站位置的选择、环境条件的好坏、设计的合理与否，都会直接影响地铁的社会效益、环境效益和经济效益，影响到城市规划和城市景观。

车站在线路起终点和中心地区的任务是不同的，因此其规模也不同。大致说，线路的起终点附近的车站多位于郊区，而中心地区的车站多位于业务、商业等活动频繁的地区，因此可把车站大致分为四类：郊区站、城市中心站、联络站和待避站。随着科学技术的进步和社会的发展，在现代修建的地铁车站中出现了新的发展趋势，主要表现在以下两个方面：

1)车站组成由单一功能向多功能方向发展。随着城市化步伐的加快，城市建设规模不断扩大，城市人口迅猛增加，对城市交通带来了日益严重的矛盾和压力，同时，由于地面建筑物的修建，城市用地更加紧张，为了节约城市用地，建设立体化的城市受到普遍重视，且得到迅速的发展。在以往修建的地铁车站中，绝大多数是为解决城市客运交通而修建的。现在，由于物质文化水平的提高，乘客对交通环境提出了更高的要求，地铁车站的功能为适应这一变化而得到了很大的发展，如斯德哥尔摩地铁车站站厅通常划分成地铁使用区及城市公用区两部分。在公用区内设有小商店、自动售货机，个别车站还设有理发室、照相馆、物件寄存等设施。巴黎某地铁车站在站厅内设置了小休息区，为了与站内乘客人流分开，设计者将休息区的地面加高，其上设有休息椅、酒吧等。东京银座站还设置了大型地下商场、停车库、仓库等设施。使地铁车站在以交通为主的基础上，逐步向商业化、社会化的方向发展，从单一功能向多功能方向发展。