1、城市轨道交通结构设计与施工Structural Design and Construction of Urban Rail Transit绪 论概述第一节 城市轨道交通建设技术的发展第二节 城市轨道交通建设面临的问题第三节 课程体系与学习建议概 述轨道交通的特点：快 速舒 适大运量相对环保轨道交通的建设技术与理论多专业的协调与合作设计施工运营一体化工程问题轨道交通的特点第一节城市轨道交通建设技术的发展城市轨道交通土建工程：地下工程、地面工程和高架工程。工程材料工程机械施工技术地铁的早期发展地铁的早期发展在第二次世界大战之前，全世界共有11个城市修建了城市轨道交通系统，最早的是英国伦敦，于186
2、3年建成通车，最晚的是莫斯科，于1935年建成通车，列车编组数最多的是东京地铁，达到10节编组，而列车编组数最少的是格拉斯哥，仅2节编组。我国轨道交通的发展的三阶段我国轨道交通的发展的三阶段21世纪以后，技术引进+创新，整体提升施工设备的国产化技术方案的多样化20世纪80、90年代，传统技术+国外技术浅埋暗挖盾构机的引进1980年之前，传统施工技术放坡明挖回填矿山法（部分）第二节城市轨道交通建设面临的问题一一问题的产生问题的产生二二问题的种类问题的种类技术问题产生功能上舒适便捷、环境和谐的追求建筑的文化内涵追求长久的使用寿命的追求建筑布局的受制建筑布局限制施工难度增加施工机械的发展施工工效抗浮
3、与沉降振动与噪声建设管理设计方案设计方案、施工方案、施工机械、组织管理施工工艺施工装备工程材料下沉或上浮轨面不平顺振动荷载轨道恶化、损坏道床抗浮设计的工程为什么屡屡下沉呢？建设中的管理需要科学依据的组织和协调，科学依据：方案的论证，施工信息的掌握，新技术、新工艺的了解，横向沟通平台的搭建。三三问题的解决问题的解决散粒体颗粒间的摩擦力学行为设计计算理论施工安全措施运 行 效 果设计施工运营一体化地 铁 车 站隧道区 间路基、高架线路安全应用第三节课程体系与学习建议轨道交通系统轨道交通系统线网规划选线设计车站建筑设备系统车辆段、控制中心轨道结构车站与区间结构工程线网的组成、走向以及车站的布置强电、
4、弱电和环控存车、维修；调度和应急指挥轨道部分的设计和施工本门课程的任务，基础设施的主体平纵断面车站内部空间的分配、功能的分区 学习方法学习方法基础知识施工与设计实践与理论钢筋混凝土工程：钢筋混凝土工程：材料力学、结构力学、结构设计原理、建筑材料设计是针对具体的施工方法所进行的，施工是对所设计结构的实施。了解施工方法，建立工程概念。原理的把握、机理的了解；实践在理论上的提升地下工程：地下工程：土力学、基础工程其他：其他：弹塑性力学、有限元、动力学梳理回顾经验积累城市轨道交通结构设计与施工Structural Design and Construction of Urban Rail Transi
5、t主讲：周顺华 教授同济大学交通运输工程学院第二章第二章 城市轨道交通的结构类型城市轨道交通的结构类型第一节 高架区间结构第二节 高架车站结构第三节 地下车站结构第四节 地下区间结构第五节 地面线的路基结构目录目录第一节第一节 高架区间结构高架区间结构一、一般梁式结构一、一般梁式结构高架区间结构采用的梁形有箱梁、板梁、T形梁和槽形梁等形式。1. 箱梁箱梁(1)单箱单室箱梁(双线)图 2-1 单 箱 单 室 结 构横截面图(尺寸单位:mm)(2)双箱单室箱梁(双线)(3)单箱多室箱梁(双线或多线)路线中心线路线中心线轨顶面图2-2 双箱单室结构路线中心线路线中心线轨顶面图2-3 单箱双室结构横截
6、面图(尺寸单位:mm)横截面图(尺寸单位:mm)2. 板梁结构板梁结构板梁主要有空心板和低高度板梁两种形式路线中心线路线中心线轨顶面路线中心线路线中心线轨顶面图2-4 空心板梁图2-5 低高度板梁空心板梁横截面图低高度板梁横截面图3. T形梁形梁4. 槽形梁槽形梁图2-6 T形梁图 2-6 槽 形 梁横截面图横截面图二、一体化高架结构二、一体化高架结构660006600016500174202.0%2.0%高架线路中心线600PHC管桩600PHC管桩一体化高架结构图三、桥墩结构三、桥墩结构1. T形墩形墩AA2. 双柱墩双柱墩BBBBCCCCT形墩示意图双柱墩结构示意图3. Y形墩形墩(a)
7、(b)(c)Y形墩结构示意图第二节第二节 高架车站结构高架车站结构一、车站建筑与桥梁分离式结构一、车站建筑与桥梁分离式结构站台轨顶面雨篷二、空间框架式结构二、空间框架式结构76007600 轨面线路中线线路中线4300645064504300400400打入方柱895035002860三、车站建筑与桥梁整体式结构三、车站建筑与桥梁整体式结构线路中心线线路中心线400445063006300445040022300EDCBA第三节第三节 地下车站结地下车站结构构一、矩形框架结构一、矩形框架结构地下两层双柱三跨车站结构图地下两层单柱双跨车站结构图二、拱形结构二、拱形结构1. 大跨度双层单拱结构大跨
8、度双层单拱结构线路中线3600600045r2=8000r1=110005008879486114440线路中线6000360045r2=8000r1=11000900 192940612. 单层双连拱结构单层双连拱结构2260016300北京市蒲黄榆地铁站德国柏林广场地铁站广州地铁3号线林和西站北京市新桥地铁站隧道断面美国纽约地铁站以上这些车站都采用了单层双连拱方案，施工方法均采用浅埋暗挖法。3. 单层三连拱结构单层三连拱结构站台层站台层35006007001200 1400340014007003500600120018200500300哈尔滨单层三连拱车站结构4. 双层双连拱结构双层双连
9、拱结构线路中线轨面线路中线轨面深圳双层双连拱车站5. 双层三连拱结构双层三连拱结构北京地铁1号线双层三连拱结构6. 分离式结构分离式结构展厅层设备通道（兼行人通道）展台层设备通道（兼行人通道）南京地铁1号线南京站结构北京地铁10号线呼家楼站结构左洞中洞右洞北京地铁10号线光华北路站结构第四节第四节 地下区间结构地下区间结构一、明挖法一、明挖法2050线路中线21503002050轨面标高4600线路中线2150560矩形隧道结构结构形式一般为整体浇注钢筋混凝土矩形框架结构，可设中隔墙或根据线路要求采用单跨结构，隧道出地面后为钢筋混凝土U槽型结构。敞开段U型结构二、浅埋暗挖法二、浅埋暗挖法采用浅
10、埋暗挖法修建的区间隧道一般为单跨拱形渡面中线断面中线南正线南京地铁1号线珠江路站鼓楼站区间隧道北京市地铁复兴门折返线断面形式当区间隧道存在过渡线时，也可以采用连拱隧道渡线平面图渡线范围隧道横剖面图三、盾构法三、盾构法盾构法是在盾构机刚壳体保护下，依靠其前部的刀盘或挖掘机开挖地层，并在盾构机壳体内完成出渣、管片拼装、推进等工作。采用盾构法修建的隧道一般为单圆或多圆隧道。单圆盾构隧道双圆盾构隧道第五节第五节 地面线的路基结构地面线的路基结构地面线设计时注意以下几个问题：（1）要结合沿线土体的使用性质从长远的规划上综合慎重考虑是否设置地面线，因城市轨道交通的行车密度大，地面线要防护隔离，浙江隔断线路
11、两侧的联系，并带来很大的噪声。（2）在南方地区要充分考虑路基的防淹和排水问题，以确保线路的运营安全。带调查搜集当地的暴雨积水强度来确定最小路面高程。如上海轨道交通9号线经过一处高压走廊，因受高压线高度控制，局部线路由高架降为地面线，且路基高度根据当地30年一遇的暴雨积水高度确定，并采取了一定的排水和保护措施。地面线路基横断面图城市轨道交通结构设计与施工Structural Design and Construction of Urban Rail Transit主讲：周顺华 教授同济大学交通运输工程学院第三章第三章 限界限界目录目录 第一节 限界的分类 第二节 限界制订的原则 第三节 制订限界
12、的主要技术参数 第四节 设备限界的计算 第五节 建筑限界 定义：定义：限界（Gauge）是指限定车辆运行或轨道周边构筑物超越的轮廓线,也是列车沿固定的轨道安全运行时所需要的空间尺寸。 制定限界目的：制定限界目的：就是要确定一个既能保证列车运行安全，又不增大桥隧或路基断面的经济空间，以防止车辆在直线或曲线上运行时与各种建筑物及设备发生接触、碰撞。 评价标准：评价标准：评价轨道交通的限界是否合理，一般以有效面积比来衡量。第一节：限界的分类第一节：限界的分类 确定依据：确定依据：轨道交通的限界是根据车辆外轮廓线及技术参数、轨道特性、各种误差和变形，并考虑列车的运动状态等因素，经分析计算确定。 分类：
13、分类：车辆限界、设备限界和建筑限界等 A A型车直线地段限界图（隧道内）型车直线地段限界图（隧道内）B1型车直线地段限界图（隧道内）型车直线地段限界图（隧道内）（a）A型车直线段车辆轮廓线坐标值（型车直线段车辆轮廓线坐标值（mm）车辆轮廓线：车辆轮廓线：车辆横断面的外轮廓线，是确定车辆限界和设备限界的依据。 （b）A型车直线段车辆限界坐标值（型车直线段车辆限界坐标值（mm） 车辆限界车辆限界：车辆在平直轨道上按规定速度运行，计及车辆和轨道的公差、磨耗、弹性变形及振动等正常运行状态下的一条最大动态包络线，是限制车辆横断面最大允许尺寸的轮廓图形。 （c）A型车直线段设备限界坐标值（型车直线段设备限
14、界坐标值（mm）设备限界设备限界：车辆在故障运行状态下所形成的动态包络线，用以限制轨道区的设备安装界限。第二节第二节 限界制订原则限界制订原则（1）限界应保证列车安全、正常运行。（2）限界应根据车辆的轮廓尺寸和技术参数、轨道特性、 受电方式、设备及管线安装、施工方法等因素，进行 综合分析后由计算确定。（3）限界一般按平直轨道的条件制定。（4）设备限界与车辆限界之间的间隙主要为安全预留量， 应全面考虑横向安全留量和竖向安全留量。（5）建筑限界和设备限界之间应充分考虑建筑物上的设 备和管线安装位置，在宽度方向上设备和管线与设 备限界之间应留出2050mm安全间隙。（6）建筑限界中不包括施工误差、测
15、量误差、结构沉降、 变形等因素。第三节第三节 制定限界的主要技术参数制定限界的主要技术参数序号项目名称单位车 型A型车B型车B1型B2型上部受流下部受流1车体计算长度mm22100190002车体最大宽度mm300028003车辆最大高度mm380038004车辆定距mm15700126005转向架固定轴距mm2500220023006客室地板面距轨顶面高度mm113011007受电弓落弓高度mm3810-38108受电弓最大工作高度mm5410-54109受流器工作点至转向架中心线水平距离750Vmm-1417.51401-1500V-144410受流器工作面距走行轨面高度750Vmm-14
16、0160-1500V-200 城市轨道交通车辆基本参数表城市轨道交通车辆基本参数表 第四节第四节 设备限界的计算设备限界的计算一、直线段设备限界的确定一、直线段设备限界的确定直线段设备限界是在车辆限界的基础上，采用基准坐标系确定直线段设备限界的坐标。直线地段设备限界坐标计算公式为： （3-1）式中： 车辆限界坐标值； 轨道横向最大可能容许偏差； 轨道竖向最大可能容许偏差； i轨道倾斜度； 安全间距。iXYYYiYXXXnxnnnnn,nnYXXxY二、曲线段设备限界的计算二、曲线段设备限界的计算1. 平面偏移平面偏移平曲线地段设备限界应在直线地段设备限界基础上，进行加宽和加高处理。（1）车体曲
17、线外侧： （3-2）曲线内侧： （3-3）（2）转向架曲线外侧： （3-4）曲线内侧： （3-5）式中：m计算断面至相邻轴的距离（mm）。A型车代入参数后，为Tba=820/R，Tbi=780/R。RalLTa8)(22120RalTi8221RammTba2/RaTbi8/22.过（欠）超高引起的设备限界加宽量和加高量的计算过（欠）超高引起的设备限界加宽量和加高量的计算（1）车体横向加宽量 曲线内侧： （3-6） 曲线外侧： （3-7）（2）车体竖向加高量 曲线内侧： （3-8）曲线外侧： （3-9）上述各式中参数应根据不同车型取值，可参看地铁限界标准。 )1( )( )(1500Skhhh
18、YkhhhYgmhXscssccspcpsccpBacQi)1( )( )(1500SkhhhYkhhhYgmhXscssccspcpsccpBdcQa)1(1500YSkhhkhhgXmhscsscpcpscBacQi)1(1500YQaSkhhkhhgXmhscsscpcpscBdc3.曲线轨道参数变化及车辆参数变化引起的设备限界加宽量曲线轨道参数变化及车辆参数变化引起的设备限界加宽量（1） 车体及转向架横向曲线外侧加宽量：整体道床： （3-10）碎石道床： （3-11） （2） 车体及转向架横向曲线内侧整体道床： （3-12）碎石道床： （3-13） wqlSXacawq/1000000
19、lSRXacawqlSXacaiciSRX/1000000式中： 曲线外轨磨耗（mm）。与车辆无关，当R800m时为3mm，800R200m时为3+300/R）；l曲线轨道横向弹性变形增量（mm），取1.4 mm；车辆一系及二系弹簧横向位移在曲线及直线的差值（mm），车体取9mm，转向架取4mm；曲线轨距加宽及内轨磨耗（mm），当R800m时为0， 800R200m时为300/R）。aSwqiS车体横向加宽和过超高（或欠超高）偏移方向相同时曲线外侧： （3-14） （3-15）曲线内侧： （3-16） （3-17）caQaaaXXTXQaaYYciQiiiXXTXQiiYY车体横向加宽和过超高
20、（或欠超高）偏移方向相反时曲线外侧： （3-18） （3-19）曲线内侧： （3-20） （3-21）曲线地段设备限界坐标值即为直线地段设备限界坐标值加上上述加宽加高值后得到的坐标值。 caQaaaXXTXQaaYYciQiiiXXTXQiiYY第五节第五节 建筑限界建筑限界一、区间建筑限界一、区间建筑限界 二、区间曲线段建筑限界二、区间曲线段建筑限界三、道岔区建筑限界三、道岔区建筑限界 四、车站限界四、车站限界 一、区间建筑限界一、区间建筑限界 轨道交通的区间一般包括地下区间、高架区间、地面线区间和过渡段。各种区间结构根据不同的施工方法有不同的限界断面。 1.地下线建筑限界 区间建筑限界分为
21、： 2. 高架线桥面建筑限界 3. 地面线建筑限界区间直线段矩形隧道建筑限界（区间直线段矩形隧道建筑限界（A型车）型车）A型车单圆隧道建筑限界型车单圆隧道建筑限界 区间直线段双圆隧道建筑限界（区间直线段双圆隧道建筑限界（A型车）型车）区间直线段双线高架桥面建筑限界（区间直线段双线高架桥面建筑限界（B1型车）型车）二、区间曲线段建筑限界二、区间曲线段建筑限界1.圆形隧道和马蹄形隧道圆形隧道和马蹄形隧道圆形隧道和马蹄形隧道在曲线超高地段，采用隧道中心向线路基准线内侧偏移的方法，解决轨道超高引起的内外侧不均匀位移量，位移量计算公式如下： （3-22） 式中：轨道超高角度，=sin-1（h/s）；h0
22、直线段圆心距轨面高度（mm）；h轨道超高值（mm）；s内外轨中心距离（mm），一般取1500mm。)cos1 (sin00hYhX2.矩形隧道矩形隧道曲线地段矩形隧道建筑限界，应在曲线地段设备限界基础上，按下列公式计算确定：曲线地段建筑限界外侧宽度（ ）： （3-23）曲线建筑限界内侧宽度（ ）： （3-24）曲线建筑限界高度（ ）应按下式计算确定： （3-25） （3-26）式中: h轨道超高值（mm）； 右侧、左侧设备或支架最大安装宽度值（mm）；（ ）、 （ ） 、（ ）曲线地段设备限界控制点坐标值（mm）； 设备安装误差和安全间隙（mm）； 受电弓工作高度（mm）； 接触网系统高度（m
23、m）； 轨道结构高度（mm）。对于缓和曲线地段，一般有图解法和公式法等方法。目前采用较多的则是图解与公式相结合的方法，将内、外侧加宽分开计算。（1）内侧加宽量 （3-27） nxnxnhnpnhnpnHnXYXNClXeNeEsincos822（2）外侧加宽量 （3-28） 式中： X2、X3分别为计算断面处距缓和曲线起点的长度 （mm）；C=Rl0，l0为缓和曲线长度； x=sin-1（hx/s），hx为缓和曲线地段计算断面处的超高值（mm）。根据车辆所处的不同工况，将建筑限界内外侧加宽量绘制成图，即常用圆曲线和缓和曲线地段建筑限界加宽量图，这样可方便使用。wxwxwhwpwhwpwHwXY
24、XWCLXlLeWeEsincos24)3)(3223.竖曲线地段建筑限界竖曲线地段建筑限界 竖曲线地段建筑限界在直线地段上根据公式（3-29）和（3-30）进行加高。（1） 凹形竖曲线 （3-29）（2） 凸形竖曲线 （3-30）式中： R1、R2分别为凹凸形竖曲线的半径（mm）。 对于轨道交通线路而言，由于一般竖曲线半径都比较大，根据上述公式计算得出的竖曲线加高值很小，故可以忽略不计。竖曲线半径很小时，可根据需要进行核算。12218+=RalH222228)(RalLH三、道岔区建筑限界三、道岔区建筑限界60kg/m钢轨钢轨9号单开道岔内、外侧加宽量图号单开道岔内、外侧加宽量图 四、车站限
25、界四、车站限界1.地下车站地下车站直线段矩形隧道岛式车站建筑限界直线段矩形隧道岛式车站建筑限界2.高架车站高架车站轨道交通的高架车站根据车站形式的不同，分为侧式车站和岛式车站。（1） 侧式车站 A=（a0+站台宽度）2+l0 （3-31）（2） 岛式车站 A=b02+l0 （3-32）式中： a0线路中心线至站台边缘距离（mm），A型车为1600mm；l0线间距（mm）；b0线路中心线至护栏柱内侧距离。直线段高架侧式车站桥面建筑限界（直线段高架侧式车站桥面建筑限界（A型车、接触网供电）型车、接触网供电）3. 屏蔽门与安全门建筑限界屏蔽门与安全门建筑限界 车站屏蔽门与安全门的建筑限界，一般按屏蔽
26、门与安全门的安装尺寸在不考虑弹性变形状态下，屏蔽门（安全门）最外突出点至车站地段车辆限界之间应有不小于25mm的安全间隙考虑。4.曲线车站曲线车站 设在曲线上的车站，应在直线地段车站的有关限界基础上，包括曲线内侧加宽和曲线外侧加宽。其中平面曲线偏移量可分别按凹形站台和凸型站台进行计算。对于凹形站台，加宽量: （3-33）对于凸形站台，加宽量 : （3-34）式中： l1 车辆定距（mm）; L车体计算长度（mm）；Ral8+=221RalL8)+(=2212 a转向架固定轴距（mm）； R站台段圆曲线半径； 、分别为凹形站台和车辆中部，凸形站台和车辆端部的间隙增加量，如设导轨超高还需考虑因超高
27、引起的加宽量。 曲线车站站台与车辆间隙示意图曲线车站站台与车辆间隙示意图缓和曲线地段站台限界的加宽可按公式（3-35）（3-36）进行计算。内侧加宽： EH内=ep内+Nh内 （3-35）其中： （3-35a） Nh内=X0cosx+Y0sinx-X0 （3-35b）外侧加宽： EH外=ep外+Wh外 （3-36） 其中： （3-36a） W h内=X0cosx+Y0sinx （3-36b）0208)(=Rllsxep内02224+) ( 3)(=RlLllxlLep外式中： x加宽起点至计算点长度（m）； l中心销至车端（计算断面）距离，A型车为3.2m； l0缓和曲线长度（m）； X0,Y
28、0,X0,Y0车辆限界加宽计算控制点坐标； S0ZH点至内侧加宽起点，其值按不小于一个车辆全轴距取整（m）。 站台限界在加宽计算中，必须注意控制点的选取原则。同时与缓和曲线或圆曲线连接的直线内、外侧加宽值也需考虑，可采用内插法计算。城市轨道交通结构设计与施工Structural Design and Construction of Urban Rail Transit主讲：周顺华 教授同济大学交通运输工程学院第三章第三章 限界限界目录目录第一节 材料的物理力学性质第二节 钢筋混凝土受弯构建抗弯设计第三节 受弯构件斜截面承载能力计算第四节 钢筋混凝土受压构件计算第五节 钢筋混凝土受弯构件的变 形
29、计算及裂缝控制第六节 预应力混凝土构件抗弯设计概论概论v 钢筋混凝土结构优点钢筋混凝土结构优点耐久性和耐火性较好，维护费用低。充分发挥了钢筋和混凝土两种材料的特点，其构件有较大的强度和刚度。可模性好，可根据需要浇筑成各种形状的结构。耐辐射、耐腐蚀性能较好。混凝土材料中大部分为砂石，便于就地取材。v 钢筋混凝土结构缺点钢筋混凝土结构缺点检查、加固、拆除等比较困难。自重较大，使得结构的很大一部分承载能力消耗在承受其自身重量上。概论概论v 预应力混凝土结构优点预应力混凝土结构优点可以节省材料，减少自重。提高了构件的抗裂强度和刚度，增加了结构的耐久性。可以减小混凝土梁的竖向剪应力和主拉应力。预应力可作
30、为结构构件连接的手段，促进了新型大跨度结构体系与施工方法的发展。结构质量安全可靠。v 预应力混凝土结构缺点预应力混凝土结构缺点需要有专门的设备如张拉机具、灌浆设备等。施工工艺较复杂，对施工质量要求很高。概论概论预应力混凝土结构的施工费用较大。预应力反拱度不易控制。v 结构的功能要求结构的功能要求适用性。安全性。耐久性。1.1.材料的物理力学性质材料的物理力学性质v 钢筋钢筋钢筋分类钢筋混凝土结构对钢筋的性能要求钢筋的计算强度钢筋的计算强度（Mpa） 表4-1 1.1.材料的物理力学性质材料的物理力学性质v 混凝土混凝土立方体抗压强度轴心抗压强度 和轴心抗拉强度混凝土的徐变,fcu kfc,fc
31、u k混凝土的收缩1.1.材料的物理力学性质材料的物理力学性质v 钢筋与混凝土的黏结钢筋与混凝土的黏结黏结力的作用黏结力的组成保证钢筋与混凝土之间黏结力的构造措施满足钢筋的锚固长度光圆钢筋端头做弯钩保证钢筋的塔接长度保证钢筋与砼共同作用，阻止钢筋在混凝土中滑移。化学胶着力、摩擦力、机械咬合力、钢筋端部锚固力。2.2.钢筋混凝土受弯构件抗弯设计钢筋混凝土受弯构件抗弯设计v 钢筋混凝土受弯构件的破坏形态钢筋混凝土受弯构件的破坏形态少筋梁破坏梁的配筋率很低，属脆性破坏。适筋梁破坏梁的配筋率适当，属延性破坏。超筋梁破坏梁的配筋率很高，属脆性破坏。（a)适筋梁弯矩-挠度关系曲线（b) ）适筋梁弯矩-应变
32、关系曲线2.2.钢筋混凝土受弯构件抗弯设计钢筋混凝土受弯构件抗弯设计图4-2矩形截面适筋梁受弯构件破坏的三个阶段的应力应变分布v 适筋梁破坏过程适筋梁破坏过程2.2.钢筋混凝土受弯构件抗弯设计钢筋混凝土受弯构件抗弯设计v 正截面受弯承载力计算基本假定正截面受弯承载力计算基本假定平截面假定。不考虑受拉区的混凝土参与工作假定。受压区混凝土应力-应变曲线采用抛物线加直线的曲线形式，如图4-3所示。钢筋应力-应变曲线采用两段直线的曲线形式，如图4-4所示。图4-3混凝土应力应变曲线图4-4钢筋应力应变曲线2.2.钢筋混凝土受弯构件抗弯设计钢筋混凝土受弯构件抗弯设计v 受弯构件正截面受弯的应力图形受弯构
33、件正截面受弯的应力图形图4-6矩形截面受弯构件正截面等效应力分布及受压区高度图4-5混凝土正截面理论应力应变分布图2.2.钢筋混凝土受弯构件抗弯设计钢筋混凝土受弯构件抗弯设计v 基本计算公式基本计算公式我国现行铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范（TB10002.3规定对于钢筋混凝土结构应按容许应力法进行设计。钢筋混凝土适筋受弯构件，处于弹性工作状态，其混凝土的压应力计算式0cbMw钢筋拉应力：sssMnW中性轴处的剪应力：Vbz单筋矩形截面梁计算公式根据混凝土结构设计规范（GB50010-2010）进行极限状态法设计，其计算公式如下：我国现行铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规
34、范（TB10002.3规定对于钢筋混凝土结构应按容许应力法进行设计。钢筋混凝土适筋受弯构件，处于弹性工作状态，其混凝土的压应力计算式钢筋拉应力：我国现行铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范（TB10002.3规定对于钢筋混凝土结构应按容许应力法进行设计。钢筋混凝土适筋受弯构件，处于弹性工作状态，其混凝土的压应力计算式中性轴处的剪应力：钢筋拉应力：我国现行铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范（TB10002.3规定对于钢筋混凝土结构应按容许应力法进行设计。钢筋混凝土适筋受弯构件，处于弹性工作状态，其混凝土的压应力计算式我国现行铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范（TB10
35、002.3规定对于钢筋混凝土结构应按容许应力法进行设计。钢筋混凝土适筋受弯构件，处于弹性工作状态，其混凝土的压应力计算式钢筋拉应力：我国现行铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范（TB10002.3规定对于钢筋混凝土结构应按容许应力法进行设计。钢筋混凝土适筋受弯构件，处于弹性工作状态，其混凝土的压应力计算式中性轴处的剪应力：钢筋拉应力：我国现行铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范（TB10002.3规定对于钢筋混凝土结构应按容许应力法进行设计。钢筋混凝土适筋受弯构件，处于弹性工作状态，其混凝土的压应力计算式2.2.钢筋混凝土受弯构件抗弯设计钢筋混凝土受弯构件抗弯设计双筋矩形截面梁
36、计算公式1100,0,()2syscucANf Af bxxMMf bx h双筋矩形截面梁承载能力极限状态计算公式如下：11000,0,()()2ysyscAsucyssNf Af Af bxxMMf bx hf A ha3.3.受弯构件斜截面承载能力计算受弯构件斜截面承载能力计算v 受弯构件斜截面破坏形态受弯构件斜截面破坏形态剪压破坏斜拉破坏斜压破坏v 影响斜截面受剪承载力的主要因素影响斜截面受剪承载力的主要因素混凝土强度剪跨比纵筋配筋率荷载作用形式梁截面尺寸3.3.受弯构件斜截面承载能力计算受弯构件斜截面承载能力计算v 有腹筋梁受剪性能有腹筋梁受剪性能有腹筋梁受剪承载力基本公式：Ucssb
37、VVVV均布荷载作用下的梁受剪承载力计算公式：000.71.250.8sin0.751.250.8sinctsvsyvsbysbsvutyvysbVf bhAVfhsVf AAVf bhfhf As4.钢筋混凝土受压构件设计钢筋混凝土受压构件设计v 轴心受压构件轴心受压构件轴心受压构件分类轴心受压构件强度计算轴心受压构件稳定性计算=+cccsNAmA=(+)cccsNAmA轴心压力作用下的构件的破坏4.4.钢筋混凝土受压构件设计钢筋混凝土受压构件设计v 偏心受压构件偏心受压构件偏心压力作用下的构件的破坏轴心受压构件混凝土正应力计算cb00=+NMAW5.5.钢筋混凝土受弯构件的变形计算钢筋混凝
38、土受弯构件的变形计算 及裂缝控制及裂缝控制v 变形计算变形计算挠度控制理由使用功能要求安全行车要求用户心理要求砖墙（板）稳定要求造成挠度过大的荷载条件对正常使用极限状态按荷载持续时间长短可分：荷载短期效应组合荷载长期效应组合5.5.钢筋混凝土受弯构件的变形计算钢筋混凝土受弯构件的变形计算 及裂缝控制及裂缝控制v 裂缝控制裂缝控制裂缝开裂控制理由外观要求耐久性要求裂缝开裂控制标准混凝土结构设计规范（GB 50010-2010）铁路桥涵钢筋混凝土和预应力钢筋混凝土结构设计规范（TB 10002.3-2005）6.6.预应力混凝土受弯构件抗弯设计预应力混凝土受弯构件抗弯设计v 预应力混凝土构件受弯性
39、能预应力混凝土构件受弯性能预应力施加方法预应力混凝土从预加应力到破坏，根据所受应力分为三阶段先张法、后张法、电热法等弹性阶段、开裂阶段和破坏阶段全预应力混凝土受弯构件设计6.6.预应力混凝土受弯构件抗弯设计预应力混凝土受弯构件抗弯设计v 预应力损失计算预应力损失计算预应力筋与孔壁壁间的摩擦引起的损失1L-(+kx)1con1-eL张拉端锚具变形和钢筋内缩引起的预应力损失2L2=LplEl对于先张法构件，混凝土加热养护时，先张拉的预应力筋与台座之间的温差引起的损失3L3=2Lt6.6.预应力混凝土受弯构件抗弯设计预应力混凝土受弯构件抗弯设计v 预应力损失计算预应力损失计算预应力筋的应力松弛引起的
40、损失4Lcon混凝土收缩和徐变引起的损失5L在后拉法结构中，当分批张拉预应力钢筋时，对先张拉的钢筋应考虑混凝土的弹性压缩引起的应力损失6L 与 均参照铁路桥涵钢筋混凝土和预应力钢筋混凝土结构设计规范（TB 10002.3-2005）相关规定计算6L4L5L6.6.预应力混凝土受弯构件抗弯设计预应力混凝土受弯构件抗弯设计v 预应力混凝土受弯构件的计算方法预应力混凝土受弯构件的计算方法正截面承载力计算参照铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范（TB 10002.3-2005）：矩形截面受弯构件正截面强度斜截面承载力计算配有预应力、非预应力钢筋、弯起钢筋梁斜截面受剪承载力应按下式计算：000(
41、h -)+(h -a )2+(h -a )cpappsssxKMf bxAf A=+0.8sin +0.8sincspysbpypbpV VVf AafAa6.6.预应力混凝土受弯构件抗弯设计预应力混凝土受弯构件抗弯设计v 预应力混凝土受弯构件的计算方法预应力混凝土受弯构件的计算方法使用阶段抗裂验算对于轴心受拉、小偏心受拉或小偏心受压构件对于受弯、小偏心受拉或大偏心受压构件对不允许出现拉应力的构件，其正截面抗裂性按下面公式计算：对不允许出现拉应力的构件，其斜截面抗裂性按下面公式计算：+fcctKf+fcctKftpctfcpcf6.6.预应力混凝土受弯构件抗弯设计预应力混凝土受弯构件抗弯设计v
42、 预应力混凝土受弯构件的计算方法预应力混凝土受弯构件的计算方法使用阶段最大裂缝宽度及变形验算对允许开裂的预应力混凝土受弯构件在运营荷载作用下的特征裂缝宽度应符合：对于主力组合，不得大于0.1mm对于主力加附加力组合，不得大于0.15mm对于特种超荷组合，不得大于0.25mm城市轨道交通结构设计与施工Structural Design and Construction of Urban Rail Transit主讲：周顺华 教授同济大学交通运输工程学院第五章第五章 明挖法结构设计明挖法结构设计目录目录 第一节 明挖法结构建设及设计流程 第二节 地铁车站建筑设计 第三节 基坑工程中的土压力和水压力
43、 第四节 支护结构选型与设计 第五节 主体结构设计 第六节 支护结构与主体结构相结合的结构设计 第七节 盖挖法施工的车站结构设计第一节第一节 明挖法结构建设及设计流程明挖法结构建设及设计流程 1.明挖法结构建设流程明挖法结构建设流程明挖法结构建设流程施工前环境调查围护结构施工地基加固基坑降水基坑开挖及支撑的施工内部结构施工基坑施工监测图 5-1 施工期结构设计流程图图 5-2 使用期主要主体结构设计流程图第二节第二节 地铁车站建筑设计地铁车站建筑设计出入口及通道设备用房运营管理用房辅助用房车站用房售检票区乘客集散区其它公用设施非付费区站台自动扶梯及楼梯其它乘客服务设施付费区乘客使用空间车站主体
44、通风道及风亭地下其它附属建筑车站图5-3 地铁车站功能组成示意图 图5-4 地铁车站人流路线示意图一、站厅层设计 图5-5 分离式车站站厅层平面图 图5-7 上海地铁10号线江湾体育场站站厅层平面图 图5-6 贯通式车站站厅层平面图二、站台层设计岛式站台宽度：tznbBd 2（5-1）侧式站台宽度：tzbBc （5-2）abLQb上MLQb上下其中：或（两公式取大者）式中 b侧站台宽度（m）； n横向柱数； z横向柱宽（含装饰层厚度）（m)； t每组人行梯与自动扶梯宽度之和（含与柱间所留空隙）（m)； Q上远期每列车高峰小时单侧上车设计客流量，换乘车站含换乘客流量（换算成高峰时段发车间隔内的设
45、计客流量）（人）； Q上、下远期每列车高峰小时单侧上、下车设计客流量，换乘车站含换乘客流量（换算成高峰时段发车间隔内的设计客流量）（人）； 站台上人流密度(0.5m2/人)； L站台计算长度(m)； M站台边缘至屏蔽门立柱内侧距离（m）； ba站台安全防护宽度，取0.4m，采用屏蔽门时用M替代ba值。三、行车管理及设备用房的布置 车站管理用房设置参考面积表车站管理用房设置参考面积表 表5-1 序号房间名称面积（）设 置 要 求1车站控制室35设在站厅层客流较多一端，能直接观察站厅层公共区2站长室1215与车站控制室相邻，地坪与车控室平3站务室12宜靠近站长室4会议室25站厅层管理区内较安静处设
46、置，兼交接班、餐厅5警务室10+15靠近站厅公共区6客服中心6设在公共区的付费区与非付费区之间，靠近进站闸机7男/女更衣室82设在设备与管理用房相对集中处8男女卫生间8设在设备与管理用房相对集中处9茶水间4设在设备与管理用房相对集中处10备品房12视具体情况适当增减11清扫间62站厅及每个站台各设一间12AFC票务室1520设于车站控制室附近13站台值班室12设在站台层14男/女公共厕所15/12设在站台层公共区内。每个站台设置男、女厕坑位均为23个，男厕23个小便斗，均含残疾人厕位。其中残疾人厕位可单建。（或设在站厅层非付费区出入口旁）15司机换班室12设在折返线车站站台层，靠近折返端16通
47、信仪表室122设在车控室一端17列检室10仅设在折返站站台层靠近道岔区 车站设备用房设置参考面积表车站设备用房设置参考面积表 表5-2 序号房间名称面积（）备 注1混合变电所350尽量设在车站进线端2降压变电所160200尽量设在站台层3照明配电室104站厅及站台两端各设一间，设在车控室另一端的AFC配电室,与照明配电室合用，面积酌情增加。4电力电缆井52两端均有。5环控电控室482与通风空调机房相邻。6屏蔽门控制室18设于站台层靠近屏蔽门处。7气 瓶 间15靠近被保护房间，保护半径120m。8通信设备室50靠近车控室布置。9通信电源室30邻近通信设备室。10信号设备室4080靠近车控室布置，
48、有道岔车站80，设备集中站80，一般车站40。11公共无线引入室20邻近通信设备室布置。12环控机房(150340)213小通风机房602可与通风空调机房合建。14区间通风机房(200320）2设于车站两端部，各两台TVF风机。15冷冻机房60设于变电所一端16AFC机房15站厅层靠近公共区。17污水泵房12洗手间下方、内设污水池。18废水泵房15位于车站最低点。19消防泵房36含水喷淋系统，近出入口。四、车站主要设施1.自动扶梯 图5-8 典型出入口处自动扶梯结构图2.电梯 图5-9 电梯土建要求结构图（尺寸单位：mm）3.楼梯为保证客流需要，除需设置电梯、自动扶梯外，尚需在车站付费区内的站
49、厅与站台层之间至少设一座人行楼梯，以便在自动扶梯不能运转时仍能保证站内乘客的疏散；同时应至少设一部供工作人员和消防人员使用的楼梯，该楼梯宜设在工作人员较集中的管理用房区内，楼梯最小净宽不得小于1.0m，踏步尺寸建议采用175mm250mm。站台计算长度外每端设到车行轨面的人行楼梯，梯宽按两股人流计不得小于1.1m，宜平行轨道方向设置。楼梯应按乘客或工作人员使用、以不同的标准进行设计。如乘客使用的踏步高应为150162mm、而工作人员使用应为162175mm；踏步宽乘客为280320mm、工作人员为250280mm。车站内公共区楼梯每个梯段的踏步数应不小于3级，不大于18级。休息平台宽为1200
50、1800mm。4.售票机售票机的数量应满足车站远期超高峰小时客流的需要，售票机应设在客流不交叉，且干扰小的地方。售票机前应留有足够的空间，供乘客排队购票及通行。车站内售票机宜沿进站客流方向纵向排列。并应结合车站不同的客流方向布置，宜不少于两处。售票机的布置应注意与出入口通道及进站检票机保持适当的缓冲距离，并留有足够的取款及检修空间。售票处距出入口通道口和进站检票处的距离不宜小于5m。5.检票机进站检票机应设在售票处至站台的人流流线上。出站检票机应设在站台至出站通道的人流流线上，其数量应能满足车站远期超高峰小时客流的需要，并适当考虑扩容的余地。检票口是付费区与非付费区的分界线，宜垂直人流方向设置
