温度对地铁车站侧墙力学特点分析

温度对地铁车站侧墙力学特点分析

郑海泽

重庆建设工程质量监督检测中心有限公司，重庆 401147

摘要：本文通过工程实例，主要为某地铁结构设计提供依据，同时也为了解此类工程结构的受力特点，为以后类似工程设计提供可参考的依据。

关键词：温度 车站侧墙 内力

Abstract: In this paper, an engineering example is given, mainly for a subway structure design to provide the basis, at the same time, in order to understand the mechanical characteristics of such engineering structures,it provides a reference basis for similar engineering design in the future.

Key words: Temperature Station sidewall Internal Force

0 引言

随着城市化进程的加快，城市人口急剧增加，交通压力也随之增加，为缓解交通压力，地铁建设也在如火如荼的进行。由于地铁站房屋面采用了大跨度刚桁架屋面体系，而且站房也存在大量大跨度柱网，导致温度作用形成的内力是巨大的，通过立柱将直接影响地铁结构，另外城市通廊与大气直接接触，外界的温度升降也会对地铁结构产生影响，因此比较准确的了解温度力作用下，地铁结构的受力特点是首要解决的问题。

1 工程概况

依据勘察资料，自上而下依次为新近沉积粉质粘土及粘土层^[2]，整个地铁结构位于②、③大类粉土及粉质粘土层中，局部夹有中砂，地质条件较好。地下水位埋深较大，在结构底板以下。

车站纵向设置两段纵坡，分别是以北采用2.8%的纵坡及以南采用0.2%的纵坡，由北向南车站底板逐渐变浅，其中最北端底板最大埋深约为15m。车站轴线间长度为342.5m，标准段宽度为31.8m，局部地方有外凸部分，外凸长度为3.7m。地铁顶板考虑升温及降温各10℃；上部站房钢网架为升温30℃和降温40℃；混凝土结构为升温25℃和降温20℃。偶然荷载(人防荷载) ^[5]，顶板：66.89 kN/m²；侧墙(按各层土厚度加权)：32.82 kN/m²，底板­­­­：41.80 kN/m²。

2 计算模型

2.1 计算模型选择

为方便建模及计算，本计算分别将模型分为北侧段、中段、南侧段三部分。各段计算模型见如下各图所示：

图2.1 中段计算模型

图2.2 北侧段计算模型

图2.3 南侧段计算模型

2.2 边界条件

由于模型采用分段剪力计算的方式，故分段处的边界条件对计算结果的影响至关重要，因此模型分割处的边界条件应尽可能的接近实际情况。同时地基采用面弹簧进行模拟。

2.3 计算软件

本计算采用通用的结构计算软件SAP2000 进行。该软件具有使用快速、方便、准确、高效的特点，目前已被广泛运用于结构工程设计中。对于结构中的侧墙、顶板、底板、中板采用Shell单元模拟；柱、横纵梁采用Frame单元模拟。

3温度作用对侧墙内力的影响分析

3.1温度对侧墙强度的影响

侧墙工况组合纵向弯矩(kN·m/m)见下表：

表3.1 各组合下侧墙不同部位内力对比

由上表可知，有温度参与的情况下，侧墙跨中升温组合和人防组合较为接近，人防略大，但对于墙顶和墙底处则为升温控制，而不同于一般不考虑温度作用的地下结构由基本组合控制强度的情况。工况组合的纵向弯矩见如下各图所示：

图3.1 部分侧墙标准组合纵向弯矩(kN·m/m)

图3.2 部分侧墙温度(升)组合纵向弯矩(kN·m/m)

图3.3 部分侧墙人防组合纵向弯矩(kN·m/m)

温度工况作用下侧墙的特点及规律：

(1) 有温度作用的情况下，温度组合和人防组合对侧墙的影响较大，升温较降温作用更为明显，跨中部位人防组合与升温组合较为接近，其他部位升温组合略大；

(2) 由于升温作用和人防作用对结构产生的弯矩差别不是特别明显，因此具体情况的不同(不同结构埋深、不同结构形式)，可能会控制工况不同，需要就具体情况定论。

3.2仅温度作用对侧墙的影响

如图3.4及图3.5(仅温度作用下)所示，温度单独作用情况下侧墙纵向弯矩较横向弯矩大，且中板支座处弯矩明显较其他部位大，升温与降温作用侧墙同方向弯矩比较接近，但变形方向相反。侧墙各部位及升降温作用下弯矩见表3.2所示。

表3.2 仅温度作用侧墙弯矩(kN·m/m)

(a) 降温作用

(b) 升温作用

图3.4 温度作用下部分侧纵向弯矩(kN·m/m)

(a) 降温作用

(b) 升温作用

图3.5 温度作用下部分侧墙横向弯矩(kN·m/m)

温度作用对侧墙内力的特点及规律：

(1)温度作用对侧墙纵向(旋转轴沿纵长方向)弯曲影响较横向弯曲弯曲大，升温过程和降温过程较为接近；

(2)温度作用下，侧墙弯曲效应在中板支撑处及与梁搭接处较大，尤其是与横梁相接处有较大的集中弯曲，楼板位置的纵向弯曲作用较大；

(3)升温和降温过程对结构产生相反的弯曲作用效应。

4 结论

1.温度组合作用对结构的侧墙起到强度控制作用，与一般地区标准组合其控制作用有所不同。

2. 温度作用对侧墙纵向弯曲影响较横向弯曲弯曲大，升温过程和降温过程较为接近。

3.温度作用的情况下，温度组合和人防组合对侧墙的影响较大，升温较降温作用更为明显，跨中部位人防组合与升温组合较为接近，其他部位升温组合略大。

参考文献

[1] 中华人民共和国建设部.（GB 50157-2013）地铁设计规范.中国建筑工业出版社,2014.

[2] 中华人民共和国建设部.(GB50021-2001) 岩土工程勘察规范 (2009年版) 北京,中国建筑工业出版社,2009.

[3] 陈志华、石永久、罗永锋、刘红波.大跨度建筑结构原理与设计.人民交通出版社股份有限公司.2017.

[4] 中华人民共和国建设部. (GB 50010-2010) 混凝土结构设计规范(2015年版).中国建筑工业出版社，2016．

[5] 中国建筑设计研究院. (GB50038-2019)人民防空地下室设计规范.中国建筑工业出版社,2020．

作者简介：郑海泽，1982年2月生，男，山东人，研究生，高级工程师，长期从事岩土工程勘察、设计工程质量检测及鉴定等工作。