地铁区间风井结构三维力学分析

秦 义

(辽宁赛特景观装饰工程有限公司，辽宁 沈阳 110166)



地铁区间风井结构三维力学分析

秦 义

(辽宁赛特景观装饰工程有限公司，辽宁 沈阳 110166)

介绍了地铁区间风井的特征，并以沈阳地铁2号线南延线工程全运路站—沈本大街站区间为例，探讨了风井结构的三维计算方法，通过与二维计算结果的对比，指出了二维计算的不足之处。

地铁区间，风井，结构设计，三维模型

当地铁区间长度过长时，需要在区间设置风井，以避免在行车过程中两列列车同时出现在一个区间内。若两列列车处于一个区间内运行，由于列车的活塞效应，会给列车和乘客带来一系列的问题。区间风井长宽高三个方向尺寸相近，具有明显的三维效应，传统的二维断面计算方法，往往不能真实反映结构的受力情况，使得某些部位计算偏于保守，而某些部位又偏于不安全。本文通过某工程实例二维与三维计算的对比，总结了区间风井的计算方法。

1 工程概况

沈阳地铁二号线南延线工程全运路站—沈本大街站区间，风井位于沈阳国际软件园附近规划路与慧云路交叉口。风井为三层三跨箱型框架结构。风井长25.7 m，宽16.5 m，高24.54 m，结构顶板以上覆土厚度约4.2 m，底板埋深28.8 m。风井采用明挖法施工。风井所处位置主要为道路和空地，地表高程为48.7～49.23，场地较为平坦。场地地层主要由第四系全新统和更新统粘性土、砂类土及碎石类土组成。地层分布见图1，风井结构底板位于⑤-3中粗砂层。

场地岩土力学参数如表1所示。

表1 岩土物理力学参数建议值表

本工程场地范围内的地下水赋存于中粗砂、砾砂等土层中，按照埋藏条件划分，属第四系孔隙潜水。稳定水位埋深为12.50 m～23.00 m，相当于水位标高29.11 m～30.14 m。地下水主要补给来源为浑河侧向补给及大气降水垂直入渗补给。主要排泄方式为径流排泄和地下水的人工开采。抗浮水位取地表以下3 m计算。

2 结构设计荷载

1)永久荷载。

结构自重：钢筋混凝土容重按25 kN/m3计算。覆土荷载：按全部覆土荷载计算。侧向水土压力：砂性土地层采用水土分算，粘性土地层施工阶段采用水土合算，使用阶段采用水土分算。

2)可变荷载。

地面超载：按20 kN/m2考虑。人群荷载：按4.0 kN/m2考虑。施工荷载：包括施工机具荷载、堆载等，视具体情况考虑。设备荷载：按实际考虑。

3)偶然荷载。

地震荷载：按7度抗震设防烈度计算。

荷载简图如图2所示。

3 计算结果分析

二维计算选取风井中部断面进行计算，采用“荷载—结构”模型，按平面杆系有限元法进行计算。风井中柱等效为等面积中隔墙计算。分别用与压缩刚度等效的水平、竖向弹簧模拟地层对结构侧墙水平位移和底板垂直位移的约束作用。二维断面计算结果见图3。

三维计算按风井实际梁板柱布置及开洞情况建模，采用“荷载—结构”模型，按三维有限元法进行计算。分别用与压缩刚度等效的水平、竖向弹簧模拟地层对结构侧墙水平位移和底板垂直位移的约束作用。三维模型如图4所示。图5，图6分别给出了风井侧墙及顶板的弯矩计算结果。

二维与三维计算结果对比见表2。由表2可知，在风井中部断面处由于受相邻侧墙约束作用较小，三维计算结果与二维计算结果相近。但在顶板中柱支座及中跨跨中处，由于二维计算模型

无法准确模拟顶板、顶纵梁及中柱的刚度分配作用，二维计算结果中柱及中跨跨中处弯矩计算结果偏小，偏于不安全。

表2 风井中部断面弯矩计算结果对比

kN·m

由图5可知，在侧墙左右边缘位置，由于受到相邻侧墙的约束作用，侧墙弯矩明显比风井中部断面处减小。且由于侧墙两个方向跨度比小于3，应按双向板配筋，相对于三维计算模型，二维断面计算模型无法得到侧墙水平方向的内力，需要单独计算，增加了计算量。顶板弯矩分布也有相同的规律，如图6所示。

4 结语

二维计算无法得到水平钢筋所需的内力，以及端部板带的内力。三维计算可以一次性得到梁板柱的内力，且可以根据内力大小，分区配筋，亦使设计更加合理，减少不必要的浪费。同时三维模型更能真实的反映风井结构的受力状态，减少因计算假设与实际结构的偏差带来的不安全因素。

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3D structural analysis of metro intermediate ventilation shaft

Qin Yi

(SightLandscapeDecorationEngineeringCo.,Ltd,Shenyang110166,China)

This paper introduced the characteristics of metro section shaft, and from the Shenyang metro line 2 south extension Quanyunlu Station to Shenben Street Station section as an example, discussed the 3D calculation method of shaft structure, comparing with the 2D calculation results, pointed out the shortcomings of 2D calculation.

metro section, shaft, structure design, 3D model

2016-11-27

秦 义(1986- )，男，硕士，工程师

1009-6825(2017)04-0052-02

TU311

A