管廊人員出入口結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

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摘要:介紹了綜合管廊人員出入口的設(shè)置原則及按樓梯形式劃分人員出入口的類別。以某具體工程實(shí)例為依據(jù)，介紹了采用MIDAS有限元軟件計(jì)算人員出入口節(jié)點(diǎn)的步驟及注意事項(xiàng)，并對(duì)人員出入口節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)時(shí)遇見(jiàn)的問(wèn)題提出解決方案。

關(guān)鍵詞:綜合管廊，人員出入口，MIDAS有限元軟件，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

引言

近年來(lái)，國(guó)家出臺(tái)了相關(guān)政策，大力支持地下綜合管廊的建設(shè)。綜合管廊，是建于城市地下容納兩類及以上城市工程管線的構(gòu)筑物及附屬設(shè)施。建設(shè)綜合管廊能夠改善城市環(huán)境、消除“拉鏈馬路”、保證管線安全運(yùn)營(yíng)及提高經(jīng)濟(jì)效益等諸多優(yōu)勢(shì)［1］。隨著管廊的大力建設(shè)，很多學(xué)者對(duì)管廊進(jìn)行了大量相關(guān)研究，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，相關(guān)規(guī)范及學(xué)者只對(duì)綜合管廊的標(biāo)準(zhǔn)段進(jìn)行了討論，對(duì)復(fù)雜節(jié)點(diǎn)如人員出入口只進(jìn)行了籠統(tǒng)的介紹，對(duì)節(jié)點(diǎn)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面遇到的相關(guān)問(wèn)題，沒(méi)有相關(guān)的規(guī)定及討論［2］。綜合管廊人員出入口設(shè)計(jì)應(yīng)符合規(guī)劃及相關(guān)規(guī)范要求，并宜與逃生口、吊裝口、進(jìn)風(fēng)口結(jié)合設(shè)置，且不應(yīng)少于兩個(gè)，且進(jìn)行空間三維設(shè)計(jì)［2］。本文以實(shí)際工程中綜合管廊人員出入口節(jié)點(diǎn)為依據(jù)，采用MIDASGEN有限元軟件進(jìn)行三維模型分析，并對(duì)相關(guān)問(wèn)題提出解決方案。

1人員出入口設(shè)置原則及節(jié)點(diǎn)形式

人員出入口是為方便維護(hù)及相關(guān)人員進(jìn)出管廊，結(jié)合片區(qū)管廊規(guī)劃及兼顧多條管廊的人員進(jìn)出，在合適位置設(shè)置的人員進(jìn)出節(jié)點(diǎn)。在平面布置上，天然氣艙室的人員出入口應(yīng)單獨(dú)設(shè)置，其余艙室的人員出入口宜采用合建方式，并應(yīng)組織好人行分流，優(yōu)化平面布局。并應(yīng)結(jié)合道路實(shí)際情況，宜布置在綠化帶中，當(dāng)條件受限時(shí)，可布置在分車帶、人行道中，出入口方向不應(yīng)朝向行車道，并應(yīng)采取措施確保人員出入安全。在縱斷面布置上，宜選擇在縱斷面變化平緩處，管廊標(biāo)準(zhǔn)斷面頂覆土約3．0m～4．0m，且人員出入口的服務(wù)半徑約為1．5km～2．0km。人員出入口一般應(yīng)設(shè)置樓梯，樓梯的寬度、凈高及梯段設(shè)置應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定。按照其樓梯形式的劃分，將人員出入口形式劃分為一字形、雙跑形和剪刀形。其一字形又可根據(jù)其出入口的位置劃分為分開(kāi)型和合并型。

2有限元軟件建模分析

2．1工程概況

選取某工程綜合管廊，該管廊為三艙斷面形式，斷面總尺寸為9．5m(寬)×3．85m(高)，布置形式如圖1所示。天然氣艙人員出入口與其他艙室分開(kāi)設(shè)置，人員出入口位置設(shè)置在兩側(cè)分隔帶下，管廊頂覆土約為3m～4m，地面以上設(shè)置樓梯間。管廊中板開(kāi)洞，內(nèi)設(shè)鋼梯，頂板設(shè)置混凝土樓梯。人員出入口平面布置圖及剖面布置圖如圖2所示。

2．2建模計(jì)算

人員出入口節(jié)點(diǎn)以變形縫為界，節(jié)點(diǎn)總長(zhǎng)度28m，采用MIDASGEN有限元軟件進(jìn)行建模分析?；炷翉?qiáng)度等級(jí)為C40，采用板單元模擬，底板厚450mm，中間板400mm，頂板300mm，外側(cè)壁板400mm，中間壁板350mm，由程序進(jìn)行自動(dòng)網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格尺寸最小為500mm。邊界采用面彈性支承進(jìn)行彈性連接，基床系數(shù)按地勘資料取值，約為20000kN/m3。節(jié)點(diǎn)豎向荷載包括結(jié)構(gòu)自重、覆土荷載、地面荷載及管廊內(nèi)設(shè)備自重等，地面荷載一般包括汽車荷載和地面堆載，汽車荷載按城—A取值，地面堆載取10kN/m2。水平荷載包括水土側(cè)壓及地面荷載引起的側(cè)向荷載。水土側(cè)壓按靜止土壓力采用水土分算，靜止土壓力系數(shù)取0．5。有限元三維模型如圖3所示。

2．3結(jié)果分析

DBJ61T125—2016陜西省城鎮(zhèn)綜合管廊設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定［3］，綜合管廊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)按施工階段和正常使用階段分別對(duì)承載力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算。對(duì)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，應(yīng)對(duì)使用階段進(jìn)行裂縫寬度驗(yàn)算，構(gòu)件正截面的受力裂縫控制等級(jí)為三級(jí)，最大裂縫寬度限值為0．2mm。通過(guò)對(duì)大量的節(jié)點(diǎn)計(jì)算分析研究表明，板配筋一般由正常使用階段的極限狀態(tài)工況進(jìn)行控制。依據(jù)GB50010—2010混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(2015年版)中裂縫計(jì)算公式［4］，計(jì)算板鋼筋面積。同時(shí)由《混規(guī)》式6．3．3驗(yàn)算板的抗剪承載力是否滿足，如不滿足，應(yīng)采取相關(guān)措施，如加大板厚或配置抗剪鋼筋。節(jié)點(diǎn)底板準(zhǔn)永久組合工況下的彎矩圖如圖4所示。

3人員出入口節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)常見(jiàn)措施

3．1設(shè)置框架柱或框架梁

部分人員出入口因受上部地形影響，樓梯位置受限，上部樓梯設(shè)置在管廊中間艙層板上，如圖5所示，板下無(wú)豎向構(gòu)件，且板的跨度較大，同時(shí)，管廊上部樓梯剛度突變，中間層板采取加強(qiáng)措施，設(shè)置框架梁，將板劃分為幾個(gè)小板，減小板的受力面積，同時(shí)增大板鋼筋面積。樓梯角部容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，且豎向壁板因設(shè)置樓梯斷開(kāi)，在不影響下部管線及人行情況下，可在角部設(shè)置框架柱，對(duì)角部形成約束，如圖5所示?？蚣苤翱蚣芰盒璋闯休d力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)進(jìn)行設(shè)計(jì)，構(gòu)造要求和抗震等級(jí)同綜合管廊，且需驗(yàn)算柱對(duì)底板的抗沖切承載力。

3．2加強(qiáng)樓梯處壁板厚度及配筋

人員出入口地面以上建筑，一般采用鋼結(jié)構(gòu)，或異形柱框架形式。因此，樓梯周圍壁板，按三邊固接、頂部自由邊界考慮;在承受側(cè)面土壓和地面荷載的同時(shí)，踏板對(duì)壁板的支撐邊界不明確，且壁板的高度較高，長(zhǎng)度較長(zhǎng)，故需對(duì)壁板進(jìn)行加強(qiáng)，一方面是在計(jì)算滿足要求的基礎(chǔ)上，配筋進(jìn)行放大;另一方面是加大壁厚。

3．3樓梯設(shè)計(jì)

人員出入口節(jié)點(diǎn)踏板可按梁式樓梯和板式樓梯進(jìn)行設(shè)計(jì)。按梁式樓梯進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，踏板可作為樓梯周圍壁板的支撐，從而降低壁板計(jì)算高度，減少壁板配筋，此時(shí)踏板厚度一般應(yīng)不小于150mm，踏板配筋率應(yīng)不小于0．25%。踏板按板式樓梯進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，為避免踏板對(duì)壁板邊界計(jì)算的復(fù)雜性，將踏板與壁板之間設(shè)縫脫開(kāi)，一般縫寬30mm，縫內(nèi)采用聚苯板填充，從而切斷了踏板與壁板間的水平傳力途徑，使踏板對(duì)整體結(jié)構(gòu)的剛度的影響減少，但梯梁和梯柱的截面或配筋等需加強(qiáng)。因人員出入要求，在節(jié)點(diǎn)中板需開(kāi)大洞設(shè)置鋼梯，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需對(duì)洞口進(jìn)行加固設(shè)計(jì)，當(dāng)洞口靠近臨土側(cè)時(shí)，洞口側(cè)需按梁進(jìn)行計(jì)算，驗(yàn)算其承載力及裂縫是否滿足要求。

4結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)綜合管廊人員出入口節(jié)點(diǎn)的設(shè)置原則及分類做了簡(jiǎn)述，并基于某綜合管廊，對(duì)人員出入口節(jié)點(diǎn)的有限元分析及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采取的相關(guān)措施進(jìn)行了分析，得出以下結(jié)論:1)人員出入口節(jié)點(diǎn)在平面布置上，應(yīng)結(jié)合道路實(shí)際情況及片區(qū)規(guī)劃，宜布置在綠化帶中;在縱斷布置上，宜選擇覆土變化平緩處。且燃?xì)馀摰娜藛T出入口應(yīng)與其他艙室分開(kāi)設(shè)置。2)人員出入口節(jié)點(diǎn)可采用MIDASGEN有限元軟件進(jìn)行三維分析，驗(yàn)算承載力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)下的受力分析。一般情況下，壁板配筋由正常使用極限狀態(tài)工況控制。3)當(dāng)人員出入口節(jié)點(diǎn)布置受地形等條件限制時(shí)，可采用增設(shè)框架柱和框架梁等措施，加強(qiáng)樓梯周圍剛度。樓梯周圍壁板可增大壁厚或增大配筋保證其安全。4)人員出入口樓梯可按梁式和板式樓梯進(jìn)行設(shè)計(jì)，當(dāng)按板式樓梯計(jì)算時(shí)，樓梯與壁板可設(shè)縫脫開(kāi)，減小對(duì)周圍壁板的影響。

參考文獻(xiàn):

［1］崔國(guó)靜，周慶國(guó)，宋戰(zhàn)平．城市地下綜合管廊建設(shè)與發(fā)展探析［J］．西安建筑科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2020，52(2):660-666．

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［3］DBJ61/T125—2016，陜西省城鎮(zhèn)綜合管廊設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)［S］．

［4］GB50010—2010，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(2015年版)［S］．

作者：張亞平 曹晨 丁戰(zhàn)峰 單位：中國(guó)市政工程西北設(shè)計(jì)研究院有限公司