林成虎
(北京城建設(shè)計(jì)發(fā)展集團(tuán)股份有限公司,北京 100037)
在現(xiàn)代化交通建設(shè)過(guò)程中,地鐵交通建設(shè)是非常重要的交通建設(shè)模塊。實(shí)際地鐵建設(shè)還包括對(duì)地鐵車站的整體建設(shè)和設(shè)計(jì),尤其是車站人防門框墻的設(shè)計(jì)非常關(guān)鍵,關(guān)系到項(xiàng)目的整體設(shè)計(jì)效果,同時(shí)也關(guān)系到地鐵車站人防工程的設(shè)計(jì)效果,能確保地鐵施工更加安全。而在實(shí)際地鐵人防門框墻設(shè)計(jì)過(guò)程中,還應(yīng)注重對(duì)其各單元進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算,確保各模塊應(yīng)力計(jì)算合理,也能夠最大限度地提升其應(yīng)力設(shè)計(jì)效果,確保應(yīng)力設(shè)計(jì)更加有效,最終提升人防門框的整體設(shè)計(jì)計(jì)算效果。
地鐵車站人防建設(shè)是地鐵車站建設(shè)過(guò)程中的重要組成部分,對(duì)于項(xiàng)目建設(shè)實(shí)施而言有非常重要的作用,一定程度上也關(guān)系到地鐵的實(shí)際管控工作。在地鐵人防建設(shè)中,人防門框墻是主要部分,對(duì)于人防門以及人防工程建設(shè)而言有非常重要的意義,一定程度上也關(guān)系到人防工程效果。在實(shí)際地鐵車站建設(shè)過(guò)程中人防墻上有需要設(shè)置門的地方,需要對(duì)人防墻配筋和尺寸進(jìn)行加強(qiáng)設(shè)計(jì),這樣連同門框和人防墻一起按一個(gè)構(gòu)件給出配筋和尺寸的就是門框墻。在當(dāng)前地鐵車站人防門框墻設(shè)計(jì)過(guò)程中,其主要形式包括兩側(cè)懸臂式、一側(cè)懸臂一側(cè)柱式、兩側(cè)柱式等不同類型。而在實(shí)際人防門框墻設(shè)計(jì)中不僅需要對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體設(shè)計(jì),還需要對(duì)其各結(jié)構(gòu)應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算分析。為了確保地鐵車站人防門框墻能夠合理地設(shè)計(jì)應(yīng)用,在具體設(shè)計(jì)過(guò)程中,需要對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算,通過(guò)設(shè)計(jì)計(jì)算,確保其整體設(shè)計(jì)應(yīng)用更加合理。
人防門框墻設(shè)計(jì)計(jì)算是門框墻最重要的設(shè)計(jì)內(nèi)容,對(duì)于項(xiàng)目的綜合應(yīng)用設(shè)計(jì)也有重要作用。所以在實(shí)際項(xiàng)目設(shè)計(jì)中,需要對(duì)其項(xiàng)目進(jìn)行綜合應(yīng)用設(shè)計(jì)管控,確保項(xiàng)目設(shè)計(jì)應(yīng)用更加合理。以下是對(duì)其設(shè)計(jì)要點(diǎn)的分析:
1)在地鐵車站人防門框墻設(shè)計(jì)過(guò)程中,需要對(duì)其設(shè)計(jì)人員進(jìn)行必要的培訓(xùn)。設(shè)計(jì)人員是人防門框墻計(jì)算設(shè)計(jì)的主要實(shí)施者,設(shè)計(jì)計(jì)算人員的綜合素質(zhì)直接關(guān)系到人防門框墻的設(shè)計(jì)效果。在實(shí)際人防門框墻設(shè)計(jì)應(yīng)用中,需要對(duì)其項(xiàng)目設(shè)計(jì)者進(jìn)行綜合性培訓(xùn),包括對(duì)計(jì)算精度意識(shí)進(jìn)行培訓(xùn),對(duì)設(shè)計(jì)計(jì)算方法進(jìn)行培訓(xùn),使設(shè)計(jì)人員學(xué)會(huì)使用門框墻設(shè)計(jì)計(jì)算方法,包括有限元設(shè)計(jì)方法等。通過(guò)實(shí)際優(yōu)化設(shè)計(jì)方法應(yīng)用,確保其設(shè)計(jì)展開更加有效,從而提升設(shè)計(jì)效果。
2)在進(jìn)行地鐵車站門框墻設(shè)計(jì)計(jì)算前,應(yīng)做好門框墻相關(guān)資料的準(zhǔn)備工作。主要包括門框墻參數(shù)設(shè)計(jì)準(zhǔn)備、門框墻設(shè)計(jì)要求資料準(zhǔn)備、地鐵車站整體人防系統(tǒng)需求參數(shù)準(zhǔn)備等內(nèi)容。通過(guò)更多數(shù)據(jù)條件資料準(zhǔn)備,才能夠?qū)崿F(xiàn)人防門框墻計(jì)算的合理性,確保其門框墻設(shè)計(jì)應(yīng)用更加合理,也能夠提升其門框墻設(shè)計(jì)效果。
本次項(xiàng)目為長(zhǎng)春地鐵2 號(hào)線西延工程汽車公園車站建設(shè)項(xiàng)目,施工中對(duì)其人防建設(shè)進(jìn)行實(shí)際設(shè)計(jì),其中也包括對(duì)人防門框墻進(jìn)行具體設(shè)計(jì)分析,以確保設(shè)計(jì)展開更加合理。并且在設(shè)計(jì)中,主要采用有限元設(shè)計(jì)方法對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算,通過(guò)有限元設(shè)計(jì)方法的設(shè)計(jì)計(jì)算應(yīng)用分析,確保其設(shè)計(jì)展開更加合理,提升其設(shè)計(jì)效果。本文對(duì)其有限元設(shè)計(jì)過(guò)程的有效分析。
在本次人防門框墻設(shè)計(jì)過(guò)程中,設(shè)計(jì)小組做好了各項(xiàng)設(shè)計(jì)準(zhǔn)備工作,以確保其設(shè)計(jì)準(zhǔn)備展開更加合理有效,提升其設(shè)計(jì)效果:(1)本次項(xiàng)目設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程中,設(shè)計(jì)小組完成了對(duì)其主體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)用,并且還需要對(duì)其設(shè)計(jì)進(jìn)行實(shí)際分析;(2)本次項(xiàng)目設(shè)計(jì)中完成了對(duì)有限元計(jì)算模型建立,且主要針對(duì)板殼單元、膜結(jié)構(gòu)進(jìn)行了有限元分析,確保其項(xiàng)目設(shè)計(jì)更加合理,提升各項(xiàng)設(shè)計(jì)的分析效果[1]。
1)在本次有限元模塊整體設(shè)計(jì)中,針對(duì)彈性薄板問(wèn)題進(jìn)行了計(jì)算分析,且在其設(shè)計(jì)中,主要使用到微分方程進(jìn)行實(shí)際的計(jì)算,其方程為:
式中,ω 為在(x,y)坐標(biāo)處板在荷載方向位移;q 為在板面上作用單位面積荷載;D 為板抗彎剛度。
當(dāng)完成方程解,獲得ω 函數(shù)后結(jié)合幾何方程以及物理方程即可以確定板個(gè)點(diǎn)內(nèi)力以及變性情況。
另外,在本次項(xiàng)目有限元分析過(guò)程中,也使用有限元平衡方程組進(jìn)行實(shí)際設(shè)計(jì),以確保其設(shè)計(jì)展開更加有效,提升其設(shè)計(jì)效果。如在實(shí)際項(xiàng)目設(shè)計(jì)中,應(yīng)用平衡方程組kδ=R 進(jìn)行設(shè)計(jì)。式中,k 為結(jié)構(gòu)整體剛度矩陣;δ 為各節(jié)點(diǎn)位移列矩陣;R為節(jié)點(diǎn)荷載列矩陣。在實(shí)際平衡公式計(jì)算過(guò)程中,其k、δ、R 的有限元分析效果,確保有限元分析展開更加合理。在設(shè)計(jì)分析中主要選擇應(yīng)用SAP84 結(jié)構(gòu)通用分析程序進(jìn)行項(xiàng)目設(shè)計(jì)分析,確保項(xiàng)目設(shè)計(jì)應(yīng)用更加合理。
2)針對(duì)板殼單元進(jìn)行設(shè)計(jì)分析。在本次有限元模型設(shè)計(jì)分析中,其主要的板殼單元設(shè)計(jì)為非協(xié)調(diào)單元設(shè)計(jì),包括4 個(gè)節(jié)點(diǎn)。同時(shí),在計(jì)算分析中每個(gè)節(jié)點(diǎn)又分別包括膜自由度及板自由度,不同的自由度組成對(duì)不同的膜技術(shù)應(yīng)用有非常重要的作用。其中,不同的自由度數(shù)量均為3 個(gè),模型設(shè)計(jì)中每個(gè)單元的自由度為24 個(gè)。通過(guò)自由度和板殼單元的整體設(shè)計(jì)應(yīng)用,確保其項(xiàng)目整體設(shè)計(jì)應(yīng)用更加合理,最大限度地提升單元設(shè)計(jì)效果。在有限元模型設(shè)計(jì)中,采用板殼單元自由度設(shè)計(jì),能夠?qū)崿F(xiàn)良好的自由度設(shè)計(jì)分析。在其設(shè)計(jì)應(yīng)用中,也具有一定的優(yōu)勢(shì),在有限元分析中可以不受到其他條件約束,實(shí)現(xiàn)良好的密閉控制,確保其板殼單元設(shè)計(jì)應(yīng)用更加合理,提升設(shè)計(jì)效果。同時(shí),在板殼單元設(shè)計(jì)中需要對(duì)防護(hù)密閉門框墻進(jìn)行設(shè)計(jì),在綜合設(shè)計(jì)中,將其線性荷載分析為洞口暗梁的整體設(shè)計(jì),確保其設(shè)計(jì)展開更加合理,提升整體有限元設(shè)計(jì)分析效果,提升設(shè)計(jì)質(zhì)量[2]。
在傳統(tǒng)人防門框墻設(shè)計(jì)分析過(guò)程中,使用規(guī)范方法進(jìn)行門洞角部的整體設(shè)計(jì),并且在實(shí)際設(shè)計(jì)展開中,要求完成門洞角部的應(yīng)力設(shè)計(jì)。所以,在本次人防門設(shè)計(jì)中,要求對(duì)門洞角部進(jìn)行綜合應(yīng)力設(shè)計(jì),主要采用有限元進(jìn)行門框墻墻洞加筋設(shè)計(jì)。其中,厚度為300 mm、500 mm 以及800 mm 的墻,其配筋各有不同。(1)門框墻厚度300 mm 時(shí)、側(cè)墻和上擋墻的懸挑長(zhǎng)度最大值小于100 mm、采用3φ18 mm 配筋。門框墻厚度300 mm 時(shí)、側(cè)墻和上擋墻的懸挑長(zhǎng)度最大值1000~1500 mm、采用3φ22 mm 配筋。門框墻厚度300mm 時(shí)、側(cè)墻和上擋墻的懸挑長(zhǎng)度最大值1500~2000 mm、采用3φ25 mm 配筋。(2)門框墻厚度500 mm 時(shí)、側(cè)墻和上擋墻的懸挑長(zhǎng)度最大值小于100 mm、采用4φ18 mm 配筋。門框墻厚度500 mm 時(shí)、側(cè)墻和上擋墻的懸挑長(zhǎng)度最大值1000~1500 mm、采用4φ22 mm 配筋。門框墻厚度500 mm 時(shí)、側(cè)墻和上擋墻的懸挑長(zhǎng)度最大值1500~2000 mm、采用4φ22 mm 配筋。(3)門框墻厚度800 mm 時(shí)、側(cè)墻和上擋墻的懸挑長(zhǎng)度最大值小于100 mm、采用6φ18 mm配筋。門框墻厚度800 mm 時(shí)、側(cè)墻和上擋墻的懸挑長(zhǎng)度最大值1000~1500 mm、采用6φ22 mm 配筋。門框墻厚800 mm 時(shí)、側(cè)墻和上擋墻的懸挑長(zhǎng)度最大值1500~2000 mm、 采用6φ22 mm 配筋。通過(guò)實(shí)際的分析設(shè)計(jì),確保門洞角部的應(yīng)力達(dá)到合理的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),確保其設(shè)計(jì)展開更加有效[3]。
在實(shí)際地鐵設(shè)計(jì)過(guò)程中,風(fēng)道處密閉門門框墻設(shè)計(jì)非常關(guān)鍵,在風(fēng)道處進(jìn)行有限元設(shè)計(jì)中,其風(fēng)道位置需要架設(shè)風(fēng)管,做好對(duì)其整體的設(shè)計(jì)應(yīng)用,確保設(shè)計(jì)應(yīng)用更加合理。在針對(duì)風(fēng)道處風(fēng)管問(wèn)題進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)發(fā)現(xiàn),傳統(tǒng)設(shè)計(jì)不符合使用需求對(duì)風(fēng)道設(shè)計(jì)造成了嚴(yán)重影響。所以,在實(shí)際設(shè)計(jì)展開中,本次項(xiàng)目利用有限元設(shè)計(jì)方法,完成了對(duì)其風(fēng)道處防護(hù)密閉門門框墻整體模型設(shè)計(jì)分析,確保模型設(shè)計(jì)分析更加合理,最大限度地提升設(shè)計(jì)效果。在其門框墻整體設(shè)計(jì)中,還需要對(duì)其經(jīng)驗(yàn)公式Q=Q1+Q2+Qeb、MX=QI2(h/300)/8 進(jìn)行應(yīng)用。式中,Q 為等效靜荷載;MX為梁GL 的端部彎矩,kN·m;Q1為由門扇傳來(lái)的等效靜荷載設(shè)計(jì)值;Q2為由封堵鋼板傳來(lái)的等效靜荷載設(shè)計(jì)值;Qe為作用于墻面的等效均布靜荷載設(shè)計(jì)值;b 為梁GL 的寬度;h 為梁GL 的高度;I 為整片門框墻的寬度。
在實(shí)際公式計(jì)算過(guò)程中,通過(guò)有限元軟件的設(shè)計(jì)應(yīng)用,能夠最大限度地提升風(fēng)道處有限元設(shè)計(jì)效果,對(duì)于有限元軟件模塊的整體設(shè)計(jì)應(yīng)用也有非常重要的作用,一定程度上也關(guān)系到整體設(shè)計(jì)質(zhì)量[4]。
有限元軟件在實(shí)際設(shè)計(jì)分析中,主要根據(jù)其項(xiàng)目各項(xiàng)參數(shù)以及項(xiàng)目整體設(shè)計(jì),確保其設(shè)計(jì)應(yīng)用展開更加合理,也能夠最大限度地提升項(xiàng)目設(shè)計(jì)效果[5]。
本文以長(zhǎng)春地鐵2 號(hào)線西延工程為例,闡述了地鐵人防門框墻設(shè)計(jì)中有限元軟件的具體應(yīng)用,主要包括完成模型設(shè)計(jì)、角洞部設(shè)計(jì)分析等多方面設(shè)計(jì)內(nèi)容,確保其設(shè)計(jì)展開更加合理,提升其設(shè)計(jì)應(yīng)用效果。在規(guī)范給定的等效靜載下,對(duì)于地鐵車站人防工程的防護(hù)密閉門門框墻進(jìn)行整體有限元計(jì)算,更符合實(shí)際受力情況,配筋結(jié)果也更經(jīng)濟(jì)節(jié)約。結(jié)合不同案例計(jì)算最終編制出地鐵人防段人防配筋通用圖。