林成虎

（北京城建設計發(fā)展集團股份有限公司，北京 100037）

1 引言

在現(xiàn)代化交通建設過程中，地鐵交通建設是非常重要的交通建設模塊。實際地鐵建設還包括對地鐵車站的整體建設和設計，尤其是車站人防門框墻的設計非常關(guān)鍵，關(guān)系到項目的整體設計效果，同時也關(guān)系到地鐵車站人防工程的設計效果，能確保地鐵施工更加安全。而在實際地鐵人防門框墻設計過程中，還應注重對其各單元進行設計計算，確保各模塊應力計算合理，也能夠最大限度地提升其應力設計效果，確保應力設計更加有效，最終提升人防門框的整體設計計算效果。

2 地鐵人防門框墻分析

地鐵車站人防建設是地鐵車站建設過程中的重要組成部分，對于項目建設實施而言有非常重要的作用，一定程度上也關(guān)系到地鐵的實際管控工作。在地鐵人防建設中，人防門框墻是主要部分，對于人防門以及人防工程建設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。在實際地鐵車站建設過程中人防墻上有需要設置門的地方，需要對人防墻配筋和尺寸進行加強設計，這樣連同門框和人防墻一起按一個構(gòu)件給出配筋和尺寸的就是門框墻。在當前地鐵車站人防門框墻設計過程中，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。而在實際人防門框墻設計中不僅需要對其結(jié)構(gòu)進行整體設計，還需要對其各結(jié)構(gòu)應力進行計算分析。為了確保地鐵車站人防門框墻能夠合理地設計應用，在具體設計過程中，需要對其進行設計計算，通過設計計算，確保其整體設計應用更加合理。

3 地鐵車站人防門框墻計算要點分析

人防門框墻設計計算是門框墻最重要的設計內(nèi)容，對于項目的綜合應用設計也有重要作用。所以在實際項目設計中，需要對其項目進行綜合應用設計管控，確保項目設計應用更加合理。以下是對其設計要點的分析：

1）在地鐵車站人防門框墻設計過程中，需要對其設計人員進行必要的培訓。設計人員是人防門框墻計算設計的主要實施者，設計計算人員的綜合素質(zhì)直接關(guān)系到人防門框墻的設計效果。在實際人防門框墻設計應用中，需要對其項目設計者進行綜合性培訓，包括對計算精度意識進行培訓，對設計計算方法進行培訓，使設計人員學會使用門框墻設計計算方法，包括有限元設計方法等。通過實際優(yōu)化設計方法應用，確保其設計展開更加有效，從而提升設計效果。

2）在進行地鐵車站門框墻設計計算前，應做好門框墻相關(guān)資料的準備工作。主要包括門框墻參數(shù)設計準備、門框墻設計要求資料準備、地鐵車站整體人防系統(tǒng)需求參數(shù)準備等內(nèi)容。通過更多數(shù)據(jù)條件資料準備，才能夠?qū)崿F(xiàn)人防門框墻計算的合理性，確保其門框墻設計應用更加合理，也能夠提升其門框墻設計效果。

4 具體案例分析

本次項目為長春地鐵2 號線西延工程汽車公園車站建設項目，施工中對其人防建設進行實際設計，其中也包括對人防門框墻進行具體設計分析，以確保設計展開更加合理。并且在設計中，主要采用有限元設計方法對其進行設計計算，通過有限元設計方法的設計計算應用分析，確保其設計展開更加合理，提升其設計效果。本文對其有限元設計過程的有效分析。

4.1 準備工作

在本次人防門框墻設計過程中，設計小組做好了各項設計準備工作，以確保其設計準備展開更加合理有效，提升其設計效果：（1）本次項目設計計算過程中，設計小組完成了對其主體結(jié)構(gòu)的設計應用，并且還需要對其設計進行實際分析；（2）本次項目設計中完成了對有限元計算模型建立，且主要針對板殼單元、膜結(jié)構(gòu)進行了有限元分析，確保其項目設計更加合理，提升各項設計的分析效果[1]。

4.2 模型具體設計應用

1）在本次有限元模塊整體設計中，針對彈性薄板問題進行了計算分析，且在其設計中，主要使用到微分方程進行實際的計算，其方程為：

式中，ω 為在（x，y）坐標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點內(nèi)力以及變性情況。

另外，在本次項目有限元分析過程中，也使用有限元平衡方程組進行實際設計，以確保其設計展開更加有效，提升其設計效果。如在實際項目設計中，應用平衡方程組kδ=R 進行設計。式中，k 為結(jié)構(gòu)整體剛度矩陣；δ 為各節(jié)點位移列矩陣；R為節(jié)點荷載列矩陣。在實際平衡公式計算過程中，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。在設計分析中主要選擇應用SAP84 結(jié)構(gòu)通用分析程序進行項目設計分析，確保項目設計應用更加合理。

2）針對板殼單元進行設計分析。在本次有限元模型設計分析中，其主要的板殼單元設計為非協(xié)調(diào)單元設計，包括4 個節(jié)點。同時，在計算分析中每個節(jié)點又分別包括膜自由度及板自由度，不同的自由度組成對不同的膜技術(shù)應用有非常重要的作用。其中，不同的自由度數(shù)量均為3 個，模型設計中每個單元的自由度為24 個。通過自由度和板殼單元的整體設計應用，確保其項目整體設計應用更加合理，最大限度地提升單元設計效果。在有限元模型設計中，采用板殼單元自由度設計，能夠?qū)崿F(xiàn)良好的自由度設計分析。在其設計應用中，也具有一定的優(yōu)勢，在有限元分析中可以不受到其他條件約束，實現(xiàn)良好的密閉控制，確保其板殼單元設計應用更加合理，提升設計效果。同時，在板殼單元設計中需要對防護密閉門框墻進行設計，在綜合設計中，將其線性荷載分析為洞口暗梁的整體設計，確保其設計展開更加合理，提升整體有限元設計分析效果，提升設計質(zhì)量[2]。

4.3 門洞角部的應力分析

在傳統(tǒng)人防門框墻設計分析過程中，使用規(guī)范方法進行門洞角部的整體設計，并且在實際設計展開中，要求完成門洞角部的應力設計。所以，在本次人防門設計中，要求對門洞角部進行綜合應力設計，主要采用有限元進行門框墻墻洞加筋設計。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、側(cè)墻和上擋墻的懸挑長度最大值小于100 mm、采用3φ18 mm 配筋。門框墻厚度300 mm 時、側(cè)墻和上擋墻的懸挑長度最大值1000～1500 mm、采用3φ22 mm 配筋。門框墻厚度300mm 時、側(cè)墻和上擋墻的懸挑長度最大值1500～2000 mm、采用3φ25 mm 配筋。（2）門框墻厚度500 mm 時、側(cè)墻和上擋墻的懸挑長度最大值小于100 mm、采用4φ18 mm 配筋。門框墻厚度500 mm 時、側(cè)墻和上擋墻的懸挑長度最大值1000～1500 mm、采用4φ22 mm 配筋。門框墻厚度500 mm 時、側(cè)墻和上擋墻的懸挑長度最大值1500～2000 mm、采用4φ22 mm 配筋。（3）門框墻厚度800 mm 時、側(cè)墻和上擋墻的懸挑長度最大值小于100 mm、采用6φ18 mm配筋。門框墻厚度800 mm 時、側(cè)墻和上擋墻的懸挑長度最大值1000～1500 mm、采用6φ22 mm 配筋。門框墻厚800 mm 時、側(cè)墻和上擋墻的懸挑長度最大值1500～2000 mm、 采用6φ22 mm 配筋。通過實際的分析設計，確保門洞角部的應力達到合理的設計標準，確保其設計展開更加有效[3]。

4.4 風道處防護密閉門門框墻設計

在實際地鐵設計過程中，風道處密閉門門框墻設計非常關(guān)鍵，在風道處進行有限元設計中，其風道位置需要架設風管，做好對其整體的設計應用，確保設計應用更加合理。在針對風道處風管問題進行設計時發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)設計不符合使用需求對風道設計造成了嚴重影響。所以，在實際設計展開中，本次項目利用有限元設計方法，完成了對其風道處防護密閉門門框墻整體模型設計分析，確保模型設計分析更加合理，最大限度地提升設計效果。在其門框墻整體設計中，還需要對其經(jīng)驗公式Q=Q1+Q2+Qeb、MX=QI2（h/300）/8 進行應用。式中，Q 為等效靜荷載；MX為梁GL 的端部彎矩，kN·m；Q1為由門扇傳來的等效靜荷載設計值；Q2為由封堵鋼板傳來的等效靜荷載設計值；Qe為作用于墻面的等效均布靜荷載設計值；b 為梁GL 的寬度；h 為梁GL 的高度；I 為整片門框墻的寬度。

在實際公式計算過程中，通過有限元軟件的設計應用，能夠最大限度地提升風道處有限元設計效果，對于有限元軟件模塊的整體設計應用也有非常重要的作用，一定程度上也關(guān)系到整體設計質(zhì)量[4]。

有限元軟件在實際設計分析中，主要根據(jù)其項目各項參數(shù)以及項目整體設計，確保其設計應用展開更加合理，也能夠最大限度地提升項目設計效果[5]。

5 結(jié)語

本文以長春地鐵2 號線西延工程為例，闡述了地鐵人防門框墻設計中有限元軟件的具體應用，主要包括完成模型設計、角洞部設計分析等多方面設計內(nèi)容，確保其設計展開更加合理，提升其設計應用效果。在規(guī)范給定的等效靜載下，對于地鐵車站人防工程的防護密閉門門框墻進行整體有限元計算，更符合實際受力情況，配筋結(jié)果也更經(jīng)濟節(jié)約。結(jié)合不同案例計算最終編制出地鐵人防段人防配筋通用圖。