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        地鐵人防門框墻設(shè)計計算分析

        2021-10-09 05:05:06林成虎
        工程建設(shè)與設(shè)計 2021年13期
        關(guān)鍵詞:門框人防擋墻

        林成虎

        (北京城建設(shè)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(shè)過程中,地鐵交通建設(shè)是非常重要的交通建設(shè)模塊。實際地鐵建設(shè)還包括對地鐵車站的整體建設(shè)和設(shè)計,尤其是車站人防門框墻的設(shè)計非常關(guān)鍵,關(guān)系到項目的整體設(shè)計效果,同時也關(guān)系到地鐵車站人防工程的設(shè)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(shè)計過程中,還應(yīng)注重對其各單元進行設(shè)計計算,確保各模塊應(yīng)力計算合理,也能夠最大限度地提升其應(yīng)力設(shè)計效果,確保應(yīng)力設(shè)計更加有效,最終提升人防門框的整體設(shè)計計算效果。

        2 地鐵人防門框墻分析

        地鐵車站人防建設(shè)是地鐵車站建設(shè)過程中的重要組成部分,對于項目建設(shè)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(shè)中,人防門框墻是主要部分,對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。在實際地鐵車站建設(shè)過程中人防墻上有需要設(shè)置門的地方,需要對人防墻配筋和尺寸進行加強設(shè)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(dāng)前地鐵車站人防門框墻設(shè)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(shè)計中不僅需要對其結(jié)構(gòu)進行整體設(shè)計,還需要對其各結(jié)構(gòu)應(yīng)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(shè)計應(yīng)用,在具體設(shè)計過程中,需要對其進行設(shè)計計算,通過設(shè)計計算,確保其整體設(shè)計應(yīng)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(shè)計計算是門框墻最重要的設(shè)計內(nèi)容,對于項目的綜合應(yīng)用設(shè)計也有重要作用。所以在實際項目設(shè)計中,需要對其項目進行綜合應(yīng)用設(shè)計管控,確保項目設(shè)計應(yīng)用更加合理。以下是對其設(shè)計要點的分析:

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

        2)在進行地鐵車站門框墻設(shè)計計算前,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)計準(zhǔn)備、門框墻設(shè)計要求資料準(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)人防門框墻計算的合理性,確保其門框墻設(shè)計應(yīng)用更加合理,也能夠提升其門框墻設(shè)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(shè)項目,施工中對其人防建設(shè)進行實際設(shè)計,其中也包括對人防門框墻進行具體設(shè)計分析,以確保設(shè)計展開更加合理。并且在設(shè)計中,主要采用有限元設(shè)計方法對其進行設(shè)計計算,通過有限元設(shè)計方法的設(shè)計計算應(yīng)用分析,確保其設(shè)計展開更加合理,提升其設(shè)計效果。本文對其有限元設(shè)計過程的有效分析。

        4.1 準(zhǔn)備工作

        在本次人防門框墻設(shè)計過程中,設(shè)計小組做好了各項設(shè)計準(zhǔn)備工作,以確保其設(shè)計準(zhǔn)備展開更加合理有效,提升其設(shè)計效果:(1)本次項目設(shè)計計算過程中,設(shè)計小組完成了對其主體結(jié)構(gòu)的設(shè)計應(yīng)用,并且還需要對其設(shè)計進行實際分析;(2)本次項目設(shè)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(shè)計更加合理,提升各項設(shè)計的分析效果[1]。

        4.2 模型具體設(shè)計應(yīng)用

        1)在本次有限元模塊整體設(shè)計中,針對彈性薄板問題進行了計算分析,且在其設(shè)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(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(shè)計,以確保其設(shè)計展開更加有效,提升其設(shè)計效果。如在實際項目設(shè)計中,應(yīng)用平衡方程組kδ=R 進行設(shè)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(shè)計分析中主要選擇應(yīng)用SAP84 結(jié)構(gòu)通用分析程序進行項目設(shè)計分析,確保項目設(shè)計應(yīng)用更加合理。

        2)針對板殼單元進行設(shè)計分析。在本次有限元模型設(shè)計分析中,其主要的板殼單元設(shè)計為非協(xié)調(diào)單元設(shè)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(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,模型設(shè)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(shè)計應(yīng)用,確保其項目整體設(shè)計應(yīng)用更加合理,最大限度地提升單元設(shè)計效果。在有限元模型設(shè)計中,采用板殼單元自由度設(shè)計,能夠?qū)崿F(xiàn)良好的自由度設(shè)計分析。在其設(shè)計應(yīng)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(shè)計應(yīng)用更加合理,提升設(shè)計效果。同時,在板殼單元設(shè)計中需要對防護密閉門框墻進行設(shè)計,在綜合設(shè)計中,將其線性荷載分析為洞口暗梁的整體設(shè)計,確保其設(shè)計展開更加合理,提升整體有限元設(shè)計分析效果,提升設(shè)計質(zhì)量[2]。

        4.3 門洞角部的應(yīng)力分析

        在傳統(tǒng)人防門框墻設(shè)計分析過程中,使用規(guī)范方法進行門洞角部的整體設(shè)計,并且在實際設(shè)計展開中,要求完成門洞角部的應(yīng)力設(shè)計。所以,在本次人防門設(shè)計中,要求對門洞角部進行綜合應(yīng)力設(shè)計,主要采用有限元進行門框墻墻洞加筋設(shè)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(shè)計,確保門洞角部的應(yīng)力達到合理的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn),確保其設(shè)計展開更加有效[3]。

        4.4 風(fēng)道處防護密閉門門框墻設(shè)計

        在實際地鐵設(shè)計過程中,風(fēng)道處密閉門門框墻設(shè)計非常關(guān)鍵,在風(fēng)道處進行有限元設(shè)計中,其風(fēng)道位置需要架設(shè)風(fēng)管,做好對其整體的設(shè)計應(yīng)用,確保設(shè)計應(yīng)用更加合理。在針對風(fēng)道處風(fēng)管問題進行設(shè)計時發(fā)現(xiàn),傳統(tǒng)設(shè)計不符合使用需求對風(fēng)道設(shè)計造成了嚴重影響。所以,在實際設(shè)計展開中,本次項目利用有限元設(shè)計方法,完成了對其風(fēng)道處防護密閉門門框墻整體模型設(shè)計分析,確保模型設(shè)計分析更加合理,最大限度地提升設(shè)計效果。在其門框墻整體設(shè)計中,還需要對其經(jīng)驗公式Q=Q1+Q2+Qeb、MX=QI2(h/300)/8 進行應(yīng)用。式中,Q 為等效靜荷載;MX為梁GL 的端部彎矩,kN·m;Q1為由門扇傳來的等效靜荷載設(shè)計值;Q2為由封堵鋼板傳來的等效靜荷載設(shè)計值;Qe為作用于墻面的等效均布靜荷載設(shè)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(shè)計應(yīng)用,能夠最大限度地提升風(fēng)道處有限元設(shè)計效果,對于有限元軟件模塊的整體設(shè)計應(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)計質(zhì)量[4]。

        有限元軟件在實際設(shè)計分析中,主要根據(jù)其項目各項參數(shù)以及項目整體設(shè)計,確保其設(shè)計應(yīng)用展開更加合理,也能夠最大限度地提升項目設(shè)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(shè)計中有限元軟件的具體應(yīng)用,主要包括完成模型設(shè)計、角洞部設(shè)計分析等多方面設(shè)計內(nèi)容,確保其設(shè)計展開更加合理,提升其設(shè)計應(yīng)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。

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