管廊人員出入口結(jié)構(gòu)設(shè)計分析

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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。以某具體工程實例為依據(jù)，介紹了采用MIDAS有限元軟件計算人員出入口節(jié)點的步驟及注意事項，并對人員出入口節(jié)點設(shè)計時遇見的問題提出解決方案。

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

引言

近年來，國家出臺了相關(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”、保證管線安全運營及提高經(jīng)濟效益等諸多優(yōu)勢［1］。隨著管廊的大力建設(shè)，很多學者對管廊進行了大量相關(guān)研究，在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，相關(guān)規(guī)范及學者只對綜合管廊的標準段進行了討論，對復雜節(jié)點如人員出入口只進行了籠統(tǒng)的介紹，對節(jié)點在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面遇到的相關(guān)問題，沒有相關(guān)的規(guī)定及討論［2］。綜合管廊人員出入口設(shè)計應符合規(guī)劃及相關(guān)規(guī)范要求，并宜與逃生口、吊裝口、進風口結(jié)合設(shè)置，且不應少于兩個，且進行空間三維設(shè)計［2］。本文以實際工程中綜合管廊人員出入口節(jié)點為依據(jù)，采用MIDASGEN有限元軟件進行三維模型分析，并對相關(guān)問題提出解決方案。

1人員出入口設(shè)置原則及節(jié)點形式

人員出入口是為方便維護及相關(guān)人員進出管廊，結(jié)合片區(qū)管廊規(guī)劃及兼顧多條管廊的人員進出，在合適位置設(shè)置的人員進出節(jié)點。在平面布置上，天然氣艙室的人員出入口應單獨設(shè)置，其余艙室的人員出入口宜采用合建方式，并應組織好人行分流，優(yōu)化平面布局。并應結(jié)合道路實際情況，宜布置在綠化帶中，當條件受限時，可布置在分車帶、人行道中，出入口方向不應朝向行車道，并應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，管廊標準斷面頂覆土約3．0m～4．0m，且人員出入口的服務(wù)半徑約為1．5km～2．0km。人員出入口一般應設(shè)置樓梯，樓梯的寬度、凈高及梯段設(shè)置應符合現(xiàn)行國家標準的有關(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建模計算

人員出入口節(jié)點以變形縫為界，節(jié)點總長度28m，采用MIDASGEN有限元軟件進行建模分析。混凝土強度等級為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，由程序進行自動網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格尺寸最小為500mm。邊界采用面彈性支承進行彈性連接，基床系數(shù)按地勘資料取值，約為20000kN/m3。節(jié)點豎向荷載包括結(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)計標準規(guī)定［3］，綜合管廊結(jié)構(gòu)設(shè)計應按施工階段和正常使用階段分別對承載力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)進行計算。對于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，應對使用階段進行裂縫寬度驗算，構(gòu)件正截面的受力裂縫控制等級為三級，最大裂縫寬度限值為0．2mm。通過對大量的節(jié)點計算分析研究表明，板配筋一般由正常使用階段的極限狀態(tài)工況進行控制。依據(jù)GB50010—2010混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范(2015年版)中裂縫計算公式［4］，計算板鋼筋面積。同時由《混規(guī)》式6．3．3驗算板的抗剪承載力是否滿足，如不滿足，應采取相關(guān)措施，如加大板厚或配置抗剪鋼筋。節(jié)點底板準永久組合工況下的彎矩圖如圖4所示。

3人員出入口節(jié)點結(jié)構(gòu)設(shè)計常見措施

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，板下無豎向構(gòu)件，且板的跨度較大，同時，管廊上部樓梯剛度突變，中間層板采取加強措施，設(shè)置框架梁，將板劃分為幾個小板，減小板的受力面積，同時增大板鋼筋面積。樓梯角部容易產(chǎn)生應力集中，且豎向壁板因設(shè)置樓梯斷開，在不影響下部管線及人行情況下，可在角部設(shè)置框架柱，對角部形成約束，如圖5所示。框架柱及框架梁需按承載力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)進行設(shè)計，構(gòu)造要求和抗震等級同綜合管廊，且需驗算柱對底板的抗沖切承載力。

3．2加強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，踏板對壁板的支撐邊界不明確，且壁板的高度較高，長度較長，故需對壁板進行加強，一方面是在計算滿足要求的基礎(chǔ)上，配筋進行放大;另一方面是加大壁厚。

3．3樓梯設(shè)計

人員出入口節(jié)點踏板可按梁式樓梯和板式樓梯進行設(shè)計。按梁式樓梯進行設(shè)計時，踏板可作為樓梯周圍壁板的支撐，從而降低壁板計算高度，減少壁板配筋，此時踏板厚度一般應不小于150mm，踏板配筋率應不小于0．25%。踏板按板式樓梯進行設(shè)計時，為避免踏板對壁板邊界計算的復雜性，將踏板與壁板之間設(shè)縫脫開，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。因人員出入要求，在節(jié)點中板需開大洞設(shè)置鋼梯，進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，需對洞口進行加固設(shè)計，當洞口靠近臨土側(cè)時，洞口側(cè)需按梁進行計算，驗算其承載力及裂縫是否滿足要求。

4結(jié)語

本文對綜合管廊人員出入口節(jié)點的設(shè)置原則及分類做了簡述，并基于某綜合管廊，對人員出入口節(jié)點的有限元分析及結(jié)構(gòu)設(shè)計時應采取的相關(guān)措施進行了分析，得出以下結(jié)論:1)人員出入口節(jié)點在平面布置上，應結(jié)合道路實際情況及片區(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。且燃氣艙的人員出入口應與其他艙室分開設(shè)置。2)人員出入口節(jié)點可采用MIDASGEN有限元軟件進行三維分析，驗算承載力極限狀態(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)當人員出入口節(jié)點布置受地形等條件限制時，可采用增設(shè)框架柱和框架梁等措施，加強樓梯周圍剛度。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行設(shè)計，當按板式樓梯計算時，樓梯與壁板可設(shè)縫脫開，減小對周圍壁板的影響。

參考文獻:

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

［2］GB50838—2015，城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范［S］．

［3］DBJ61/T125—2016，陜西省城鎮(zhèn)綜合管廊設(shè)計標準［S］．

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

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