广州地铁设计研究院股份有限公司 510010
摘要：本文以广州城市轨道交通18号线某区间中间风井为例，通过MIDAS GTX NX有限元分析软件建立三维模型进行线性静力分析，研究壁柱在不同况下对结构体系受力的影响。
关键词：壁柱；环框梁；MIADS GTS；有限元；轨排井
1 工程概况
1.1 工程概述
本风井为18号线横~番区间某中间风井，风井长度为140.0m，标准段宽度为32.2m，覆土厚度为8.0m~9.5m。为地下二层三跨箱形混凝土结构，主体结构采用明挖顺筑法施工。本风井两端均接盾构区间，风井两端均为盾构始发。风井标准段设轨排孔兼做轨排井，根据空间要求，轨排开孔大小为28m×7m。
1.2 计算模型及参数
1.2.1 三维模型
对中间风井轨排井建立三维模型，建模范围为轨排井范围外扩一跨。采用Midas NX进行模型进行计算，针对轨排井在施工阶段和使用阶段承受荷载不同分两个计算工况：中板环框梁施工完时工况、轨排井正常使用工况。对底板施加只受压不受拉弹簧（模拟地基）。
1.2.2 计算荷载
1.2.2.1 荷载计算过程和结果
1、中板施工工况：采用理正进行单元计算，在中板标高以27m间距混凝土换撑代替，计算中板环框所受水平力。
2、正常使用工况：1）顶板：附土重度按20KPa/m；地面超载：35KPa；2）中板：5KPa；3）侧墙：水压力=87.5~266.4KPa，土压力=43.75~133.2KPa（静止土压力水土分算），地面超载=17.5KPa。
1.3 计算结果
1.3.1 轨排井中板环框梁施工完成工况下计算结果
1.3.1.1 中板环框梁施工完工况壁柱内力图
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a) 准永久组合弯矩图（N•m） b) 准永久组合剪力图（N）
1.3.1.2 中板环框梁施工完工况计算结果
1.3.2 轨排井使用工况计算结果
1.3.2.1 正常使用工况壁柱内力图
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a)准永久组合弯矩图（N•m） b) 准永久组合剪力图（N）
表1.3 1 环框梁、璧柱内力表
1.3.3 计算结果分析
根据上述结果显示：壁柱支座负弯矩在正常使用阶段工况下为21413KN•m；在中板完成阶段工况为2407KN•m。中板完成工况下较正常使用阶段工况。中板环框梁的跨中弯矩在正常使用阶段为26792KN•m；中板施工完成阶段为25618KN•m。在中板完成工况下，中板环框梁的受力模型类似于简支梁模型，此时壁柱的计算模型类似于悬臂梁，悬臂端抗弯刚度小，无法作为中板环框梁的支点；在顶板环框梁施工完成后，由于顶板环框梁对于壁柱的约束，壁柱的受力模型类似于底板端固支，顶板端简支的连续梁。此时，壁柱与中板环框梁协同受力，壁柱可以作为中板环框梁弹性支点考虑。
1.4 结语
在壁柱、环框梁结构体系中，在正常使用阶段，壁柱对于顶板环框梁的受力贡献较小，反之顶板环框梁可以视作为壁柱的铰结支座；对于中板环框梁，壁柱可以视作为环框梁弹性支座，与中板环框梁协同受力。综上所述，对于标准两层站（风井），壁柱在结构受力体系中对中板环框梁起到约束作用。负一层壁柱截面尺寸在设计时有优化的空间。
参考文献：
[1]中国人民共和国国家标准 地铁设计规范（GB50157-2013），中国建筑工业出版社，2013.
[2]中国人民共和国国家标准 建筑结构荷载规范（GB50009-2012）,中国建筑工业出版社，2012.
[3]马鹏远，阳文胜.明挖车站盾构井环框梁的受力分析及优化设计 ，铁道标准设计，2017.
[4]黄河，方伟.地铁车站端头环框梁计算优化分析，安徽建筑，2020.
作者简介：许卓，男（1989~），湖南省长沙市硕士研究生，现从事轨道交通工程及地下工程设计及建设工作；简历：2017~至今 广州地铁设计研究院股份有限公司 结构设计.