管廊人员出入口结构设计分析

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摘要:介绍了综合管廊人员出入口的设置原则及按楼梯形式划分人员出入口的类别。以某具体工程实例为依据，介绍了采用MIDAS有限元软件计算人员出入口节点的步骤及注意事项，并对人员出入口节点设计时遇见的问题提出解决方案。

关键词:综合管廊，人员出入口，MIDAS有限元软件，结构设计

引言

近年来，国家出台了相关政策，大力支持地下综合管廊的建设。综合管廊，是建于城市地下容纳两类及以上城市工程管线的构筑物及附属设施。建设综合管廊能够改善城市环境、消除“拉链马路”、保证管线安全运营及提高经济效益等诸多优势［1］。随着管廊的大力建设，很多学者对管廊进行了大量相关研究，在结构设计方面，相关规范及学者只对综合管廊的标准段进行了讨论，对复杂节点如人员出入口只进行了笼统的介绍，对节点在结构设计方面遇到的相关问题，没有相关的规定及讨论［2］。综合管廊人员出入口设计应符合规划及相关规范要求，并宜与逃生口、吊装口、进风口结合设置，且不应少于两个，且进行空间三维设计［2］。本文以实际工程中综合管廊人员出入口节点为依据，采用MIDASGEN有限元软件进行三维模型分析，并对相关问题提出解决方案。

1人员出入口设置原则及节点形式

人员出入口是为方便维护及相关人员进出管廊，结合片区管廊规划及兼顾多条管廊的人员进出，在合适位置设置的人员进出节点。在平面布置上，天然气舱室的人员出入口应单独设置，其余舱室的人员出入口宜采用合建方式，并应组织好人行分流，优化平面布局。并应结合道路实际情况，宜布置在绿化带中，当条件受限时，可布置在分车带、人行道中，出入口方向不应朝向行车道，并应采取措施确保人员出入安全。在纵断面布置上，宜选择在纵断面变化平缓处，管廊标准断面顶覆土约3．0m～4．0m，且人员出入口的服务半径约为1．5km～2．0km。人员出入口一般应设置楼梯，楼梯的宽度、净高及梯段设置应符合现行国家标准的有关规定。按照其楼梯形式的划分，将人员出入口形式划分为一字形、双跑形和剪刀形。其一字形又可根据其出入口的位置划分为分开型和合并型。

2有限元软件建模分析

2．1工程概况

选取某工程综合管廊，该管廊为三舱断面形式，断面总尺寸为9．5m(宽)×3．85m(高)，布置形式如图1所示。天然气舱人员出入口与其他舱室分开设置，人员出入口位置设置在两侧分隔带下，管廊顶覆土约为3m～4m，地面以上设置楼梯间。管廊中板开洞，内设钢梯，顶板设置混凝土楼梯。人员出入口平面布置图及剖面布置图如图2所示。

2．2建模计算

人员出入口节点以变形缝为界，节点总长度28m，采用MIDASGEN有限元软件进行建模分析。混凝土强度等级为C40，采用板单元模拟，底板厚450mm，中间板400mm，顶板300mm，外侧壁板400mm，中间壁板350mm，由程序进行自动网格划分，网格尺寸最小为500mm。边界采用面弹性支承进行弹性连接，基床系数按地勘资料取值，约为20000kN/m3。节点竖向荷载包括结构自重、覆土荷载、地面荷载及管廊内设备自重等，地面荷载一般包括汽车荷载和地面堆载，汽车荷载按城—A取值，地面堆载取10kN/m2。水平荷载包括水土侧压及地面荷载引起的侧向荷载。水土侧压按静止土压力采用水土分算，静止土压力系数取0．5。有限元三维模型如图3所示。

2．3结果分析

DBJ61T125—2016陕西省城镇综合管廊设计标准规定［3］，综合管廊结构设计应按施工阶段和正常使用阶段分别对承载力极限状态和正常使用极限状态进行计算。对于钢筋混凝土结构，应对使用阶段进行裂缝宽度验算，构件正截面的受力裂缝控制等级为三级，最大裂缝宽度限值为0．2mm。通过对大量的节点计算分析研究表明，板配筋一般由正常使用阶段的极限状态工况进行控制。依据GB50010—2010混凝土结构设计规范(2015年版)中裂缝计算公式［4］，计算板钢筋面积。同时由《混规》式6．3．3验算板的抗剪承载力是否满足，如不满足，应采取相关措施，如加大板厚或配置抗剪钢筋。节点底板准永久组合工况下的弯矩图如图4所示。

3人员出入口节点结构设计常见措施

3．1设置框架柱或框架梁

部分人员出入口因受上部地形影响，楼梯位置受限，上部楼梯设置在管廊中间舱层板上，如图5所示，板下无竖向构件，且板的跨度较大，同时，管廊上部楼梯刚度突变，中间层板采取加强措施，设置框架梁，将板划分为几个小板，减小板的受力面积，同时增大板钢筋面积。楼梯角部容易产生应力集中，且竖向壁板因设置楼梯断开，在不影响下部管线及人行情况下，可在角部设置框架柱，对角部形成约束，如图5所示。框架柱及框架梁需按承载力极限状态和正常使用极限状态进行设计，构造要求和抗震等级同综合管廊，且需验算柱对底板的抗冲切承载力。

3．2加强楼梯处壁板厚度及配筋

人员出入口地面以上建筑，一般采用钢结构，或异形柱框架形式。因此，楼梯周围壁板，按三边固接、顶部自由边界考虑;在承受侧面土压和地面荷载的同时，踏板对壁板的支撑边界不明确，且壁板的高度较高，长度较长，故需对壁板进行加强，一方面是在计算满足要求的基础上，配筋进行放大;另一方面是加大壁厚。

3．3楼梯设计

人员出入口节点踏板可按梁式楼梯和板式楼梯进行设计。按梁式楼梯进行设计时，踏板可作为楼梯周围壁板的支撑，从而降低壁板计算高度，减少壁板配筋，此时踏板厚度一般应不小于150mm，踏板配筋率应不小于0．25%。踏板按板式楼梯进行设计时，为避免踏板对壁板边界计算的复杂性，将踏板与壁板之间设缝脱开，一般缝宽30mm，缝内采用聚苯板填充，从而切断了踏板与壁板间的水平传力途径，使踏板对整体结构的刚度的影响减少，但梯梁和梯柱的截面或配筋等需加强。因人员出入要求，在节点中板需开大洞设置钢梯，进行结构设计时，需对洞口进行加固设计，当洞口靠近临土侧时，洞口侧需按梁进行计算，验算其承载力及裂缝是否满足要求。

4结语

本文对综合管廊人员出入口节点的设置原则及分类做了简述，并基于某综合管廊，对人员出入口节点的有限元分析及结构设计时应采取的相关措施进行了分析，得出以下结论:1)人员出入口节点在平面布置上，应结合道路实际情况及片区规划，宜布置在绿化带中;在纵断布置上，宜选择覆土变化平缓处。且燃气舱的人员出入口应与其他舱室分开设置。2)人员出入口节点可采用MIDASGEN有限元软件进行三维分析，验算承载力极限状态和正常使用极限状态下的受力分析。一般情况下，壁板配筋由正常使用极限状态工况控制。3)当人员出入口节点布置受地形等条件限制时，可采用增设框架柱和框架梁等措施，加强楼梯周围刚度。楼梯周围壁板可增大壁厚或增大配筋保证其安全。4)人员出入口楼梯可按梁式和板式楼梯进行设计，当按板式楼梯计算时，楼梯与壁板可设缝脱开，减小对周围壁板的影响。

参考文献:

［1］崔国静，周庆国，宋战平．城市地下综合管廊建设与发展探析［J］．西安建筑科技大学学报(自然科学版)，2020，52(2):660-666．

［2］GB50838—2015，城市综合管廊工程技术规范［S］．

［3］DBJ61/T125—2016，陕西省城镇综合管廊设计标准［S］．

［4］GB50010—2010，混凝土结构设计规范(2015年版)［S］．

作者：张亚平 曹晨 丁战峰 单位：中国市政工程西北设计研究院有限公司