探析地鐵高架站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1、<p>　　探析地鐵高架站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)</p><p>　　摘要:我國(guó)地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，高架結(jié)構(gòu)采用容許應(yīng)力法設(shè)計(jì)。本文結(jié)合多年的工程實(shí)踐，針對(duì)我國(guó)地鐵高架車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀、存在的問題等，從與結(jié)構(gòu)形式有關(guān)的高架車站形式分類、結(jié)構(gòu)形式的選擇、軌道梁與車站結(jié)構(gòu)的關(guān)系、區(qū)間橋梁與車站結(jié)構(gòu)的關(guān)系、關(guān)于地震作用、關(guān)于場(chǎng)地土類別的劃分、“建一橋結(jié)合”高架站整體分析、結(jié)構(gòu)的剛?cè)釂栴}等方面論述了地鐵高架站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2、。并提出了一些抗震概念設(shè)計(jì)方法、工程措施。 </p><p>　　關(guān)鍵詞:高架車站;移動(dòng)荷載;抗震概念設(shè)計(jì);延性設(shè)計(jì);性能設(shè)計(jì) </p><p>　　中圖分類號(hào)：U448文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A </p><p>　　1、與結(jié)構(gòu)形式有關(guān)的高架車站形式分類 </p><p>　　結(jié)合城市總體規(guī)劃、交通規(guī)劃，城市軌道交通線路往往與城市道路采用相同的路由。

3、根據(jù)高架線路與城市道路的相對(duì)關(guān)系，高架站分為路中車站、路側(cè)車站。其中路側(cè)站，一般不需要通過設(shè)置蓋梁承托上部結(jié)構(gòu)，在下方設(shè)置城市道路空間，因而結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單(對(duì)于建橋分離的結(jié)構(gòu)，也可能存在通過設(shè)置蓋梁承托站臺(tái)層的結(jié)構(gòu))。以下所論述的問題，均以路中車站為對(duì)象。而對(duì)于路側(cè)車站，或無(wú)關(guān)或同樣，一目了然。 </p><p>　　車站設(shè)置于路中或路側(cè)，除了依據(jù)區(qū)域規(guī)劃、線路敷設(shè)、周邊環(huán)境等進(jìn)行站位比選外，與結(jié)構(gòu)專業(yè)有關(guān)的主

4、要涉及這些因素:設(shè)防烈度、路中綠化帶(隔離帶)的寬度(“建司喬結(jié)合”的車站，不能為單柱，綠化帶寬度有無(wú)條件設(shè)柱)等。 </p><p>　　2、結(jié)構(gòu)形式的選擇 </p><p>　　車站高架結(jié)構(gòu)中，與承受列車移動(dòng)荷載有關(guān)、無(wú)關(guān)的構(gòu)件，分別按“橋規(guī)”、“建規(guī)”執(zhí)行。因此，我們大多在習(xí)慣上根據(jù)這兩類結(jié)構(gòu)的構(gòu)件組成是否有隔離,即兩者間是否有設(shè)置防震縫來(lái)分離來(lái)區(qū)分。兩者間有設(shè)置防震縫來(lái)分離的叫做“

5、建-橋分離式”，兩者間沒有設(shè)置防震縫來(lái)分離的叫做“建一橋結(jié)合式”。 建-橋分離式的建筑結(jié)構(gòu)一般采用框架結(jié)構(gòu)，而建一橋結(jié)合式一般采用框架結(jié)構(gòu)或框支框架結(jié)構(gòu)。在這兩類結(jié)構(gòu)中，“建一橋結(jié)合式”用框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難度最大。 </p><p>　　3．軌道梁與車站結(jié)構(gòu)的關(guān)系 </p><p>　　在“建一橋結(jié)合”的車站結(jié)構(gòu)中，可以將簡(jiǎn)支軌道梁通過橋梁抗震橡膠支座置于橫向框架梁上。也可以采用現(xiàn)澆軌道梁，與

6、橫向框架梁或蓋梁整澆。前者受力分析簡(jiǎn)單，車站站臺(tái)層層高較大，可更換支座，但在車站內(nèi)部，更換往往因空間狹小而比較困難;后者軌道梁不需要支座，車站站臺(tái)層層高較小。 </p><p>　　4.區(qū)間橋梁與車站結(jié)構(gòu)的關(guān)系 </p><p>　　在“建一橋分離式”車站中，區(qū)間橋梁與車站范圍橋梁其實(shí)是一個(gè)整體，只需在車站范圍內(nèi)將孔垮布置與車站柱網(wǎng)相協(xié)調(diào)。而在“建一橋結(jié)合”式車站中，可以將與車站相鄰的一孔

7、區(qū)間橋梁，置于車站橫梁上，也可以在車站端部單獨(dú)設(shè)置區(qū)間墩柱，形成車站、區(qū)間雙柱共基礎(chǔ)的形式。是否獨(dú)立設(shè)柱，依據(jù)區(qū)間橋梁傳給支座的荷載大小、規(guī)劃要求、區(qū)間是否設(shè)置配線等諸多因素確定。一般當(dāng)為雙線、區(qū)間孔垮不大于35 m時(shí)，可不單獨(dú)設(shè)置區(qū)間墩柱。 </p><p>　　當(dāng)區(qū)間橋梁支承于車站結(jié)構(gòu)上時(shí)，橫向地震力的傳遞問題，按照支座承載能力及支座的構(gòu)造不同，一般為20%一30%;因?yàn)闇囟茸饔?，縱向需設(shè)置滑動(dòng)支座，當(dāng)采用縱

8、向滑動(dòng)支座時(shí)，縱向不傳遞地震力。 </p><p><b>　　5．關(guān)于地震作用 </b></p><p>　　即使表達(dá)形態(tài)不同，地震作用反應(yīng)譜，橋規(guī)和建規(guī)都是完全相同的。鐵規(guī)以動(dòng)力放大系數(shù)β（單質(zhì)點(diǎn)的最大絕對(duì)加速度與地面最大加速度的比值β）表述，稱為動(dòng)力系數(shù)反應(yīng)譜曲線，或R譜曲線。而建規(guī)采用相對(duì)于重力加速度的單質(zhì)點(diǎn)絕對(duì)最大加速度一地震影響系數(shù)a表述，稱為a反應(yīng)譜。而

9、兩者之間存在關(guān)系:a-- Kβ,其中K為地面運(yùn)動(dòng)的最大加速度與重力加速度的比值。 </p><p>　　6．關(guān)于場(chǎng)地土類別的劃分 </p><p>　　建筑抗震規(guī)范、鐵路抗震規(guī)范關(guān)于場(chǎng)地土類別的劃分，存在差異。鐵規(guī)的劃分標(biāo)準(zhǔn)是計(jì)算深度范圍內(nèi)的等效剪切波速來(lái)衡量的，一般來(lái)說(shuō)計(jì)算的深度取地面或一般沖刷線以下25 m，并不得小于基礎(chǔ)底面以下10 m。而建規(guī)的劃分標(biāo)準(zhǔn)是依據(jù)計(jì)算深度范圍內(nèi)各層土的等

10、效剪切波速、場(chǎng)地覆蓋層厚度為準(zhǔn)，且計(jì)算深度取覆蓋層厚度和20 m二者的較小值。 </p><p>　　但是這樣，就會(huì)出現(xiàn)同樣的場(chǎng)地，而按照兩規(guī)范確定的場(chǎng)地土類別卻不一樣的情況。不得不說(shuō)，這是我們規(guī)范體系的尷尬境地，也可以說(shuō)是兩者的安全儲(chǔ)備不同。如某項(xiàng)目按建規(guī)判別為II類，而按鐵規(guī)判別為II類。設(shè)計(jì)時(shí)，偏于安全因素考慮，取不利情況II類進(jìn)行地震作用計(jì)算。 </p><p>　　7．“建一橋結(jié)

11、合”高架站整體分析。 </p><p>　　軌道梁承受移動(dòng)荷載，像M IDAS /CIVIL,S A P2000等程序可以加載移動(dòng)荷載。 當(dāng)軌道梁與車站結(jié)構(gòu)不整澆時(shí)，計(jì)算則相對(duì)簡(jiǎn)單，僅對(duì)軌道梁加載乘以動(dòng)力系數(shù)的移動(dòng)荷載，除豎向力外，依據(jù)不同的支座，將一定比例的其他水平力分主力、附力、特殊荷載分別作用于車站結(jié)構(gòu)上。 </p><p>　　需要強(qiáng)調(diào)的是：在復(fù)雜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，概念設(shè)計(jì)的意義遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于

12、結(jié)構(gòu)受力分析。因此，需在概念設(shè)計(jì)的框架內(nèi)進(jìn)行受力分析、判定其結(jié)果的合理性。 </p><p>　　8．結(jié)構(gòu)的剛?cè)釂栴} </p><p>　　某“建一橋結(jié)合”的路中高架站，島式站臺(tái)，現(xiàn)澆軌道梁與橫向框架梁或整澆?？拐鹪O(shè)防分類為乙類，設(shè)防烈度為8度，設(shè)計(jì)基本地震加速度0.2g，設(shè)計(jì)地震分組第一組。按9度采取抗震措施，框架抗震等級(jí)為一級(jí)，框支框架抗震等級(jí)為特一級(jí)。車站橫剖面如圖1所示。 <

13、/p><p>　　當(dāng)將站臺(tái)層設(shè)置于最上層時(shí)，我們一般采用輕鋼結(jié)構(gòu)屋蓋，優(yōu)點(diǎn)在于使站臺(tái)層視野開闊、結(jié)構(gòu)輕盈。由于屋蓋鋼結(jié)構(gòu)很輕柔，在整體模型計(jì)算時(shí)會(huì)使得第一周期長(zhǎng)出很多，而結(jié)構(gòu)輕柔的假象也會(huì)致使計(jì)算出的地震力大大偏低，嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的安全。如果不計(jì)入頂層屋蓋的結(jié)構(gòu)則會(huì)造成計(jì)算剛度大，地震力也相應(yīng)增大。因此在這類結(jié)構(gòu)中，在整體模型計(jì)算中不會(huì)納入屋蓋，只按荷載輸入，對(duì)柱腳的連接進(jìn)行抗震驗(yàn)算。綜上所述，對(duì)規(guī)范的要求，需理解其實(shí)

14、質(zhì)、靈活應(yīng)用。 </p><p>　　此外，由于這類結(jié)構(gòu)需要考慮汽車的撞擊力、承受列車荷載等，使得結(jié)構(gòu)偏剛，自震周期大進(jìn)而地震反應(yīng)甚大。因此底層柱可采用增設(shè)芯柱、加大柱體積配箍率等措施，來(lái)提高延性進(jìn)而提高自身結(jié)構(gòu)。如圖2所示。 </p><p><b>　　9．截面設(shè)計(jì) </b></p><p>　　如本文第二條，規(guī)范規(guī)定了需按橋規(guī)進(jìn)行設(shè)計(jì)的構(gòu)

15、件。但是作為一個(gè)整體受力的空間框架結(jié)構(gòu)或框支框架結(jié)構(gòu)，荷載組合及截面設(shè)計(jì)采用容許應(yīng)力法和極限概率理論，進(jìn)行設(shè)計(jì)，十分復(fù)雜，越是復(fù)雜，也越是增大了出錯(cuò)的概率。 </p><p>　　如圖1所示結(jié)構(gòu)，若按照建規(guī)，抗震設(shè)防分類為乙類，屬于框支框架，當(dāng)設(shè)防烈度為8度，設(shè)計(jì)基本地震加速度0.2g，設(shè)計(jì)地震分組第一組時(shí)，需按9度采取抗震措施，框架抗震等級(jí)為一級(jí)，框支框架抗震等級(jí)為特一級(jí)。按照這些條件，進(jìn)行截面設(shè)計(jì)時(shí)，與容許應(yīng)

16、力法比較，需進(jìn)行如下調(diào)整: </p><p>　　1)材料分項(xiàng)系數(shù)，鋼筋約1. 1,混凝土約1. 4 </p><p>　　2)荷載分項(xiàng)系數(shù)，永久荷載1. 2或1. 35;可變荷載1. 4或1. 3 </p><p>　　3)結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)x0，安全等級(jí)為一級(jí)時(shí)為1.1 </p><p>　　4)內(nèi)力調(diào)整系數(shù)，以底層柱為例，一級(jí)框架結(jié)構(gòu)的底層

17、柱下端截面組合的彎矩設(shè)計(jì)值，乘以增大系數(shù)1. 5，而柱剪力再按調(diào)整后的彎矩基礎(chǔ)上再按照強(qiáng)剪弱彎的原則，再乘以增大系數(shù)，一級(jí)取1. 4。而特一級(jí)時(shí)柱端彎矩、剪力再增大20% 。 </p><p>　　10、關(guān)于框支框架底層柱中震彈性的必要性 </p><p>　　地鐵高架站屬于重點(diǎn)設(shè)防類、100年設(shè)計(jì)使用年限的重要性建筑。特別是路中高架站，屬于框支框架。筆者認(rèn)為，底層柱中震彈性設(shè)計(jì)十分必要，

18、目前國(guó)內(nèi)對(duì)這方面沒有明確的規(guī)定。 </p><p><b>　　結(jié)束語(yǔ) </b></p><p>　　高架站設(shè)計(jì)，尚有許多方面值得注意。建議車道板厚度不小于300 mm，采用雙層雙向配筋;根據(jù)區(qū)間工程籌劃，需要考慮架橋機(jī)、運(yùn)梁車過站工況的方案必選，也可采取臨時(shí)支撐措施;北方地區(qū)除冰鹽引起的腐蝕問題在耐久性設(shè)計(jì)時(shí)需特別注意;基礎(chǔ)的不均勻沉降及次內(nèi)力的影響，結(jié)構(gòu)很難承受，

19、一般建議在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，使其滿足不產(chǎn)生不均勻沉降，以簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，盡管基礎(chǔ)設(shè)計(jì)增加投資，但對(duì)于整體投資、結(jié)構(gòu)安全，不見得是件壞事情。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　[1]GB50157一2003地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范[S] </p><p>　　[2]GB 50157 - ( 2009年10月征求意見稿.電子文件)地鐵設(shè)

20、計(jì)規(guī)范[S] </p><p>　　[3]GB 50011一2001(2008年版)建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S] </p><p>　　[4]GB50011一2006(2009年版)鐵路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S]. </p><p>　　作者簡(jiǎn)介：趙亮（1984—），男，遼寧沈陽(yáng)人，2007年畢業(yè)于遼寧工程技術(shù)大學(xué)，學(xué)士，助理工程師，現(xiàn)從事結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究工作。 </p&g