地鐵車(chē)站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方向展望

1、專(zhuān)業(yè)專(zhuān)業(yè)知識(shí)分享版分享版使命：加速中國(guó)職業(yè)化進(jìn)程使命：加速中國(guó)職業(yè)化進(jìn)程聯(lián)系電話：聯(lián)系電話：075586153458【摘要】針對(duì)城市地鐵發(fā)展對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的新要求，提出地鐵車(chē)站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的幾個(gè)發(fā)展方向，包括采用空間計(jì)算分析模型，使用型鋼（鋼管）混凝土結(jié)構(gòu)體系、拱形結(jié)構(gòu)體系，引入預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)體系等?！娟P(guān)鍵詞關(guān)鍵詞】地鐵車(chē)站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)空間模型型鋼（鋼管）混凝土結(jié)構(gòu)拱形結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市道路交通擁堵情況更加嚴(yán)重，加快地鐵建設(shè)、緩解交

2、通壓力的呼聲高漲。我國(guó)城市的地鐵建設(shè)，已經(jīng)逐步在全國(guó)各大城市全面展開(kāi)。倫敦、巴黎、紐約、香港等城市，地鐵網(wǎng)絡(luò)十分發(fā)達(dá)，地鐵線網(wǎng)換乘節(jié)點(diǎn)多，市民采用地鐵交通經(jīng)濟(jì)快捷，極大緩解地面交通壓力。例如，巴黎市中心地鐵車(chē)站密集，每500m范圍就有一個(gè)地鐵出入口，乘坐地鐵十分便捷。香港地鐵在繁華地段，采用相鄰雙站換乘形式，可以使乘客在兩條地鐵線間的兩車(chē)站上下行方向，分別實(shí)現(xiàn)同站臺(tái)直接換乘，減少換乘的時(shí)間，縮短乘客換乘距離，減少人流干擾。借鑒發(fā)達(dá)國(guó)家及

3、香港地鐵建設(shè)的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)我國(guó)地鐵建設(shè)的發(fā)展有利。我國(guó)較早開(kāi)始地鐵建設(shè)及運(yùn)營(yíng)的北京、上海及廣州地區(qū)的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)也證明，地鐵在城市中與各類(lèi)交通形式結(jié)合并形成有效的網(wǎng)絡(luò)后，其高效能才能充分體現(xiàn)。1地鐵建設(shè)對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的新要求地鐵建設(shè)對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的新要求我國(guó)近年來(lái)地鐵建設(shè)不斷提速，各國(guó)、各地地鐵發(fā)展的經(jīng)驗(yàn)，促使各城市的線網(wǎng)規(guī)劃充分考慮形成高效的地鐵線網(wǎng)，同時(shí)也兼顧地鐵與其他交通系統(tǒng)的便捷換乘。地鐵線網(wǎng)的形成、換乘體系的建立，都對(duì)地鐵車(chē)站的功能和形式提出

4、了更高的要求。隨地鐵建設(shè)不斷深入，對(duì)地鐵車(chē)站結(jié)構(gòu)提出了更高的要求，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）地鐵線網(wǎng)規(guī)劃的深化，地鐵換乘車(chē)站增加，換乘更加方便、快捷，但車(chē)站在基坑深度、層數(shù)、車(chē)站換乘方式等方面更加復(fù)雜，對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求提高；（2）地鐵車(chē)站建筑功能要求不斷提升，要求增加結(jié)構(gòu)跨度，減小車(chē)站內(nèi)部結(jié)構(gòu)構(gòu)件數(shù)量及尺度以便于建筑相關(guān)布置等；（3）地鐵車(chē)站與其他交通體系換乘接駁的功能更為全面，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)形式更為復(fù)雜，結(jié)構(gòu)構(gòu)件受力采用傳統(tǒng)平面計(jì)算模型計(jì)

5、算已經(jīng)不能滿(mǎn)足要求；（4）城市環(huán)境保護(hù)及拆遷難度提高等，對(duì)地鐵車(chē)站的施工等方面限制更加苛刻，結(jié)構(gòu)與即有建筑、管線等相互影響，制約地鐵車(chē)站的設(shè)計(jì)施工。這些特點(diǎn)對(duì)地鐵車(chē)站的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了很多新課題，這是以前地鐵建設(shè)中尚未大量碰到的。但是可以預(yù)見(jiàn)，隨著地鐵建設(shè)的不斷推動(dòng)，地鐵車(chē)站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要解決這些新問(wèn)題，需要更新設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)理念。我國(guó)城市建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，在房屋建筑等方面因市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)等方面的原因積累了越來(lái)越多的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)采用新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)形式十

6、分敏感，房屋建筑的發(fā)展為解決地鐵車(chē)站設(shè)計(jì)出現(xiàn)的新問(wèn)題，提供了一些有價(jià)值的解決方案。2地鐵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)發(fā)展方向地鐵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)發(fā)展方向推動(dòng)地鐵車(chē)站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，有下面幾個(gè)主要的發(fā)展方向值得關(guān)注：2.1采用空間計(jì)算模型采用空間計(jì)算模型地鐵車(chē)站多設(shè)置在城市道路下，為滿(mǎn)足城市管線等方面的要求，車(chē)站頂板上方一般存在覆土，覆土厚度大，相應(yīng)底板埋深大，地下水浮力作用大。地鐵車(chē)站為滿(mǎn)足環(huán)控、消防等方面要求，并減小車(chē)站埋深，車(chē)站普遍采用沿線路方向的縱向梁體系，不使用

7、縱橫梁體系，結(jié)構(gòu)的板橫向跨度達(dá)到7～10m，結(jié)構(gòu)縱向柱網(wǎng)間距因建筑美觀及使用功能等方面的要求，往往也在8m左右，結(jié)構(gòu)板墻柱的內(nèi)力大。在以前計(jì)算成本及操作等方面的條件限制下，車(chē)站結(jié)構(gòu)計(jì)算只能近似采用平面應(yīng)變假定，對(duì)車(chē)站進(jìn)專(zhuān)業(yè)專(zhuān)業(yè)知識(shí)分享版分享版使命：加速中國(guó)職業(yè)化進(jìn)程使命：加速中國(guó)職業(yè)化進(jìn)程聯(lián)系電話：聯(lián)系電話：075586153458蓋挖逆做法施工的車(chē)站中采用，主要原因也是因車(chē)站施工條件、施工方法等限制而不得不采取的形式。分析型鋼混凝土縱

8、梁及型鋼混凝土柱（或鋼管混凝土柱）在已建地鐵車(chē)站中采用較少主要有以下原因：①造價(jià)高，對(duì)工程費(fèi)用減少、增加使用面積的效果不如在高層建筑中采用優(yōu)勢(shì)明顯；②設(shè)計(jì)理論問(wèn)題未完全解決，包括節(jié)點(diǎn)鋼筋處理、鋼板與混凝土的協(xié)同工作等；③施工難度大，質(zhì)量難以保證，長(zhǎng)期使用性能可能受到施工問(wèn)題影響。另外，我國(guó)地鐵建設(shè)開(kāi)始較晚，換乘車(chē)站較少，車(chē)站層數(shù)較少，梁、柱受力相對(duì)不大，尺寸略大尚可接受。地鐵車(chē)站類(lèi)型的地下工程遭受地震的實(shí)例較少，而以往的地下工程震害經(jīng)驗(yàn)

9、表明顯著輕于地面建筑，故工程界普遍認(rèn)為地下結(jié)構(gòu)的抗震條件較為有利。但是1995年發(fā)生在日本神戶(hù)市地震，造成地鐵車(chē)站等地下結(jié)構(gòu)遭到了嚴(yán)重破壞[1]。在神戶(hù)市內(nèi)2條地鐵線路的18座車(chē)站中神戶(hù)高速鐵道的大開(kāi)站、高速鐵道長(zhǎng)田站及它們之間的隧道部分神戶(hù)市營(yíng)鐵道的三宮站、上澤站、新長(zhǎng)田站、上澤站西側(cè)的隧道部分及新長(zhǎng)田站東側(cè)的隧道部分均發(fā)生嚴(yán)重的破壞。車(chē)站的破壞主要發(fā)生在中柱上出現(xiàn)了大量裂縫有斜向裂縫也有豎向裂縫裂縫的位置有偏于上下端的也有位于中間的

10、；柱表層混凝土發(fā)生不同程度的脫落鋼筋暴露有的發(fā)生嚴(yán)重屈曲有單向屈曲也有對(duì)稱(chēng)屈曲的；大開(kāi)站有一大半中柱因斷裂而倒塌。部分車(chē)站因箱型結(jié)構(gòu)的鋼筋混凝土中柱壓壞導(dǎo)致整個(gè)區(qū)段結(jié)構(gòu)整體破壞。[2]而采用型鋼混凝土柱或者鋼管混凝土柱的箱型結(jié)構(gòu)車(chē)站及區(qū)間中柱未見(jiàn)破壞，主要存在的是在柱端位置存在裂縫或者輕微裂縫。[3]1999年臺(tái)灣QliChi地震及土耳其Koeaeli地震中地下結(jié)構(gòu)也遭受到了不同程度的破壞。[4]理論計(jì)算表明，相對(duì)一般的鋼筋混凝土梁柱結(jié)

11、構(gòu)，采用型鋼混凝土縱梁及型鋼混凝土柱（或鋼管混凝土柱），結(jié)構(gòu)有較好的延性，能夠有效吸收地震能量，對(duì)地鐵車(chē)站結(jié)構(gòu)的抗震有利。地面建筑中地震的經(jīng)驗(yàn)及在神戶(hù)地震的經(jīng)驗(yàn)也證明，采用型鋼混凝土縱梁及型鋼混凝土柱（或鋼管混凝土柱）結(jié)構(gòu)的抗震性能較好，也便于修復(fù)，可以盡快恢復(fù)地鐵的正常運(yùn)營(yíng)。2.3采用拱形結(jié)構(gòu)采用拱形結(jié)構(gòu)一般地鐵車(chē)站，常沿道路方向設(shè)置在城市主要干道下，往往需要覆土滿(mǎn)足城市道路交通、管線等相關(guān)要求。如車(chē)站因線路要求或其他原因需要頂板的覆

12、土厚度較大時(shí)，可在車(chē)站的結(jié)構(gòu)形式上充分借鑒暗挖礦山法，在頂板、底板采用拱形結(jié)構(gòu)。如仍采用普通平板結(jié)構(gòu)，因覆土厚度問(wèn)題，結(jié)構(gòu)板支座跨中及柱的內(nèi)力大，相應(yīng)引起結(jié)構(gòu)梁、板、柱尺寸較小覆土厚度條件車(chē)站增加較多，安全性差，且工程造價(jià)高，不經(jīng)濟(jì)。采用拱形結(jié)構(gòu)，可以減少頂板中部位置覆土厚度，對(duì)柱受力等較為有利，同時(shí)充分利用板墻等混凝土結(jié)構(gòu)的抗壓性能，減小板墻結(jié)構(gòu)的彎矩及剪力，使結(jié)構(gòu)受力更為合理，可以減少結(jié)構(gòu)板墻厚度，節(jié)省工程造價(jià)。設(shè)計(jì)中，也可以充分利