地铁高架车站结构设计论述.docx

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1、 地铁高架车站结构设计论述 广东土木与建筑杂志2023年第七期 1设计谋略 1.1标准的采纳“桥建合一”车站具有铁路与建筑构造的共同特点，由于两类构造执行不同的标准，构造荷载取值、材料强度取值及计算方法均有较大的区分，从而构造安全度有较大的差异，总的来讲铁路标准较建筑标准的安全度高许多，假如全部车站按铁路标准设计则会造成铺张，但假如车站全按建筑构造设计则不满意铁路标准会造成担心全，因而设计中对构造不同构件采纳不同的标准。铁路桥涵设计根本标准（简称铁规）要求，车站高架构造中轨道梁、支承轨道梁的横梁、支承横梁的柱等构件及柱下根底的设计，均按现行铁路桥涵设计相关标准执行。设计中轨道层全部梁、站厅层转

2、换梁（图2、3中截面带“D”的梁）以及柱根底均按铁规执行。其他构件设计按建筑设计标准（简称建规）执行。 1.2主体构造形式车站主体为混凝土构造，考虑其作为常用的构造形式，耐腐蚀性适用性均较好，施工质量易于得到保障，构造整体刚度好，简单满意机车作用下构造的变形和震惊要求，2层转换大梁截面14001800，支座截面高2400，该大梁担当构造受力的转换功能，而且车站位于道路中心，该梁下要留足行车的空间（深圳要求5.5m净空），因此该梁设计为变截面形式，在视觉形态上也较好。1、2层采纳型钢混凝土柱，截面10001000和700700，其缘由是该构造形式可减小柱截面并营造轻快的建筑效果。 1.3根底及屋

3、面构造根底采纳钻（冲）孔灌注桩，以中、微风化基岩作为持力层，承载力特征值5000kN，桩身配筋率0.8%，桩长2240m，每柱下设计4根桩，共104根桩。采纳桩根底是出于两方面的考虑，一是建筑场地地质条件一般，二是车站跨度大、载荷大。屋面为两铰拱钢架，属于轻钢屋面构造，双层压型钢板内置保温材料，钢架横向间距7.75m，每独立段内设3道屋面支撑和柱间支撑。 2构造计算 如前所述，针对不同的构件采纳铁规和建规的标准标准，自然要采纳不同的计算软件。 2.1铁规标准计算铁路标准采纳的单一安全系数法，荷载取值、组合及材料取值见表13。 2.2按铁规的构件计算方法设计中采纳MidasCivil进展计算，选

4、用软件自带的“铁规”作为计算标准，并人工添加荷载组合。机车荷载简图如图4。这里有几点说明：车辆荷载为A型车，8辆编组，满载按P=160kN，空载按P=80kN考虑，并考虑移动荷载的影响线作用；列车荷载动力系数1m，其中m按铁规值的0.8倍取值；列车纵向制动力、无缝线路纵向伸缩力、断轨力及挠曲力，按文献4相关规定采纳；列车横向摇摆力按相邻两节车4个车轴轴重的15%计，以集中力形式作用于轨顶面处；桩根底持力层为中风化岩，考虑根底竖向位移较小，柱下根底位移按5mm考虑，沿柱纵向间隔布置；桥墩汽车撞击力按顺桥向作用1000kN、横桥向作用500kN考虑，作用点在路面以上1.2m高处；地震设防为乙类，建

5、筑场地土为类，设防烈度7度，按8度设防实行抗震构造措施，因2层大梁有肯定的悬挑，设计中考虑地震的竖向作用；温度影响分为系统升降温柔构造内部温差两类，考虑到深圳月平均气温的特点，将系统升降温取为20，由于构造上盖屋盖，不考虑构造内部温差；顶部钢构造与下部混凝土构造分别计算，既简洁明白又满意安全要求。机车移动荷载对构造设计影响最大，也是该处设计的重点，需要说明的是：当轨道梁与车站构造不整浇时，仅对轨道梁加载乘以动力系数的移动荷载，除竖向力外，依据不同的支座将肯定比例的其他水平力分为主力、附加力、特别荷载分别作用于车站构造上。当轨道梁与车站构造整浇时，需计入动力系数。本构造属于后者。 2.3按建规计

6、算的内容本局部采纳“PKPM_SATWE”软件计算，由于车站的非桥梁局部属于建筑构造，SATWE在业内认可度较高，对于转换构造和地震作用计算起来较便利。关于构造设计使用年限100年的考虑，笔者认为这应当表达在构造重要系数、荷载的取值以及混凝土的耐久性方面。根本荷载取值：根本风压0.9kNm2，地面粗糙度B类，站台板、站厅层人群荷载4.0kNm2，设备区活载8.0kNm2，楼梯活载3.5kNm2。对重型设备需依据设备实际重量、动力影响、安装运输途径等确定其大小和范围。机车移动荷载：根据等弯矩法输入等效均布荷载，依据笔者的反复计算，机车等效均布荷载为每条轨道梁上25kNm，按活荷载考虑，且考虑两侧

7、机车同时作用，两种计算结果取大值作为设计配筋；这对于计算地震作用时的质点质量可能取大了，由于地震发生时机车同时在车站内的概率较小，且等效质量与等效弯矩算得的均布荷载也不同，笔者设计中取活荷载质量折减系数为0.5，也算对这局部因素的考虑。主要设计参数：构造重要系数g=1.1，建筑抗震设防为重点设防类，建筑场地土类，抗震设防烈度7度，设计根本地震加速度为0.1g，设计地震分组第1组，并按8度设防实行抗震构造措施，主体构造抗震等级为三级。 3重点问题处理 3.1构造的位移与刚度高架车站行走地铁，考虑行车安全，必定对构造构件的变形和刚度要求较高，笔者之所以把这个问题单独提出来，是由于设计者简单疏忽，造

8、成安全隐患。构造的竖向位移文献1要求，梁式桥跨构造竖向挠度允许值为fL2023（L为梁跨且L30m）。笔者有3点理解：标准提出的构造“梁式桥跨构造”也适应于“桥建合一”构造，因此本构造中与行车相关的构件均按此要求掌握位移；构件跨度是指一个开间内的跨度，如图2中为15.5m；构造挠度是指长期荷载作用考虑混凝土徐变和的变形，该值依据构件配筋率的不同变化范围在26倍之间，应当看到这个要求比建规高许多，很多梁因此增大截面。水平刚度要求文献1对“无缝线路区间简支梁”桥墩墩顶水平线刚度提出K2.4104kNm的要求。笔者理解，文献1虽然说的是“区间简支梁”，但作为高架车站也应遵守，这个要求对于整体性较好的

9、车站构造来说不难满意要求。SATWE目前操作起来较困难，但Midas-Civil计算则较便利，方法是在2层各节点施加1kN力，构造水平变形的倒数就是构造刚度。弹性水平变位限值文献1要求，高架构造墩顶弹性位移需满意：顺桥方向25mm，横桥方向20mm。构造的水平位移应是水平荷载作用才有意义，笔者认为取这个力为风荷载、列车摇摆力、制动力作用，可采纳Midas-Civil计算。本构造H=1813420=1745（H为道床板至根底顶高度），该值比框架构造的位移限值略高，不难满意要求。横向振动频率要求文献1要求，梁式桥跨构造的横向自振频率应小于90L=9015.5=5.8（L为纵向柱距），设计中采纳MI

10、DAS软件验算。 3.2抗震性能分析本构造为单跨框架构造，属于抗震标准不应采纳的构造形式，设计中专家评审时也提出了这一问题，因此进展构造的抗震性能分析是必要的。基于性能抗震设计量化了设计目标，在不增加太多造价的状况下提高构造的抗震性能。依据有关资料7并与超限审查专家组协商，确定采纳表4的性能目标。依据分析结果，施工图设计中实行了以下抗震加强措施：取MIDAS和PKPM的不利计算结果进展构造构件设计；考虑到上部轻钢屋架对混凝土局部的影响，设计时增加竖向构件的配筋，增加竖向构件的横向约束条件和构件刚度；针对薄弱部位实行比标准更严格的配筋构造，增加构造在罕遇地震作用的抗震力量。 4完毕语 “桥建合一”高架地铁车站具有铁路与建筑构造的双重要求，文中通过工程实例介绍高架车站的不同形式及优缺点，需要考虑的问题、构造计算方法，以及刚度掌握及抗震性能分析，对于同类构造具有肯定的参考价值。 ：赵立峰单位：深圳市市政设计讨论院有限公司