合寧高速吳莊主線收費站收費天棚設計要點分析

李 兵, 暨永興

(安徽省交通規劃設計研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230088)

合寧高速吳莊主線收費站收費天棚設計要點分析

李 兵, 暨永興

(安徽省交通規劃設計研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230088)

合寧高速吳莊主線收費站收費天棚為目前全國最大收費天棚，此收費天棚下掛收費員專用通道也是安徽省首次采用的建筑形式。文章重點介紹此收費天棚網架、下掛收費員通道、鋼梯、基礎等設計內容,以供今后類似工程設計參考。

吳莊主線收費站；收費天棚；收費員專用通道；網架結構；鋼梯；基礎

1 工程概述

2015年12月建成的合寧高速吳莊主線收費站擁有36個車道，收費廣場橫向寬度201.5 m，為目前全國最大的收費站。此收費站收費天棚采用了下掛桁架與網架結合的組合結構體系[1-2]。下掛桁架為收費員專用通道的結構形式，網架為此組合結構的承重體系。整個結構體系的支撐形式為鋼管混凝土柱點支撐[3]。此鋼結構天棚的長度、寬度、高度分別為209.4 m、24.6 m、11.8 m。

2 設計要點

2.1 收費員專用通道設計

收費員專用通道的結構形式為桁架。原收費站的收費員通道為地下式，因本地區地下水位較高，原地下通道建成后一直出現墻面滲水、地面積水的現象，業主已進行過多次維修均未取得明顯成效。此次收費站收費天棚移位設計業主明確要求收費員專用通道采用空中下掛方式，此類收費天棚也是安徽省首次采用的建筑形式。經綜合分析和比較，此天棚采用網架下弦下掛桁架的結構形式[4-6]，為減小風荷載對此桁架的影響，同時提高收費員行走時的整體舒適性，此桁架的立面為漏空狀。整個桁架均為鋼管結構體系，上、下弦桿與腹桿連接采用相貫線焊接，通道底板采用的是4.5 mm厚的花紋鋼板。因收費站設置在人員稀少區域，為保證收費員及資金的安全，在此次設計中，將收費員專用通道延伸到收費管理區內部，收費員可以從管理區內通過此通道到達自己的工作地點(通道剖面如圖1)。

圖1 結構短跨方向剖面圖

2.2 網架結構

2.2.1 網架結構選型

網架結構是一個空間鉸接桿系結構，在任意外力作用下都不允許發生幾何可變。因此，進行網架結構選型時，要考慮結構的幾何可變性。三角錐和四角錐是網架結構中最常用的幾何不變單元，此工程因雙向跨度均較大，經綜合考慮此屋面選擇四角錐螺栓球節點網架結構體系[7-9]。其支撐構件為鋼管混凝土柱。

2.2.2 網格尺寸和網架高度

網架的網格尺寸與其高度關系密切，斜腹桿與弦桿夾角一般控制在40°～55°之間。因本工程桁架的平面寬度為2.2 m，所以網架下弦沿短向的網格尺寸均設置為2.2 m，沿長向的網格尺寸不超過3 m，此種布置均能滿足上述夾角的要求。因下掛桁架的荷載較大，考慮到網架結構的整體安全性，最終選擇將網架起坡(見圖1)。沿短向跨中位置網架高度最大，數值為2.3 m，此處也為下掛桁架的具體位置，網架高度最小值為1.1 m，此網架的坡度與建筑屋面坡度相同均為5%。整個網架經計算應力比及豎向控制撓度等均滿足規范及相關規程要求。具體數值見表1所列。

表1 計算參數結果

2.3 鋼梯設計

此工程鋼梯主要供收費站收費員及相關管理人員使用，按照專用樓梯設計。因本收費廣場路面橫坡為2%，所以收費通道距離地面高度不等，最小值為5.9 m，最大值是7.5 m。在樓梯設計中多數采用的是三跑樓梯，局部為二跑，同時考慮到普通收費車道中偶爾有超寬車通過，為了保證整個結構的安全，將樓梯的寬度設計為1 400 mm(收費島寬度2 200 mm)。因收費島寬度較窄，為了提高收費員在行走時的舒適性及安全性，在設計樓梯休息平臺豎向支撐時考慮采用單個鋼柱作為點支撐。因收費島上有大量機電設備存在，所以在樓梯設計中還需與機電設計部門溝通，解決鋼梯與相關機電設備沖突問題。總之此類工程鋼梯設計不但要滿足規范要求，還須與機電、道路設計部門溝通，解決相互間沖突之問題。

2.4 其他設計

(1) 本工程所有鋼柱須設置在收費島上，同時要求鋼柱截面盡量小，以防止車輛刮擦。而此收費天棚屋頂高度為11.8 m，高度較大。為了保證結構的整體穩定性，設計中考慮了向鋼柱內澆筑C30素混凝土，以增加此鋼柱的剛度。鋼柱直徑為480 mm，壁厚16 mm。

(2) 此類工程基礎均設置在收費廣場上，而收費廣場的路基、路面均有較高的壓實度要求。在基坑開挖時應盡量減小對原有路基、路面的破壞，同時盡量減小基坑開挖深度。如基坑須開挖較大深度才能達到持力層時，應采取淺開挖加換填的方式[10]。本工程基坑開挖深度至3 m時達持力層，所以無需采用換填方式。基坑回填材料采用C 15素混凝土，以保證開挖區域路基的壓實度。同時設計中還需要求C15素混凝土回填的頂標高為路面結構層底部，其上部分由路面施工單位根據相關圖紙施工。

3 結束語

以前安徽省高速公路收費站收費員專用通道均設置在地下，且因為多方面原因有數量不少的地下通道均遭棄用。此工程設計得到了業主及使用單位的高度評價，也將為安徽省今后類似工程做有益探索。

[1] JGJ 7-2010，空間網格結構技術規程[S].

[2] GB 50017-2003，鋼結構設計規范[S].

[3] GB 50011-2010，建筑抗震設計規范[S].

[4] 苑 輝，張金香.鋼桁架結構收費天棚改擴建設計研究[J].山東交通科技，2015(2):92～99.

[5] 王 墅．大型鋼結構桁架設計方法[J].遼寧石油化工大學學報，2001, 21(1):48～52.

[6] 陳 放.網架結構與空間管桁架結構的特點分析[J].重慶建筑，2012,11(6):14～16.

[7] 王福成，陳春雨，陳 鑫，等.網架結構高度優化設計研究[J].科學技術與工程，2011,11(3):651～653.

[8] 龔麗敏.網架結構設計體會[J].山西建筑，2012,38(12):44～45.

[9] 厲寶臻.網架結構人行天橋設計施工[J].濰坊高等專科學校學報，2000(4):63～64.

[10] 劉 濤，焦蕊蕊.談輕鋼結構的基礎設計特點[J].山西建筑，2012, 38(14):50～51.

2016-10-10；修改日期：2016-10-14

李 兵(1980-)，男，安徽淮南人，碩士，安徽省交通規劃設計研究總院股份有限公司工程師．

U412.3661

A

1673-5781(2016)05-0644-02