地鐵車站出入口標準段結構尺寸優化組合計算分析

張朋來 王志虹 王 濤

(1.中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司，浙江 杭州 311122； 2.中國金茂控股有限公司，北京 100032)

·結構·抗震·

地鐵車站出入口標準段結構尺寸優化組合計算分析

張朋來1王志虹1王 濤2

(1.中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司，浙江 杭州 311122； 2.中國金茂控股有限公司，北京 100032)

地鐵車站出入口是乘客進出車站及消防疏散的主要通道。出入口結構尺寸主要由建筑使用功能、覆土深度、地質條件及周邊環境等因素制約。以福州地鐵1號線工程為背景，進行結構設計與計算分析研究，通過對不同埋深條件下地鐵車站出入口標準段結構尺寸的分析比選，得出合理的斷面尺寸優化組合，以期為類似工程提供設計參考。

地鐵車站，出入口，結構設計，尺寸優化組合

0 引言

地鐵車站出入口作為車站的附屬結構，是聯系地面空間與地下車站的主要通道，起著引入和疏散客流的功能，其安全穩定十分重要?？紤]到地下結構造價相對較高的特點，結構設計在考慮安全性和耐久性的基礎上，應充分考慮結構安全與經濟合理統一。本文結合福州地鐵1號線地鐵車站出入口設計，在確定出入口標準段內部凈尺寸的基礎上，討論覆土深度與結構板厚之間的變化關系，確定不同覆土深度下所對應的最合理的結構尺寸組合。

1 結構尺寸擬定和材料選擇

地鐵車站出入口標準段為鋼筋混凝土箱型結構，其內部凈尺寸主要由乘客流量、消防疏散、建筑裝修和管線布置等因素決定。

以福州地鐵1號線出入口設計為背景，出入口標準段結構凈高取標準值3.7 m，凈寬取標準值為6.5 m；而將其頂板厚取為b1，底板厚取為b2，側墻厚取為b3，覆土深度取為h。頂板、底板、外墻混凝土強度采用C35，抗滲等級P8。

2 設計原理及模型確定

出入口結構采用明挖法施工，依據平面應變假設，采用荷載—結構模式，按底板作用在彈性地基上的平面閉合箱型框架進行內力分析。圍護結構與車站內襯墻間僅有壓力傳遞，施工期間其水平壓力按郎金公式的主動土壓力計算。計算采用SAP2000有限元結構分析軟件，按永久荷載、可變荷載、施工荷載和偶然荷載的各種組合進行。

3 計算基本規定

結構構件設計使用年限為100年，結構構件安全等級為一級，相應構件的重要性系數γ0取1.1；頂板、側墻、底板受力鋼筋凈保護層厚度外側50 mm，內側40 mm；荷載按結構最不利受力情況進行組合。結構構件按荷載準永久組合并考慮長期作用的影響進行裂縫驗算，最大允許裂縫寬度為：頂板迎土面不大于0.2 mm，其他不大于0.3 mm。

4 荷載組合

1)基本組合：1.35×恒載+γL×1.4×0.7×活載;

2)準永久組合：1.0×恒載+準永久值系數×1.0×活載;

3)偶然組合：恒載+部分活載+地震荷載，恒載+人防荷載；

4)抗浮計算：恒載。

因抗震工況和人防工況對構件配筋不起控制作用，本文不考慮偶然組合的影響。

5 方案比選

本文選取三個不同覆土深度，各覆土深度下再選取四組不同的結構尺寸方案，分別計算不同結構尺寸下的荷載作用效應，綜合分析比較后選取最合理的結構尺寸組合。荷載示意見圖1，各方案荷載計算匯總見表1。

表1 荷載計算匯總表

5.1覆土深度h=3.5 m時的方案比選

由圖2可以看出，覆土深度為3.5 m時，結構自重荷載占結構所承受的總體荷載比重較大，隨著結構板厚的逐漸增大，頂板跨中、支座彎矩值逐漸增大；底板跨中彎矩值逐漸增大，支座彎矩值先增大后減?。粋葔缰袕澗刂捣€定在相對較低范圍值內，其支座彎矩值則與頂板、底板支座彎矩變化規律一致。同時，在裂縫驗算中，我們發現在滿足承載能力的相同配筋情況下，方案一的最大裂縫寬度ωmax較之方案二的更趨近于(甚至超過)最大裂縫寬度ωlim。因此，覆土深度為3.5 m時，出入口的優化結構尺寸選為方案二。

5.2覆土深度h=4.5 m時的方案比選

由圖3中的彎矩基本組合值變化曲線可以看出，覆土深度為4.5 m時，隨著板厚的增加，頂板跨中、支座彎矩值逐漸變大；底板跨中彎矩值先增大后減小，支座彎矩值先增大后減小再增大；側墻跨中彎矩值穩定在相對較低值范圍內，支座彎矩值與頂板、底板支座彎矩變化規律一致。當底板支座彎矩取為最小值時，結構尺寸為最優。根據裂縫驗算，結合配筋計算及方便施工等因素，覆土深度為4.5 m時，出入口的優化結構尺寸選為方案三。

5.3覆土深度h=5.5 m時的方案比選

由圖4中的彎矩基本組合值變化曲線可以看出，覆土深度為5.5 m時，隨著板厚的增加，頂板跨中值逐漸變大，頂板支座彎矩值先增大后減?。坏装蹇缰袕澗刂迪仍龃蠛鬁p小再增大，支座彎矩值先減小后增大再減小，呈交替變化；側墻跨中彎矩值穩定在相對較低值范圍內，支座彎矩值與頂板、底板支座彎矩變化規律相似。由分析可知，當頂、底板板厚為800 mm時支座彎矩分別到達最小值(極小值)，結構尺寸為最優。因此，覆土深度為5.5 m時，出入口的優化結構尺寸選為方案四。

6 結語

地鐵車站出入口標準段斷面設計在滿足功能要求、建筑限界、以及標準化、統一化要求的基礎上，其斷面尺寸的最優化選取應與覆土深度相協調。同時，根據不同的地質條件，結構計算還應滿足強度要求、裂縫驗算、配筋合理、施工方便等各項要求，綜合考慮以上因素，地鐵車站標準出入口結構尺寸優化組合結果如下：覆土厚3.5 m時，頂板、底板及側墻厚度均取500 mm；覆土厚4.5 m時，頂板、側墻厚度取600 mm，底板厚度為700 mm；覆土厚5.5 m時，頂板、底板厚度取800 mm，側墻厚度為700 mm。

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Optimizationanalysisondimensioncombinationforstandardsubwayexitstructuremembers

ZhangPenglai1WangZhihong1WangTao2

(1.PowerChinaHuadongEngineeringCorporationLimited,Hangzhou311122,China; 2.ChinaJinmaoGroupCo.,Ltd,Beijing100032,China)

Subway exits are main access to station and main fire escape exit. The dimension of structure members on exits are determined by architectural function, cover depth, geo-condition and surrounding environment. Taking Fuzhou Line 1 project as an example, structural analysis and design are done and different dimension combinations are compared to get the optimized dimension combination and to provide reference for future projects.

subway station, exits, structure design, optimized dimension combination

1009-6825(2017)29-0050-03

2017-08-08

張朋來(1979- )，男，碩士，高級工程師，一級注冊結構工程師，注冊巖土工程師

TU318

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