城市軌道交通高架車站站臺綜合吊架與雨篷結(jié)構(gòu)的一體化設(shè)計(jì)

李文新

(廣州地鐵設(shè)計(jì)研究院股份有限公司，510010,廣州//高級工程師)

1 我國城市軌道交通高架車站站臺雨篷與機(jī)電系統(tǒng)概況

城市軌道交通已經(jīng)成為解決我國城鎮(zhèn)居民通勤問題的首選交通方式，目前國內(nèi)運(yùn)營里程超120 km的一、二線城市的軌道交通線路建設(shè)呈高架化及快線化發(fā)展趨勢，各種形式及規(guī)模的高架車站日益增多。站臺雨篷是高架車站特有的構(gòu)件，與站臺雨篷相搭配的站臺機(jī)電系統(tǒng)其安裝方式與地下車站的不同，因此有必要針對高架站進(jìn)行專題研究。本文將對高架站站臺機(jī)電系統(tǒng)安裝與雨篷結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計(jì)進(jìn)行探討。

1. 1 高架車站站臺雨篷的常見形式

根據(jù)承重結(jié)構(gòu)采用的材料進(jìn)行劃分，車站站臺雨篷分為鋼筋混凝土雨篷與鋼結(jié)構(gòu)雨篷兩種形式。鋼筋混凝土雨篷存在自重大、跨度小、工期長、景觀差等缺點(diǎn)，目前已很少采用，本文不作分析。鋼結(jié)構(gòu)雨篷自重輕、跨度大、便于裝配式施工、能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜造型，國內(nèi)軌道交通車站廣泛采用鋼結(jié)構(gòu)雨篷。本文以鋼結(jié)構(gòu)雨篷作為設(shè)計(jì)前提條件。

1. 2 高架車站站臺機(jī)電系統(tǒng)安裝方式

根據(jù)站臺上方設(shè)備及管線的分布范圍，機(jī)電系統(tǒng)工程安裝方式可分為專業(yè)分散式與綜合集中式兩種(見圖1)。

圖1 高架車站站臺機(jī)電系統(tǒng)工程安裝方式

國內(nèi)早期建成的高架車站對于室內(nèi)設(shè)計(jì)要求不高，且計(jì)算機(jī)模擬三維管線綜合設(shè)計(jì)尚不普及，因此,機(jī)電系統(tǒng)管線綜合設(shè)計(jì)普遍較為簡單粗放，基本是在同一標(biāo)高內(nèi)進(jìn)行平面設(shè)計(jì)，站臺上方機(jī)電系統(tǒng)工程采用設(shè)備及管線均勻平鋪的專業(yè)分散式安裝。采用專業(yè)分散式安裝，在施工過程中需要在雨篷結(jié)構(gòu)或屋面板下進(jìn)行大量鉆孔與焊接操作，這對鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的防銹層及屋面板完整性破壞較大，存在遺留鋼材銹蝕及屋面漏水的隱患，不利于后期運(yùn)營使用。

后期國內(nèi)個別城市出于視覺效果考慮，嘗試采用將管線敷設(shè)在金屬屋面系統(tǒng)內(nèi)部的暗埋形式，這在一定程度改善了室內(nèi)裝修效果，但存在難以檢修維護(hù)、不利于管線散熱、易產(chǎn)生消防隱患等問題，目前已基本不采用暗埋形式。隨著國內(nèi)城市軌道交通建設(shè)的日益發(fā)展，市民對于車站室內(nèi)視覺環(huán)境質(zhì)量的追求大大提高，設(shè)備與管線的隨意排布變得難以接受，簡單粗放的平面管線綜合設(shè)計(jì)已無法適應(yīng)室內(nèi)裝修設(shè)計(jì)需求，因此國內(nèi)近年新建成的車站逐漸采用綜合集中式的機(jī)電安裝方式。

2 高架車站站臺設(shè)備管線綜合吊架系統(tǒng)的特點(diǎn)

高架車站站臺上方機(jī)電系統(tǒng)工程采用集中方式安裝需要具備一定的設(shè)施條件，最基本的設(shè)施是站臺設(shè)備管線綜合吊架系統(tǒng)(以下簡稱“綜合吊架”)。綜合吊架分為柱立式與吊掛式(見圖2)。

圖2 高架車站站臺綜合吊架形式

柱立式綜合吊架適用于站臺空間高大、吊架無法從雨篷下方直接落下的車站。由于城市軌道交通高架車站規(guī)模有限，站臺長度一般不超過150 m，并列站臺數(shù)量一般不超過4個，室內(nèi)空間凈高很少大于7 m，因此極少采用柱立式綜合吊架。吊掛式綜合吊架是常見形式，適用于室內(nèi)空間凈高不大于9 m的島式站臺及凈高不大于7 m的側(cè)式站臺，與雨篷結(jié)構(gòu)進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采用此種形式。

3 綜合吊架與雨篷結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計(jì)方法

3. 1 整體設(shè)計(jì)思路

一體化設(shè)計(jì)的目標(biāo)是通過整合綜合吊架與雨篷結(jié)構(gòu)來解決高架車站站臺上方空間問題，并優(yōu)化建筑效果，設(shè)計(jì)思路如下：

1) 提高土建與機(jī)電施工的統(tǒng)一性與可控性，理順土建施工與機(jī)電安裝施工的矛盾，減少人為因素影響，使界面與工序更加合理，使施工過程與質(zhì)量更加可控；

2) 優(yōu)化站臺空間效果，改善機(jī)電系統(tǒng)外觀，避免管線凌亂及裸露，使管線排布清晰規(guī)整，提升室內(nèi)環(huán)境品質(zhì)；

3) 優(yōu)化雨篷結(jié)構(gòu)體系，提高材料強(qiáng)度利用率，節(jié)約結(jié)構(gòu)桿件數(shù)量，降低工程造價(jià)；

4) 改善運(yùn)營維保條件，簡化日常管理流程，減輕檢修工作強(qiáng)度；

5) 預(yù)留機(jī)電系統(tǒng)升級擴(kuò)展條件，為機(jī)電系統(tǒng)持續(xù)更新提供便利的平臺。

3. 2 雨篷結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程

雨篷結(jié)構(gòu)方案是一體化設(shè)計(jì)的核心問題。由于綜合吊架位于站臺上方，需要懸掛在雨篷結(jié)構(gòu)下方，如獨(dú)立設(shè)置一套結(jié)構(gòu)體系，不但給雨篷增加了荷載，還增加了較多桿件，對于改善室內(nèi)空間效果適得其反，因此須將綜合吊架內(nèi)部結(jié)構(gòu)與雨篷結(jié)構(gòu)的受力桿件進(jìn)行整合。整合時(shí)，一方面要考慮吊架吊桿的間距與雨篷結(jié)構(gòu)的模數(shù)一致，另一方面要將吊架內(nèi)部結(jié)構(gòu)嵌入雨篷結(jié)構(gòu)體系中，將單純荷載轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)構(gòu)自重。具體設(shè)計(jì)過程見表1。

3. 3 站臺空間效果優(yōu)化

優(yōu)化站臺空間效果的目標(biāo)是改善站臺范圍內(nèi)的視覺環(huán)境品質(zhì)，避免設(shè)備、管線及橋架等影響裝修效果，最大限度凈化與美化站臺空間。具體方法如下：

1) 將雨篷結(jié)構(gòu)的張弦梁垂直腹桿作為綜合吊架的吊桿，將綜合吊架的主梁作為雨篷結(jié)構(gòu)的張弦梁下水平支撐，通過二者共用桿件最大限度地減少站臺空間內(nèi)的構(gòu)件數(shù)量(見圖3)。

圖3 綜合吊架與雨蓬結(jié)構(gòu)共用結(jié)構(gòu)桿件

2) 綜合吊架主梁外包裹可開啟封閉式外殼，所有設(shè)備整齊有序地排布在外殼上，所有管線、橋架敷設(shè)在外殼內(nèi)部，外觀不可見,其橫斷面見圖4。

圖4 綜合吊架橫斷面圖

3) 通過工業(yè)設(shè)計(jì)將綜合吊架打造為創(chuàng)意產(chǎn)品，使其成為車站裝修的裝飾構(gòu)件，從而完全融入并美化站臺空間。

表1 綜合吊架與雨篷結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計(jì)過程

圖5 綜合吊架與雨逢結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計(jì)方案A

圖6 綜合吊架與雨逢結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計(jì)方案B

4 一體化設(shè)計(jì)在城市軌道交通建設(shè)與運(yùn)營階段的優(yōu)勢

4. 1 建設(shè)階段的優(yōu)勢

車站雨篷施工分為土建與機(jī)電安裝兩個階段。對于未進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)的項(xiàng)目，土建階段僅施工鋼結(jié)構(gòu)、屋面系統(tǒng)等與房屋建筑相關(guān)的工程，不施工綜合吊架內(nèi)部結(jié)構(gòu)。吊架結(jié)構(gòu)需要在雨篷結(jié)構(gòu)完工后二次進(jìn)場施工，這樣勢必造成對雨篷結(jié)構(gòu)的破壞及材料浪費(fèi)，增加不必要的荷載。

圖7 綜合吊架與雨逢結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計(jì)方案C

圖8 綜合吊架與雨逢結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計(jì)最終雨篷結(jié)構(gòu)布置方案示意圖

一體化設(shè)計(jì)為實(shí)現(xiàn)建設(shè)全過程可控創(chuàng)造了有利條件。站臺雨篷在土建階段已完成綜合吊架內(nèi)部結(jié)構(gòu)施工，吊架結(jié)構(gòu)作為車站整體結(jié)構(gòu)的組成部分同步進(jìn)行拼裝、除銹及噴漆施工，通過簡化工序提高施工效率。機(jī)電安裝階段僅安裝吊架外殼、管線及設(shè)備，通過良好的界面預(yù)留條件提高施工質(zhì)量。

4. 2 運(yùn)營階段的優(yōu)勢

車站運(yùn)營階段需解決運(yùn)營維保與系統(tǒng)升級兩方面問題。一體化綜合吊架外殼采用防水防塵、全可開啟形式，便于打掃檢修，基本不需日常維護(hù)。外殼采用上翻蓋機(jī)制，以合頁+鎖扣方式固定，構(gòu)造安全可靠，無需登高亦可在地面進(jìn)行調(diào)試操作，改善了運(yùn)營維保工作條件。

因通信、信號、綜合監(jiān)控等系統(tǒng)的更新?lián)Q代非常快，所以綜合吊架采用了模塊化設(shè)計(jì)及統(tǒng)一的設(shè)備終端接口形式，下部設(shè)置了通長的設(shè)備連接槽(見圖9)，所有設(shè)備終端通過連接槽固定，可獨(dú)立安裝或拆卸。一體化設(shè)計(jì)預(yù)留了擴(kuò)展條件，能夠適應(yīng)設(shè)備更新與系統(tǒng)升級，為運(yùn)營階段持續(xù)發(fā)展提供了便利的平臺。

圖9 綜合吊架下部的設(shè)備連接槽

5 結(jié)語

本文結(jié)合工程實(shí)例對城市軌道交通高架站站臺綜合吊架與雨篷結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計(jì)進(jìn)行了探討和分析。目前，國內(nèi)城市軌道交通建設(shè)處于高速發(fā)展時(shí)期，車站結(jié)構(gòu)與管線綜合設(shè)計(jì)，一方面要滿足日益提升的室內(nèi)環(huán)境品質(zhì)要求，另一方面要滿足科技進(jìn)步帶來技術(shù)升級的可持續(xù)發(fā)展。新材料、新裝備的不斷涌現(xiàn)必然催生全新的設(shè)計(jì)理念，一體化設(shè)計(jì)探索尚處于廣泛試驗(yàn)階段，許多細(xì)節(jié)處理需要在各種環(huán)境條件下的運(yùn)營實(shí)踐中不斷優(yōu)化改進(jìn)。今后，需要更加深入細(xì)致地開發(fā)綜合吊架與雨篷結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計(jì)的多方面優(yōu)勢，力求在高架車站環(huán)境友好性、建筑工業(yè)化、可持續(xù)發(fā)展等方面進(jìn)行突破創(chuàng)新。