地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中空間效應(yīng)的影響

薛 磊

中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司（430000）

1 平面簡化模型的不足之處

平面簡化模型的假定條件是建立在車站結(jié)構(gòu)中縱向各種條件是在不變化的情形下實(shí)現(xiàn)的，如地鐵車站的縱向尺寸無限大、縱向材料和幾何尺寸無差異、車站結(jié)構(gòu)的縱向荷載無變化，但現(xiàn)實(shí)的情況與這些假定條件都存在差異，中柱的縱向不連續(xù)性造成車站縱向結(jié)構(gòu)的剛度存在差異，從而產(chǎn)生的地基反力也存在一定的差異。按照假定的條件去計(jì)算地鐵結(jié)構(gòu)的縱向結(jié)構(gòu)內(nèi)力無法真實(shí)地反映出地鐵車站的真實(shí)受力情況。總之，地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的平面簡化模型中的假定條件在現(xiàn)實(shí)地鐵車站構(gòu)筑中無法成立，產(chǎn)生的計(jì)量結(jié)果存在偏差，會(huì)影響到建筑所需材料的預(yù)核算，造成一定時(shí)間成本和資金成本的浪費(fèi)，影響到整個(gè)地鐵車站工程經(jīng)濟(jì)性能。

2 空間模型用于地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的必要性

空間模型具有平面模型所不具備的直觀性，形成一種結(jié)構(gòu)遷移。為抵抗水土壓力、荷載（人或車輛荷載）壓力，地鐵車站結(jié)構(gòu)的頂板因所承受壓力的負(fù)荷大，邊墻多受主動(dòng)土作用，頂梁和底梁的截面高度也很大，中間樓板受到的荷載壓力作用大，這些部分在構(gòu)筑時(shí)必須進(jìn)行特殊的土層布置和設(shè)定科學(xué)的厚度。空間模型所具有的模擬能力能夠不同程度地將設(shè)置要求表現(xiàn)出來。荷載壓力的計(jì)算按照《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50157—2003進(jìn)行。空間模型的三維模擬能夠?qū)⒕唧w的情況展現(xiàn)出來。通過三維空間模型和平面模型的對(duì)比分析，建立兩者之間存在的對(duì)應(yīng)性。根據(jù)模型驗(yàn)證和沉降分析，三維空間模型和平面簡化模型兩者之間存在某種對(duì)應(yīng)關(guān)系，對(duì)空間模型在地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中具有必要性。

3 空間模型與平面簡化模型的對(duì)比分析

3.1 兩種模型底板受力對(duì)比分析

通過平面模型底板彎矩與空間模型的柱上或跨中板帶底板彎矩的對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，平面模型計(jì)算所得的底板最大正負(fù)彎矩值明顯超出了空間模型的彎矩值范圍，平面模型的計(jì)量大于空間模型，兩者之間存在較大的差異。空間模型彎矩值小的原因在于受到雙側(cè)的承載作用的影響，一定程度上對(duì)彎矩產(chǎn)生了削減作用。在中柱處由于受到應(yīng)力作用的影響，柱上板帶處的最大負(fù)彎矩產(chǎn)生了變大趨勢(shì)，但達(dá)到峰值位置時(shí)，由于中柱高度極大結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，產(chǎn)生了力的削弱作用，使此處的受力降低到與跨中板帶處梁上負(fù)彎矩趨于一致的水平。

3.2 兩種模型側(cè)墻受力對(duì)比分析

通過平面模型與空間模型側(cè)墻受力對(duì)比分析可以發(fā)現(xiàn)，空間模型的等效彎矩計(jì)算明顯小于平面模型的彎矩。主要控制原因在于：空間結(jié)構(gòu)的側(cè)墻和板連接處的截面高度的變化，使其受力發(fā)生了較大幅度的變化，與平面模型的彎矩值產(chǎn)生了一定的計(jì)量偏差。

3.3 兩種模型結(jié)構(gòu)受力沿縱向發(fā)生變化對(duì)比分析

平面簡化模型的假定條件即是縱向連續(xù)不變化，縱向不變化是平面模型假定的必然條件。實(shí)際上，地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，縱向結(jié)構(gòu)是存在變化的。實(shí)驗(yàn)證明，空間模型受到中柱的影響，縱向具有非均勻性，致使截面受力沿著縱向結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。由于柱上板帶處受中柱所在截面的沉降會(huì)承受更大的地基反力，所以底板跨中最大正彎矩沿縱向發(fā)生變化。

4 結(jié)語

地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)按平面簡化模型進(jìn)行計(jì)算不能夠精確地反映出結(jié)構(gòu)的受力狀況，計(jì)算由于各種因素存在計(jì)量偏差，會(huì)影響工程的經(jīng)濟(jì)性。采用三維空間模型用等效彎矩進(jìn)行配筋計(jì)算的計(jì)量方法能夠滿足車站設(shè)計(jì)的實(shí)際受力狀況要求，極大地提升地鐵車站工程的可靠性和安全性。