單柱雙跨地鐵車站公共區中板結構布置研究

楊成蛟

(遼寧省交通規劃設計院有限責任公司，遼寧 沈陽 110166)

0 引 言

隨著我國經濟的快速發展，各大城市為了緩解交通擁堵問題，都開始大規模的修建地鐵。地鐵車站作為地鐵路網中一種重要的建筑物，是提供乘客乘降、換乘和候車的場所。目前地鐵車站常用的結構形式有單柱雙跨、雙柱三跨以及多柱多跨結構。雙柱三跨及多柱多跨結構車站公共區的樓扶梯一般布置在橫向的中間跨，樓扶梯的洞口設在兩道縱梁之間，結構布置簡單、受力合理；而對于單柱雙跨結構，樓扶梯一般布置在中縱梁兩側，中板開洞較大，受兩側軌行區限界高度的限制，洞口兩側無法設置橫向貫通的高截面橫梁，造成公共區中板的樓扶梯開洞范圍結構受力復雜，結構布置困難。為解決這一難題，本文結合某明挖單柱雙跨車站，對公共區中板樓扶梯開洞范圍的結構進行布置與分析。

1 公共區中板建筑布置與結構分析

公共區中板層即站廳層，是售票、檢票、集散、連接地面出入口和站臺的場所。站廳層公共區設置在車站的中部，分為非付費區和付費區，非付費區與付費區之間采用欄桿分隔，乘客在非付費區辦理售、檢票后方可進入付費區。付費區設置三組樓扶梯，均勻布置在付費區兩端和中間位置。單柱雙跨車站的扶梯分別設在中縱梁的兩側，站臺中心設一部樓梯和垂直電梯(見圖1)。

圖1 公共區中板建筑平面布置

圖2 標準橫斷面

圖3 開洞處橫斷面

圖4 公共區中板常規結構布置

通常地鐵車站結構計算均簡化為橫向受力結構，計算時取1 m寬板帶作為計算模型，結構標準斷面見圖2，中板與側墻、中縱梁形成兩跨連續梁。但對于樓扶梯處的結構橫斷面，由于樓扶梯的存在，切斷了中板的連續性，使中板形成較大的開洞(見圖3)，此時中板形成長懸臂結構(7.3 m)，受力很不合理，計算無法通過。為解決此處難點，通常有兩種方法，其一是在洞口周邊設邊梁(見圖4)，通過主次梁的相互搭接，轉換洞邊中板的受力方式，樓扶梯開洞側邊的中板通過橫梁、次梁及側墻形成雙向板，受力較合理；但此時由于開洞較長(一般11 m)，次梁受力較大，同時次梁和板傳遞到橫梁的力也很大，為滿足受力要求，就要求次梁、橫梁的截面會很高，而根據中板下建筑、環控等專業的限界要求，梁截面最大不能高于550 mm，故該方案并不能很好的解決該處問題。其二是加高站臺層建筑凈高，完全根據橫梁受力要求確定梁截面和站臺層高度，但此時站臺層需要加高較多，同時加深了車站基坑的深度，相應增加了車站造價與施工風險，綜合性能差。基于上述原因，綜合考慮建筑、環控等專業的限界要求，同時保證結構受力合理，對單柱雙跨中板進行了下述結構布置方案(見圖5)。

圖5 公共區中板“組合梁”結構布置

(1)在搭設電扶梯的橫梁采用大截面懸臂梁(1 000×1 000 mm)，中縱梁兩側對稱布置，懸臂梁超過次梁側邊200 mm，方便懸臂梁端鋼筋和次梁鋼筋錨固，同時方便站臺層綜合管線在懸臂梁端與站臺安全門間空隙通過；

(2)次梁因跨度較大，同樣采用大截面明梁(600×800 mm)，確保滿足配筋和撓度要求；

(3)懸臂梁端至側墻部分采用高度較小的橫次梁(1 000×550 mm)結構，以滿足中板下軌頂風道的通風要求；

(4)中部樓梯及垂直電梯處采取相同布置方案。

2 計算結果分析與構造措施

為驗算上述結構布置是否滿足結構受力要求，采用贏建科軟件對其進行了整體的計算分析。因橫次梁剛度較小，計算時橫次梁不作為樓板的固定支座，樓板的導荷方式采用車站橫向單向導荷，即全部樓板均為單向板，中板梁的配筋信息見圖6。從結果可以看到，全部中板梁的配筋結果均較合理，即此中板結構布置方案可行。圖7為梁撓度計算結果，其中次梁跨度最大，其撓度也最大(8.84 mm)，約為l0/1 250，遠小于規范要求的l0/300。

圖6 梁配筋結果(mm2)

圖7 梁撓度(mm)

從梁配筋的計算結果我們還可以分析出該結構方案具有如下特點。

(1)懸臂梁承受了來自于洞口邊的次梁、樓板及電扶梯的荷載，故負筋配筋量較大；

(2)次梁承受了較大的樓板荷載，并通過梁端以集中力的方式傳遞到懸臂梁端的一側，致使懸臂梁受到很大的扭轉作用，故懸臂梁的抗扭鋼筋配筋量較大；

(3)橫次梁與懸臂梁組合在一起形成貫通的兩跨連續梁，除了承受自身部分的荷載外，次梁通過梁端將力傳遞到“組合梁”上，故橫次梁也承受了部分的集中力，故正筋配筋量較大，在同時有電扶梯荷載傳遞時配筋更大；

(4)次梁因跨度太大，且承受了半側的單向樓板荷載，故其正筋、負筋配筋均較大。

根據上述計算結果及特點分析，為了保證結構具備較大的安全儲備，對該中板結構方案的梁采取如下構造措施：

(1)懸臂構件為靜定結構，一旦失效將造成巨大的危害，且后期無法彌補，故加大懸臂梁的負筋配筋量；

(2)懸臂梁還受到了很大的扭轉作用，同樣加大懸臂梁的外圈抗扭縱筋，加密梁箍筋，增強梁的抗扭強度；

(3)將橫次梁按兩跨連續梁構造設置，橫次梁的縱筋貫通懸臂梁和中縱梁，分別錨固于兩端側墻，加強橫向組合梁的整體性，增加結構的安全儲備；

(4)加大次梁正筋配筋量，同時延長次梁負筋錨固長度，將負筋伸過懸臂梁后再錨入中板35 d，盡可能分散次梁負筋對懸臂梁的扭轉作用，同時減少懸臂梁端的鋼筋密度，方便施工；

(5)加大橫次梁邊中板的配筋量，通過類似“T”型梁翼緣的作用來分擔“組合梁”的受力。

3 結 語

單柱雙跨車站因其中柱占據站臺寬度較小，能提供更大的站臺、站廳面積，方便乘客使用，成為目前地鐵車站結構發展的一個趨勢。但其公共區中板樓扶梯開洞處結構受力復雜，梁板結構布置困難，一直都是該類車站中板結構設計的重點和難點。本文通過對單柱雙跨車站中板結構的受力分析，提出了懸臂梁結合橫次梁的“組合梁”受力方案，并進行了計算分析。計算結果表明，該“組合梁”方案受力明確，滿足建筑及設備等專業的要求，對車站造價影響小，安全儲備高，可用于指導類似工程設計。