合宁高速吴庄主线收费站收费天棚设计要点分析

2016-06-05暨永兴

工程与建设 2016年5期

关键词：天棚收费员钢柱

李兵, 暨永兴

(安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司，安徽合肥 230088)

合宁高速吴庄主线收费站收费天棚设计要点分析

李兵, 暨永兴

(安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司，安徽合肥 230088)

合宁高速吴庄主线收费站收费天棚为目前全国最大收费天棚，此收费天棚下挂收费员专用通道也是安徽省首次采用的建筑形式。文章重点介绍此收费天棚网架、下挂收费员通道、钢梯、基础等设计内容,以供今后类似工程设计参考。

吴庄主线收费站；收费天棚；收费员专用通道；网架结构；钢梯；基础

1 工程概述

2015年12月建成的合宁高速吴庄主线收费站拥有36个车道，收费广场横向宽度201.5 m，为目前全国最大的收费站。此收费站收费天棚采用了下挂桁架与网架结合的组合结构体系[1-2]。下挂桁架为收费员专用通道的结构形式，网架为此组合结构的承重体系。整个结构体系的支撑形式为钢管混凝土柱点支撑[3]。此钢结构天棚的长度、宽度、高度分别为209.4 m、24.6 m、11.8 m。

2 设计要点

2.1 收费员专用通道设计

收费员专用通道的结构形式为桁架。原收费站的收费员通道为地下式，因本地区地下水位较高，原地下通道建成后一直出现墙面渗水、地面积水的现象，业主已进行过多次维修均未取得明显成效。此次收费站收费天棚移位设计业主明确要求收费员专用通道采用空中下挂方式，此类收费天棚也是安徽省首次采用的建筑形式。经综合分析和比较，此天棚采用网架下弦下挂桁架的结构形式[4-6]，为减小风荷载对此桁架的影响，同时提高收费员行走时的整体舒适性，此桁架的立面为漏空状。整个桁架均为钢管结构体系，上、下弦杆与腹杆连接采用相贯线焊接，通道底板采用的是4.5 mm厚的花纹钢板。因收费站设置在人员稀少区域，为保证收费员及资金的安全，在此次设计中，将收费员专用通道延伸到收费管理区内部，收费员可以从管理区内通过此通道到达自己的工作地点(通道剖面如图1)。

图1 结构短跨方向剖面图

2.2 网架结构

2.2.1 网架结构选型

网架结构是一个空间铰接杆系结构，在任意外力作用下都不允许发生几何可变。因此，进行网架结构选型时，要考虑结构的几何可变性。三角锥和四角锥是网架结构中最常用的几何不变单元，此工程因双向跨度均较大，经综合考虑此屋面选择四角锥螺栓球节点网架结构体系[7-9]。其支撑构件为钢管混凝土柱。

2.2.2 网格尺寸和网架高度

网架的网格尺寸与其高度关系密切，斜腹杆与弦杆夹角一般控制在40°～55°之间。因本工程桁架的平面宽度为2.2 m，所以网架下弦沿短向的网格尺寸均设置为2.2 m，沿长向的网格尺寸不超过3 m，此种布置均能满足上述夹角的要求。因下挂桁架的荷载较大，考虑到网架结构的整体安全性，最终选择将网架起坡(见图1)。沿短向跨中位置网架高度最大，数值为2.3 m，此处也为下挂桁架的具体位置，网架高度最小值为1.1 m，此网架的坡度与建筑屋面坡度相同均为5%。整个网架经计算应力比及竖向控制挠度等均满足规范及相关规程要求。具体数值见表1所列。

表1 计算参数结果

2.3 钢梯设计

此工程钢梯主要供收费站收费员及相关管理人员使用，按照专用楼梯设计。因本收费广场路面横坡为2%，所以收费通道距离地面高度不等，最小值为5.9 m，最大值是7.5 m。在楼梯设计中多数采用的是三跑楼梯，局部为二跑，同时考虑到普通收费车道中偶尔有超宽车通过，为了保证整个结构的安全，将楼梯的宽度设计为1 400 mm(收费岛宽度2 200 mm)。因收费岛宽度较窄，为了提高收费员在行走时的舒适性及安全性，在设计楼梯休息平台竖向支撑时考虑采用单个钢柱作为点支撑。因收费岛上有大量机电设备存在，所以在楼梯设计中还需与机电设计部门沟通，解决钢梯与相关机电设备冲突问题。总之此类工程钢梯设计不但要满足规范要求，还须与机电、道路设计部门沟通，解决相互间冲突之问题。

2.4 其他设计

(1) 本工程所有钢柱须设置在收费岛上，同时要求钢柱截面尽量小，以防止车辆刮擦。而此收费天棚屋顶高度为11.8 m，高度较大。为了保证结构的整体稳定性，设计中考虑了向钢柱内浇筑C30素混凝土，以增加此钢柱的刚度。钢柱直径为480 mm，壁厚16 mm。

(2) 此类工程基础均设置在收费广场上，而收费广场的路基、路面均有较高的压实度要求。在基坑开挖时应尽量减小对原有路基、路面的破坏，同时尽量减小基坑开挖深度。如基坑须开挖较大深度才能达到持力层时，应采取浅开挖加换填的方式[10]。本工程基坑开挖深度至3 m时达持力层，所以无需采用换填方式。基坑回填材料采用C 15素混凝土，以保证开挖区域路基的压实度。同时设计中还需要求C15素混凝土回填的顶标高为路面结构层底部，其上部分由路面施工单位根据相关图纸施工。