“桥建合一”高架车站桥梁结构合理型式及设计技术

曾 敏

(中铁二院 昆明勘察设计研究院有限责任公司,云南 昆明 650200)

“桥建合一”高架车站桥梁结构合理型式及设计技术

曾 敏

(中铁二院 昆明勘察设计研究院有限责任公司,云南 昆明 650200)

高架车站在城市轨道交通建设中越来越被广泛运用，通过某地铁线红山站、上塘北站两个工点桥梁设计，分析了“桥建合一”及“桥建分离”两种高架车站形式结构的优缺点，通过计算分析对桩基刚度、变形缝、墩柱截面尺寸大小等参数进行了影响分析，希望对以后类似的项目具有指导意义。

高架车站；“桥建合一”；桥梁结构；设计

0 引 言

伴随着中国经济高速发展，中国城市轨道交通建设也翻开了崭新的一页。在国内的一些大中城市，发展城市轨道交通已经成为改善城市交通的重要手段。由于高架车站具有建设运营费用低廉，节省建设用地等优势，在国内得到了普遍的应用。高架车站主要分为“桥建分离”“桥建合一”等多种车站结构型式。但相比“桥建分离”，“桥建合一”的车站结构型式具有换乘方便、结构紧凑、整体性强、节省建设用地等优点，在设计中越来越广泛运用，具有更强的竞争力[1-3]。

通过某地铁线红山站、上塘北站两个工点桥梁设计，结合我国现行有关规范的系统研究，对“桥建合一”的车站桥梁设计开展了桥梁结构型式选型及受力特性分析，希望对以后类似的项目具有重要的指导意义和工程应用价值。

1 “桥建合一”高架车站桥梁结构选型

高架车站结构运用比较多的是“桥建分离”以及“桥建合一”两种结构形式。

“桥建分离”高架车站是轨道梁与车站结构完全分开布置的结构形式,“桥建分离”结构形式见图1。“桥建合一”结构形式是：轨道梁支承或刚接于车站结构、站台梁等车站结构构件支承或刚接于轨道梁桥上，形成“桥建合一”结构体系。“桥建合一”结构形式见图2。优缺点对比见表1，为了节约用地，利于建筑布局普遍采用“桥建合一”的结构形式[4-6]。

图1 高架车站“桥建分离”结构形式

图2 高架车站“桥建合一”结构形式

1.1 某地铁线红山站桥梁结构设计

红山站位于规划腾龙路上，站位与既有4号线(龙华线)红山站平行。本站位于道路中央，由于综合考虑用地条件及城市景观要求，车站主体拟采用“桥建合一”的结构形式，即将轨道梁支承于结构横梁上，以便于建筑布局。车站为三层混合结构，一、二层为钢筋混凝土“桥建合一”结构，三层为钢结构屋盖，全长150 m。屋盖采用钢架结构，轨道梁采用钢筋混凝土梁结构。横向柱间距18.7 m；纵向柱间距15.0 m。车站整体造型风格同4号线车站。桥墩基础采用分离式基础，每轴下2个墩柱各设一个承台，每个承台设3根桩，桩径1.2 m。红山站结构形式，如图3所示。红山站桥梁结构尺寸。如表2所列。

表1 车站结构形式方案比较

图3 红山站结构形式

表2 红山站桥梁结构尺寸表

1.2 某地铁线上塘北站桥梁结构设计

本站位于布龙路道路中央分隔带上，墩柱布置空间狭窄，从控制柱网、减小体量、提高车站景观效果的角度出发，根据车站功能、建筑方案和车站工程环境综合考虑，本站采用“桥-建”合一岛式高架车站，站台宽度10 m。桥墩基础采用分离式基础，每个墩柱下各设一个承台，每个承台顺桥向设两根桩，桩径1.8 m或1.5 m。上塘北站结构形式，如图4所示。上塘北站桥梁结构尺寸,如表3所列。

图4 上塘北站结构形式

表3 上塘北站桥梁结构尺寸表

2 结构计算

2.1 模型的建立

由于该车站结构中间不设置伸缩缝，故模型取整个车站进行计算。车站的梁、柱结构均采用空间梁元模拟，站台结构、站厅的楼面板采用板单元模拟。计算中考虑了恒载、活载、附加力及特殊力[7-8]。

2.2 计算结果

通过计算分析，在主力作用下车站的轨道层横梁、站厅横梁、轨道梁比较控制设计，在主力+附加力作用下车站的墩柱结构控制设计(图5)。

图5 主力作用下车站桥梁结构弯矩图

3 参数影响分析

3.1 桩基刚度对车站桥梁结构受力影响分析

对于车站桥梁这种复杂的超静定结构，考虑下部桩基的刚度作用，才能求解体系的真实内力和位移。因此较为准确、简便的模拟桩-土相互作用，是计算车站桥梁结构内力的一项重要的工作。在车站桥梁结构建模计算过程中，采用“m”法土弹簧模拟桩-土相互作用[9-10]。

从图6可以看出来考虑桩基作用的最大弯矩为6 194 kN·m, 从图7中可以看出没有考虑桩基作用的最大弯矩为9 753.5 kN·m，考虑桩基的左右可以弱化墩柱的整体刚度，从而分配的弯矩减小。因此在设计计算中应该准确模拟桩-土作用，才能准确地计算出桥梁结构的内力。如果不考虑桩-土作用，可能出现计算无法通过的情况，或者超配钢筋的情况。

图6 考虑桩基作用的墩柱主+附组合下弯矩图

图7 没考虑桩基作用的墩柱主+附组合下弯矩图

3.2 车站是否设置变形缝对桥梁结构受力分析

混凝土结构规范规定混凝土现浇式框架结构伸缩缝的最大间距是55 m，城市轨道交通高架车站纵向长度一般均超过了该限值，车站纵向长度一般120 m至150 m，目前国内有设缝和不设缝2种解决方法。

从图8可以看出车站设一道变形缝的墩柱主+附组合的最大弯矩为7 650 kN·m, 从图9可以看出车站不设缝的墩柱主+附组合最大弯矩为9 753.5 kN·m，车站不设缝比车站设一道变形缝温度联长要长，从而温度及收缩徐变产生的弯矩要大。因此在设计中应该考虑合理设置变形缝使车站桥梁结构受力更小，当因为建筑布局无法设置变形缝的时候，应该采取其他措施减小温度及收缩徐变产生的内力。

图8 车站设一道变形缝的墩柱主+附组合下弯矩图

图9 车站不设缝的墩柱主+附组合下弯矩图

3.3 墩柱截面尺寸和受力分析

“桥建合一”的高架车站属于超静定结构，在整体升降温、混凝土收缩徐变作用下都将在超静定结构中产生次内力,对于墩柱高度较矮、刚度较大的且纵横梁固结的车站结构,墩柱的内力通常会很大，成为控制设计的主要因素,墩柱的截面大小对内力大小有着非常明显的影响:加大墩柱的截面面积能够提高墩柱本身的承载能力,但同时因为墩柱刚度的增加,从而导致墩柱中内力的增加。因此墩柱设计中一定要注意选择合理的截面大小,合理的截面不仅能够优化结构受力还能节约材料,表4是一“桥建合一”高架车站墩柱在不同的截面形式下,构件在主力+附加力组合下的内力、配筋及钢筋应力情况。

表4 墩柱尺寸对墩底内力的影响

4 结 论

(1) “桥建合一”的高架车站相比“桥建分离”的高架车站具有换乘方便、结构紧凑、整体性强、节省建设用地等优点，在设计中越来越广泛运用，具有更强的竞争力。

(2) 通过对红山站、上塘北站两个高架车站的计算分析，可以看出“桥建合一”的高架车站墩柱及站厅立柱主力+附加力比较控制设计，盖梁、横梁、轨道梁主力比较控制设计。

(3) “桥建合一”的高架车站计算分析时，应该模拟桩-土作用考虑桩基的刚度，才能计算出桥梁结构的内力，特别是墩柱的内力。不考虑桩-土作用的计算结果一般比考虑桩-土作用的结果要大。

(4) 出于受力更合理考虑，“桥建合一”的高架车站应设置1道或者2道变形缝。如果因为建筑布局原因不能设置伸缩缝的，要正确计算温度、收缩徐变产生的内力，采取一定措施减小结构内力，使结构受力更合理。

(5) “桥建合一”的高架车站属于超静定结构，墩柱的截面大小对内力大小有着非常明显的影响，加大墩柱的截面面积能够提高墩柱本身的承载能力,但同时因为墩柱刚度的增加,从而导致墩柱中内力的增加。因此墩柱设计中一定要注意选择合理的截面大小,合理的截面不仅能够优化结构受力还能节约材料。

[1] GB 50157-2013 地铁设计规范[S].

[2] 俞济涛．单轨“T”型独柱墩高架车站结构设计若干问题探讨[J]．铁道工程学报，2007( 4):96～99．

[3] 毛学锋，许智焰，周永礼.深圳地铁3号线高架车站结构设计研究[J] .铁道工程学报，2011(12)：94～98.

[4] 李 钊.“站桥合一”式车站结构简化抗震性能研究[D].北京:北京交通大学，2011.

[5] 李茂生．建桥一体化车站结构研究及其应用[D].上海:同济大学，2007．

[6] 杨开屏，毛念华．城市轨道交通独柱墩高架车站的墩柱及桩基设计探讨[J]．城市轨道交通研究，2011(2)：80．

[7] 张文斌.成都地铁2号线东延段高架车站主体结构设计[J] .城市轨道交通研究，2013(7)：55～59.

[8] 张风波．城市轻轨高架车站结构设计研究[D].北京:北京交通大学，2012．

[9] 温宇平,高 日,刘智敏.城市轨道交通高架车站结构设计研究[J].铁道建筑,2000(3)：12～14.

[10] 田品华,程振廷.武汉市轨道交通1号线一期工程车站设计及高架线[J].中国城市轨道交通,2004(2):193～198.

遗失声明

安徽凤阳龙兴建设工程有限公司的城市园林绿化企业资质证书(副本)遗失。证书编号：CYLZ·皖·0226·贰·-3-3。特此声明作废。

2016年3月28日

安徽永航消防工程有限公司赵涛同志的安全生产考核合格证书遗失。证书编号：皖建安C(2013)0176694。特此声明作废。

2016年9月1日

2016-12-15；修改日期：2016-12-21

曾 敏(1984-)，男，湖南汝城人，硕士，中铁二院昆明勘察设计研究院有限责任公司工程师．

U231.4

A

1673-5781(2016)06-0762-04