单柱双跨地铁车站公共区中板结构布置研究

杨成蛟

(辽宁省交通规划设计院有限责任公司，辽宁 沈阳 110166)

0 引 言

随着我国经济的快速发展，各大城市为了缓解交通拥堵问题，都开始大规模的修建地铁。地铁车站作为地铁路网中一种重要的建筑物，是提供乘客乘降、换乘和候车的场所。目前地铁车站常用的结构形式有单柱双跨、双柱三跨以及多柱多跨结构。双柱三跨及多柱多跨结构车站公共区的楼扶梯一般布置在横向的中间跨，楼扶梯的洞口设在两道纵梁之间，结构布置简单、受力合理；而对于单柱双跨结构，楼扶梯一般布置在中纵梁两侧，中板开洞较大，受两侧轨行区限界高度的限制，洞口两侧无法设置横向贯通的高截面横梁，造成公共区中板的楼扶梯开洞范围结构受力复杂，结构布置困难。为解决这一难题，本文结合某明挖单柱双跨车站，对公共区中板楼扶梯开洞范围的结构进行布置与分析。

1 公共区中板建筑布置与结构分析

公共区中板层即站厅层，是售票、检票、集散、连接地面出入口和站台的场所。站厅层公共区设置在车站的中部，分为非付费区和付费区，非付费区与付费区之间采用栏杆分隔，乘客在非付费区办理售、检票后方可进入付费区。付费区设置三组楼扶梯，均匀布置在付费区两端和中间位置。单柱双跨车站的扶梯分别设在中纵梁的两侧，站台中心设一部楼梯和垂直电梯(见图1)。

图1 公共区中板建筑平面布置

图2 标准横断面

图3 开洞处横断面

图4 公共区中板常规结构布置

通常地铁车站结构计算均简化为横向受力结构，计算时取1 m宽板带作为计算模型，结构标准断面见图2，中板与侧墙、中纵梁形成两跨连续梁。但对于楼扶梯处的结构横断面，由于楼扶梯的存在，切断了中板的连续性，使中板形成较大的开洞(见图3)，此时中板形成长悬臂结构(7.3 m)，受力很不合理，计算无法通过。为解决此处难点，通常有两种方法，其一是在洞口周边设边梁(见图4)，通过主次梁的相互搭接，转换洞边中板的受力方式，楼扶梯开洞侧边的中板通过横梁、次梁及侧墙形成双向板，受力较合理；但此时由于开洞较长(一般11 m)，次梁受力较大，同时次梁和板传递到横梁的力也很大，为满足受力要求，就要求次梁、横梁的截面会很高，而根据中板下建筑、环控等专业的限界要求，梁截面最大不能高于550 mm，故该方案并不能很好的解决该处问题。其二是加高站台层建筑净高，完全根据横梁受力要求确定梁截面和站台层高度，但此时站台层需要加高较多，同时加深了车站基坑的深度，相应增加了车站造价与施工风险，综合性能差。基于上述原因，综合考虑建筑、环控等专业的限界要求，同时保证结构受力合理，对单柱双跨中板进行了下述结构布置方案(见图5)。

图5 公共区中板“组合梁”结构布置

(1)在搭设电扶梯的横梁采用大截面悬臂梁(1 000×1 000 mm)，中纵梁两侧对称布置，悬臂梁超过次梁侧边200 mm，方便悬臂梁端钢筋和次梁钢筋锚固，同时方便站台层综合管线在悬臂梁端与站台安全门间空隙通过；

(2)次梁因跨度较大，同样采用大截面明梁(600×800 mm)，确保满足配筋和挠度要求；

(3)悬臂梁端至侧墙部分采用高度较小的横次梁(1 000×550 mm)结构，以满足中板下轨顶风道的通风要求；

(4)中部楼梯及垂直电梯处采取相同布置方案。

2 计算结果分析与构造措施

为验算上述结构布置是否满足结构受力要求，采用赢建科软件对其进行了整体的计算分析。因横次梁刚度较小，计算时横次梁不作为楼板的固定支座，楼板的导荷方式采用车站横向单向导荷，即全部楼板均为单向板，中板梁的配筋信息见图6。从结果可以看到，全部中板梁的配筋结果均较合理，即此中板结构布置方案可行。图7为梁挠度计算结果，其中次梁跨度最大，其挠度也最大(8.84 mm)，约为l0/1 250，远小于规范要求的l0/300。

图6 梁配筋结果(mm2)

图7 梁挠度(mm)

从梁配筋的计算结果我们还可以分析出该结构方案具有如下特点。

(1)悬臂梁承受了来自于洞口边的次梁、楼板及电扶梯的荷载，故负筋配筋量较大；

(2)次梁承受了较大的楼板荷载，并通过梁端以集中力的方式传递到悬臂梁端的一侧，致使悬臂梁受到很大的扭转作用，故悬臂梁的抗扭钢筋配筋量较大；

(3)横次梁与悬臂梁组合在一起形成贯通的两跨连续梁，除了承受自身部分的荷载外，次梁通过梁端将力传递到“组合梁”上，故横次梁也承受了部分的集中力，故正筋配筋量较大，在同时有电扶梯荷载传递时配筋更大；

(4)次梁因跨度太大，且承受了半侧的单向楼板荷载，故其正筋、负筋配筋均较大。

根据上述计算结果及特点分析，为了保证结构具备较大的安全储备，对该中板结构方案的梁采取如下构造措施：

(1)悬臂构件为静定结构，一旦失效将造成巨大的危害，且后期无法弥补，故加大悬臂梁的负筋配筋量；

(2)悬臂梁还受到了很大的扭转作用，同样加大悬臂梁的外圈抗扭纵筋，加密梁箍筋，增强梁的抗扭强度；

(3)将横次梁按两跨连续梁构造设置，横次梁的纵筋贯通悬臂梁和中纵梁，分别锚固于两端侧墙，加强横向组合梁的整体性，增加结构的安全储备；

(4)加大次梁正筋配筋量，同时延长次梁负筋锚固长度，将负筋伸过悬臂梁后再锚入中板35 d，尽可能分散次梁负筋对悬臂梁的扭转作用，同时减少悬臂梁端的钢筋密度，方便施工；

(5)加大横次梁边中板的配筋量，通过类似“T”型梁翼缘的作用来分担“组合梁”的受力。

3 结 语

单柱双跨车站因其中柱占据站台宽度较小，能提供更大的站台、站厅面积，方便乘客使用，成为目前地铁车站结构发展的一个趋势。但其公共区中板楼扶梯开洞处结构受力复杂，梁板结构布置困难，一直都是该类车站中板结构设计的重点和难点。本文通过对单柱双跨车站中板结构的受力分析，提出了悬臂梁结合横次梁的“组合梁”受力方案，并进行了计算分析。计算结果表明，该“组合梁”方案受力明确，满足建筑及设备等专业的要求，对车站造价影响小，安全储备高，可用于指导类似工程设计。