清水混凝土在客站站台雨棚中的应用
2022-01-19李佳琦
李佳琦
(中铁第五勘察设计院集团有限公司 北京 102600)
1 铁路旅客车站站台风雨棚概述
1.1 站台雨棚建筑
铁路旅客车站的站台空间,是旅客抵达一座城市后的第一印象,也是旅客离开城市的最后记忆[1]。站台风雨棚造型往往与站房建筑的整体风格合鸣,成为建筑乐章的一部分。
雨棚的主要功能是为站台空间提供遮挡雨雪的物理条件,其构造形态往往比较简单,主要考虑结构支撑和雨水排除;其次考虑照明、标识引导、信息设备、广告等。
1.2 站台雨棚的主要布局形式
站台雨棚布局形式主要有两种:有站台立柱雨棚和无站台立柱雨棚。
有柱雨棚在中小型车站中运用较多,在站台范围内立柱,下部空间较低,通常在4.5~5.5 m范围。造价较低,但对于站台旅客视线的影响比较大。
无柱雨棚在大型和特大型车站中运用较多,在铁路线间立柱,站台范围内无柱。这种形式的站台雨棚空间往往比较高大,旅客在站台上可以通视整个铁路车场。由于高度较高,与高架候车式站房结合也比较好。
1.3 站台雨棚的主要结构选型
传统的站台雨棚主要有钢结构和混凝土结构两种。钢结构自重较轻,经济跨度较大;混凝土结构耐久性及可靠性较强,具体主要有以下几种形式:全现浇混凝土、现浇混凝土框架预制屋面板、钢梁及金属屋面、钢梁及叠合板屋面[2]。
由于安全及经济原因,站台雨棚往往没有多余的装饰层,更多地是直接将结构露明。
1.4 站台雨棚的主要技术要求
(1)防(飘)雨雪
有柱雨棚通常与站台边缘齐平,这要求雨棚的边缘高度尽可能低,以减少风吹到站台上的雨雪;无柱雨棚空间较高,要求尽可能减小股道上方雨棚开口的宽度,有的站还会增设防雨百叶防止飘雨。
(2)旅客通行及站台安全限界
一方面合理减少站台立柱,提供更通透的视线空间和通行体验;另一方面控制柱身宽度,为站台中部及上、下站台的楼扶梯留出尽可能宽的空间,并避免异形构件侵占通行宽度。
(3)建筑构造及人性化
柱型设计避免直角等锋利的设计,防止旅客受伤,同时也防止磕碰带来的柱身损伤。另外建筑及结构设计要为管线敷设和设备安装提供便利条件。
2 传统风雨棚与清水混凝土雨棚的比较
混凝土是一种施工便捷、可塑性及耐久性强的建筑材料。随着现代建筑思潮的兴起,简洁与纯粹成为越来越多建筑师的追求,到二十世纪五六十年代,施工工艺不断进步,清水混凝土越来越多地被建筑师采用[3]。清水混凝土站台风雨棚相较于传统的站台风雨棚在以下几个方面具有显著优势:
(1)造型
传统无柱雨棚空间高大,通常为桁架、网架、拱壳、张弦梁等大跨结构,体现结构美感。有柱雨棚以简洁为导向,造型比较简单。由柱承梁,梁间封板,形态简陋[4]。
与之相反,现浇混凝土造型自由,接近液态的混合物可以接受并形成被倾倒的容器形状,呈现出不同的表面效果和各种丰富的构件造型。
(2)耐久性与易维护性
传统钢结构雨棚的耐久性相对不足,钢结构锈蚀存在一定的隐患,影响结构安全,需要定期检修;经气候变化,钢结构饰面涂层易脱落,也会进一步造成锈蚀,影响美观和结构安全。
轻型屋面系统中,金属屋面板由于其自重轻,对大风十分敏感,如金属屋面被风揭落,将严重影响列车的行车安全和周边的生产生活安全[5]。
相反,清水混凝土结构在耐久和易维护方面体现出巨大优势。混凝土材料本身耐渗透、耐冻融,与成熟的屋面防水材料结合,防水和抗风揭性能好。另外,与表面保护剂结合,其防尘耐腐蚀、防污抗紫外线性能远优于其他雨棚形式。可以极大地降低运营维护成本,提高站台区域的运营安全性。
(3)与设备的衔接
钢结构通常由成规格的钢构件组成,不会单独处理优化形态,管线在构件上穿洞安装,灯具及设备末端均通过焊接或栓接安装。
混凝土造型可以特殊变化,以适应管线路由的要求。京张高铁站房、大同南站均为管线的敷设单独定制了造型和安装空间,杂乱的线槽、桥架集中隐藏在其造型中,维护检修也更为便捷。
3 清水混凝土建筑及其在站台雨棚中的运用案例
铁路旅客车站具有得天独厚的“巨构”条件,在武汉站等车站建筑作品中,建筑造型与铁路桥梁结构相结合,朴素的混凝土让人们认识到别样的精致。
近年来,我国建成了数座运用清水混凝土的站台风雨棚,按照质量和表观效果,以普通清水混凝土和饰面清水混凝土为主[6]。
3.1 重庆西站
重庆西站在国内首创运用了钢筋混凝土结构无站台柱雨棚,雨棚覆盖面积约6万m2。车站于2018年1月投入使用。
雨棚的线间立柱为有圆角并在平面设有凹槽造型的方柱,圆角在一定程度上削弱了柱的体量感,凹槽设计强调了竖向线条,并与上部结构梁等宽,形成自柱身向外生长的穿插关系,丰富了柱头部位的造型变化。雨棚顶部的预应力梁也做了精心的布置,主次分明为两种尺寸和高度,次梁均匀布置为正方形网格。雨棚整体形式逻辑强,如同精心种植和修剪、整齐向上生长的行道树,见图1[7]。
图1 重庆西站清水混凝土无柱雨棚
3.2 京张高铁沿线车站
京张高铁沿线车站中,张家口站主要采用有柱雨棚,局部采用无柱雨棚;昌平、东花园北、怀来、下花园北等小型车站,全部采用有柱雨棚,见图 2。京张高铁沿线车站于2019年12月投入使用。
图2 京张高铁站房清水混凝土有柱雨棚(昌平站)
京张线车站雨棚设计创新主要体现在三个方面:首先是灵活运用上返梁和曲线造型,解决了传统雨棚造型呆板的问题;第二是解决了天沟、雨水管与梁及柱的位置问题,柱两侧设计有凹槽,雨水立管在其中布设,柱下窄上宽,顶部支撑双梁,中间设置雨水沟;第三是利用造型统一了管线走向及灯具安装,强、弱电管线及灯具也在此位置安装,原先杂乱不易处理的元素在这里统一,见图3[8]。
图3 京张高铁昌平站站房有柱雨棚剖面(单位:mm)
3.3 大同南站
大同南站为大型铁路车站,采用高架候车室。站台雨棚为有柱雨棚和无柱雨棚相结合的形式,大量运用了无装饰的清水混凝土,雨棚总结构覆盖面积约2.2万m2。车站于2019年12月投入使用,见图4~图5。
图4 大同南站清水混凝土有柱雨棚
图5 大同南站有柱雨棚剖面(单位:mm)
车站的站台雨棚很好地运用了混凝土材料造型灵活的特点,造型、细节与主站房设计呼应。有柱雨棚采用部分上返梁的形式,中部单向横梁露明,呼应传统建筑廊的空间形式,两侧采用上返梁,腹板造型与主站房“反宇”屋面造型相符。另一方面,跨线雨棚与站房体现传统建筑结构逻辑的设计思路一致,柱承主梁,次梁为井字梁方格网,三级布置,逐级嵌套自然地过渡至有柱雨棚区域[9]。
有柱雨棚柱身设凹槽,内装有定制的异形雨水管,与混凝土同色,形成一体化的矩形倒角柱,两侧混凝土腹板向内挑出,形成架设管线的空间。
4 清水混凝土雨棚应用难点及创新点
清水混凝土因其一次成型,无二次装饰的特点,主要运用难度体现在设计的精细程度上。必须要在设计阶段考虑到各方面的细节,同时多个专业要协同完成设计。另外,设计还要与施工技术高度协同,从施工角度来考虑设计要表达的内容。
4.1 建筑设计
首先要合理布置柱网。柱网应为地面铺装块材模数的整数倍,保证石材缝与混凝土禅缝或柱心、柱边缘发生关系。相邻柱跨尺寸应考虑到梁的均匀布置,避免不合理的柱网导致屋顶造型冲突。变形缝处应采用双侧悬挑的方式处理,一致性更好。
另外还要注重构件设计。梁柱的造型本身应与车站整体的建筑设计相协调。柱身的形状应确保雨水管的安装,旅客不易碰伤。要精心组织正常梁与上返梁的布置,保证同一层级的梁尺寸一致,板下造型符合设计理念。也要注重女儿墙、下吊的造型板与梁高及建筑其他部分的交圈关系,避免不合逻辑的错台。
清水混凝土的精致程度更体现在建筑细部。禅缝布置要均匀并与造型转折发生关系。混凝土与其他建筑材料的交接部位(如踢脚线)也要妥善处理。檐口滴水线也应合理设置,确保雨水和尘土不对主体产生污损。同时设计中也要尽量采用圆角、小弧角,避免拆模损坏和使用过程中的磕碰。
4.2 排水及防水措施
因造型要求,清水混凝土雨棚通常会局部有上返梁的设计,上返梁要与雨水排水单元结合处理,保证合理的排水单元,不产生死角。
雨水立管通常居柱中安装,这就使落水口的布置与柱顶居中的梁发生冲突。无柱雨棚距离较远,处理好雨水管顶部的弯折即可。有柱雨棚的处理,已有一些成功的尝试:京张高铁站台雨棚采用设置双梁,中间布置雨水沟和落水口的方法;大同南站尽可能压缩主梁宽度并将其与一侧柱边平齐,选用合适尺寸的落水口和异形雨水管进行“纠偏”,见图6~图7。
图6 京张高铁站房昌平站有柱雨棚雨水口细节(单位:mm)
图7 大同南站有柱雨棚雨水口细节(单位:mm)
4.3 施工工艺
施工方面要保证模板刚度,减小施工误差,设计与施工结合,减少构件的规格种类,采用先进模板工艺,合理拼接稳定支撑,接缝整齐避免浇筑过程中跑浆漏浆[10]。浇筑过程中还要根据设计方案,合理组织施工分步浇筑方案,提升完成质量,保证主要部分色泽一致,平整度高。
以下几个方面有较高的精度要求:柱身定位与铺装面的模数对应关系到对缝整齐;柱身与人较接近,细节处理也要到位;因站台上人员视线通常为顺轨道方向,故檐口部位的平直度要求也较高;设备安装部位要保证较高精度,避免安装时剔凿混凝土。
4.4 精细化协同设计
清水混凝土站台雨棚没有多余的二次修饰进行补救,预埋件和预开孔洞必须在浇筑前精心对位,尽量避免二次加工。管槽构件尺寸要与管线桥架适应;灯具布置及选型要与整体协调;标识、动态显示屏安装也要与构件设计相统一。
5 清水混凝土雨棚的适用性
诚然,某一种建造方式的选用必定有一定的局限性,清水混凝土站台雨棚也有其适用场景,设计过程中一定要合理运用,充分发挥其优点。
5.1 适用范围与原则
混凝土雨棚自重较大,在路基式车场更加适用,在桥式站中与桥梁结构结合难度大,易产生结构浪费。
混凝土雨棚在严寒地区可避免冻融对防水构造的破坏,在沿海地区可有效地避免海风和盐雾对结构的侵蚀,在台风地区可避免构件的脱落。故在此类特殊气候条件下,可优先选用。
作为车站有机的一部分,雨棚也与整体建筑设计理念有着不可分割的关系,建筑创作独特的造型要求也应与清水混凝土的色泽质感、造型、施工相适应,盲目地追求局部的设计往往造成整体的不协调。
5.2 设计及建造的关注点
造型设计和施工方便之间应尽力取得平衡。某些奇异的造型并不适宜用混凝土建造,盲目追求只会凭空增加造价。
另外,近年来铁路客站建设中运用清水混凝土的案例,无一例外地产生实际造价超出投资预算的情况,这与过分地追求施工精度和完成质量有一定的关系。清水混凝土最重要的特点是原始的质朴,色差、纹理、瑕疵都是混凝土美感的一部分。设计和施工中不能忘记追求质朴美感的初心、经济适宜,不应盲目追求过高质量,有利于合理地控制造价,使这种设计建造手法得到更广范地运用。
6 结束语
清水混凝土站台雨棚在我国铁路客站中的运用刚刚起步,部分成功的做法已经在客站建设中大量推广。通过合理选用、精心设计、科学施工,清水混凝土站台雨棚一定能更好地表达站房的文化内涵,成为铁路精品客站中的重要组成部分,进一步提升旅客出行体验。