地铁车站站厅层公共区综合承载方案研究

周 恒，王 浩，顾承龙

（1.无锡地铁集团，江苏 无锡 214000；2.广州地铁设计研究院股份有限公司，江苏 无锡 214000）

0 引言

随着近年来我国城市轨道交通的不断发展，地铁车站的设计与建设也逐步完善，但仍存在很多方面需要持续优化，如综合管线、末端设备及管线支架的设计与安装等。

地铁车站综合管线内容信息繁多，涉及专业包括通风空调、给排水、动力照明、通信、信号、综合监控等十几个专业[1]。综合支吊架在地铁车站中应用越来越广泛，目前国内地铁车站管线综合支吊架大部分均由综合支吊架厂家负责设计和生产，各专业管线未经整合、末端设备及装修吊杆繁复，综合支架沿车站纵向间距不统一、支架及设备吊杆底标高不一、单独设置的侧向抗震支撑占用空间且实施性较差等问题较为明显。

为提高车站的装修效果、满足美观要求、提供更好的乘车体验，结合目前国内地铁车站公共区半裸装、全裸装[2]等装修概念，在地铁车站站厅层公共区采用综合承载方案可在一定程度上解决上述问题。本文以地铁车站站厅层公共区为对象，研究了综合承载方案。

1 设计思路

为整合各专业管线、末端设备及装修杆件，提高车站公共区空间利用率及乘客出行舒适度，车站站厅层公共区需布置综合承载系统。站厅层公共区综合承载系统主要利用沿车站站厅层公共区设置大横担，各专业管线和末端设备分别布置于横担上方及吊挂于横担下方；横担一侧与车站侧墙连接，并通过若干竖杆与顶板连接；综合各专业管线间距要求及末端设备安装位置，设置统一的横担间距（局部横担间距微调）；利用与侧墙连接抵抗沿车站横向水平向地震力，沿车站纵向水平地震力通过设置纵向抗震支架[3]来抵抗。

2 综合承载方案主要特点

2.1 大横担设置

沿车站站厅层公共区横向设置大横担，各专业管线均布置于横担上，横担一侧与车站侧墙连接，并通过若干竖杆与顶板连接；末端设备考虑结合综合承载系统平面设置，末端设备位置与设计有冲突时，根据综合大横担的位置做调整或局部位置无法调整可以微调综合承载系统的位置。

为减小横担跨度及改善横担受力状况，应结合综合管线布置及受力计算，合理布置竖杆数量及位置，并选择经济合理的横担断面规格。

2.2 统一横担间距

地铁车站各专业管线众多，综合各专业管线间距要求，设置统一的横担间距对于部分突破相关机电专业规范所要求最大间距的管线，可与厂家沟通对相应管线进行特殊形式改造来适应统一的横担间距。

2.3 装修吊杆布置

参考综合承载系统进行管线及支架设计的车站，可采用裸装装修方案。对于车站采用装修方案的情况，装修吊杆可利用大横担及支吊架转换层吊挂。

综合承载系统方案下的装修吊杆无须吊挂于车站顶板，一定程度上节省了吊杆材料，吊杆安装的可操作性大大增强。

2.4 抗震斜撑设置

管线支架作为一种常见的附属机电设备及管道系统的非结构构件，需考虑地震工况下的纵横向应力响应，其安全性也越来越受到重视[4]。

传统综合支吊架横担与车站侧墙脱开，因此需要另设横向抗震斜撑；综合承载系统支架横担与侧墙相连，能够承担侧向水平地震作用，故可不另设横向抗震斜撑；沿车站纵向在竖杆两侧对称设置纵向抗震支架来抵抗纵向水平地震作用，如图1 所示。

图1 抗震斜撑布置

3 设计方案

3.1 设计原则

（1）在满足各个专业间距构造要求和结构安全前提下，综合承载系统支吊架设计达到最经济，需进行强度和挠度验算。

（2）吊杆按轴心受拉构件计算。

（3）所有管道宜采用上支撑形式。

（4）综合承载系统支吊架设计应考虑地震工况和重力工况进行包络设计。

3.2 设计标准

（1）横担挠度按照不大于L/200 控制（L 为横梁的跨度，对悬臂梁和伸臂梁为悬伸长度的2 倍）。

（2）综合承载系统支吊架安全等级为一级，重要性系数为1.1。

（3）底座四周预留安装边距不小于100mm。

（4）综合承载系统支吊架耐腐年限不低于20 年。

（6）综合承载系统支吊架设计参数：以具体产品为准。

3.3 计算模型

（1）边界条件：支座处与混凝土板铰接，横杆与竖杆连接处横杆铰接、竖杆连续。

（2）横担及立杆截面：根据水平间距及荷载大小、跨度大小灵活选取。

3.4 重力工况设计

3.4.1 荷载分项系数

（1）基本组合下，结构重要性系数为1.1，荷载分项系数为1.3。

（2）标准组合下，荷载分项系数为1.0。

将Y=1.2 m处各个测点的实测速度与通过Airpak模拟得出的速度进行对比，发现两者误差不大，证明Airpak可准确地模拟出室内热环境，可靠性较高.

3.4.2 典型计算算例

（1）综合承载系统计算模型如图2 所示。

图2 综合承载系统计算模型

横担编号H，竖杆编号S，抗震斜撑编号X，各杆件主要物理特性如表1 所示。

表1 综合承载系统各杆件物理特性

（2）综合承载系统荷载计算。

综合承载系统中支架间距取3.0m，经计算，管线荷载如表2 所示。

表2 综合承载系统模型中管线荷载汇总

横担与竖杆等杆件荷载由程序自动考虑，扬声器及摄像头荷载忽略不计，装修荷载考虑每个吊点按1.4kN 考虑（已包含灯具等）。

（3）重力工况计算结果。

对支架进行有限元建模分析，重力工况下的计算结果显示（表3），杆件内力及变形均满足规范要求。

表3 重力工况计算结果

3.5 地震工况设计

3.5.1 地震力计算

参照《建筑抗震设计规范（2016 版）》（GB 50011—2010）第13 章及《建筑机电工程抗震设计规范》第8 章相关内容进行计算[5～6]。

（1）抗震支吊架地震作用效应（包括自身重力产生的效应和支座相对位移产生的效应）和其他效应的基本组合时，重力荷载分项系数为1.3，水平地震作用效应的分项系数为1.4。

（2）等效抗侧力法：等效抗侧力法实质是拟静力分析方法，当采用等效抗侧力法时，水平地震作用标准值按下式计算：F=γηξ1ξ2αmaxG，式中各参数详见《建筑机电工程抗震设计规范》。

3.5.2 综合承载系统抗震计算

（1）综合承载系统抗震计算模型。

横向抗震计算模型及杆件规格同重力工况。

综合承载系统纵向抗震模型在重力工况模型基础上沿车站纵向增设两道45°角斜撑固定于顶板上，如图1 中所示。斜撑规格详见表1，其余杆件规格同重力工况。

（2）综合承载系统抗震荷载计算。

①支架间距3.0m，侧向抗震支吊架间距9.0m。水平地震作用标准值F=γηξ1ξ2αmaxG，经计算，γηξ1ξ2αmax=0.448＜0.5，按《建筑机电工程抗震设计规范》8.2.5 条文说明取αEk=0.5，则F=0.5×3×29.272kN=43.91kN。②支架间距3.0m，纵向抗震支吊架间距18.0m。水平地震作用标准值F=γηξ1ξ2αmaxG，经计算，γηξ1ξ2αmax=0.448＜0.5，按《建筑机电工程抗震设计规范》8.2.5 条文说明取αEk=0.5，则F=0.5×6×29.272kN=87.816kN，每个节点水平地震作用标准值为87.816kN/5=17.56kN。③管线自重同重力工况。

（3）综合承载系统抗震计算结果。

对综合承载系统进行有限元建模分析，地震工况下的计算结果显示（表4、表5），杆件内力及变形均满足要求。

表4 横向地震工况计算结果

表5 纵向地震工况计算结果

3.6 设计方案

（1）在综合管线精细化和标准化设计的基础上，明确站厅层公共区范围内桥架、风管、水管均为单层平铺于综合承载系统横担上。

（2）结合受力分析及经济比选，确定综合承载系统横担规格及竖杆布置方式；综合考虑不同专业管线对综合支吊架间距要求，最终确定综合承载系统沿车站纵向间距为3m。

（3）确定综合承载系统的间距后，在保证设备专业功能需求的前提下，将灯具、导向标识、装修等悬挂于综合横担下部，根据综合承载系统的间距调整末端设备的布置（局部微调）。

（4）靠近车站侧墙一侧综合承载系统横担通过侧向支座与侧墙相连，无须设置横向抗震斜撑；沿车站纵向在竖杆两侧对称设置纵向抗震斜撑。

4 结语

地铁车站的综合管线、末端设备及管线支架设计不断精细化，相关设计人员应探索可提升车站站厅公共区整体观感与体验的支架形式，提高乘客的乘车舒适度，形成新的设计与安装标准。

地铁车站站厅层公共区采用前述综合承载方案后，设计方面可整合优化各专业管线、末端设备及装修方案，有助于车站站厅层公共区管线及支架的标准化设计与安装；经济方面可减少材料浪费，同时可以改善车站运营维护人员工作条件，降低维护难度，减少人力投入；社会效益方面，可提高乘客舒适度。因此，站厅层公共区综合承载方案可在节省建设成本的基础上，进一步提升轨道交通工程建设质量，形成新的建设标准。