單柱雙跨地鐵車站公共區(qū)中板結(jié)構(gòu)布置研究

楊成蛟

(遼寧省交通規(guī)劃設計院有限責任公司，遼寧 沈陽 110166)

0 引 言

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，各大城市為了緩解交通擁堵問題，都開始大規(guī)模的修建地鐵。地鐵車站作為地鐵路網(wǎng)中一種重要的建筑物，是提供乘客乘降、換乘和候車的場所。目前地鐵車站常用的結(jié)構(gòu)形式有單柱雙跨、雙柱三跨以及多柱多跨結(jié)構(gòu)。雙柱三跨及多柱多跨結(jié)構(gòu)車站公共區(qū)的樓扶梯一般布置在橫向的中間跨，樓扶梯的洞口設在兩道縱梁之間，結(jié)構(gòu)布置簡單、受力合理；而對于單柱雙跨結(jié)構(gòu)，樓扶梯一般布置在中縱梁兩側(cè)，中板開洞較大，受兩側(cè)軌行區(qū)限界高度的限制，洞口兩側(cè)無法設置橫向貫通的高截面橫梁，造成公共區(qū)中板的樓扶梯開洞范圍結(jié)構(gòu)受力復雜，結(jié)構(gòu)布置困難。為解決這一難題，本文結(jié)合某明挖單柱雙跨車站，對公共區(qū)中板樓扶梯開洞范圍的結(jié)構(gòu)進行布置與分析。

1 公共區(qū)中板建筑布置與結(jié)構(gòu)分析

公共區(qū)中板層即站廳層，是售票、檢票、集散、連接地面出入口和站臺的場所。站廳層公共區(qū)設置在車站的中部，分為非付費區(qū)和付費區(qū)，非付費區(qū)與付費區(qū)之間采用欄桿分隔，乘客在非付費區(qū)辦理售、檢票后方可進入付費區(qū)。付費區(qū)設置三組樓扶梯，均勻布置在付費區(qū)兩端和中間位置。單柱雙跨車站的扶梯分別設在中縱梁的兩側(cè)，站臺中心設一部樓梯和垂直電梯(見圖1)。

圖1 公共區(qū)中板建筑平面布置

圖2 標準橫斷面

圖3 開洞處橫斷面

圖4 公共區(qū)中板常規(guī)結(jié)構(gòu)布置

通常地鐵車站結(jié)構(gòu)計算均簡化為橫向受力結(jié)構(gòu)，計算時取1 m寬板帶作為計算模型，結(jié)構(gòu)標準斷面見圖2，中板與側(cè)墻、中縱梁形成兩跨連續(xù)梁。但對于樓扶梯處的結(jié)構(gòu)橫斷面，由于樓扶梯的存在，切斷了中板的連續(xù)性，使中板形成較大的開洞(見圖3)，此時中板形成長懸臂結(jié)構(gòu)(7.3 m)，受力很不合理，計算無法通過。為解決此處難點，通常有兩種方法，其一是在洞口周邊設邊梁(見圖4)，通過主次梁的相互搭接，轉(zhuǎn)換洞邊中板的受力方式，樓扶梯開洞側(cè)邊的中板通過橫梁、次梁及側(cè)墻形成雙向板，受力較合理；但此時由于開洞較長(一般11 m)，次梁受力較大，同時次梁和板傳遞到橫梁的力也很大，為滿足受力要求，就要求次梁、橫梁的截面會很高，而根據(jù)中板下建筑、環(huán)控等專業(yè)的限界要求，梁截面最大不能高于550 mm，故該方案并不能很好的解決該處問題。其二是加高站臺層建筑凈高，完全根據(jù)橫梁受力要求確定梁截面和站臺層高度，但此時站臺層需要加高較多，同時加深了車站基坑的深度，相應增加了車站造價與施工風險，綜合性能差?；谏鲜鲈?，綜合考慮建筑、環(huán)控等專業(yè)的限界要求，同時保證結(jié)構(gòu)受力合理，對單柱雙跨中板進行了下述結(jié)構(gòu)布置方案(見圖5)。

圖5 公共區(qū)中板“組合梁”結(jié)構(gòu)布置

(1)在搭設電扶梯的橫梁采用大截面懸臂梁(1 000×1 000 mm)，中縱梁兩側(cè)對稱布置，懸臂梁超過次梁側(cè)邊200 mm，方便懸臂梁端鋼筋和次梁鋼筋錨固，同時方便站臺層綜合管線在懸臂梁端與站臺安全門間空隙通過；

(2)次梁因跨度較大，同樣采用大截面明梁(600×800 mm)，確保滿足配筋和撓度要求；

(3)懸臂梁端至側(cè)墻部分采用高度較小的橫次梁(1 000×550 mm)結(jié)構(gòu)，以滿足中板下軌頂風道的通風要求；

(4)中部樓梯及垂直電梯處采取相同布置方案。

2 計算結(jié)果分析與構(gòu)造措施

為驗算上述結(jié)構(gòu)布置是否滿足結(jié)構(gòu)受力要求，采用贏建科軟件對其進行了整體的計算分析。因橫次梁剛度較小，計算時橫次梁不作為樓板的固定支座，樓板的導荷方式采用車站橫向單向?qū)Ш?，即全部樓板均為單向板，中板梁的配筋信息見圖6。從結(jié)果可以看到，全部中板梁的配筋結(jié)果均較合理，即此中板結(jié)構(gòu)布置方案可行。圖7為梁撓度計算結(jié)果，其中次梁跨度最大，其撓度也最大(8.84 mm)，約為l0/1 250，遠小于規(guī)范要求的l0/300。

圖6 梁配筋結(jié)果(mm2)

圖7 梁撓度(mm)

從梁配筋的計算結(jié)果我們還可以分析出該結(jié)構(gòu)方案具有如下特點。

(1)懸臂梁承受了來自于洞口邊的次梁、樓板及電扶梯的荷載，故負筋配筋量較大；

(2)次梁承受了較大的樓板荷載，并通過梁端以集中力的方式傳遞到懸臂梁端的一側(cè)，致使懸臂梁受到很大的扭轉(zhuǎn)作用，故懸臂梁的抗扭鋼筋配筋量較大；

(3)橫次梁與懸臂梁組合在一起形成貫通的兩跨連續(xù)梁，除了承受自身部分的荷載外，次梁通過梁端將力傳遞到“組合梁”上，故橫次梁也承受了部分的集中力，故正筋配筋量較大，在同時有電扶梯荷載傳遞時配筋更大；

(4)次梁因跨度太大，且承受了半側(cè)的單向樓板荷載，故其正筋、負筋配筋均較大。

根據(jù)上述計算結(jié)果及特點分析，為了保證結(jié)構(gòu)具備較大的安全儲備，對該中板結(jié)構(gòu)方案的梁采取如下構(gòu)造措施：

(1)懸臂構(gòu)件為靜定結(jié)構(gòu)，一旦失效將造成巨大的危害，且后期無法彌補，故加大懸臂梁的負筋配筋量；

(2)懸臂梁還受到了很大的扭轉(zhuǎn)作用，同樣加大懸臂梁的外圈抗扭縱筋，加密梁箍筋，增強梁的抗扭強度；

(3)將橫次梁按兩跨連續(xù)梁構(gòu)造設置，橫次梁的縱筋貫通懸臂梁和中縱梁，分別錨固于兩端側(cè)墻，加強橫向組合梁的整體性，增加結(jié)構(gòu)的安全儲備；

(4)加大次梁正筋配筋量，同時延長次梁負筋錨固長度，將負筋伸過懸臂梁后再錨入中板35 d，盡可能分散次梁負筋對懸臂梁的扭轉(zhuǎn)作用，同時減少懸臂梁端的鋼筋密度，方便施工；

(5)加大橫次梁邊中板的配筋量，通過類似“T”型梁翼緣的作用來分擔“組合梁”的受力。

3 結(jié) 語

單柱雙跨車站因其中柱占據(jù)站臺寬度較小，能提供更大的站臺、站廳面積，方便乘客使用，成為目前地鐵車站結(jié)構(gòu)發(fā)展的一個趨勢。但其公共區(qū)中板樓扶梯開洞處結(jié)構(gòu)受力復雜，梁板結(jié)構(gòu)布置困難，一直都是該類車站中板結(jié)構(gòu)設計的重點和難點。本文通過對單柱雙跨車站中板結(jié)構(gòu)的受力分析，提出了懸臂梁結(jié)合橫次梁的“組合梁”受力方案，并進行了計算分析。計算結(jié)果表明，該“組合梁”方案受力明確，滿足建筑及設備等專業(yè)的要求，對車站造價影響小，安全儲備高，可用于指導類似工程設計。