大跨度無(wú)柱地鐵車站設(shè)計(jì)

摘要：主要闡述大跨度無(wú)柱地鐵車站的建筑特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)選型，并結(jié)合工程實(shí)例探討該結(jié)構(gòu)形式的設(shè)計(jì)難點(diǎn)及應(yīng)采取的構(gòu)造措施，以期對(duì)同類型地鐵車站設(shè)計(jì)有所幫助。

前言
大跨度無(wú)柱地鐵車站是指相對(duì)普通有柱車站而言，車站公共區(qū)內(nèi)無(wú)柱、跨度較大的車站，一般是島式雙層地下車站，這種類型的車站公共區(qū)空間開(kāi)闊， 有其獨(dú)特的建筑風(fēng)格（如圖1），因此近年來(lái)不少地鐵車站采用了這種車站型式。由于這種車站在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面與普通有柱地鐵車站存在著不少差異， 因此在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)其特點(diǎn)采取合適的建筑布置方案及相應(yīng)的結(jié)構(gòu)構(gòu)造措施。
1.大跨度無(wú)柱地鐵車站建筑特點(diǎn)及建筑布置
大跨度無(wú)柱地鐵車站是源于對(duì)普通單柱雙跨車站的改進(jìn)， 以往的單柱雙跨島式車站站臺(tái)在布置完樓梯和自動(dòng)扶梯后，自動(dòng)扶梯邊的側(cè)站臺(tái)寬度約為2.6m，盡管站臺(tái)寬度較大，但由于其上有立柱、自動(dòng)扶梯和樓梯的存在，仍會(huì)顯得視野空間不夠開(kāi)闊。如公共區(qū)取消立柱，則車站總寬度和線路線間距至少可減小1m 以上， 且站廳層和站臺(tái)層的空間變得更為寬敞和開(kāi)闊,而減小車站總寬度對(duì)多數(shù)位于城市道路下的車站來(lái)說(shuō)顯得非常有利，同時(shí)線間距的減小對(duì)線路也是一個(gè)有利條件。無(wú)柱車站就是在這樣的思路下產(chǎn)生的，由于車站公共區(qū)不設(shè)柱子，車站凈跨度可達(dá)15.7m，故也稱其為大跨度無(wú)柱車站。
為了減小車站總寬度和跨度， 無(wú)柱車站的島式站臺(tái)寬度根據(jù)《地下鐵道設(shè)計(jì)規(guī)范》取最小值8m。如站廳層到站臺(tái)層設(shè)置上行、下行扶梯各2部，扶梯兩兩并排布置，考慮每臺(tái)扶梯寬度約為1.9m，則扶梯邊側(cè)站臺(tái)寬度僅為2.1m，略為偏小。因此， 在這種情況下所有扶梯和樓梯均不宜并排布置，而只能一字型排列布置。由于受車站公共區(qū)長(zhǎng)度的限制， 一字排列布置的扶梯及樓梯總數(shù)一般不宜超過(guò)4 部，在扶梯、樓梯總寬度滿足疏散要求的前提下， 可設(shè)置2部上行扶梯，1 部下行扶梯及1 個(gè)樓梯。但這種布置方式只有1 部下行扶梯，如車站兩端的客流較均衡時(shí)，這種布置顯然給沒(méi)有布置下行扶梯一端的客流帶來(lái)一些不便。如果考慮對(duì)稱性，不設(shè)下行扶梯，只對(duì)稱布置2部上行扶梯和2個(gè)樓梯，則車站的服務(wù)水平略有降低。一般車站站廳層到站臺(tái)層的扶梯、樓梯總數(shù)至少為4部，因此可考慮將站臺(tái)寬度加大到8.8-9.0m，這樣就能兩兩并排布置上下行扶梯和樓梯， 即可設(shè)置上行、下行扶梯各2部和樓梯2個(gè)，此時(shí)扶梯邊側(cè)站臺(tái)寬度＞2.5m，車站的使用功能較好,車站公共區(qū)寬敞開(kāi)闊，充分體現(xiàn)了大跨度無(wú)柱車站的建筑特色。

2.大跨度無(wú)柱地鐵車站結(jié)構(gòu)選型
大跨度無(wú)柱車站由于公共區(qū)不設(shè)柱各層板梁） 跨度較大凈跨達(dá)15.7m，屬大跨度結(jié)構(gòu),其受力和變形均較大。特別是車站頂板由于覆土厚度達(dá)2-3m 以上,覆土荷載較大導(dǎo)致頂板內(nèi)力和變形都較大， 因此要合理選擇車站結(jié)構(gòu)型式，以滿足結(jié)構(gòu)受力和變形的要求。根據(jù)車站頂板、中板的結(jié)構(gòu)方案大跨度無(wú)柱車站可采用以下結(jié)構(gòu)型式：
1) 密肋梁方案
密肋梁方案結(jié)構(gòu)剛度較好，但由于梁高較大為滿足各種設(shè)備管線的布置要求， 故需加大站廳層層高，此外因施工較復(fù)雜而速度較慢。
2) 變截面板方案
根據(jù)矩形箱體的內(nèi)力圖頂板、中板在支座處的彎矩最大跨中彎矩較小，因此可根據(jù)內(nèi)力包絡(luò)圖， 頂板及中板采用變截面板的形式。采用該方案可在滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度要求的前提下減小板的鋼筋混凝土工程量。
3) 預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土箱梁方案
為進(jìn)一步減少車站的鋼筋混凝土用量，減小梁、板高度，以使車站埋深較小，頂板可考慮采用預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土箱梁方案。但考慮到采用預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)施工工藝較為復(fù)雜施工難度較大因此目前在地下車站施工中應(yīng)慎用。
3.大跨度無(wú)柱地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難點(diǎn)分析
大跨度無(wú)柱地鐵車站由于跨度較大，其內(nèi)力和變形與普通的單柱雙跨車站有所不同，必須針對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)而采取相應(yīng)的結(jié)構(gòu)構(gòu)造措施。
a) 無(wú)論頂板采用密肋梁方案或變截面板方案由于側(cè)墻與頂板相交處角點(diǎn)彎矩過(guò)大，因此必須對(duì)該部位進(jìn)行結(jié)構(gòu)加強(qiáng)處理，通常的做法是在角點(diǎn)處加設(shè)大腋角。
b) 對(duì)中板來(lái)說(shuō)雖然承受的荷載要比頂板小但由于中板板厚較小且開(kāi)洞較多故其受力形式較復(fù)雜。
c) 大多數(shù)車站由于覆土較薄（一般為3m左右），當(dāng)?shù)叵滤惠^高時(shí)，僅靠結(jié)構(gòu)自重和覆土荷載難以滿足車站抗浮要求，需要采取抗浮措施。

結(jié)束語(yǔ)
大跨度無(wú)柱地鐵車站作為一種較新的車站型式，有其獨(dú)特的建筑風(fēng)格，減小了車站的總寬度，并使車站公共區(qū)空間通透開(kāi)闊， 但設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)其跨度較大的特點(diǎn)，采取相應(yīng)的結(jié)構(gòu)構(gòu)造措施。該車站類型由于板厚（或梁高）和層高均較大，從而增大了車站軌面埋深， 比普通單柱雙跨雙層地下車站約增大1%&(1%2*， 對(duì)乘客出入車站及車站土建造價(jià)可能會(huì)造成一定影響。因此， 是否適合采用大跨度無(wú)柱車站，應(yīng)根據(jù)具體的站位實(shí)際情況，因地制宜，慎重進(jìn)行多方案比選后才能確定。