无柱地铁车站结构设计浅析论文_成双田

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摘要：伴随着轨道交通事业的发展和建设技术水平的不断提高，在地铁车站结构设计当中无柱车站成为了一种新型的建筑结构形式。基于此，本文针对无柱地铁车站建筑模式以及相关的结构形式进行分析，并且通过研究车站结构处理措施，为了解无柱地铁车站结构设计提供了有效的参考和依据，为无柱地铁车站结构设计提供新的思路。

关键词：无柱地铁车站；轨道交通；结构设计

引言：由于经济快速发展及人口迅速增长，地面交通已经不能够完全满足交通运输的需求，因此发展轨道交通成为了目前城市发展迫切的需求。随着我国地铁建设规模的不断扩大，对地铁车站使用功能的要求也随之提升，更大的跨度、更宽敞的空间，更舒适的乘车体验成为人民群众的要求。在这种背景条件下，无柱地铁车站表现出了自身独特的优势：建筑风格独特、站厅层公共空间大且为装饰和装修工作提供了丰富想象空间。这也使得无柱地铁车站在地铁的建设过程当中具有较大的实用价值。

1.无柱地铁车站建筑模式分析

我国轨道交通快速发展的同时伴随着设计理念、施工水平的不断调高，在地铁车站建设的过程中通过参考、借鉴世界上成功的案例不断进行总结和完善，逐渐形成了很多先进的设计理念和设计思路，无柱地铁车站就是这样一种新型的建筑模式。对于一座标准地下车站而言，结构形式通常为单柱双跨或双柱三跨，公共区纵向柱距多为8.5m或9.12m。取消立柱能够在保持车站宽度不变的情况下有效加大公共区的使用宽度，给乘客提供更宽敞、更通透的公共空间。例如深圳地铁2号线新秀站、广州地铁2号线市二宫站、3号线赤岗塔站等均采用了无柱单跨地铁车站的形式，这些实例都能够有效证明无柱地铁车站的可行性以及特点[1]。

2.无柱地铁车站结构方案分析

对一般地铁车站单柱双跨或双柱三跨结构而言，采用的是沿线路纵向设纵梁，将楼板划分为纵向的单向板，楼板跨度一般不超过11m，顶板厚度根据覆土厚度、跨度不同一般取700～900mm不等，中板板厚一般为400mm，底板根据深度不同一般在900～1200mm之间。对于无柱地铁车站，跨度达20m左右，显然不能一味加大楼板厚度来解决。

通过对国内不同城市地铁车站的统计分析，现有无柱车站的顶板结构形式主要有三种：1）密肋梁结构，如广州地铁3号线赤岗塔站；2）变截面结构，如深圳地铁9号线人民南站；3）拱形结构，如长春地铁2号线袁家店站。中板一般采用厚板形式，板厚一般在600～800mm之间。底板结构形式主要有三种：1）加大底板厚度，板厚一般达1600～1800mm，如广州地铁三号线大塘站；2）抗拔桩+下翻底纵梁的结构形式，可有效减小底板的计算跨度，底板的厚度基本上可以和有柱车站一样，如深圳地铁2号线新秀站；3）拱形结构，可有效减小底板厚度，内部回填素砼部分布置过轨管线，如长春地铁2号线西环路站。侧墙与围护结构形式主要有两种：1）复合结构，如深圳地铁2号线新秀站；2）叠合结构，如南京地铁3号线武定门站。

表1 国内部分无柱车站统计表

3.无柱地铁车站结构设计

3.1密肋梁结构

采用密肋梁方案能够有效减少顶板厚度，保证工程量在合理范围内尽量降低。该方案由于顶板与侧墙相交处支座内力较大，因此在顶板以及侧墙连接处需要适当加大结构厚度。该方案密肋梁也可采用预应力，固定端设置在侧墙处，张拉端设置在车站内部，可以分批张拉，张拉工作不受覆土的影响。预应力方案可以大幅降低车站顶板密肋梁的梁高，从而减小基坑开挖深度。但是该方案施工工艺较复杂，预应力钢筋张拉较为困难。

图1 密肋梁结构

3.2变截面结构

该方案主要是通过结构的板墙来满足受力要求，各构件尺寸根据矩形箱体的内力计算结果确定。结构顶板一般需加厚至1000～1200mm，侧墙由700mm加厚至1000mm。方案具有施工简单快捷，无需特殊预留等优点，施工质量容易得到保证，但经济性稍差。该方案在地震工况下，有/无柱的地铁车站表现情况如下图所示。

3.3.拱形结构

该方案可以有效改善结构受力，顶板厚度可以由1100mm减为800mm，底板跨中可不设置抗拔桩及底纵梁，但是基坑深度及轨面埋深根据起拱高度有所增加。该方案能极大增加站厅层净高，提供更宽敞、更通透的公共空间，带给乘客眼前一亮的完美体验。但是拱形结构施工略微麻烦。

图 4 拱形结构

3.4无柱地铁车站结构设计

采用无柱车站结构形式，可以有效实现大跨度的建筑特色，留出足够的空间满足乘客对美观越来越强烈的需求。但地铁车站作为城市中运量最大的公共交通，结构安全仍然是设计者需要首先考虑的问题，同时尽可能的满足经济及适用的要求。针对上文提及的顶板密肋梁结构方案以及顶板变截面结构方案，地铁车站的荷载受力示意图如图5所示。

图5 地铁车站荷载示意图

以某无柱车站为例，对底板设抗拔桩减跨模型进行计算时，假设抗拔桩直径为1.6m，桩长14m，桩横向间距与纵向间距分别为9.4m、9.12m，弹簧刚度经计算为K=9091MN/m。通过对底板设置抗拔桩和不设置抗拔桩两种情况进行计算分析，可以得出无柱车站设置抗拔桩的情况下，抗拔桩减跨能够极大优化底板的受力。

不同的地铁站具有不同的地理位置环境特点以及建设需求，由于这些关键因素的变化，需要因地制宜选取不同的无柱结构处理方案，以适应不同情况。如车站围护结构和主体结构就可根据不同情况分别采用复合结构或叠合结构。当城市地下水位较高水压力大时可采用复合结构，侧墙独自承担侧向水压力，结构尺寸较大，但围护与主体间能施做全包防水层，防水效果更优；当城市地下水位较低水压力较小时可采用叠合结构，围护与主体结构作为整体受力，侧墙结构尺寸较小，围护与侧墙间涂刷水泥基止水涂料，防水效果相对较差。

3.5.车站结构处理措施

在地铁车站当中，使用无柱地铁车站结构设计需用注意的是，在大跨度无柱地铁车站当中，由于地铁站自身的特点，要针对内力和变形做出有效的应对，并且在单柱双跨车站和大跨度无柱地铁车站是有区别的，同样的设计理念不能够完全通用。在侧墙与顶板连接部位需要进行结构的加强处理，增大腋角尺寸，如果腋角尺寸增大受其他因素制约不能够实现时，那么就需要通过其他的手段进行[3]。大跨度的车站当中，无柱意味着底板需要承受更大的内力，一种解决思路是底板加厚同时加大配筋，另一种解决思路是在底板跨中设置抗拔桩，以此来起到代替柱子减跨的作用。抗拔桩的直径以及配筋过大是由于抗拔桩的抗拔力较大引起的，在已经投入使用的无柱地铁车站当中，单排抗拔方案使用较多，但是采用多排抗拔桩可以明显降低桩的受力，同时较多的接头也带来了防水方面的隐患，在使用时结合具体环境进行比较选择。无柱地铁车站的结构设计具体方案受到地质情况、线路走向、城市需求等多个因素影响，必须充分考虑各种影响因素才能做到既保证结构安全同时美观、经济。

结论：无柱地铁车站能够有效起到美观、通透等作用，并且作为一种新型的地铁车站建筑形式对传统的设计理念进行了突破。但是在具体的结构处理和建设过程当中必须要充分结合当地的地质情况以及地铁建设的整体方案，只有这样才能够保证建筑工程的质量和外观都达到最好的效果。

参考文献

[1]郑月昱.无梁楼盖地铁车站结构力学性能研究[D].华南理工大学，2017.

[2]林伟波.顶板加腋式大跨无柱地铁车站结构静动力性能研究[D].华南理工大学，2017.

[3]王凯.浅埋暗挖地铁车站结构型式和施工方法优化研究[D].北京交通大学，2016.

论文作者:成双田

论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第24期

论文发表时间:2018/12/7

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