地铁车站设计内容常见问题.pdf

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1、地铁车站结构设计中存在的问题惠丽萍王良(北京城建设计研究总院有限责任公司)摘要：本文主要针对目前采用的地铁结构计算模式、计算方法进行了归纳．并引用实例对各种计算模式、汁算结果进行了对比。同时提出了地铁结构设计中存在的一些问题：地铁结构抗震问题与现状规范的不符之处、地铁结构变形缝设置问题、地铁结构耐久性问题及特殊性。关键词：地铁车站结构计算抗震变形缝耐久性1前言为解决城市交通问题，修建具有超强运力的地铁与轻轨，已逐渐成为大城市的首选手段。目前国内已经部分建成或正在修建地铁(或轻轨)的城市有：北京、上海、天津、广州、深圳、大连、武汉、重庆、青岛等城市，正处在设计阶段的城市有：长

2、春、沈阳、杭州、成都等城市。地铁在城市发展中的经济效益和社会效益也是有目共睹的。但是对于以地下工程为主的地铁结构，在结构设计中由于岩土性质的复杂性、施工技术的多变性、设计理论的局限性，使我们的设计尚存在一些问题或不完善的地方，需要我们不断地探索、求解。2结构设计存在的问题2．1结构计算模式问题2．2．1地铁车站的结构形式由于使用功能的要求，大多数车站设计成沿横向2～4跨、纵向为多跨的长条结构，结构总宽度为20～30m，总长度为170～220m，沿高度大多分2～3层，结构内部只设纵梁不设横梁(或局部设有高度受到严格限制的横梁)，其结构形式可定义为箱形框架结构。为不影响城市地下

3、管网的设鬣，车站的上部往往有较厚的覆土(一般大于3m)，这样结构的基坑深度一般可达15～20m，为抵抗水土压力、车辆荷载以及特殊荷载，结构的顶板、底板、边墙往往都较厚(一般为0．6～1．0m)，顶梁、底粱的截面高度也很大(一般为1．6～2．2m)，中间楼板由于要承受较大的设备荷载、人群荷载及装修荷载，其厚度也比一般的楼板厚许多(一般为0．3～o．5m)，这样就形成一座有巨大刚度的地下长条结构。2．2．2目前采用的设计理论(1)横断面计算法：沿车站纵向截取单位长度的横断面结构，将墙、板假设成单位长度的梁单元，将框架柱按刚度或面积换算成单位长度的厚度，底板与地基间采用弹性假定，

4、用竖向基床系数与底板单元长度的积作为地基弹簧刚度，用荷载一结构模型按有限元法进行内力计算，根据不同的荷载组合得到结构的内力包络图。对于纵梁，则是根据通常的板梁柱传力方式，由板传给梁(或根据断面计算得到的单位长度支撑点的支点反力反算梁的荷载)，形成梁的荷载，柱作为梁的支点，根据多跨连续梁结构进行梁的内力计算。此种方法是目前最通用的方法。(2)空间梁系计算方法：取空间结构，将板、墙划分成较密的网格，用密集的梁单元代替这些板和墙，并与实际的梁、柱结构组成梁单元体系，荷载作用于节点上，用有限元法对整体结构体系进行内力计算分析。(3)空间板系计算法：按照空间体系将结构进行网格划分，将

5、板、墙、梁、柱按照各自的结构尺寸，采用4节点或8节点等参元划分成板单元，用有限元法进行结构内力分析计算。中国城市轨道交通(2004)(4)空间梁板系计算法：按照空间体系将结构进行网格划分，将板、墙按照各自的厚度，采用4节点或8节点等参元划分成板单元，而梁柱依然采用梁单元框架体系，用混合元结构进行结构内力计算分析。2．2．3计算方法分析计算方法涉及的问题其实都是力学模型建立的问题，涉及的问题主要在于空间假定与平面假定，板单元、梁单元以及梁与板作为共同体的受力问题等，上述的几种计算方法都有其一定合理性，但又顶纵粱1000x1500陲鼯(余同’『l中结梁ll皇壁一Il，丽品¨伽㈣

6、㈣T，Tl底绕梁l妊磊烈L、—————√叩66506200665070l20900oI图1标准断面结构图(单位：mm)q-=，90kN／m田匝匝ⅡⅡ卫皿Pl=36kN／mP2132kN／m主至至圭至至至至圭至至主主至K．=40000kN／m图3考虑斜托拱效应计算闰式(1)横断面计算法是目前较多采用的一种计算方法，也是一种最简化的计算方法，其缺点是忽略了板的刚度对梁的受力影响，如果板较厚，或者板厚与梁高之比介于0．2～0．5之间，则板对梁纵向受力的影响是不容忽略的，实际上大多数地铁车站的板厚与梁高之比都介于这个范围，按横断面计算法的结果可能是板的横向弯矩偏大，而纵向弯矩被忽略

7、掉了，同时忽略掉了板对梁的弯矩的分担，致使梁的计算弯矩过大，这会一2都有其局5R性。本文以某车站作为工程实例进行计算比较，结构计算假定条件为：顶板覆土3．6m，土层侧压力系数取0．4，底板与地基的相互作用按照弹性地基假定，地基竖向基床系数取40000kN／m{(为方便计算，对地层参数进行了简化，水土压力按合算形式，地层按均质地层，比重取20kN／m{)，地面超压按20kPa计算。结构断面见图l，横断面法计算图式见2、3，空间体系法计算图式见图4(由于单元太多，计算中仅取顶板来说明问题)。q2’90kN／m田田匝ⅡⅡ