地鐵車站出入口標(biāo)準(zhǔn)段結(jié)構(gòu)尺寸優(yōu)化組合計(jì)算分析

張朋來 王志虹 王 濤

(1.中國電建集團(tuán)華東勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 杭州 311122； 2.中國金茂控股有限公司，北京 100032)

·結(jié)構(gòu)·抗震·

地鐵車站出入口標(biāo)準(zhǔn)段結(jié)構(gòu)尺寸優(yōu)化組合計(jì)算分析

張朋來1王志虹1王 濤2

(1.中國電建集團(tuán)華東勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 杭州 311122； 2.中國金茂控股有限公司，北京 100032)

地鐵車站出入口是乘客進(jìn)出車站及消防疏散的主要通道。出入口結(jié)構(gòu)尺寸主要由建筑使用功能、覆土深度、地質(zhì)條件及周邊環(huán)境等因素制約。以福州地鐵1號(hào)線工程為背景，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算分析研究，通過對不同埋深條件下地鐵車站出入口標(biāo)準(zhǔn)段結(jié)構(gòu)尺寸的分析比選，得出合理的斷面尺寸優(yōu)化組合，以期為類似工程提供設(shè)計(jì)參考。

地鐵車站，出入口，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，尺寸優(yōu)化組合

0 引言

地鐵車站出入口作為車站的附屬結(jié)構(gòu)，是聯(lián)系地面空間與地下車站的主要通道，起著引入和疏散客流的功能，其安全穩(wěn)定十分重要。考慮到地下結(jié)構(gòu)造價(jià)相對較高的特點(diǎn)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在考慮安全性和耐久性的基礎(chǔ)上，應(yīng)充分考慮結(jié)構(gòu)安全與經(jīng)濟(jì)合理統(tǒng)一。本文結(jié)合福州地鐵1號(hào)線地鐵車站出入口設(shè)計(jì)，在確定出入口標(biāo)準(zhǔn)段內(nèi)部凈尺寸的基礎(chǔ)上，討論覆土深度與結(jié)構(gòu)板厚之間的變化關(guān)系，確定不同覆土深度下所對應(yīng)的最合理的結(jié)構(gòu)尺寸組合。

1 結(jié)構(gòu)尺寸擬定和材料選擇

地鐵車站出入口標(biāo)準(zhǔn)段為鋼筋混凝土箱型結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部凈尺寸主要由乘客流量、消防疏散、建筑裝修和管線布置等因素決定。

以福州地鐵1號(hào)線出入口設(shè)計(jì)為背景，出入口標(biāo)準(zhǔn)段結(jié)構(gòu)凈高取標(biāo)準(zhǔn)值3.7 m，凈寬取標(biāo)準(zhǔn)值為6.5 m；而將其頂板厚取為b1，底板厚取為b2，側(cè)墻厚取為b3，覆土深度取為h。頂板、底板、外墻混凝土強(qiáng)度采用C35，抗?jié)B等級P8。

2 設(shè)計(jì)原理及模型確定

出入口結(jié)構(gòu)采用明挖法施工，依據(jù)平面應(yīng)變假設(shè)，采用荷載—結(jié)構(gòu)模式，按底板作用在彈性地基上的平面閉合箱型框架進(jìn)行內(nèi)力分析。圍護(hù)結(jié)構(gòu)與車站內(nèi)襯墻間僅有壓力傳遞，施工期間其水平壓力按郎金公式的主動(dòng)土壓力計(jì)算。計(jì)算采用SAP2000有限元結(jié)構(gòu)分析軟件，按永久荷載、可變荷載、施工荷載和偶然荷載的各種組合進(jìn)行。

3 計(jì)算基本規(guī)定

結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)使用年限為100年，結(jié)構(gòu)構(gòu)件安全等級為一級，相應(yīng)構(gòu)件的重要性系數(shù)γ0取1.1；頂板、側(cè)墻、底板受力鋼筋凈保護(hù)層厚度外側(cè)50 mm，內(nèi)側(cè)40 mm；荷載按結(jié)構(gòu)最不利受力情況進(jìn)行組合。結(jié)構(gòu)構(gòu)件按荷載準(zhǔn)永久組合并考慮長期作用的影響進(jìn)行裂縫驗(yàn)算，最大允許裂縫寬度為：頂板迎土面不大于0.2 mm，其他不大于0.3 mm。

4 荷載組合

1)基本組合：1.35×恒載+γL×1.4×0.7×活載;

2)準(zhǔn)永久組合：1.0×恒載+準(zhǔn)永久值系數(shù)×1.0×活載;

3)偶然組合：恒載+部分活載+地震荷載，恒載+人防荷載；

4)抗浮計(jì)算：恒載。

因抗震工況和人防工況對構(gòu)件配筋不起控制作用，本文不考慮偶然組合的影響。

5 方案比選

本文選取三個(gè)不同覆土深度，各覆土深度下再選取四組不同的結(jié)構(gòu)尺寸方案，分別計(jì)算不同結(jié)構(gòu)尺寸下的荷載作用效應(yīng)，綜合分析比較后選取最合理的結(jié)構(gòu)尺寸組合。荷載示意見圖1，各方案荷載計(jì)算匯總見表1。

表1 荷載計(jì)算匯總表

5.1覆土深度h=3.5 m時(shí)的方案比選

由圖2可以看出，覆土深度為3.5 m時(shí)，結(jié)構(gòu)自重荷載占結(jié)構(gòu)所承受的總體荷載比重較大，隨著結(jié)構(gòu)板厚的逐漸增大，頂板跨中、支座彎矩值逐漸增大；底板跨中彎矩值逐漸增大，支座彎矩值先增大后減小；側(cè)墻跨中彎矩值穩(wěn)定在相對較低范圍值內(nèi)，其支座彎矩值則與頂板、底板支座彎矩變化規(guī)律一致。同時(shí)，在裂縫驗(yàn)算中，我們發(fā)現(xiàn)在滿足承載能力的相同配筋情況下，方案一的最大裂縫寬度ωmax較之方案二的更趨近于(甚至超過)最大裂縫寬度ωlim。因此，覆土深度為3.5 m時(shí)，出入口的優(yōu)化結(jié)構(gòu)尺寸選為方案二。

5.2覆土深度h=4.5 m時(shí)的方案比選

由圖3中的彎矩基本組合值變化曲線可以看出，覆土深度為4.5 m時(shí)，隨著板厚的增加，頂板跨中、支座彎矩值逐漸變大；底板跨中彎矩值先增大后減小，支座彎矩值先增大后減小再增大；側(cè)墻跨中彎矩值穩(wěn)定在相對較低值范圍內(nèi)，支座彎矩值與頂板、底板支座彎矩變化規(guī)律一致。當(dāng)?shù)装逯ё鶑澗厝樽钚≈禃r(shí)，結(jié)構(gòu)尺寸為最優(yōu)。根據(jù)裂縫驗(yàn)算，結(jié)合配筋計(jì)算及方便施工等因素，覆土深度為4.5 m時(shí)，出入口的優(yōu)化結(jié)構(gòu)尺寸選為方案三。

5.3覆土深度h=5.5 m時(shí)的方案比選

由圖4中的彎矩基本組合值變化曲線可以看出，覆土深度為5.5 m時(shí)，隨著板厚的增加，頂板跨中值逐漸變大，頂板支座彎矩值先增大后減小；底板跨中彎矩值先增大后減小再增大，支座彎矩值先減小后增大再減小，呈交替變化；側(cè)墻跨中彎矩值穩(wěn)定在相對較低值范圍內(nèi)，支座彎矩值與頂板、底板支座彎矩變化規(guī)律相似。由分析可知，當(dāng)頂、底板板厚為800 mm時(shí)支座彎矩分別到達(dá)最小值(極小值)，結(jié)構(gòu)尺寸為最優(yōu)。因此，覆土深度為5.5 m時(shí)，出入口的優(yōu)化結(jié)構(gòu)尺寸選為方案四。

6 結(jié)語

地鐵車站出入口標(biāo)準(zhǔn)段斷面設(shè)計(jì)在滿足功能要求、建筑限界、以及標(biāo)準(zhǔn)化、統(tǒng)一化要求的基礎(chǔ)上，其斷面尺寸的最優(yōu)化選取應(yīng)與覆土深度相協(xié)調(diào)。同時(shí)，根據(jù)不同的地質(zhì)條件，結(jié)構(gòu)計(jì)算還應(yīng)滿足強(qiáng)度要求、裂縫驗(yàn)算、配筋合理、施工方便等各項(xiàng)要求，綜合考慮以上因素，地鐵車站標(biāo)準(zhǔn)出入口結(jié)構(gòu)尺寸優(yōu)化組合結(jié)果如下：覆土厚3.5 m時(shí)，頂板、底板及側(cè)墻厚度均取500 mm；覆土厚4.5 m時(shí)，頂板、側(cè)墻厚度取600 mm，底板厚度為700 mm；覆土厚5.5 m時(shí)，頂板、底板厚度取800 mm，側(cè)墻厚度為700 mm。

[1] 姬利偉.地鐵車站出入口設(shè)計(jì)方法[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),2011(7):78-83.

[2] 力 輝，溫江豐.地鐵車站出入口結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)總結(jié)[J].建筑設(shè)計(jì)管理,2014(5):73-75.

[3] 高長征，趙輝輝.契合城市空間功能的地鐵出入口布局[J].都市快軌交通,2017(1):59-64.

[4] GB 50157—2013,地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[5] 北京金土木軟件技術(shù)有限公司.SAP2000中文版使用指南[M].北京：人民交通出版社，2006.

Optimizationanalysisondimensioncombinationforstandardsubwayexitstructuremembers

ZhangPenglai1WangZhihong1WangTao2

(1.PowerChinaHuadongEngineeringCorporationLimited,Hangzhou311122,China; 2.ChinaJinmaoGroupCo.,Ltd,Beijing100032,China)

Subway exits are main access to station and main fire escape exit. The dimension of structure members on exits are determined by architectural function, cover depth, geo-condition and surrounding environment. Taking Fuzhou Line 1 project as an example, structural analysis and design are done and different dimension combinations are compared to get the optimized dimension combination and to provide reference for future projects.

subway station, exits, structure design, optimized dimension combination

1009-6825(2017)29-0050-03

2017-08-08

張朋來(1979- )，男，碩士，高級工程師，一級注冊結(jié)構(gòu)工程師，注冊巖土工程師

TU318

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