軌道交通高架車站結構設計

閻一瀾

摘要：隨著經濟的快速發展，我國越來越多的城市開始加強軌道交通的建設。南寧市武鳴線工程武華大道站為路中三層側式高架站，為"橋建合一"結構。本文應用PKPM程序建立該車站的三維有限元模型，分析了該車站的地震響應和在地震作用下所產生的內力和位移變形，最后驗證設計結構的安全性能，其設計方法和成果可為同類高架車站提供設計參考。

關鍵詞：高架站;PKPM;地震作用;結構設計

1 工程概況

南寧市位于中國的西南地區，地質地理條件相對較穩定，歷史上出現的地震多在5級以下，地層活動活動不太活躍，因而災害性比較小。武鳴線工程全長約53.2km，南起安吉客運站，北至完美世界，線路共設車站13座，其中高架站10座、地下站2座、地面站1座。線路經過武鳴區的抗震設防烈度為VI度。武華大道站為其中的一座高架站。

武華大道站位于南寧市定合路與武華大道路口南側，沿定合路南北向布置，道路東側有一個水泥廠，定合路盡頭現場有圍擋（上有征地拆遷字樣）。規劃圖上定合路與完美世界新建道路要實現貫通。該車站總長120m。車站設計方案應與周邊環境相協調，在確保建筑結構安全的同時也保證景觀效果良好。結合市郊鐵路武鳴線工程具體地質條件和周圍的道路及建筑分布，該站采用“橋建合一”的高架結構，其中，從第一到第三層依次為站廳層、站臺板下層、站臺層，三層均采用框架結構。本工程的設計重點是單柱蓋梁上的框架結構的布置。

2 主要技術標準

車站的結構設計是在滿足建筑使用功能的前提下，保證結構具有足夠的承載力、剛度和穩定性，使結構斷面尺寸及配筋經濟合理。武華大道站的結構設計采用如下技術標準：

（1）本站建筑物的設計使用年限設定為100年，建筑安全等級設為一級，建筑結構耐火等級設為二級。

（2）本站主體結構的抗震等級設定為二級，抗震設防類別為乙類。地震設計基本地震加速度為0.05g，抗震基本烈度為6度。

（3）對于橋建合一工程體系，為了安全起見，應進行荷載最不利組合。

（4）對于車站橋梁結構構件裂縫，在一般大氣環境下，按有防護措施情況下為0.25mm，無防護措施情況下為0.2mm進行控制。

（5）軌道梁梁體在豎向靜活載下豎向撓度限值為L/2000。

（6）相鄰基礎的沉降極限為：有碴橋面不得超過20 mm，無碴橋面不得超過10 mm。

3結構方案

3.1設計尺寸

武華大道站結構的主要尺寸如表1所示，包含對站廳層、站臺板下層（軌道層）和站臺層的梁、柱、板尺寸的設計。

3.2主要荷載

（1）恒載

對于樓面恒載，本文依據《建筑結構荷載規范》進行添加。樓板自重由PKPM自動計算得出。除了樓板本身自重，考慮到混凝土面層、板底抹灰、二次裝修等，站廳層、軌道層、站臺層的恒載依次在板自重的基礎上增加3KN/m2、1KN/m2、2KN/m2。有直升梯的部位需進行樓板開洞。各層的梁間荷載依據墻厚、墻高、抹灰厚分別設定為18kN/m、3.7kN/m、15kN/m。

（2）活載

武華大道站主體結構設計為純框架式。本文考慮的活載可以分為兩部分，一部分是由列車在軌道上運行引起的，另一部分是施加在樓板上的活載，如人群荷載，以及風荷載等。由列車引起的荷載包括列車動力作用、無縫線路縱向水平力、列車離心力等。站廳層、軌道層、站臺層的活載依次取為8KN/m2、1KN/m2、4KN/m2。

（3）附加力

本工程中附加力考慮的是列車橫向搖擺力、制動力或牽引力、以及溫度的變化。鋼筋混凝土材料具有熱脹冷縮的特性，因而必須要考慮溫度應力的影響。根據南寧市具體氣候情況，車站溫度作用按整體溫度升高10℃和降低10℃來考慮。

3.3車站主體結構方案

結合市郊高速鐵路武鳴線改建工程具體條件，本站主體采用“橋建合一”的主體結構設計型式，車站屋蓋采用鋼結構，軌道梁采用預應力混凝土結構，車站基礎采用樁基礎，站廳和站臺的樓板均采用普通鋼筋混凝土結構。

3.4梁型結構方案

本工程的梁結構采用T梁。T梁結構是一種常見的橋梁結構設計形式。這種結構具有成熟的工程施工和建筑設計應用經驗，不僅可以減小混凝土梁的用量，而且跨越能力大，最大穿越跨度可達50m。

3.5橋墩基礎結構方案

根據本線地質條件，土體承載力不高，擴大基礎不適用于本項目;鋼筋混凝土預制樁的承載力低、沉降大，因此這種基礎用在本項目也并不適用;人工挖孔樁由于施工風險較大，不建議使用;夯實樁由于本工程經過南寧市區及多個村莊，打擊夯實過程會對現有建筑結構產生影響，因此本線采用承臺+鉆孔灌注樁基礎。

4計算模型及數值分析

本站結構采用PKPM建立車站三維計算模型進行結構分析。

4.1抗震分析

（1） 結構周期及振型方向

經計算，本工程地震作用的最不利方向角為-90.00度。

（2）各地震方向參與振型的有效質量系數

根據《高規》5.1.13條，各振型的參與質量之和不應小于總質量的90%。本工程中，第1地震方向EX的有效質量系數和第2地震方向EY的有效質量系分別為99.22%和94.99%，因此參與振型足夠。

（3）地震作用下結構剪重比

根據《抗規》5.2.5條規定，6度（0.05g）設防地區，水平地震影響系數最大值為0.04，X向樓層和Y向樓層的剪重比均不應小于0.80%。由圖4可見， 本設計的X向和Y向地震的剪重比均符合要求。

4.2變形驗算

根據《高規》3.7.3條規定和《抗規》3.4.3-1規定，經驗算，本工程在各種工況下的最大層間位移角、最大位移比、最大層間位移比均滿足規范要求。具體結果如表3所示。

4.3抗傾覆和穩定驗算

（1）抗傾覆驗算

根據《高規》12.1.7條，在重力荷載與水平荷載標準值或重力荷載代表值與多遇水平地震標準值共同作用下，高寬比大于4的高層建筑，基礎底面不宜出現零應力區;高寬比不大于4的高層建筑，基礎底面與地基之間零應力區面積不應超過基礎底面面積的15%。結構的抗傾覆驗算結果滿足要求。

（2） 整體穩定剛重比驗算

該結構最小剛重比Di*Hi/Gi（109.94，第3層）不小于20，可以不考慮重力二階效應;最小剛重比Di*Hi/Gi不小于10，能夠通過高規（5.4.4）的整體穩定驗算。

5結語

本文首先介紹了南寧市武華大道站的工程概況和進行高架站設計時所采用的技術標準，接著介紹了該站的結構尺寸、主要荷載、車站主體結構設計、梁型設計、橋墩基礎結構設計。基于上述設計參數，本文對該高架結構進行了抗震分析、變形驗算、抗傾覆和穩定驗算。經檢驗，該結構的設計無超筋超限，滿足各項規范的要求，可為類似的高架車站結構設計提供一定的參考。

參考文獻：

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