裝配式建筑方案研究
——以軌道交通疊合裝配式車站為例

任運(yùn)能

1 研究背景

2016 年，國務(wù)院辦公廳印發(fā)《關(guān)于大力發(fā)展裝配式建筑的指導(dǎo)意見》，提出中國裝配式建筑行動(dòng)綱領(lǐng)，力爭用約10 年的時(shí)間，使裝配式建筑占新建建筑面積的比例達(dá)到30%。近年來，裝配法也逐漸應(yīng)用于地鐵車站施工，預(yù)制構(gòu)件統(tǒng)一由工廠制作，通過拼裝的方式完成整座車站的施工，大幅減少現(xiàn)場施工時(shí)間、施工人數(shù)與模板量，在預(yù)制場中集中管控和能耗，減少建筑垃圾。

裝配式車站符合現(xiàn)代建筑產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展趨勢(shì)，能滿足地鐵綠色建設(shè)、節(jié)能環(huán)保的需求，提高地鐵科學(xué)技術(shù)含量，能有效保證工程質(zhì)量、節(jié)約資源和降低成本。在軌道交通地下車站中推廣裝配式結(jié)構(gòu)，一直是各方希望深入研究的課題和突破的方向[1]。

2 方案概述

2.1 疊合裝配式斷面形式

主體框架結(jié)構(gòu)采用預(yù)制構(gòu)件＋現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)相結(jié)合的疊合構(gòu)件方案（圖1），通過預(yù)制構(gòu)件外層現(xiàn)澆混凝土形成整體性強(qiáng)的結(jié)構(gòu)，確保在使用過程中有較好的整體性和防水性。

圖1 疊合裝配整體式車站典型斷面圖（來源：作者自繪）

結(jié)構(gòu)側(cè)墻與中板、頂板采用鋼筋環(huán)扣連接。頂縱梁采用型鋼混凝土梁，通過型鋼接頭與立柱栓焊連接，如采用預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土梁，將主筋錨入梁柱節(jié)點(diǎn)連接。中縱梁采用預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土梁，將主筋錨入梁柱節(jié)點(diǎn)連接。車站縱向側(cè)墻與側(cè)墻、板與板之間采用芯籠連接。為了保證結(jié)構(gòu)后期使用過程中的防水效果，車站結(jié)構(gòu)均采用濕接頭，主體框架結(jié)構(gòu)采用“預(yù)制構(gòu)件＋現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)”相結(jié)合的疊合構(gòu)件方案，通過預(yù)制構(gòu)件外層現(xiàn)澆混凝土形成整體性強(qiáng)的結(jié)構(gòu)，確保在使用過程中結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。

2.2 對(duì)建筑布局的要求

對(duì)平面布局的要求：疊合裝配式的基礎(chǔ)組成構(gòu)件為預(yù)制塊，考慮到預(yù)制構(gòu)件運(yùn)輸、安裝等各方面因素，幅寬設(shè)計(jì)為3 m，故裝配段柱網(wǎng)應(yīng)該按照3 m 倍數(shù)跨進(jìn)行選擇。綜合考慮空間效果、經(jīng)濟(jì)性等因素，裝配段公共區(qū)柱網(wǎng)按照9 m 標(biāo)準(zhǔn)跨布置，裝配段設(shè)備區(qū)柱網(wǎng)有6 m、9 m 兩種跨度可選擇。對(duì)豎向布局的要求：主要目標(biāo)是控制豎向構(gòu)建尺寸，層高盡量統(tǒng)一。

3 建筑布局

基本原則是基于對(duì)應(yīng)明挖現(xiàn)澆基本站型，在不擴(kuò)大工程規(guī)模、保障服務(wù)水平的基礎(chǔ)上開展布局研究。目標(biāo)是通過布局研究，使五期各線采用疊合裝配式的站點(diǎn)，對(duì)車站平面布置、豎向控制、開洞要求能快速理解，實(shí)現(xiàn)裝配式方案的應(yīng)用。

3.1 平面布局要求

平面布局要求是由外及內(nèi)的兩個(gè)部分。“外”指的是車站外輪廓，直接影響車站裝配段長度，進(jìn)一步影響裝配率?！皟?nèi)”指的是內(nèi)部平面布局，需滿足服務(wù)水平、視覺景觀等多方面因素，其中服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)包括公共區(qū)整體長度、付費(fèi)區(qū)與非付費(fèi)區(qū)各自長度、豎向交通設(shè)施數(shù)量、側(cè)站臺(tái)寬度等。

通過對(duì)“外”“內(nèi)”要求的分析，再推導(dǎo)出對(duì)柱網(wǎng)的布置要求，方便不同編組、不同站臺(tái)寬度的站點(diǎn)，快速開展裝配式站點(diǎn)布置。

3.1.1 對(duì)“外”的要求

車站裝配范圍選擇的決定因素即外輪廓，要求“平”“直”?！捌健敝傅氖峭廨喞B續(xù)，不要出現(xiàn)突變；“直”指的是外輪廓應(yīng)為直線，不能出現(xiàn)曲線、折線。

在實(shí)際應(yīng)用中，地鐵車站主體外輪廓是基于線路條件，再考慮限界、盾構(gòu)工藝等要求推導(dǎo)而來，故車站外輪廓與上位輸入資料強(qiáng)相關(guān)。為盡量擴(kuò)大裝配段長度，前期在裝配式站點(diǎn)選擇上應(yīng)盡量避免曲線站點(diǎn)，并優(yōu)先選擇無配線站點(diǎn)。若選擇了帶配線的站點(diǎn)，前期設(shè)計(jì)中應(yīng)適度優(yōu)化配線設(shè)計(jì)。另外，車站存在部分附屬結(jié)構(gòu)與主體相接，對(duì)于疊合裝配式，相接段長度對(duì)裝配范圍選擇并無影響，但應(yīng)控制主體、附屬開口寬度，原則上只保留必要的設(shè)備區(qū)走道、風(fēng)道開孔。

3.1.2 對(duì)“內(nèi)”的要求

站廳—關(guān)注重點(diǎn)是在控制規(guī)模的前提下，沿線路方向各種功能空間的合理分配。裝配式車站公共區(qū)的樓扶梯開洞需與裝配式模塊相匹配，故其平面位置選擇有一定的限制，進(jìn)而對(duì)其他功能空間有一定的影響[2]：第1，公共區(qū)整體長度應(yīng)該與對(duì)應(yīng)的明挖現(xiàn)澆車站基本一致，不宜加長或縮短，加長會(huì)增加車站長度提高造價(jià)，縮短則影響服務(wù)水平。一般情況下，6A 車站站廳公共區(qū)長度約84 m，8A車站站廳公共區(qū)長度約120 m，對(duì)應(yīng)的裝配式站點(diǎn)站廳公共區(qū)長度宜與上述長度基本一致。第2，關(guān)于各功能空間的分配，應(yīng)該考慮端部空間預(yù)留、安檢排隊(duì)蓄客空間、樓扶梯前端空間等，總長度控制的情況下合理分配、取得平衡。端部空間指的是出入口通道跨與設(shè)備區(qū)之間的位置，建議預(yù)留約2500 mm 的寬度設(shè)置自動(dòng)售票機(jī)、自動(dòng)售貨機(jī)等設(shè)備，方便乘客使用的同時(shí)避免排隊(duì)影響出入口通道通行。安檢排隊(duì)蓄客空間指的是應(yīng)對(duì)高峰期大量進(jìn)站客流排隊(duì)安檢所需的空間，建議按照約5000 mm 預(yù)控。樓扶梯前端空間，需考慮進(jìn)、出站客流在樓扶梯前端瞬時(shí)聚集、疏散，結(jié)合規(guī)范要求預(yù)留合理空間。第3，針對(duì)視覺景觀需求，應(yīng)避免出入口通道對(duì)應(yīng)范圍設(shè)置結(jié)構(gòu)柱，影響空間通透性。

站臺(tái)—關(guān)注重點(diǎn)是在控制規(guī)模的前提下，垂直線路方向功能空間的合理分配。通過對(duì)豎向交通設(shè)施，如樓扶梯、垂直電梯的寬度和位置進(jìn)行布局，以滿足側(cè)站臺(tái)寬度要求。

3.1.3 對(duì)柱網(wǎng)的要求

通過對(duì)上述要求的分析，推導(dǎo)出對(duì)柱網(wǎng)的布置要求：

1）橫向柱網(wǎng)布局：裝配段公共區(qū)柱網(wǎng)按照9 m 標(biāo)準(zhǔn)跨布置，裝配段設(shè)備區(qū)柱網(wǎng)有6、9 m 兩種跨度可選擇。

2）縱向柱網(wǎng)布局：目前采用疊合裝配式的車站最小島式站臺(tái)寬度為10.5 m，其縱向總柱跨為18.2 m、橫向柱網(wǎng)采用9.1 m ＋9.1 m 的組合。考慮到地鐵車站的站臺(tái)寬度一般也是基于0.5 m 的模數(shù)變化，故其他站臺(tái)寬度所對(duì)應(yīng)的縱向柱網(wǎng)應(yīng)以0.5 m 的倍數(shù)往上疊加。

3.2 豎向空間要求

疊合裝配式車站的豎向控制，原則上基于對(duì)應(yīng)站型的現(xiàn)澆方案，盡量控制車站埋深，降低造價(jià)。另外，在埋深限定后的層高分配方面，需考慮模數(shù)化分配，以保障裝配式經(jīng)濟(jì)效益。

3.2.1 地下2層站豎向?qū)痈呖刂?/p>

與明挖現(xiàn)澆方案相比，疊合裝配式站點(diǎn)站臺(tái)、站廳吊頂下凈空維持不變，分別為3.0 m、3.2 m，設(shè)備管線空間則根據(jù)站臺(tái)、站廳情況進(jìn)行針對(duì)性分析。

明挖現(xiàn)澆方案為充分控制利用豎向空間布置管線，全部設(shè)備區(qū)、公共區(qū)第一跨及垂直電梯處，頂縱梁均用上翻方案。裝配式方案因構(gòu)造需求，頂縱梁用全部下翻方案，故站廳層豎向控制點(diǎn)在于設(shè)備區(qū)與公共區(qū)第一跨。經(jīng)核實(shí)，站廳地面裝修完成面至頂板底高度按照不低于5300 mm 進(jìn)行控制，以滿足管線敷設(shè)最低要求，相應(yīng)高度較明挖現(xiàn)澆方案增加了350 mm。

明挖現(xiàn)澆方案站臺(tái)地面裝修完成面至站廳地面裝修的完成面高度為5100 mm?？紤]到該層高涉及大量的二次結(jié)構(gòu)裝配式，5100 mm 層高與二次結(jié)構(gòu)裝配有非常高的適配性，故裝配式車站維持5100 mm 層高。裝配式車站中板厚度增加了50 mm，侵占了部分設(shè)備管線布置空間，經(jīng)與相關(guān)專業(yè)人員核實(shí)，由于裝配式施工精度較高，相應(yīng)調(diào)整可滿足管線敷設(shè)要求。

公共區(qū)垂直電梯處頂縱梁由上翻改為下翻后，梁下高度滿足井道凈高不小于4500 mm 的要求，垂直電梯可布置于頂縱梁正下方。

3.2.2 地下3層站豎向?qū)痈呖刂?/p>

地下3 層站豎向控制原則主要是兩方面，一是功能需求引起的豎向控制要求，二是經(jīng)濟(jì)效益引起的豎向控制要求[3]。原則一主要是吊頂下凈空控制、管線布設(shè)空間控制，其基本原則與地下2 層站保持一致。原則二主要是通過控制模塊種類以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化，可結(jié)合五期采用疊合裝配式的所有站點(diǎn)橫向梳理對(duì)比層高并進(jìn)行類似層高歸置。

3.2.3 對(duì)車站找坡的要求

考慮到裝配式模塊拼裝工藝與現(xiàn)場定位需求，車站采用平坡設(shè)計(jì)更有利于現(xiàn)場實(shí)施，故裝配式站點(diǎn)均采用平坡設(shè)計(jì)。關(guān)于軌道排水，采用底板下沉、設(shè)置混凝土墊層找坡的形式。

3.3 孔洞布置原則

主要涉及中板上的開洞，分為設(shè)備區(qū)樓梯開孔、強(qiáng)電井開孔、弱電井開孔、大系統(tǒng)風(fēng)管開孔、電纜井開孔、自動(dòng)扶梯開孔、垂直電梯開孔、T 型樓梯開孔、地漏。

3.3.1 孔洞大小

按孔洞大小將裝配式范圍中板開洞歸類如下（為寬度；d 為直徑）：第1，孔洞尺寸b 和d ≤300 mm：主要為地漏。第2，孔洞尺寸300 mm ＜b和d≤1000 mm：主要為強(qiáng)電井開孔、弱電井開孔，寬度均400 mm；部分空調(diào)孔洞，寬度600 mm。第3，孔洞尺寸b≥1000 mm：空調(diào)孔洞，包含1200 mm、1800 mm 兩種規(guī)格；設(shè)備區(qū)的樓梯孔洞，沿車站縱向尺寸需為6700 mm；自動(dòng)扶梯的孔洞，沿車站縱向尺寸需為12000 mm；垂直電梯孔洞，沿車站縱向尺寸需為2000 mm；T 型樓梯孔洞，沿車站縱向孔洞尺寸需求為5100 mm 和10000 mm 兩種規(guī)格。第4，其他要求：當(dāng)出現(xiàn)多個(gè)類似大小孔洞的情況下，應(yīng)該統(tǒng)一孔洞大小，保障預(yù)制構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化。

3.3.2 孔洞位置

孔洞位置主要考慮到對(duì)結(jié)構(gòu)板的承載力影響、模塊化要求、功能布局需求：

1）孔洞尺寸b和d≤300 mm：當(dāng)中板上孔洞寬度b≤300 mm，該類孔洞對(duì)中板影響較小，可根據(jù)需要開設(shè)在預(yù)制中板上。

2） 孔 洞 尺 寸300 mm ＜b和d≤1000 mm：第1，當(dāng)中板上孔洞寬度300 mm ＜b≤1000 mm，該類孔對(duì)中板承載力產(chǎn)生影響，孔洞應(yīng)設(shè)在單塊中板預(yù)制件中部，且孔洞中心與中板中心線對(duì)齊設(shè)置。如同一塊板上開多個(gè)孔洞，建議多個(gè)孔洞沿板縱向（即車站橫向）布設(shè)，避免進(jìn)一步削弱中板承載力；第2，當(dāng)存在較多孔洞，建議將多個(gè)孔洞放到一塊中板上。當(dāng)中板上存在多個(gè)開洞時(shí)，在滿足使用情況下，可采用將多個(gè)小孔洞合并為一個(gè)大孔，加強(qiáng)模板適用性。

3）孔洞尺寸b≥1000 mm：當(dāng)中板上孔洞寬度b≥1000 mm，該類孔寬度調(diào)整為3 nm。其中樓扶梯孔洞縱向長度宜采用水平擴(kuò)大模數(shù)數(shù)列3 nm（n 為自然數(shù)），即公共區(qū)的樓扶梯孔洞長度為12 m。

4）其他要求：扶梯開洞建議采用12 m 長度，6A 洞口建議齊標(biāo)準(zhǔn)塊中心線布置、8A 洞口建議齊模塊分縫線布置。

3.4 典型布置

由于不同編組線路布局形式有較大區(qū)別，而同樣編組下布置邏輯相似，故6A、8A 各選取一座11 m 站臺(tái)車站的站廳公共區(qū)典型布置。

3.4.1 6A11 m疊合裝配式車站站廳公共區(qū)典型布置

6A11 m 站臺(tái)采用3 組樓扶梯，中部為“T 型樓梯＋垂直電梯”，兩側(cè)各布置一組雙扶。考慮到安檢蓄客空間與扶梯前通行空間，中板扶梯開洞總長12 m，洞邊齊分幅板中心。非付費(fèi)區(qū)布置如前所述，出入口通道單獨(dú)一跨、預(yù)留5 m 候梯空間，并預(yù)留自動(dòng)售票、自動(dòng)售貨機(jī)安置以及少量排隊(duì)空間。中部垂直電梯為獨(dú)立構(gòu)件，形態(tài)上盡量與臨近結(jié)構(gòu)中柱整合，但是，電梯井道應(yīng)該避免與頂縱梁的牛腿沖突[4]。

3.4.2 8A11 m疊合裝配式車站站廳公共區(qū)典型布置

8A11 m 站臺(tái)采用中部垂直電梯、兩側(cè)一扶一樓、雙扶的布置形式。中板扶梯開洞總長12 m，洞邊齊分幅板邊緣。非付費(fèi)區(qū)布置如前所述，出入口通道單獨(dú)一跨、預(yù)留5.5 m候梯空間，并預(yù)留自動(dòng)售票、自動(dòng)售貨機(jī)安置與少量排隊(duì)空間。中部垂直電梯為獨(dú)立構(gòu)件，形態(tài)上盡量與臨近結(jié)構(gòu)中柱整合，但電梯井道應(yīng)避免與頂縱梁的牛腿沖突。

4 應(yīng)用建議

主要從是否用裝配式、如何提高裝配式效益和效率等方面提出建議：

1）站點(diǎn)選擇。站點(diǎn)周邊應(yīng)有較好場地條件，方便施工作業(yè)。宜選擇平面規(guī)整的車站，保障裝配段長度及裝配率。要全面梳理控制條件，如與既有線平行換乘的站點(diǎn)，裝配式車站為平坡設(shè)計(jì)，既有線若設(shè)有縱坡，則會(huì)出現(xiàn)站廳銜接的問題，前期需謹(jǐn)慎選擇。應(yīng)注重校核客流對(duì)站點(diǎn)豎向交通的要求，因?yàn)檠b配式站點(diǎn)部分站型樓扶梯寬度有一定折減，應(yīng)避免采用裝配式后出現(xiàn)站臺(tái)寬度不夠的情況[5]。

2）增效措施。主要從層高模數(shù)化及布置標(biāo)準(zhǔn)化方面采取措施：第1，在埋深限定后的層高分配方面，要考慮模數(shù)化分配，以保障裝配式經(jīng)濟(jì)效益?；谡緩d5300 mm、站臺(tái)5100 mm層高基準(zhǔn)值，以便500 mm 為模數(shù)進(jìn)行的層高適配性梳理，其中站廳層、設(shè)備層嚴(yán)格執(zhí)行500 mm 為模數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)，站臺(tái)層由于下部有現(xiàn)澆段，建議調(diào)整側(cè)墻現(xiàn)澆高度以減少模數(shù)。第2，布置標(biāo)準(zhǔn)化，主要通過標(biāo)準(zhǔn)化布置以控制模塊種類，如出入口通道開孔采用標(biāo)準(zhǔn)寬度、大型孔洞歸類、中型孔洞定位標(biāo)準(zhǔn)化、小型孔洞歸并處理，使現(xiàn)場實(shí)施更快捷、高效。

5 結(jié)語

本文主要是通過疊合裝配式在地鐵工程的應(yīng)用總結(jié)出結(jié)論。通過分析疊合裝配式結(jié)構(gòu)關(guān)鍵要素，識(shí)別結(jié)構(gòu)對(duì)建筑的控制性需求，并結(jié)合建筑關(guān)注的要素，如服務(wù)水平、視覺效果等；再綜合考慮管線布置要求，制訂出適合各專業(yè)需求的柱網(wǎng)體系、豎向要求，并形成不同編組、站型的標(biāo)準(zhǔn)化方案；基于應(yīng)用過程中的經(jīng)歷提出裝配式應(yīng)用建議，供已采用、擬采用裝配式的車站參考使用，方便理解方案的生成邏輯、關(guān)注要點(diǎn)，本階段的研究工作集中在主體結(jié)構(gòu)裝配式，不規(guī)整斷面、附屬結(jié)構(gòu)裝配式應(yīng)用研究是將來繼續(xù)提高裝配式效益的主要研究方向。