地铁车站转换梁结构设计建议

地铁车站转换梁结构设计建议

发表时间：2019-06-05T11:25:03.883Z 来源：《防护工程》2019年第5期作者：李永刚[导读] 未来对地下结构中的组合结构加强应用和研究，减小钢筋混凝土构件截面，提高地下空间的使用效率。

天津天乐国际工程咨询设计有限公司天津市 300202 摘要：随着近年来城市轨道交通的飞速发展，地铁越来越方便人们的生活，与此同时地铁与其他建构筑物为了实现“无缝”对接，例如高铁、机场、城市综合体等，就会出现地铁顶板直接与上部建构筑物相连，但由于建筑使用功能的要求，上部结构柱网往往与地铁柱网不能统一，随之而来需要在地铁顶板或中板层设置转换结构来进行功能的转换及荷载的传递。高层结构中转换形式较多，例如转换梁、转换厚

板。

关键词：地铁；转换梁；剪压比

引言：

要提高天线梁疲劳寿命，需对天线梁结构进行优化改进。为满足设计强度，保证运用安全，需要对不同改进结构进行随机振动疲劳验证分析，最终找到最合理的结构，并满足动应力测试疲劳寿命要求。

1原天线梁结构及动应力测试结果原天线梁结构如图1所示，由安装座、安装梁、过渡座、防止天线击打用防护罩及排石器组成。

2 MidasGEN有限元分析转换梁受力

转换梁采用杆单元模拟，地铁侧墙及中隔墙均采用板单元模拟，侧墙及底板均采用弹簧约束，约束刚度均根据地勘提供值确定。

2.1上部结构框架柱在地铁侧墙正上方当转换柱，应尽量保证地铁侧墙厚度大于上部结构柱截面，保证上部结构柱钢筋锚固；若上部结构框架柱混凝土强度高于地铁侧墙混凝土强度等级或上部结构柱底轴力较大，须验算此处局部受压强度，在上部结构柱下对应的墙内设置暗柱可满足局部受压的要求。

图中箭头示意处为上部框架柱在侧墙正上方，地铁侧墙顶部不设置转换梁转换，由于上部结构柱底弯矩较小，地铁侧墙平面外受弯矩作用较小，在地铁侧墙在上部结构柱下设置暗柱以增加配筋改善侧墙受力。

2.2转换梁一端与地铁侧墙刚接局部处理转换梁一端与地铁侧墙刚接，此处墙体与框架梁刚接处面外弯矩较大，可根据有限元分析结果设置扶壁柱或暗柱，参照地上结构设计规范设计原则，在《高层建筑混凝土结构技术规程JCJ3-2010》7.1.6条中剪力墙面外有楼面梁刚接时设置扶壁柱或暗柱，一般在地铁车站结构设计中，设置扶壁柱会影响限界要求，故设置暗柱合理。地铁车站墙厚较厚且为面外为主要受力方向，暗柱高度取墙厚，宽度可按实际计算确定，但截面大小不小于上部结构框架柱截面。地铁外墙墙厚1000mm，暗柱尺寸采用2000x1000mm，即暗柱宽度采用两倍墙厚。

2.3转换梁设计要点《高规》中建议转换梁转换梁截面高度不宜小于计算跨度的1/8，本设计由于地铁站台层建筑限高，根据上部结构柱底轴力计算，标准组合最大轴力值11000KN，12米、10米跨度转换梁截面尺寸均采用1000x2000mm。为避免形成梁比柱宽即扁梁的节点形式，转换柱截面沿转换梁宽方向均采用1000mm宽，如若无法避免采用扁梁，需对框架节点处加强构造并验算节点核心区抗剪承载力。承载力使用状态下，转换梁截面大小是由剪压比控制，对于地下结构的转换梁剪压比控制为0.2，适当提高混凝土强度等级对转换梁的设计是可取的。同时转换梁跨高比较小，易形成深受弯构件或深梁。根据《混规》G.0.13，深受弯构件的纵向受力钢筋、箍筋及纵向构造钢筋的构造与一般梁相同，但其界面下部1/2高度范围内和中间支座上部1/2高度范围内布置的纵向构造钢筋宜较一般梁适当加强。设计时可通过加强转换梁的腰筋来满足规范的要求。

2.4转换梁抗震等级确定本工程位于抗震设防烈度6度区，根据《城市轨道交通结构抗震设计规范》，地铁抗震设防类别为乙类，上部结构停车楼地上五层，地下两层，地下两层抗震等级为三级，地铁车站位于地下三层，抗震等级设定为三级较为合理。

2.5转换梁正常使用极限状态验算地下结构对裂缝控制较严，一般迎土侧裂缝控制为0.2mm，背土侧为0.3mm；挠度按一般受弯构件控制，由于地下结构转换梁挠度对上部结构受力有影响，应加强对挠度控制，参照《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》中的规定，连续梁边跨挠度不应大于跨度1/800，中间梁跨度不应大于跨度的1/700。

3随机振动疲劳分析对比

3.1线路实测加速度谱疲劳寿命分析

为验证分析方法的准确性，分别对原结构和单筋板优化结构1进行线路实测加速度随机振动疲劳寿命反算。原结构在线路全程来回往返63km的载荷谱作用下，最大累积损伤发生在中部天线安装座与管梁连接焊缝处，损伤值为3.666×10-5，对应360万公里路程损伤值为

2.09，大于规定的阀值1，不满足疲劳寿命要求。原结构疲劳损伤薄弱位置与线路测试试验位置一致，损伤值误差为14%左右。单筋板结构的疲劳损伤为1.391×10-5，对应360万公里损伤值为0.711，累计损伤小于1，满足线路实测振动载荷作用下疲劳寿命。

3.2?IEC?61373-2010标准加速度谱疲劳寿命分析

为了对比线路实测值和标准中加速度谱的恶劣程度，按IEC61373-2010标准分析原结构及单筋板结构。原结构垂向振动疲劳仅能满足0.75h；单筋板结构在垂向上仅能满足2.204h，虽然能满足线路实测载荷谱下的疲劳强度，但不能满足IEC61373-2010标准中三个方向5h的要求，故线路实测加速度谱在垂向没有IEC61373-2010标准严格。为了进一步提高结构强度，再次对结构进行优化，并采用双筋板结构，用IEC61373-2010标准加速度谱进行随机振动疲劳寿命分析。双筋板结构在垂向激励天线梁薄弱位置单位时间疲劳损伤分布见图，其最大损伤位置已经转移至筋板母材处，对应标准中规定5h垂向损伤值母材为0.67。综合三向振动损伤，母材位置最大每秒损伤值为4.30×10-5，对应标准中规定5h损伤值为0.775；焊缝区域最大疲劳损伤发生在安装座与管梁连接焊缝处，每秒损伤值为2.62×10-5，对应标准中规定5h 损伤值为0.471，均小于规定的阀值1，满足疲劳寿命要求。

结束语：

通过对本工程的分析设计，对地下结构存在转换梁设计的工程提出一些建议：（1）地下工程转换梁设计可参照地上结构转换梁，其抗震等级相比地上结构可适当降低，方案设计时宜考虑双向布置，增加结构冗余度，其构造可参照地上结构转换梁；但相比地上结构，平面应变受力状态的地铁车站结构转换梁对地下结构整体影响较小。（2）地下结构转换梁应适当提高混凝土等级来满足剪压比的限值，同时适当提高挠度限值以减小对上部结构的影响，挠度限制可参照铁路相关规范。（3）地下结构应注重构造，在侧墙及中隔墙转换梁支座处设置暗柱暗梁来改善局部应力集中；适当增加楼板厚度提高转换梁承载能力。（4）地下结构转换梁一般截面较大，属于大体积混凝土，且与上部结构刚接，建筑平面不规则，受力情况复杂，后期的混凝土收缩及温度应力不容忽视，应加强混凝土养护及采取后浇带及跳仓法等方法控制混凝土开裂。（5）组合结构在地上结构中已广泛使用，未来对地下结构中的组合结构加强应用和研究，减小钢筋混凝土构件截面，提