超长高架车站结构设计解析

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【规划设计】
住宅与房地产2019年12月超长高架车站结构设计解析
王 毅
（中铁大桥勘测设计院集团有限公司，江苏 南京 210000）
摘 要：超长结构具有功能性好、结构整体性好、外形美观的特点，越来越多的高架车站采用超长结构。

文章以某城市轨道交通9号线超长高架车站为例，在选定其结构类型的基础上，对其设计方案进行深入分析，明确各项影响因素和构造措施，为后续设计方案的顺利实施奠定良好基础。

关键词：超长高架车站；车站结构选型；结构设计中图分类号：TU248.1 文献标志码：A 文章编号：1006-6012（2019）12-0083-01
超长高架车站即在车站长度范围内不设伸缩缝，结构超过《混凝土结构设计规范》规定的最大间距要求，结构温差变化、混凝土收缩、结构竖向抗侧构件对楼屋盖约束均较大的钢筋混凝土结构，其结构设计有着很高的要求，需要根据工程实际情况和各项技术规范，先选择适宜的结构形式，再对其进行深入解析，采用“抗”和“放”结合的思路，降低温度作用的影响。

1 工程概况
某城市轨道交通9号线总长37.8km 左右，高架段长度较大，为27.8km 左右，共设置17座高架车站。

线路中第16高架车站为岛式站台，长度为144m，采用了框架结构，共三层。

其中，地面一层为架空层，地面二层为站厅层，地面三层为站台层。

车站的屋盖为轻钢结构。

2 车站结构选型
从结构构件之间的所属关系，可以分成以下两种形式：（1）桥、建分离，即车站的承受车辆荷载的轨道梁与车站的功能用房完全分离，这一形式的主要优点为受力明确、各结构按照不同的规范设计，但对车站整体布局有一定影响，增加占地面积。

（2）桥、建合一，即车站轨道梁和功能用房之间合二为一，墩柱和盖梁主要通过框架板的设置形成一个完整的结构，这一形式的主要优点为结构具有良好的整体性，对建筑布置十分有利。

但站房在车辆经过时会产生振动，且受力构件需要同时满足两方面设计要求，设计难度相对较大[1]。

该工程的车站处在绿化带当中，两侧均为车行道，墩柱在地面上的宽度为5.6m，盖梁的悬挑跨度为6.7m，此时如果采用上述第一种形式，则会增加车站的占地面积，并影响两侧道路正常通行。

因此经综合考虑采用第二种形式，即桥、建合一。

为了使这一方案得以顺利实施，达到预期的设计目标，需对其作如下深入分析。

3 方案分析
3.1 温度影响
因混凝土是热惰性材料，加之其工作环境在设计中有所考虑，上部采用钢结构屋盖，车站结构外侧包裹装修材料，隔绝阳光直接照射，在相对较短的时间段内，温度梯度不会给结构带来太大的
影响。

基于此，不需要考虑构件的温度梯度的影响，可仅考虑年温差对结构带来的影响。

3.2 混凝土收缩
车站采用现浇法施工时混凝土早期由于水泥水化热、水分蒸发和骨料不断下沉等因素会产生一定程度的收缩变形。

对采用分段浇筑方法成型的结构，其在施工过程中已经完成了一定量的收缩，对此可考虑适当折减。

3.3 应力松弛
无论是温差影响还是收缩应力，均是在相对较长的时间范围内发生的。

而混凝土发生徐变后会产生一定应力松弛，它能使温度效应作用下的弹性应力降低。

在工程设计过程中，考虑徐变可能造成的影响时，可将方法简化成按照常规方法对弹性应力进行计算，然后与松弛系数相乘。

对于温度应力，如果仅按照弹性阶段来设计，则会有很大的富余。

基于此，应对其进行适当折减，在合理的范围内选择应力松弛系数。

根据以往的设计经验，同时考虑一定程度的安全富余，把应力松弛系数确定为0.75。

按照以上要求进行计算，车站边墩墩底处的弯矩等于5664kN·m，在降温工况下，会产生2851kN·m 的弯矩。

由此可见，如果仅按照弹性理论进行计算，则边墩设计可能无法达到规范要求[2]。

3.4 墩柱刚度
结构的纵向长度并非对结构温度作用造成影响的唯一因素，墩柱刚度及外部约束同样会对温度作用条件下的内力产生影响，这一影响在内力分析过程中十分明显。

通过计算分析可知，当墩柱刚度增加，约束作用增强时，墩底处的弯矩明显增大。

保证所选墩柱截面的合理性能有效调整车站结构的纵向刚度，使结构受力得以有效改善。

该工程通过多次比选，将墩柱的截面确定为1.5m×1.8m。

另外，墩柱刚度亦可通过调整墩柱高度来调节。

3.5 后浇带
对超长框架进行施工时，通过对后浇带的设置能起到缓解温度变化与混凝土收缩影响的作用。

在现行技术规范当中，针对分段浇筑的框架结构，其在收缩效应方面的取值相对较小也是基于这个原因。

该工程一共设置3条宽度为1.0m 的后浇带，把整个车站分为长度为35m 左右的四段。

经计算可知，通过对后浇
带的设置，能使结构的内力得以有效改善。

然而，采用设置后浇带的方法仅可以在施工中起到作用，无法彻底解决在合龙以后混凝土发生收缩或后期由于环境温度发生变化带来的内力问题。

基于此，对于超长结构，为有效减轻温度效应造成的不利影响，还应采取其他构造措施。

3.6 构造措施
除墩柱、框架梁、梁板等起到主要作用的受力筋必须充分考虑温度影响下的工况来设计，还要考虑其他的措施。

比如框架梁上每一侧的腰筋，都要分担一定由降温而产生的轴向力，应根据计算结果对腰筋的配置予以加强，同时按照受拉筋要求来锚固，以此减小温度作用的影响。

每个楼层上楼板的配筋需要考虑双层布置或双向拉通布置，以进一步加强约束，提高实际配筋率。

当含钢量保持不变时，可配置直径相对较小且间距相对较密的钢筋，这样能有效抑制结构裂缝的发展。

在日后的设计中，还要针对构件节点采取有效的构造措施。

高架车站具有特殊性，必须高度重视结构开裂，在实际中应对入模温度和混凝土的配比予以严格控制，并在必要的情况下，可以向混凝土中适量掺加减水剂与粉煤灰，最终严格按照规范的要求做好养护工作。

4 结束语
综上所述，基于当前高架车站不再设置变形缝的基本要求，对高架车站进行结构设计时，为减少钢筋混凝土结构的温度作用的影响，工程上所采用的方法主要从两方面出发：“抗”和“放”。

“抗”，一般是采用合理的结构形式、加强楼板配筋及梁腹腰筋、调整截面来实现；“放”一般采用设置后浇带，采用微膨胀混凝土，在尽可能低的温度下浇筑合拢段混凝土。

这样能从根本上解决温度效应产生的受力问题，避免结构中产生过大的内力和变形，最终达到预期使用要求。

参考文献：
[1]杨林,董瀚潞.超长高架车站结构设计与分析[J].现代城市轨道交通,2019(6):113-116.[2]曹辉,姬仁楠,张瑜.超长高架车站温度应力的影响研究[J].工程建设与设计,2018(7): 115-117.。