城市轨道交通高架车站结构研究
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改回日期 :1999 - 12 - 26 (责任审编 孟庆伶)
4 基础沉降控制
位于软土地区的高架车站 ,基础沉降是一 个突出的问题 。国内外工程实践和理论研究表 明 :在软土地基上 ,桩基础是首选的基础形式 。
— 14 —
铁道建筑 2000 年第 3 期
(4) 定向支座或锚固式支座 适用于烈度 为八度以上的地震区 。
目前在我国 ,高架车站的结构研究是一个 值得重视的课题 ,尤其对于桥梁 、房建合一的车 站结构 ,受力 、传力方式不甚明确 。本文对高架 车站结构仅进行了初步的分析和探索 ,今后对 高架车站的结构形态 、静动力性能 、抗震 、疲劳 、 振动和基础沉降等问题还需深入研究 。
南京地铁高架车站的桩基础均采用钻孔灌 注桩 ,满足了承载力和基础沉降的要求 。上海 江湾镇高架车站采用了锤击高强预应力混凝土 管桩 ( PHC 桩) ,效果良好 。在设计施工中应严 格控制各桩基础间的沉降差 ,比如在验算某横 向框架两对基础时得到 :中柱桩基础的沉降量 为 9185 cm ,边柱桩基础为 8194 cm ,沉降差为 0191 cm ,确保了不均匀沉降差在 1 cm 范围以 内 ,满足了设计要求 。
框架结构受载不均匀 ,易造成基础的不均匀沉 降 ,特别是在地质条件不好的地段 。一旦发生 基础不均匀沉降将损坏结构 ,而且修复困难 。
图 1 空间框架式车站结构
2 结构形式和比选
国内外高架车站一般为 2～4 层 ,站台层位 于结构最上层 ,与区间高架桥等高 。一般采用 现浇或预制钢筋混凝土结构 ,优先采用预应力 混凝土结构 。常见的结构形式有三种 。 211 空间框架结构体系
(2) 可发挥桥梁结构和框架结构各自的特 点和优越性 。高架桥适于承受列车快速移动荷 载 ,框架结构在各类车站站房中广泛采用 ,给车 站的功能布置和使用带来方便 。框架 + 桥梁结 构体系发挥了二者的优点 。
(3) 高架车站的结构设计大为简化 。高架 桥和车站建筑可以依据现行的国家规范 ,分别 进行独立的设计计算 。
桥跨结构可选择的断面形式有箱梁 、T 形 梁 、板梁和槽形梁等 。箱梁截面抗扭刚度大 ,整 体受力性能和动力稳定性好 ,正在规划的广州 地铁 2 号线高架车站拟采用这种形式 。T 形梁 刚度大 ,材料用量省 ,还可采用预制吊装法施 工 ,宜优先采用 。
墩柱常用的结构形式有 T 形墩 、双柱墩 、V 形墩和 Y 形墩 。在高架车站中的墩柱应具有 足够的强度和稳定性 ,在轨道列车作用下应避 免产生大位移 。 213 框架 + 桥梁结构体系
属于桥建分离方案 (见图 3) 。主体结构分 为两个部分 :车站建筑和高架桥 。车站建筑包 在高架桥之外 ,高架桥从房屋建筑中穿过 ,二者 在结构上完全分开 ,受力明确 ,传力简洁 。
车站建筑和高架桥受力自成系统 ,可防止 列车运行对车站的不利影响 ,基础的不均匀沉 降和车站建筑的振动问题可得到解决 。“明珠 线”部分高架车站采用了这种结构形式 。 214 结构形式的选择
城市轨道交通高架车站结构研究
温宇平 高 日 刘智敏
(北方交通大学土木建筑工程学院)
【提要】介绍城市轨道交通几种高架车站的结构形式及其适用条件 ,评述减小高架车站振 动和基础沉降的结构措施 。 【关键词】城市轨道交通 高架车站 结构研究
1 前言
我国城市轨道交通建设正面临大发展的机 遇 。城市轨道交通体系按走行方式划分为地 面 、地下和高架三种 。当前城市轨道交通建设 出现了线路高架化趋势 ,使高架车站应运而生 。 目前上海正在修建我国第一条高架轻轨线“明 珠线”,在全部 19 个车站中 ,高架车站占 16 个 。 高架车站属地上高架结构 ,轨道列车运行于结 构最上层 。高架车站既不是单一的房屋结构 , 也不是单一的桥梁结构 ,而是桥梁和房建融合 在一起的结构体系 。作为一种新的结构形式 , 高架车站的结构特性有待进行深入的研究 。本 文就高架车站结构的三个关键问题进行初步分 析和探讨 。
南京地铁南北 1 号线工程共有 5 个高架车 站 ,均采用空间框架结构体系 。框架横向为三 柱二跨 ,纵向柱距为 8～12 m 。行车道梁采用 钢筋混凝土板梁 ,简支或连续支承于框架横梁 上。 212 桥梁结构体系
属于桥建结合方案 。高架站先形成桥梁结 构 (梁 、墩柱 、基础) ,再在桥上布置站台 (见图 2) 。
图 5 高架车站橡胶支座布置示意图
5 结束语
根据高架车站不同的结构特点 ,动载和静 荷载的大小等综合因素 ,采用以下不同支座 :
(1) 板式橡胶支座 最适用于纵向跨径小 , 动静载较小的车站 。
(2) 四氟滑板式支座 适用于纵向跨径大 、 位移量大的车站 。
(3) 盆式支座 适用于动静荷载很大 、位移 量大 、当地地震烈度不超过八度的车站 。
铁道建筑 2000 年第 3 期
图 2 桥梁式车站结构 (箱梁 , Y 形墩)
构体系适用于小型车站和中间站 。 就大型车站而言 ,从结构性能上对比 ,我们
认为应优先采用框架 + 桥梁结构体系 ,理由为 : (1) 可解决高架车站最突出的力学问题 ,即
列车动力荷载对车站房屋建筑的不利影响 。该 结构体系把车站建筑和高架桥分离成两个完全 独立的力学系统 ,受力及传力明确简洁 ,可解决 车站振动控制和基础沉降控制这两个结构设计 施工中的难题 。
从使用功能上看 ,空间框架结构体系和框 架 + 桥梁结构体系适用于大中型车站 ;桥梁结
铁道建筑 2000 年第 3 期
图 3 框架 + 桥梁式车站结构
有人认为wk.baidu.com结构体系切断了框架纵横梁的 联系 ,削弱了车站建筑的整体性 ,需增加柱网 。 我们认为 ,只要适当调整高架桥墩柱和房建框 架柱的相对位置 ,这个问题不难解决 (见图 4) 。
该结构属桥梁 、房建结合方案 ( 见图 1) 。 高架站先形成空间框架结构 ,再在其上形成连 续板梁 。该结构体系受力合理 ,结构整体性和 稳定性好 。
高架车站的荷载与房屋建筑一般所受荷载 完全不同 ,活载占的比重大且受载点不断变化 。
— 12 —
当列车以一定速度通过高架车站时 ,高架 车站产生振动 。框架结构的动力稳定性一般比 桥梁结构差 ,因此高架车站的振动控制成为结 构分析和设计的关键问题之一 。
桩基可以将上部荷载有效地传递到压缩性小的 深层土层中去 ,以满足上部结构物对基础承载 力和变形的要求 。桩基能有效地承受横向水平 荷载 ,其抗震及抗动载性能好 。
经验表明 ,在设计中选择合适的桩基持力 层 、以及桩径 、桩长 、桩间距等参量 ,可以使各桩 基的总沉降量大致相等 。饱和粘土地基的沉降 过程是一个固结沉降过程 。各桩基础在总沉降 量相等的条件下 ,它们的沉降时程曲线基本相 同 ,而且车站横梁对各立柱的沉降能起调节作 用 。所以 ,各桩基础在沉降过程中的沉降差 ,能 被控制在很小的范围内 。
图 4 框架 + 桥梁式车站梁柱布置示意
— 13 —
而且 ,框架横向既可以是四柱三跨 ,也可以是三 柱二跨 ,不受高架桥的影响 。
3 振动控制
高架车站必须通过减振措施来减小走行部 分对车站主体结构的动力影响 。橡胶支座的运 用对高架车站的振动控制效果明显 。以上海 “明珠线”某框架式车站为例 ,框架上面采用预 应力混凝土低高度连续板梁 ,板梁下设板式橡 胶支座 。高架桥上荷载通过支座传递至站房结 构的中立柱和框架横梁上 。板梁单支撑传力于 车站中立柱上 ,双支撑作用在框架横梁上 (如图 5) 。
4 基础沉降控制
位于软土地区的高架车站 ,基础沉降是一 个突出的问题 。国内外工程实践和理论研究表 明 :在软土地基上 ,桩基础是首选的基础形式 。
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铁道建筑 2000 年第 3 期
(4) 定向支座或锚固式支座 适用于烈度 为八度以上的地震区 。
目前在我国 ,高架车站的结构研究是一个 值得重视的课题 ,尤其对于桥梁 、房建合一的车 站结构 ,受力 、传力方式不甚明确 。本文对高架 车站结构仅进行了初步的分析和探索 ,今后对 高架车站的结构形态 、静动力性能 、抗震 、疲劳 、 振动和基础沉降等问题还需深入研究 。
南京地铁高架车站的桩基础均采用钻孔灌 注桩 ,满足了承载力和基础沉降的要求 。上海 江湾镇高架车站采用了锤击高强预应力混凝土 管桩 ( PHC 桩) ,效果良好 。在设计施工中应严 格控制各桩基础间的沉降差 ,比如在验算某横 向框架两对基础时得到 :中柱桩基础的沉降量 为 9185 cm ,边柱桩基础为 8194 cm ,沉降差为 0191 cm ,确保了不均匀沉降差在 1 cm 范围以 内 ,满足了设计要求 。
框架结构受载不均匀 ,易造成基础的不均匀沉 降 ,特别是在地质条件不好的地段 。一旦发生 基础不均匀沉降将损坏结构 ,而且修复困难 。
图 1 空间框架式车站结构
2 结构形式和比选
国内外高架车站一般为 2～4 层 ,站台层位 于结构最上层 ,与区间高架桥等高 。一般采用 现浇或预制钢筋混凝土结构 ,优先采用预应力 混凝土结构 。常见的结构形式有三种 。 211 空间框架结构体系
(2) 可发挥桥梁结构和框架结构各自的特 点和优越性 。高架桥适于承受列车快速移动荷 载 ,框架结构在各类车站站房中广泛采用 ,给车 站的功能布置和使用带来方便 。框架 + 桥梁结 构体系发挥了二者的优点 。
(3) 高架车站的结构设计大为简化 。高架 桥和车站建筑可以依据现行的国家规范 ,分别 进行独立的设计计算 。
桥跨结构可选择的断面形式有箱梁 、T 形 梁 、板梁和槽形梁等 。箱梁截面抗扭刚度大 ,整 体受力性能和动力稳定性好 ,正在规划的广州 地铁 2 号线高架车站拟采用这种形式 。T 形梁 刚度大 ,材料用量省 ,还可采用预制吊装法施 工 ,宜优先采用 。
墩柱常用的结构形式有 T 形墩 、双柱墩 、V 形墩和 Y 形墩 。在高架车站中的墩柱应具有 足够的强度和稳定性 ,在轨道列车作用下应避 免产生大位移 。 213 框架 + 桥梁结构体系
属于桥建分离方案 (见图 3) 。主体结构分 为两个部分 :车站建筑和高架桥 。车站建筑包 在高架桥之外 ,高架桥从房屋建筑中穿过 ,二者 在结构上完全分开 ,受力明确 ,传力简洁 。
车站建筑和高架桥受力自成系统 ,可防止 列车运行对车站的不利影响 ,基础的不均匀沉 降和车站建筑的振动问题可得到解决 。“明珠 线”部分高架车站采用了这种结构形式 。 214 结构形式的选择
城市轨道交通高架车站结构研究
温宇平 高 日 刘智敏
(北方交通大学土木建筑工程学院)
【提要】介绍城市轨道交通几种高架车站的结构形式及其适用条件 ,评述减小高架车站振 动和基础沉降的结构措施 。 【关键词】城市轨道交通 高架车站 结构研究
1 前言
我国城市轨道交通建设正面临大发展的机 遇 。城市轨道交通体系按走行方式划分为地 面 、地下和高架三种 。当前城市轨道交通建设 出现了线路高架化趋势 ,使高架车站应运而生 。 目前上海正在修建我国第一条高架轻轨线“明 珠线”,在全部 19 个车站中 ,高架车站占 16 个 。 高架车站属地上高架结构 ,轨道列车运行于结 构最上层 。高架车站既不是单一的房屋结构 , 也不是单一的桥梁结构 ,而是桥梁和房建融合 在一起的结构体系 。作为一种新的结构形式 , 高架车站的结构特性有待进行深入的研究 。本 文就高架车站结构的三个关键问题进行初步分 析和探讨 。
南京地铁南北 1 号线工程共有 5 个高架车 站 ,均采用空间框架结构体系 。框架横向为三 柱二跨 ,纵向柱距为 8～12 m 。行车道梁采用 钢筋混凝土板梁 ,简支或连续支承于框架横梁 上。 212 桥梁结构体系
属于桥建结合方案 。高架站先形成桥梁结 构 (梁 、墩柱 、基础) ,再在桥上布置站台 (见图 2) 。
图 5 高架车站橡胶支座布置示意图
5 结束语
根据高架车站不同的结构特点 ,动载和静 荷载的大小等综合因素 ,采用以下不同支座 :
(1) 板式橡胶支座 最适用于纵向跨径小 , 动静载较小的车站 。
(2) 四氟滑板式支座 适用于纵向跨径大 、 位移量大的车站 。
(3) 盆式支座 适用于动静荷载很大 、位移 量大 、当地地震烈度不超过八度的车站 。
铁道建筑 2000 年第 3 期
图 2 桥梁式车站结构 (箱梁 , Y 形墩)
构体系适用于小型车站和中间站 。 就大型车站而言 ,从结构性能上对比 ,我们
认为应优先采用框架 + 桥梁结构体系 ,理由为 : (1) 可解决高架车站最突出的力学问题 ,即
列车动力荷载对车站房屋建筑的不利影响 。该 结构体系把车站建筑和高架桥分离成两个完全 独立的力学系统 ,受力及传力明确简洁 ,可解决 车站振动控制和基础沉降控制这两个结构设计 施工中的难题 。
从使用功能上看 ,空间框架结构体系和框 架 + 桥梁结构体系适用于大中型车站 ;桥梁结
铁道建筑 2000 年第 3 期
图 3 框架 + 桥梁式车站结构
有人认为wk.baidu.com结构体系切断了框架纵横梁的 联系 ,削弱了车站建筑的整体性 ,需增加柱网 。 我们认为 ,只要适当调整高架桥墩柱和房建框 架柱的相对位置 ,这个问题不难解决 (见图 4) 。
该结构属桥梁 、房建结合方案 ( 见图 1) 。 高架站先形成空间框架结构 ,再在其上形成连 续板梁 。该结构体系受力合理 ,结构整体性和 稳定性好 。
高架车站的荷载与房屋建筑一般所受荷载 完全不同 ,活载占的比重大且受载点不断变化 。
— 12 —
当列车以一定速度通过高架车站时 ,高架 车站产生振动 。框架结构的动力稳定性一般比 桥梁结构差 ,因此高架车站的振动控制成为结 构分析和设计的关键问题之一 。
桩基可以将上部荷载有效地传递到压缩性小的 深层土层中去 ,以满足上部结构物对基础承载 力和变形的要求 。桩基能有效地承受横向水平 荷载 ,其抗震及抗动载性能好 。
经验表明 ,在设计中选择合适的桩基持力 层 、以及桩径 、桩长 、桩间距等参量 ,可以使各桩 基的总沉降量大致相等 。饱和粘土地基的沉降 过程是一个固结沉降过程 。各桩基础在总沉降 量相等的条件下 ,它们的沉降时程曲线基本相 同 ,而且车站横梁对各立柱的沉降能起调节作 用 。所以 ,各桩基础在沉降过程中的沉降差 ,能 被控制在很小的范围内 。
图 4 框架 + 桥梁式车站梁柱布置示意
— 13 —
而且 ,框架横向既可以是四柱三跨 ,也可以是三 柱二跨 ,不受高架桥的影响 。
3 振动控制
高架车站必须通过减振措施来减小走行部 分对车站主体结构的动力影响 。橡胶支座的运 用对高架车站的振动控制效果明显 。以上海 “明珠线”某框架式车站为例 ,框架上面采用预 应力混凝土低高度连续板梁 ,板梁下设板式橡 胶支座 。高架桥上荷载通过支座传递至站房结 构的中立柱和框架横梁上 。板梁单支撑传力于 车站中立柱上 ,双支撑作用在框架横梁上 (如图 5) 。