时间：2013-11-29 分类：建筑设计
摘要：根据成都地铁2号线东延线高架车站工程设计实践和体会，深入分析了\"干\"字型独柱大悬臂盖梁高架车站在结构体系和受力性能上的特点，并运用Midas有限元软件建模进行整体性能分析，考虑了建筑规范和铁路桥梁规范中的荷载及荷载组合、主体结构墩柱底部桩基与土体间的弹性作用等因素，提出高架车站的分析计算方法、荷载组合选用及结构刚度选择等。
关键词：建桥合一，\"干\"字形，高架车站，结构设计，荷载组合
1前言
林家大堰站位于规划龙工北路道路中央绿化带内，西接经干院站，东接龙泉西站，为高架三层侧式车站，车站采用\"建桥合一\"结构。即将桥梁和房建结构结合，桥梁的盖梁、墩柱、基础为桥梁结构和房建结构共有，桥梁的横向框架通过纵向房建结构梁板整体浇注，形成空间框架体系。车站有效站台长120m,车站总长122.8m，标准段宽22m，地面一层为架空层，地上二层为站厅层，地上三层为行车道层。
车站下方龙工北路为双向八车道，中央绿化带宽约5m。本站周边现状地块以农田及桃梨园为主，基本无建筑物。
2车站结构方案
2.1主体结构形式
本站采用\"建桥合一\"的结构型式，即将桥梁和房建结构结合，桥梁的盖梁、墩柱、基础为桥梁结构和房建结构共有，桥梁的横向框架通过纵向房建结构梁板整体浇注，形成空间框架体系。
车站墩柱单榀结构采用\"T\"及\"干\"字型，两端盖梁悬挑最大长度为9.75m。\"T\"及\"干\"字型墩柱采用钢筋混凝土结构，站台层及站厅层盖梁采用预应力钢筋混凝土结构,轨道纵梁及车站纵横梁均采用钢筋混凝土结构。车站横剖面如图1。
图1车站横剖面图
2.2基础形式
根据地质勘察报告,车站内线路均以高架形式通过,墩柱基础均采用桩基础,以保证高架车站基础传力于基岩持力层,本设计高架车站基础型式采用钢筋混凝土钻孔灌注桩，桩型为端承桩，桩端持力层为中风化岩，桩身混凝土强度等级为C35，设计桩径为1.2m。
2.3雨棚结构形式
本站雨棚结构采用外包轻钢雨棚钢结构体系，由主钢架，H型实腹梁，H型实腹檩条，水平圆钢，撑管及其他屋面系统组成，雨棚顺轨道方向典型柱距为15米及12米。屋面围护结构采用压型彩色钢板。
3结构分析与计算
3.1结构计算规定
车站主体结构设计使用年限为100年，结构安全等级为一级，结构的重要性系数是1.1，基本风压为0.35KN/m2.，建筑抗震设防类别为乙类，抗震设防烈度为7度（0.1g),按8度考虑抗震措施，在结构设计时采取相应的构造处理措施，以提高结构的整体抗震能力。建筑场地类别Ⅱ类，设计地震分组第一组，框架抗震等级为三级，基础的设计等级为甲级。
3.2主体结构计算
地铁\"建桥合一\"高架站的荷载工况、荷载组合及整体刚度均较为复杂，采用PKPM系列软件来模拟高架站不能完全适用，故本站采用MIDAS-Gen进行结构内力计算及结构整体抗震分析。同时由于建筑结构设计规范与铁路桥涵设计规范规定的计算方法不一致，本次计算采用两种方法分别计算，并相互校核，采用最控制的结果。上部结构的梁、板、柱均采用梁单元进行建模，钢筋混凝土楼板采用平面应力单元来模拟。桩土模拟采用节点弹性支撑来实现，在节点局部坐标系的各个方向输入选定节点的弹性刚度，并在柱底设置固接的一般支撑。节点弹性支撑水平向的刚度按照等效原则，即SDx、SDy由水平基床系数乘以相应节点的有效面积得出。
根据作用于每个墩上的外荷载值及其作用点位置，将结构外力加载到盖梁上，并根据轨道交通系统的外力，对两部分进行最不利组合后，进行车站桥墩柱及盖梁的计算。
盖梁、墩柱及桩基础设计均按容许应力法进行计算；墩柱按偏心受压构件计算，配筋按双向受力构件进行设计；盖梁按受弯构件进行计算；纵横梁按照受弯构件计算；桩基按嵌岩桩计算。
上部钢结构雨棚采用同济大学3D3S9.0进行计算分析，将最不利组合的节点荷载作用在盖梁端部，以此来模拟上部雨棚结构对车站的作用。
3.3荷载及荷载组合的选用
3.3.1主要设计荷载
①永久荷载
包括结构自重、附属设备和附属建筑自重（混凝土容重取25kN/m3；框架填充墙砌体容重不大于8kN/m3；建筑装修重量以实际为准）。
②可变荷载
车站均布活载标准值:站厅、楼梯为4.0kN/m2，站台、天桥为5.0kN/m2，综合电源室、信号电源室为8.0kN/m2，车站控制室、通信设备室、综合监控设备室、AFC票务室、信号设备室等设备区为6.0kN/m2，降压变电所、牵引降压混合所为15.0kN/m2，厕所、盥洗室为2.5kN/m2，其他设备用房楼面不得小于4kN/m2。
③温度荷载
温度变化的作用及混凝土收缩的影响，可按现行《铁路桥涵设计基本规范》的规定执行。
混凝土结构随温度升降宜用当地月平均气温为参照来确定，一般取±20℃。混凝土收缩应按照降温15℃考虑。
④地震荷载
本工程地震基本烈度为Ⅶ度，本线高架桥构造上考虑设置防落梁措施。#p#分页标题#e#
⑤碰撞荷载
在可能会被汽车碰撞的墩柱处，宜优先设置防撞护栏。如果个别情况下无条件设置这些防护设施，宜按如下碰撞荷载来考虑，其作用点为路面以上1.2m高度处。与车道平行的方向为1000kN，与车道垂直的方向为500kN。
⑥施工架设荷载应考虑架桥机架桥方案，并考虑架设方法和架设过程中的结构转换，以及吊装冲击和风力等因素的影响。
⑦风荷载
a、轨道梁桥风荷载强度应按现行《铁路桥涵设计基本规范》及《建筑结构荷载规范》的规定取值。
b、轨道梁设计按单线计算轨道梁与列车风荷载。
c、轨道梁桥下部结构设计，双线轨道梁桥，线路等高时应按照100%、50%分别计算迎风面前后两线的列车与轨道梁风荷载，不等高时均应按照100%分别计算两线的列车与轨道梁风荷载。
d、三线及以上轨道梁桥，线路等高时按照100%、50%、25%分别计算前后排列三条线路上的列车与轨道梁风荷载；线路不等高时应按照100%、100%、50%分别计算前后三条线路上的列车与轨道梁风荷载。
e、高架车站内列车风荷载应按照区间列车风荷载的50%计算。
f、与列车重叠的结构体不再计算风荷载。
⑧制动荷载及起动荷载
列车制动力或牵引力作用于车辆重心位置，应按列车竖向静活载的15％计算。轨道梁设计按单线计算列车制动力或牵引力。轨道梁桥下部结构设计时制动力或牵引力应移至支座中心处，双线时应采用二线的制动力或牵引力；三线或三线以上时按照最不利情况考虑，不作折减。
⑨离心荷载
曲线上车辆的离心荷载作用于车辆的重心高度并水平的作用于垂直轨道的方向。
⑩冲击荷载
列车竖向动力作用，按《地铁设计规范》取用，在本车站中取为
。式中：L为计算跨径(m)
⑪列车荷载
活载加载最大长度按一列车六辆编组设计,重车轴重P=140kN,双向按两线活载总和计。列车荷载图示如下
3.3.2采用荷载组合
结构采用典型荷载组合见表1
典型荷载组合表表1
荷载组合1恒载＋活载（满载）＋横向摇摆力
荷载组合2恒载＋活载（偏载）＋横向摇摆力＋单线伸缩力
荷载组合3恒载＋活载（满载）＋横向摇摆力＋双线制动力＋升温
荷载组合4恒载＋活载（满载）＋横向摇摆力＋双线制动力＋降温
荷载组合5恒载＋活载（偏载）＋横向摇摆力＋单线制动力＋双线伸缩力＋升温
荷载组合6恒载＋活载（偏载）＋横向摇摆力＋单线制动力＋双线伸缩力＋降温
荷载组合7恒载＋活载（偏载）＋横向摇摆力＋横向风力＋双线伸缩力＋升温
荷载组合8恒载＋活载（偏载）＋横向摇摆力＋横向风力＋双线伸缩力＋降温
荷载组合9恒载＋活载（偏载）＋横向地震力＋竖向地震力
荷载组合10恒载＋活载（偏载）＋横向地震力－竖向地震力
荷载组合11恒载＋活载（偏载）－横向地震力＋竖向地震力
荷载组合12恒载＋活载（偏载）－横向地震力－竖向地震力
荷载组合13恒载＋活载（偏载）＋纵向地震力＋竖向地震力
荷载组合14恒载＋活载（偏载）＋纵向地震力－竖向地震力
荷载组合15恒载＋活载（偏载）－纵向地震力＋竖向地震力
荷载组合16恒载＋活载（偏载）－纵向地震力－竖向地震力
3.4计算结果
3.4.1采用荷载组合纵向框架梁最大挠度：41mm<[a]=L0/300（L0为框架梁计算跨度）。
3.4.2层间位移角：1/1500<[θ]=1/550满足规范要求。
3.4.3框架梁最大裂缝宽度均满足裂缝宽度不大于0.3mm的要求。
3.4.4盖梁竖向最大位移：22.79mm<L/300=32.5mm
盖梁墩顶横桥向最大位移：15.82mm<=20.0mm
盖梁墩顶纵桥向最大位移：12.17mm<=25.0mm
3.4.5车站主要构件内力及配筋计算结果见表2：
主要构件内力及配筋结果表表2
楼层名称构件名称支座负弯矩（KN.m）配筋（mm2）配筋率（%）跨中正弯矩（KN.m）配筋（mm2）配筋率（%）
站厅层框架主梁
800x14003413147781.4127661580.6
板下夹层框架主梁
900x1200262094400.95142249330.5
站台层框架主梁
350x50017915591.3826700.57
4结语
1）由于桥梁和房建采用不同的规范体系，本次计算采用建筑结构设计规范与铁路桥涵设计规范两种方法分别计算，并相互校核，采用最控制的结果。
2）由于车站采用独柱大悬臂结构形式，横向刚度较纵向刚度相比很小，常规做法是提高墩柱和基础的刚度，但是温度效应随墩柱刚度的增加而增大，边墩承受的温度效应最大，往往起控制作用，所以在温度荷载和横向刚度之间要做出合理的选择。
3）应适当配置温度力钢筋，以便解决温度力过大对结构的影响，设计时考虑温度变化和混凝土收缩对结构的影响，按计算结果加强楼板纵向配筋和边柱的配筋率。#p#分页标题#e#
4）本站同时采用建规和桥规进行结构分析计算，工程量巨大，且不易操作，建议有关方面针对这种结构形式进行研究，制定出统一的高架车站技术规范及相关配套有限元软件。
参考文献：
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