上海城市轨道交通明珠线车站结构设计

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  ——江湾镇车站高架三层结构设计 林秋萍 (上海铁路局福州勘测设计院 350013) 提要： 本文根据“上海城市轨道明珠线江湾镇车站”的工程实例，对高架三层双侧式站台车站的结构设计原则、荷载取值、内力组合、计算及桩基设计等问题进行粗浅探讨。 关键词： 城市轨道 高架     ——江湾镇车站高架三层结构设计林秋萍　(上海铁路局福州勘测设计院　350013)　　　　提要：本文根据“上海城市轨道明珠线江湾镇车站”的工程实例，对高架三层双侧式站台车站的结构设计原则、荷载取值、内力组合、计算及桩基设计等问题进行粗浅探讨。　　关键词：城市轨道　高架　双侧式站台　内力组合　PHC桩The Structural Design of Shanghai Urban Rail Transit Pearl Line——The Structural Design of the Three—Storeyed Elevated Station of JiangWan TownLin Qiuping　(Shanghai Railway Fuzhou Survey & Design Institute,Fuzhou 350013)　　Abstract：Based on the project of JiangWan Town Station of Shanghai Urban Transit Pear1 Line,this paper suggests the structural design principles of the three-storeyed elevated two-sided-platform station.The problems of load values and the different combinations of internal forces are carried out via theoritical analysises,And the design of the pile foundation of the project is also discussed.　　Keywords： urban rail transit　elevated　 two-sided-platform　 PHC Pile　 internal force combination　　1　前言　　高架轨道交通是现代化城市、整体公共交通服务设施之一，它有效合理地组织客流，解决城市面临交通堵塞、拥挤现象，使其在时间、空间上做到有机衔接，使地面、地下、高架的各种交通方式形成立体网络。目前世界上有32个国家82座城市有快速轨道运输系统无论是西方发达国家，还是发展中国家和地区都持续、广泛地在都市区域发展轨道交通系统，巴黎有17条线，总长302km，莫斯科有9条，线总长230km，东京有13条线路，亚太地区在新加坡、汉城、台北等也都建设了轨道交通系统。近几年来，人们越来越认识到城市交通是城市赖以生存和发展的基础，直接影响城市功能的发挥和社会经济繁荣，轨道交通是解决城市交通的理想工具，因此，轨道交通建设是城市现代化的重要标志之一。　　上海城市轨道交通明珠线是国内除香港特区外的第一条高架轻轨交通线，它沟通中心城区与南北两翼的客运交通，是上海市主体交通中一条大运能的客流设施，采用高架方案与修建一般轨道交通线相比，有征地拆迁量少，施工简单、开工面宽、对道路交通干扰小、影响地下管线少等有利条件，因而相对投资少、工期短、成本回收较快、建成后会收到运输客流效率高、缓冲地面交通拥挤、明显节约用地的功效。2　工程概况　　上海城市轨道交通明珠线现已在紧张的施工中，一期工程共有19个车站，其中大部分为二、三层车站，笔者承担江湾镇车站的结构设计。该站为“高架三层双侧式站台”的车站，总建筑面积为10728.3m2，站房规模按2020年最大客流量23576人次设计，站内桥梁轨面绝对标高为14.8米。底层架空通行人流、车流，局部半地下室；一期建成车站总长度为150米，远期发展为190米，按8节车厢编组，车站宽22.2米，檐口高度17.4米，沿车站总长三分点处设置两道伸缩缝，将车站分为南、北、中三段，站房底层除中段设降压变电所外，其余均为敞开，二层中段为设备及管理用房，南北两段为售票厅及站厅，三层为站台层，并在二、三层间设通长电缆夹层，车站平、剖面

www.gong66.com图详见图1、图2：　图1　平面图(三层平面)　　车站采用现浇钢筋砼框架结构，行车部分桥道板采用板式橡胶支座简支在站房横向框架梁上，屋面为螺栓球节点钢网架结构，基础采用锤击高强预应力离心砼管桩(PHC桩)。3　上部结构设计3.1结构布置　　高架轻轨车站的站房结构不同于一般的房屋建筑，它既有列车通过又有列车制动停留在站内的工况，它是桥梁和房建融汇一起的结构体系，在结构选型时，有二种方案：一种为桥、建结合方案，另一种为桥、建分开方案，二种方案各有优、缺点，后者：则受力明确，传力简捷，桥与建各有现行的国家规范可循，各有比较定型的结构设计与计算方法；但桥与建分离体系需增加柱网，并切断了框架结构纵、横向联系，削弱了结构的整体性，不利于结构抗震；前者：是把桥墩作为房屋框架结构的一部分，框架纵、横梁对桥墩均能起到约束作用，减少了桥墩计算高度、柱网简单、降低了线路标高和建筑标高，便于使用，从而可节省工程造价；但桥、建合一，没有现行统一的规范与标准可循，设计时，必须对不同的构件，采用两种不同的规范进行综合分析，结构计算也颇为复杂。　　本车站因受站内轨顶标高的限制及城市规划对底层净高的要求，只能采用桥、建结合的型式，上部结构为全框架，设计中力求尽可能减少柱、墩占用的面积，以利平面布置，根据桥道板的跨度及厚度，纵向柱距定为10米，横向22.2米宽，原设计方案设四排柱，经计算分析后，改为三排柱并满足柱顶水平位移限值及横梁挠度要求，从而降低了上、下部结构的工程造价，便于建筑平面灵活布置。　图2　剖面图3.2结构设计原则3.2.1车站建筑结构的安全等级按“一级”要求进行设计；3.2.2保证本建筑有足够的承载力，刚度和稳定性，在设计结构关键部位时留有一定余地以策安全。3.2.3车站结构的抗震按“乙类”建筑，地震设计烈度按7度计算，并按8度抗震构造措施。3.2.4框架抗震等极按“二级”考虑。3.2.5车站结构设计不仅满足建筑结构设计规范，对直接承受行车部分传来的荷载的主要构件同时必须满足铁路桥涵设计规范。3.3结构计算　　我国对不同类型的结构是采用不同的计算方法，普通钢筋砼桥基本上采用容许应力法计算，这是由于在其设计中起控制作用的问题往往是使用荷载下的疲劳，故宜按弹性工作分析并取用较大的安全系数，房屋结构方面是按极限状态法计算的，考虑受弯构件破坏前的弹塑性工作阶段，能更好地反映实际工作情况。　　结合车站的特点，考虑到列车在站内及进出站时行驶速度均比在区间桥内的行驶速度慢得多，列车行驶所产生的纵向力对整个结构的影响也相对较小，经分析，在车站结构构件设计中，除了桥道板、直接搁置桥道板的框架横梁、框架柱采用容许应力法计算外，其余构件均按极限状态法计算。3.3.1荷载取值　　通过本工程结构构件的受力分析，综合所有各种可能对结构产生内力的荷载，将荷载分为主力、附加力、特殊力三类，在设计中，部分荷载(一般房屋建筑设计中不考虑的荷载)的取值按如下原则：　　(1)车辆静活载图式见图3，根据列车轮位所处位置的变化而产生内力的影响线，经计算得出：满载时，对中支座，轮位最不利时产生的最大支座反力Rutm=445KN，对边支座、轮位最不利时产生的支座最大反力Rstm=355KN，在分析最不利荷载情况下，为减少荷载组合组数，当站内线路有车时，对中间跨框架梁集中力均取445KN，边跨梁均取355KN。　　　　　　　　　　　　　　 满载时　P=170KN图3车辆荷载图式　 空载时=P=80KN　　(2)车站位于线路弯道时，列车离心力根据行驶速度、弯道半径求得，列车在站内行驶速度：空载时V=60Km/h，满载时V=30Km/h。　　(3)冲击力为列车静活载产生的力乘以冲击系数，本设计冲击系数根据桥道板的跨度推算为1.334。　　(4)列车制动力或牵引力：站内单线有车时取车辆静活载产生力的15%计算，站内双线有车时，取车辆静活载产生力的10%计算。　　(5)列车横向摇摆力取4.25KN/m；　　(6)伸缩力(T1)、挠曲力(T2)，断轨力(T3)均由铁道部科学研究院提供，作用在10米梁下：T1=4.812KN,T3=50.4KN，T2很小，忽略不计。　　(7)温度变化的影响按杆件升温20。或降温15℃来计算。　　(8)支座差异沉降量取0.5厘米，差异沉降是由各支座的不均匀沉降引起的，考虑沉降产生过程是在很缓慢时间中形成的，故按1厘米的支座沉降差乘50%来计算，即取0.5厘米的差异沉降作为计算值。3.3.2框架横梁(KJL)和框架柱(KJZ)的计算。　　本车站结构设计的重点之一即对框架横梁及框架柱的计算、配筋，根据文献［2］规定：采用容许应力法计算，对不同的内力组合，将材料的容许应力乘以不同的提高系数，根据结构的特性，就其可能的最不利内力组合情况进行计算，为此，计算前，首先要对所有内力进行组合分析。站内存在单线有车，双线有车，双线均无车等几种可能工况，再考虑主力、主力与附加力、主力与特殊力的几种内力分别组合，对横向框架和纵向框架、列出所有可能出现的各种内力组合，经分析比较，排除了部分对内力计算结果不起控制作用的组合，最后，纵、横向框架均按表1、表2所列内力组合进行内力计算，其中表1为横向框架内力组合，表2为纵向框架内力组合。　　表1组合Ⅰ主　力ⅠA恒载+楼面活载+列车静活载(单线)+雪载+冲击力+离心力ⅠB恒载+楼面活载+列车静活载(双线)+雪载+冲击力+离心力组合Ⅱ主力+附加力ⅠB(扣除离心力)+温度变化影响+摇摆力+风力组合Ⅲ主力+地震力ⅠA+地震力表2组合Ⅰ主　力ⅠA恒载+列车静活载(单线)+雪载+两轨伸缩力ⅠB恒载+列车静活载(双线)+雪载ⅠC恒载+雪载+四轨伸缩力组合Ⅱ附加力ⅡA　ⅠA+温度变化影响+制动力(单线)+风力ⅡB　ⅠB+温度变化影响+制动力(双线)+风力ⅡC　ⅠC+温度变化影响+风力组合Ⅲ主力+地震力ⅢA　ⅠA+地震力ⅢB　ⅠC+地震力组合Ⅳ主力+特殊力ⅣA+ⅠA(单轨伸缩力)+单轨断轨力+制动力(单线)ⅣB+ⅠC(三轨伸缩力)+单轨断轨力　　对横向框架计算仅取①轴(边跨)和④轴(中跨)分别进行内力组合及配筋计算，求得中、边跨横梁配筋及框架中、边柱横向的配筋，计算结果表明：组合ⅠB是最不利内力组合，其计算结果所需配筋最多，支座差异沉降产生的内力较大，是不可忽视因素；温度变化对杆件内力 影响较小，可略而不计。 　　对纵向框架计算取?轴和?轴进行内力组合及配筋计算，求得框架中、边柱纵向的配筋，计算结果表明与横向框架截然不同，组合ⅡB是最不利内力组合，温度变化对构件内力影响很大，而支座差异沉降产生的内力则较小。3.3.3两种计算方法结果比较　　除上述KJL及KJZ外，车站其余结构杆件均按建筑规范设计，即按极限状态法计算。由于车站结构设计中同时采用容许应力法和极限状态法两种方法，其计算结果究竟相差多少呢?这是一个关注的问题，为此，设计中笔者取同一构件采用两种计算方法加以比较，从计算结果分析可粗略得出以下结论：按极限状态法计算，其内力约为容许应力法的1.2～1.3倍，对于配筋，则容许应力法约为极限状态法的1.4～1.7倍。4　基础设计4.1工程地质概况：　　本车站所处场地工程地质条件较为复杂，南段为古河道，北段为古河道边缘，均为第⑤层粘性土及粉

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