广州地铁设计研究院股份有限公司 510010
摘要：地铁车站对大跨度的需求越来越高，本文介绍了某大跨度车站设计中结构标准断面的计算与分析，为类似设计提供参考并针对大跨度车站和考虑后期侧墙大范围开洞预留接驳条件的车站设计提出建议。
关键词：地铁车站；大跨度；结构设计
引言
随着社会的进步和地下工程的快速发展，人们对地铁的需求越来越高，地铁需要承载的人流量也越来越大，大跨度车站成为提高地铁乘坐舒适度的一种选择。
近年来许多学者对大跨度车站进行了研究。杨成蛟等[1]以沈阳3号线为依托，对11m岛式站台明挖无柱拱形地铁车站进行了力学性能、建筑空间和管线综合等方面的研究；林伟波[2]采用有限元分析方法研究顶板加腋式大跨无柱地铁车站在正常工况下顶板的受力性能以及地震作用下车站的响应特性；吴祥等[3]对大跨度车站快速施工展开研究，提出了创新工艺和措施。目前大跨度车站的研究工作还需要以实际案例为基础进行完善，本文以某大跨度地铁车站为工程背景，介绍分析车站公共区大跨度结构设计计算结果，为后续类似项目提供参考。
1、工程背景
车站为地下二层双岛四线同台换乘车站，车站全长441.505米。车站标准段宽为45.3米，车站基坑开挖深度约为18.5米。车站为地下二层三跨箱型框架结构。车站上层为站厅层，下层为站台层，站厅层一侧为墙体后期大范围打开为后续线路提供接驳条件。
拟建场地地层岩性为:场地地层自上而下依次为<1>填土、<2-2>淤泥质粉细砂、<2-1B>淤泥质土、<2-3>淤泥质中粗砂、<2-4>粉质粘土、<4N-2>粉质粘土、<5N-1>残积土、<7-3>泥质粉砂岩强风化、<8-3>泥质粉砂岩中风化、<9-3>泥质粉砂岩微风化。本站基坑深度范围淤泥质砂层较厚，基底主要位于<7-3>、<8-3>及<9-3>泥质粉砂岩风化层。
2、主体结构计算
2.1主要尺寸拟定
本站采用地下两层箱形框架结构，由边墙、立柱、梁板组成结构体系、顶板、中板承受竖向荷载，通过纵向主梁下的柱子、内墙和边墙将荷载传递到底梁和底板。车站上层为站厅层，下层为站台层，站厅层一侧为墙体为后续线路提供接驳条件。标准横断面如图1所示。
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图1车站标准横断面图
顶板边跨跨度为13.4m，中间跨跨度为18.5m，站厅层高度为6.85m，站台层高度为7.3m，站台层隔墙同期施作至中板。顶板中间跨板厚取1.2m，边跨板厚0.9m；侧墙板厚为0.7m；底板板厚为1m；中板中间跨板厚为0.4m，边跨板厚为0.5m，顶板中间腋角为800mm×2400mm水平卧置，其余其余腋角为400mm×1200mm。
2.2计算模型与计算简图
主体结构计算采用荷载结构模型有限元单元法进行计算，车站结构按底板作用在弹性地基上的平面闭合框架结构进行内力分析。沿车站纵向，取一延米作为计算单元。侧壁和底板的土体以只压弹簧来模拟。用布置于节点上的弹簧单元来模拟地基与底板的相互约束；假定弹簧不承受拉力，即不计地基与底板间的粘结力；弹簧受压时的反力即为地基对底板的弹性抗力。围护桩和内衬墙按重合结构考虑，两者靠在一起，之间设置隔离层防水板，它们之间只传递压力，不传递拉力和剪力，围护结构与主体结构之间采用压杆模拟。围护结构承担土压力，主体结构侧墙承担水压力。围护结构刚度按50%折减。
1000厚连续墙折算：
1000×10003×0.5=1000×h13，得h1=794mm；
800厚连续墙折算：
1000×8003×0.5=1000×h13，得h1=635mm；
围护墙上的土压力取为定值，土弹簧设置于开挖侧坑底以下。
计算简图按实际主体结构计算跨度建立。
2.3标准墙板断面计算
车站上层为站厅层，下层为站台层，站厅层一侧为墙体为后续线路提供接驳条件。
前期分析证明地震工况和施工工况不起控制作用，本文标准断面计算根据荷载变化考虑满水工况和枯水工况两种，根据使用情况考虑侧墙打开接驳前与接驳后的工况。实际配筋根据计算两种工况下的结果进行包络设计。
采用AutoDeskRobotStructureAnalysis有限元结构分析通用程序计算。图2为两种工况下结构的弯矩图，左图为新线接入前工况，右图为新线接入后工况。
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图2侧墙打开前与打开后的弯矩图（kN•m）
根据受力计算情况，考虑腋角对弯矩的削峰作用，按裂缝控制进行配筋，配筋计算根据《混凝土结构设计规范》[4]进行计算，以顶板为例，顶板边跨跨中弯矩为745kN•m（侧墙打开预留接驳范围弯矩为1180kN•m），顶板中间跨跨中弯矩为2617kN•m，裂缝按0.3mm控制进行计算；中支座处考虑腋角作用需要计算两个断面，腋角根部和考虑腋角1/3宽度进行削峰（由于计算中未考虑腋角范围刚度加大的影响，腋角削峰不宜过多），对于腋角根部计算中板厚取板厚+腋角厚度，对于1/3腋角宽度位置仅考虑板厚，裂缝按0.2mm控制进行计算，顶板配筋结果如下：
顶板中间跨跨中采用32@100（第一排）+28@100（第二排）；边跨跨中你采用28@100（站厅层需要新线接驳一侧配筋为32@100）；中间支座采用32@100（第一排）+25@100（第二排）；边支座采用32@200+25@200。
经过对新线接入前后两种工况的比较可以发现侧墙打开接驳以后，接驳口一侧跨中弯矩增大，设计中需要格外注意核实工况是否具有包络性。对于大跨度车站受力较大，支座处计算考虑腋角作用更为合理，对于跨度较大的车站腋角可以根据具体情况加大。
计算中需要格外注意中板受力，对于仅底层布置墙体的结构需要验算中板在满水工况下的受力，防止中板由于水浮力的作用破坏，如果中板受力比较大可以考虑底层隔墙后做，计算中不考虑隔墙的作用。
3、结语
本文介绍了某大跨度车站设计过程中的思路和计算方法。经过计算结果可以发现大跨度车站在支座位置的负弯矩非常大，并且支座处裂缝控制更加严格，如果只是为了支座满足设计要求而加大整个板厚是不经济的，建议设计中采用设计大腋角的方式使结构形式更加合理。对于预留接驳后期侧墙需要大范围打开的位置，需要单独对后续工况进行验算，如果设计中未考虑所有工况可能在后续接入过程中留下安全隐患。
参考文献
[1]杨成蛟,王晶,张喜桥.11m宽岛式站台明挖无柱拱形地铁车站的设计[J].城市轨道交通研究,2019(6):56-60；
[2]林伟波.顶板加腋式大跨无柱地铁车站结构静动力性能研究[D].
[3]吴祥,张亚峰,包高强.大跨度或超宽地铁车站快速施工技术[J].山西建筑,2019,045(001):80-82.
[4]中华人民共和国国家标准.混凝土结构设计规范（GB50010-2010）2015版[S].中国建筑工业出版社,2015.