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摘要：国内外地铁车站的结构型式绝大多数为梁柱结构的箱型结构体系，也是目前比较经济的结构型式。随着人们对车站的便利性、美观性和舒适性要求的提高，无柱车站方案越来越多的出现在全国各地的地铁建设中。随着城市规划的不断更新和发展，城市轨道交通线路网越来越密集，换乘车站随之增多，因此无柱换乘车站的方案也崭露头角。
关键词：大跨无柱；换乘车站；结构方案
引言：
伴随着轨道交通事业的发展和建设技术水平的不断提高，在地铁车站结构设计当中无柱车站成为了一种新型的建筑结构形式，同时由于城市规划路网的不断增多，换乘车站也逐渐常态化。基于此，本文针对大跨无柱换乘地铁车站结构方案并结合换乘车站的周边管线及建构筑的情况进行综合分析，为了解大跨无柱地铁车站结构设计提供了有效的参考和依据，为大跨无柱地铁车站的换乘节点设计提供新的思路。
1.无柱地铁车站建筑模式分析
我国轨道交通快速发展的同时伴随着设计理念、施工水平的不断调高，在地铁车站建设的过程中通过参考、借鉴世界上成功的案例不断进行总结和完善，逐渐形成了先进的设计理念和设计思路，无柱地铁车站就是这样一种新型的建筑模式。对于一座标准地下车站而言，结构形式通常为单柱双跨或双柱三跨，公共区纵向柱跨多为9m，取消结构柱能够在保持车站宽度不变的情况下有效加大公共区的宽度，给乘客提供更宽敞、更通透的公共空间。
2.无柱地铁车站结构方案分析
无柱车站，因缺少了梁柱结构受力体系，各层板的受力形式也被改变。对一般地铁车站单柱双跨或双柱三跨结构而言，采用的是沿线路纵向设纵梁，将楼板划分为纵向的单向板，楼板跨度一般不超过11m，顶板厚度根据覆土厚度、跨度不同一般取700～900mm不等，中板板厚一般为400mm，底板根据深度不同一般在900～1200mm之间。对于无柱地铁车站，跨度达20m甚至更多，顶板与侧墙相交位置负弯矩、剪力都特别大，显然不能一味通过加大板厚来解决问题。
3.大跨无柱换乘节点结构方案对比
本文结合广州环线某一换乘车站进行具体分析。本站车站长度382m，地下三层岛式车站，站台宽度为13m，为了提高车站公共区舒适度及视野开阔度，提升地铁车站服务水平，车站公共区采用无柱单跨的箱型结构体系，由于端头处与佛山地铁线呈“T”型换乘，因此换乘节点处采用无柱大跨的结构方案。沿车站纵向最大跨度23.1m，沿车站横向最大跨度约28.7m。
3.1常用的无柱车站结构型式
3.1.1密肋梁方案
为减少板厚，节省钢筋混凝土工程量，顶板可考虑采用密肋梁方案，密肋梁一般取高2~2.5m，宽0.5~0.8m，间距2~3m，顶板厚0.5~0.8m。由于角点内力较大，在顶板与侧墙相交处仍需加大结构厚度以满足裂缝验算要求。密肋梁方案结构刚度较好，但由于梁高较大，为满足各种设备管线的布置要求，故需加大站厅层层高，此外密肋梁方案施工较复杂，速度较慢。由于地铁轨面线标高已经确定且上部市政管线较多，不采纳此方案。
3.1.2变截面板方案
该方案主要是通过结构的板墙来满足受力要求，构件尺寸根据矩形箱体的内力计算结果确定。由于跨度较大，结构顶板由普通的700mm~900mm需加厚至1800mm~2200mm，侧墙由700mm加厚至1100mm。此方案具有施工简单快捷，无需特殊预留等优点，施工质量容易得到保证，但经济性稍差。采用该方案可在满足结构强度和刚度要求的前提下，减小跨中板厚，从而减小钢筋混凝土工程量。顶板中部净高较大，可满足车站内部管线的敷设要求，施工相对较简单且速度较快。但整体板厚仍相对较厚，同时受轨面和地面管线影响，不采纳此方案。
3.1.3 预应力结构
该方案抗裂性能好，结构刚度大，可以有效降低板厚，由2000mm降低至1600mm左右，从而减小钢筋混凝土工程量；但此方案工艺复杂，施工麻烦，同时采用预应力钢筋需要预留张拉空间，围护结构施工时需预留出张拉空间，造成围护结构造价增大，预留张拉空间后，主体结构外侧模板支设也较为繁琐，大大降低施工效率，延长施工工期，因此不采纳此方案。
3.1.4拱形折板结构
该方案能够有效降低板厚，顶板厚度可以由2000mm降低至900mm~1000mm，该方案在变截面板的基础上，将中部板局部上抬，顶板平面位置处每隔6m左右设置一道横向支撑梁，不但可以满足建筑净高要求，也可满足设备管线及市政管线的敷设要求。
经以上方案比选，最后选择拱形折板结构的换乘方案，该方案不但可以减小结构尺寸厚度，也可以大大提高站厅层的净高，提供更宽敞透明的公共空间。
3.2 无柱换乘节点梁柱方案的选择
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图3.1 拱形折板方案顶板平面布置示意图
由于换乘节点处沿车站纵向最大跨度23.1m，沿车站横向最大跨度约28.7m。整体方案确定后，还需要确定梁柱结构的形式。换乘节点处若采用钢筋混凝土结构，柱结构尺寸需要采用2200mm的钢筋混凝土方柱，尺寸过大，不但影响建筑空间布置，视觉效果较差，也影响美观；结构梁采用钢筋混凝土结构，截面尺寸需要做到3000mm×5000mm左右，若下翻，势必影响建筑净高，若局部下翻，则结构梁需做至地面，梁位置处无覆土空间，对市政管线敷设影响较大，同时对结构梁也不利，直接承受地面汽车的动力荷载。
权衡利弊并结合现有的梁柱结构形式，最后选择型钢混凝土的梁柱方案，也称为钢骨混凝土结构或组合结构方案，结构梁采用钢筋混凝土结构中部增设工字型型钢作为钢骨，结构柱采用钢筋混凝土结构中增设十字形型钢作为钢骨，钢骨混凝土结构的梁柱方案不但可以降低结构梁柱的尺寸，同时受力性能大大提高，由于型钢外包混凝土结构，也不必考虑钢材的防腐、防锈问题。
4.车站结构处理措施
在地铁设计中，无柱车站结构设计需要注意，在侧墙与顶板连接部位需要进行结构的加强处理，增大腋角尺寸，如果腋角尺寸增大受其他因素制约不能够实现时，那么就需要采取其他措施进行加强；无柱意味着底板需要承受更大的内力，一种解决思路是底板加厚同时加大配筋，另一种解决思路是在底板中部设置抗拔桩，以此来起到代替柱子减跨的作用。在已经投入使用的无柱地铁车站当中，单排抗拔桩方案使用较多，但采用多排抗拔桩可以明显降低桩的受力，较多的接头也带来了防水方面的隐患，在使用时结合具体环境进行比较选择。
结束语：
无柱地铁车站有着自身独特的优势，建筑风格独特、站厅层公共空间大且为装饰和装修工作提供了丰富想象空间。这也使得无柱地铁车站在地铁的建设过程当中具有较大的实用价值。无柱地铁车站能够有效起到美观、视野开阔等作用，并且作为一种新型的地铁车站建筑形式对传统的设计理念进行了突破。但是在具体的结构处理和建设过程当中必须要充分结合当地的地质情况以及地铁建设的整体方案，只有这样才能够保证建筑工程的质量和外观都达到最好的效果。本文不但为无柱大跨车站提供了方案选择的参考，也为无柱换乘车站的换乘节点的设计方案提供新的思路和建议。
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