高架车站建筑结构方案比选综合分析

发表时间:2021/6/22   来源:《基层建设》2021年第8期   作者:张飞龙1 元杨英2
[导读] 摘要:研究目的:对建桥分离式、以桥梁结构为主的建桥结合式、以车站结构为主的建桥结合式和建桥一体式四种结构形式,公共区和设备区布局的路中和路侧位置,底层柱支撑数量,三方面分别进行优缺点分析,得到适用于橙线项目的最优组合车站方案。
        1.中国汽车工业工程有限公司  天津  300113;2.天津市市政工程设计研究院风景园林分院  天津  300300
        摘要:研究目的:对建桥分离式、以桥梁结构为主的建桥结合式、以车站结构为主的建桥结合式和建桥一体式四种结构形式,公共区和设备区布局的路中和路侧位置,底层柱支撑数量,三方面分别进行优缺点分析,得到适用于橙线项目的最优组合车站方案。
        研究结论:总结得到以下车站环境时应优先考虑的车站方案类型:(1)车站跨越铁路、公路、河流等处;(2)城市中心区,道路宽度较窄,拆迁难度大;(3)地质条件较差,地震烈度较高地区;(4)火车站、机场等枢纽换乘站,车站高度和景观要求严格;(5)车站周边环境对列车振动和噪音要求较高地区。
        关键词:轨道交通;高架车站;建桥结合方式
        1 不同“建桥结合”方式的结构形式比选
        高架车站的结构形式可归纳为四种:建桥分离式、以桥梁为主的建桥结合式、以车站结构为主的建桥结合式、建桥一体式[1]。
        1.1 建桥分离式车站
       
        图1  建桥分离式车站
        建桥分离式车站(见图 1)的主要特点是轨道梁从车站中间穿过,支撑轨道梁的桥梁与支撑车站的结构完全分开,属不同的结构体系[2],分别依据《铁路桥涵设计规范》及《建筑结构设计规范》设计,施工,优缺点明确(见表 1)。车站和区间的U型梁断面形式一致,车站内的桥梁即是区间桥梁的延续,桥梁设计和施工简便。此类型车站的轨面标高约为6.3m。
        应用建桥分离式结构形式的项目有京沪高速铁路天津南站[3]等项目。
        表1  建桥分离式车站优缺点对比
       
        1.2 以桥梁为主的建桥结合式车站
       
        图2  以桥梁为主的建桥结合式
        以桥梁为主的建桥结合式车站(见图 2)是以桥梁墩柱、悬挑梁、帽梁为主要构件的结构形式。站厅层和站台层的梁柱生根于悬挑梁和帽梁上,车站较宽导致悬挑梁和帽梁的截面比较大。在空间高度一定的情况下,导致线路轨面标高和车站高度较高。具体优缺点对比见表 2。此类型车站的轨面标高约为14.15m。应用于郑州市南四环至郑州南站城郊铁路工程[4]。
        表2  以桥梁为主的建桥结合式车站优缺点对比
       
        1.3 以车站结构为主的建桥结合式车站
       
        图3  建桥一体式车站
        以车站结构为主的建桥结合式车站(见图 3)是由轨道梁、框架梁、柱组合而成,站厅层的框架梁柱尺寸较小,可以满足多种建筑功能布局需求。但轨道梁上列车行驶产生的震动会直接传递到站厅层,因此轨道梁下需要设置减震胶垫来缓解震动。具体优缺点对比见表 3。此类型车站的轨面标高约为14.85m。应用于天津地铁三号线高架站、大连金普线高架站[5]、上海市轨道交通11号线南段工程等项目。
        表3  以车站结构为主的建桥结合式车站优缺点对比
       
        1.4 建桥一体式车站
       
        图4  建桥一体式车站
        目前国内对建桥一体式车站尚无合适的、可直接遵照执行的具体设计规范,设计需从计算与构造两方面考虑桥梁动活载对高架车站的作用,需分别满足建筑结构设计规范和铁路桥涵设计规范中相关要求[6]。
        建桥一体式车站突破了列车荷载由桥梁承担的传统理念,改为由车站框架梁、柱来承担,实现了车站结构和桥梁结构的一体化设计。此类型车站的轨面标高约为14.85m。应用于深圳地铁3 号线高架车站、广州轨道交通十四号线一期工程[7]等项目。
        表4  建桥一体式车站优缺点对比
       
        2.建筑布局比选
        2.1 路中两层高架站
       
        图5  路中两层高架站
        此类型路中两层高架站,公共区和设备区全部在道路两侧地面,路中仅设车站站台和站台板下电缆夹层。道路两侧建筑内公共区域包括非付费区、付费区、乘客售检票区域。设备区域包括车站控制室、站长室、信号设备室、弱电机房、给水泵房、消防泵房、变电所用房等。此类型车站的轨面标高约为9.05m,车站高度较其他类型车站也是最低,适合在高架站和地下站转换处应用。道路两侧建筑可与商业建筑合建,车站本身对道路范围内的城市空间遮挡较少,容易塑造较好的景观效果。
        2.2 仅设备区在道路两侧地面
       
        图6  路中三层高架站(站厅层无设备区)
        此类型路中三层高架站,站厅层位于车站的二层,仅有公共区的付费区、非付费区、车站控制室和站长室。道路两侧建筑包括乘客使用的直达二层的楼扶梯及设备用房。站台层位于车站的三层,乘客通过楼扶梯和电梯在站厅层进行换乘。此类型车站的轨面标高约为14.15m。
        2.3 公共区和设备区全部在路中二层
       
        图7  路中三层高架站(站厅层有设备区)
        此类型路中三层高架站,站厅层位于车站的二层,包括公共区和设备区两大区域。公共区包括付费区和非付费区。设备区其他设备用房。站台层位于车站的三层,乘客通过楼扶梯和电梯在站厅层进行换乘。道路两侧仅有出入口建筑,包括供乘客使用的楼扶梯、电梯和电缆井。此类型车站在道路中间的体量较大,车站较高,道路两侧仅有出入口建筑,因此此类型适用于车站周边拆迁难的区域。此类型车站的轨面标高约为14.15m。
        3.结论与建议
        1)车站跨越铁路、公路、河流等处
        采用柱距较大的建桥分离式车站或以桥梁结构为主的建桥结合式车站。
        2)城市中心区,道路宽度较窄,拆迁难度大。
        采用路中三层独柱高架站,二层为站厅层,包括公共区和设备区,道路两侧仅布置出入口建筑。
        3)地质条件较差,地震烈度较高地区
        采用建桥分离式车站或建桥一体式车站类型,前者建筑结构和桥梁结构分开,各成体系,受力明确;后者建筑结构和桥梁结构整体性和稳定性突出,抗震性能均较好。
        4)火车站、机场等枢纽换乘站,车站高度和景观要求严格
        采用路中两层高架站,车站仅设站台层,站厅层设置于道路两侧。此类型车站高度较低,可塑性强,通过各种造型要素较易塑造景观效果良好的车站形态。
        5)车站周边环境对列车振动和噪音要求较高地区
        采用建桥分离式车站,其将列车 振动通过桥梁墩柱直接传到地下,车站周边环境和人员密集的站厅层与站台层影响较小。
        参考文献:
        [1]纪万金. 轨道交通高架站结构形式[J]. 佳木斯大学学报(自然科学版),2016,34(3):405-407.
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        [2]毛学锋,许智焰,周永礼. 深圳地铁3号线高架车站结构设计研究[J]. 铁道工程学报,2011(12):94-98.
        Mao Xuefeng,Xu Zhiyan,Zhou Yongli. Research on structural design of elevated station of Shenzhen Metro Line 3 [J]. Journal of railway engineering,2011(12):94-98
        [3]王霞,吴大宏. 京沪高速铁路天津南站站台梁设计[J]. 铁道标准设计,2012(10):111-114.
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        Su Jinfeng. Discussion on structural design of Metro elevated single column station [J]. Engineering and construction,2015(3):328-331
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