城市轨道交通高架车站结构研究

1、城市轨道交通高架车站构造研究【提要】介绍城市轨道交通几种高架车站的构造形式及其适用条件,评述减小高架车站振动和根底沉降的构造措施。【关键词】城市轨道交通高架车站构造研究1前言我国城市轨道交通建立正面临大开展的机遇。城市轨道交通体系按走行方式划分为地面、地下和高架三种。当前城市轨道交通建立出现了线路高架化趋势,使高架车站应运而生。目前上海正在修建我国第一条高架轻轨线“明珠线,在全部19个车站中,高架车站占16个。高架车站属地上高架构造,轨道列车运行于构造最上层。高架车站既不是单一的房屋构造,也不是单一的桥梁构造,而是桥梁和房建交融在一起的构造体系。作为一种新的构造形式,高架车站的构造特性有待进展

2、深化的研究。本文就高架车站构造的三个关键问题进展初步分析和讨论。2构造形式和比选国内外高架车站一般为24层,站台层位于构造最上层,与区间高架桥等高。一般采用现浇或预制钢筋混凝土构造,优先采用预应力混凝土构造。常见的构造形式有三种。2.1空间框架构造体系该构造属桥梁、房建结合方案(见图1)。高架站先形成空间框架构造,再在其上形成连续板梁。该构造体系受力合理,构造整体性和稳定性好。高架车站的荷载与房屋建筑一般所受荷载完全不同,活载占的比重大且受载点不断变化。框架构造受载不均匀,易造成根底的不均匀沉降,特别是在地质条件不好的地段。一旦发生根底不均匀沉降将损坏构造,而且修复困难。图1空间框架式车站构造

3、当列车以一定速度通过高架车站时,高架车站产生振动。框架构造的动力稳定性一般比桥梁构造差,因此高架车站的振动控制成为构造分析和设计的关键问题之一。南京地铁南北1号线工程共有5个高架车站,均采用空间框架构造体系。框架横向为三柱二跨,纵向柱距为812。行车道梁采用钢筋混凝土板梁,简支或连续支承于框架横梁上。2.2桥梁构造体系属于桥建结合方案。高架站先形成桥梁构造(梁、墩柱、根底),再在桥上布置站台(见图2)。图2桥梁式车站构造(箱梁,y形墩)桥跨构造可选择的断面形式有箱梁、t形梁、板梁和槽形梁等。箱梁截面抗扭刚度大,整体受力性能和动力稳定性好,正在规划的广州地铁2号线高架车站拟采用这种形式。t形梁刚

4、度大,材料用量省,还可采用预制吊装法施工,宜优先采用。墩柱常用的构造形式有t形墩、双柱墩、v形墩和y形墩。在高架车站中的墩柱应具有足够的强度和稳定性,在轨道列车作用下应防止产生大位移。2.3框架+桥梁构造体系属于桥建别离方案(见图3)。主体构造分为两个部分:车站建筑和高架桥。车站建筑包在高架桥之外,高架桥从房屋建筑中穿过,二者在构造上完全分开,受力明确,传力简洁。车站建筑和高架桥受力自成系统,可防止列车运行对车站的不利影响,根底的不均匀沉降和车站建筑的振动问题可得到解决。“明珠线部分高架车站采用了这种构造形式。2.4构造形式的选择从使用功能上看,空间框架构造体系和框架+桥梁构造体系适用于大中型

5、车站;桥梁构造体系适用于小型车站和中间站。就大型车站而言,从构造性能上比照,我们认为应优先采用框架+桥梁构造体系,理由为:(1)可解决高架车站最突出的力学问题,即列车动力荷载对车站房屋建筑的不利影响。该构造体系把车站建筑和高架桥别离成两个完全独立的力学系统,受力及传力明确简洁,可解决车站振动控制和根底沉降控制这两个构造设计施工中的难题。(2)可发挥桥梁构造和框架构造各自的特点和优越性。高架桥适于承受列车快速挪动荷载,框架构造在各类车站站房中广泛采用,给车站的功能布置和使用带来方便。框架+桥梁构造体系发挥了二者的优点。(3)高架车站的构造设计大为简化。高架桥和车站建筑可以根据现行的国家标准,分别

6、进展独立的设计计算。图3框架+桥梁式车站构造有人认为该构造体系切断了框架纵横梁的联络,削弱了车站建筑的整体性,需增加柱网。我们认为,只要适当调整高架桥墩柱和房建框架柱的相对位置,这个问题不难解决(见图4)。图4框架+桥梁式车站梁柱布置示意而且,框架横向既可以是四柱三跨,也可以是三柱二跨,不受高架桥的影响。3振动控制高架车站必须通过减振措施来减小走行部分对车站主体构造的动力影响。橡胶支座的运用对高架车站的振动控制效果明显。以上海“明珠线某框架式车站为例,框架上面采用预应力混凝土低高度连续板梁,板梁下设板式橡胶支座。高架桥上荷载通过支座传递至站房构造的中立柱和框架横梁上。板梁单支撑传力于车站中立柱

7、上,双支撑作用在框架横梁上(如图5)。图5高架车站橡胶支座布置示意图根据高架车站不同的构造特点,动载和静荷载的大小等综合因素,采用以下不同支座:(1)板式橡胶支座最适用于纵向跨径小,动静载较小的车站。(2)四氟滑板式支座适用于纵向跨径大、位移量大的车站。(3)盆式支座适用于动静荷载很大、位移量大、当地地震烈度不超过八度的车站。(4)定向支座或锚固式支座适用于烈度为八度以上的地震区。4根底沉降控制位于软土地区的高架车站,根底沉降是一个突出的问题。国内外工程理论和理论研究说明:在软土地基上,桩根底是首选的根底形式。桩基可以将上部荷载有效地传递到压缩性小的深层土层中去,以满足上部构造物对根底承载力和

8、变形的要求。桩基能有效地承受横向程度荷载,其抗震及抗动载性能好。经历说明,在设计中选择适宜的桩基持力层、以及桩径、桩长、桩间距等参量,可以使各桩基的总沉降量大致相等。饱和粘土地基的沉降过程是一个固结沉降过程。各桩根底在总沉降量相等的条件下,它们的沉降时程曲线根本一样,而且车站横梁对各立柱的沉降能起调节作用。所以,各桩根底在沉降过程中的沉降差,能被控制在很小的范围内。南京地铁高架车站的桩根底均采用钻孔灌注桩,满足了承载力和根底沉降的要求。上海江湾镇高架车站采用了锤击高强预应力混凝土管桩(ph桩),效果良好。在设计施工中应严格控制各桩根底间的沉降差,比方在验算某横向框架两对根底时得到:中柱桩根底的沉降量为9185,边柱桩根底为8194,沉降差为0191,确保了不均匀沉降差在1范围以内,满足了