地鐵車站開敞空間結(jié)構(gòu)改造設(shè)計(jì)思路探討

　　【摘 要】：為打造空間開敞的地鐵車站，文章以實(shí)際工程為例，通過對(duì)車站改造及結(jié)構(gòu)加強(qiáng)設(shè)計(jì)，在地下三層島式站臺(tái)負(fù)三層已實(shí)施的條件下，采取技術(shù)措施對(duì)車站未施工負(fù)一層某側(cè)跨中板打開，實(shí)現(xiàn)車站“側(cè)跨中庭”全部打開的藝術(shù)效果。

　　本文源自劉科成， 天津建設(shè)科技 發(fā)表時(shí)間：2021-04-23《天津建設(shè)科技》(雙月刊)創(chuàng)刊于1990年，由天津市建設(shè)科技信息中心主辦。本刊堅(jiān)持為建設(shè)科技事業(yè)發(fā)展服務(wù)的方針，堅(jiān)持為建設(shè)系統(tǒng)廣大科技人員服務(wù)的宗旨，緊密圍繞天津市建設(shè)系統(tǒng)的科技重點(diǎn)工作進(jìn)行宣傳報(bào)道，主要刊載建筑業(yè)、建材業(yè)、市政業(yè)、房地產(chǎn)業(yè)、公用事業(yè)五大行業(yè)的科技成果、學(xué)術(shù)論文、重點(diǎn)工程、推廣項(xiàng)目、地方標(biāo)準(zhǔn)、國家標(biāo)準(zhǔn)及政策法規(guī)等，并介紹各專業(yè)的科技發(fā)展趨向以及國內(nèi)外建設(shè)科技發(fā)展動(dòng)態(tài)信息。

　　【關(guān)鍵詞】：側(cè)跨中庭;地鐵;車站;開敞空間;結(jié)構(gòu)改造;漢正街

　　隨著各城市地鐵的不斷發(fā)展，地鐵車站公共區(qū)對(duì)空間的要求越來越高，逐漸從滿足基本運(yùn)營條件，發(fā)展到滿足人們視覺享受，地下車站不再是千篇一律的對(duì)稱式矩形框架結(jié)構(gòu)，為實(shí)現(xiàn)較好的藝術(shù)效果，越來越多的車站開始在空間上大膽創(chuàng)新，將地鐵車站打造成“地下藝術(shù)宮殿”。大跨度的空間，對(duì)理論計(jì)算及結(jié)構(gòu)加強(qiáng)均有較高的要求，特別是前期未預(yù)留條件，后期又需要改造的項(xiàng)目。

　　本文結(jié)合武漢地鐵6號(hào)線一期工程漢正街站的改造設(shè)計(jì)，通過理論計(jì)算，分析各結(jié)構(gòu)構(gòu)件的加強(qiáng)措施，最終實(shí)現(xiàn)了“側(cè)跨中庭”的較好藝術(shù)效果，為今后類似工程的設(shè)計(jì)與施工起到參考作用。

　　1工程概況

　　漢正街站為地下 3層島式站臺(tái)車站，為特色藝術(shù)車站，擺脫了常規(guī)站體形式，創(chuàng)造了在全國地鐵中首次側(cè)跨樓板全部打開的先河[1]。見圖1。

　　根據(jù)設(shè)計(jì)方案，打開車站負(fù)一層南側(cè)側(cè)跨中板，范圍為車站南側(cè) 8～16 軸負(fù)一層側(cè)跨，開洞尺寸為 71.96 m×14.95 m(長×寬)。由于改造影響區(qū)域負(fù)三層結(jié)構(gòu)(含底板、負(fù)二層中板、負(fù)三層側(cè)墻、負(fù)三層結(jié)構(gòu)柱)現(xiàn)場已施工，為實(shí)現(xiàn)該站的藝術(shù)效果，需對(duì)已實(shí)施的部分車站結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造以滿足新條件下結(jié)構(gòu)受力要求。本站開洞面積大，約1 075 m2 ;南側(cè)側(cè)墻豎向跨度大，豎向凈空 11.65 m，車站結(jié)構(gòu)不對(duì)稱，對(duì)結(jié)構(gòu)受力影響大。見圖2和圖3。

　　2車站開敞空間改造設(shè)計(jì)

　　針對(duì)中庭方案，需對(duì)已施工結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，未施工結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新復(fù)核設(shè)計(jì)，綜合考慮結(jié)構(gòu)受力安全及現(xiàn)場施工的難易程度，采取的主要措施包括：車站底板及立柱樁改造;車站南側(cè)側(cè)墻改造;車站結(jié)構(gòu)柱改造;未施工部分頂板及頂板梁加大。見圖4。

　　以下主要介紹負(fù)三層改造方案設(shè)計(jì)，對(duì)于未施工的負(fù)一層、負(fù)二層結(jié)構(gòu)部分不再詳述。

　　2.1 車站底板及立柱樁改造

　　車站底板原設(shè)計(jì)厚度為1 200 mm，變更后車站南側(cè)底板需加厚，由于底板已施工完成，向下加厚已無可能;因此，通過調(diào)整南側(cè)軌道排水方向，將車站底板向上加厚 200 mm，鑿除底板上側(cè)保護(hù)層，在既有鋼筋上鋪設(shè)一層分布筋及加強(qiáng)筋，加強(qiáng)筋設(shè)置在最外層并穿過上翻底縱梁，既有結(jié)構(gòu)底板之上植入插筋，上翻底梁通過水鉆取孔將加強(qiáng)鋼筋穿過縱梁;臨時(shí)立柱樁原設(shè)計(jì)不兼抗拔作用，變更后通過在底板上增設(shè)縱梁將臨時(shí)立柱與縱梁錨于一起兼抗拔起安全儲(chǔ)備作用(理論計(jì)算不考慮其抗拔作用);在站臺(tái)板下，除預(yù)留管線通道外回填素混凝土壓重，增加豎向作用力。見圖5和圖6。

　　2.2 車站南側(cè)側(cè)墻改造

　　車站南側(cè)側(cè)墻負(fù)三層原設(shè)計(jì)厚度 900 mm，變更后既有側(cè)墻需加厚處理，在南側(cè)負(fù)三層底板與側(cè)墻節(jié)點(diǎn)處增設(shè)縱梁并設(shè)置反坡使其形成剛域，以抵抗角部應(yīng)力集中區(qū);加厚側(cè)墻外側(cè)主筋需穿過既有中板并伸至結(jié)構(gòu)頂板作為負(fù)一層側(cè)墻內(nèi)側(cè)主筋;中板通過水鉆取孔，直徑50 mm、間距150 mm;同時(shí)在中板上取澆筑孔，直徑 250 mm、間距 1 500 mm;考慮到取孔可能對(duì)既有結(jié)構(gòu)造成較大影響，加厚側(cè)墻內(nèi)主筋不穿過中板，直接焊接于既有中板底部，新舊混凝土界面鑿毛處理，表面沖洗干凈并采取植筋加強(qiáng)混凝土面連接。見圖7。

　　2.3 車站結(jié)構(gòu)柱改造

　　車站結(jié)構(gòu)柱由雙柱變單柱，已施工負(fù)三層結(jié)構(gòu)柱截面不滿足結(jié)構(gòu)受力要求，因此對(duì)既有結(jié)構(gòu)柱進(jìn)行改造，通過對(duì)增大截面加固法、外包角鋼加固法、粘鋼加固法等方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)受力、現(xiàn)場施工難易程度、建筑建材防火要求的比選，采用增大截面加固法最可靠[2] 。通過采用柱頂臨時(shí)加腋，中板取澆筑孔方法解決現(xiàn)場混凝土澆筑困難。變更前結(jié)構(gòu)柱截面尺寸為 700 mm×1 200 mm，變更后截面尺寸為 900 mm×1 400 mm。

　　2.4 未施工部分頂板及頂板梁加大

　　未施工的負(fù)一層、負(fù)二層原設(shè)計(jì)頂板厚度為 800 mm，側(cè)墻厚度分別為 800、900 mm，板墻腋角為 300 mm×900 mm，頂縱梁尺寸為1 200 mm×1 400 mm，中縱梁尺寸為 1 100 mm×900 mm;側(cè)跨負(fù)一層中板打開后，經(jīng)過計(jì)算，結(jié)構(gòu)尺寸調(diào)整為：頂板 1 200 mm，南側(cè)側(cè)墻1 300 mm，北側(cè)側(cè)墻900 mm，腋角600 mm×1 800 mm，頂縱梁 1 400 mm×1 400 mm，中縱梁 1 300 mm× 1 200 mm。

　　3開敞空間改造計(jì)算分析

　　根據(jù)車站結(jié)構(gòu)的類型和施工方法，按照規(guī)范[3～5] 對(duì)施工階段和正常使用階段進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，必要時(shí)進(jìn)行剛度和穩(wěn)定性計(jì)算及抗裂和裂縫寬度驗(yàn)算。當(dāng)計(jì)及地震或其他偶然荷載作用時(shí)可不驗(yàn)算結(jié)構(gòu)的裂縫寬度，按荷載的短期效應(yīng)組合并考慮長期效應(yīng)組合的影響。本計(jì)算中最大裂縫寬度的計(jì)算式中保護(hù)層的實(shí)際厚度超過30 mm時(shí)，取其計(jì)算值為30 mm。

　　結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所考慮的計(jì)算荷載主要有永久荷載、可變荷載和偶然荷載，按結(jié)構(gòu)在使用階段可能出現(xiàn)的最不利情況進(jìn)行荷載組合。

　　主體結(jié)構(gòu)按橫向框架進(jìn)行計(jì)算分析。板、墻、柱等構(gòu)件均簡化為桿件，取每延米為一計(jì)算單元，柱的剛度按縱向柱距分配至每米計(jì)算。采用 SAP2000 軟件進(jìn)行計(jì)算，采用“荷載-結(jié)構(gòu)”模型，按平面桿系有限元法進(jìn)行計(jì)算[6] 。

　　對(duì)近期使用階段(低水位+靜止土壓力工況)、遠(yuǎn)期使用階段(設(shè)防水位+靜止土壓力工況)及地震作用分別進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果顯示遠(yuǎn)期使用階段起控制作用。結(jié)果計(jì)算顯示結(jié)構(gòu)內(nèi)力及撓度均滿足設(shè)計(jì)要求，采用的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)措施及改造措施能滿足設(shè)計(jì)要求[6] 。見圖8。

　　4 建議

　　1)對(duì)于改造的車站，方案設(shè)計(jì)時(shí)需考慮具體施工工藝的復(fù)雜程度，現(xiàn)場實(shí)施條件，綜合比較工期、投資、可實(shí)施性。

　　2)板墻交界處計(jì)算內(nèi)力較大，可通過增設(shè)反坡縱梁使其形成剛域，以抵抗角部應(yīng)力集中區(qū)。

　　3)既有結(jié)構(gòu)尺寸加大，側(cè)墻需要注意行車限界的要求，結(jié)構(gòu)底板需要注意軌道的要求。

　　4)為實(shí)現(xiàn)大跨度，未施工頂板除加大結(jié)構(gòu)尺寸及配筋、端部設(shè)置大腋角外，可探索采用后張有黏結(jié)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)。