趙毓成，李文會(huì)

(北京城建設(shè)計(jì)研究總院有限責(zé)任公司，北京 100045)

1 概述

高架車站結(jié)構(gòu)發(fā)展，從國(guó)外最早的高架鐵路候車站開(kāi)始，到目前高架站的多種布局形式，已經(jīng)走過(guò)了100多年的歷史。我國(guó)的城市軌道交通高架車站發(fā)展從2000年12月26日國(guó)內(nèi)第一條高架結(jié)構(gòu)上海軌道交通3號(hào)線(明珠線)開(kāi)始，到現(xiàn)今已經(jīng)有10年之久的歷程，其中車站結(jié)構(gòu)主要是同建筑方案配合協(xié)調(diào)，常規(guī)結(jié)構(gòu)即可以實(shí)現(xiàn)。對(duì)于少數(shù)高架站，結(jié)構(gòu)有很大突破，比如長(zhǎng)春市軌道交通4號(hào)線三期工程的衛(wèi)星路高架站和重慶1號(hào)線大學(xué)城站車站結(jié)構(gòu)按照受力模式，可分為“橋-建”結(jié)合和“橋-建”分離兩大類，這里先用兩個(gè)典型車站的實(shí)景圖(圖1、圖2)來(lái)說(shuō)明，后面將從受力角度詳細(xì)論述分類。

我國(guó)各城市的高架車站建成數(shù)量很多，并且已成規(guī)模。但是若在工程建設(shè)前期過(guò)程中，忽略了車站的具體適用條件以及各自的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等因素，就會(huì)習(xí)慣按照“一線一景”的常規(guī)模式，采用單一結(jié)構(gòu)類型車站，這就可能會(huì)對(duì)車站的使用功能產(chǎn)生不同的影響。本文對(duì)車站結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類研究，從結(jié)構(gòu)角度綜合各種車站的適用條件，充分把握各類車站結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)，以彌補(bǔ)現(xiàn)行規(guī)范［1］分類模糊的不足。此外在目前高架線路規(guī)劃時(shí)，要對(duì)高架車站進(jìn)行擬定，并考慮綠色、人文以及可持續(xù)發(fā)展的因素，這就對(duì)城市軌道交通高架車站的結(jié)構(gòu)類型分類和適用準(zhǔn)確定位提出了更高的要求，本文試圖對(duì)新發(fā)展并實(shí)施的高架車站結(jié)構(gòu)形式做概括和總結(jié)，建議對(duì)現(xiàn)行規(guī)范的相應(yīng)條文做補(bǔ)充和完善。

圖1 “橋-建”結(jié)合式車站

圖2 “橋-建”分離式車站

2 高架車站結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀

經(jīng)過(guò)數(shù)十年的發(fā)展建設(shè)，目前已經(jīng)在北京、上海、廣州等大城市的軌道交通工程中建成了數(shù)量較多的高架車站，現(xiàn)將國(guó)內(nèi)主要城市的軌道交通高架車站做了詳細(xì)統(tǒng)計(jì)，各站種類和結(jié)構(gòu)形式見(jiàn)表1。

從表1可以看出，目前高架車站結(jié)構(gòu)以“橋-建”結(jié)合為主，其中高架站在新建總車站數(shù)量比例，最小為廣州5號(hào)線一期，占10%，最大為上海5號(hào)線，占91%。另外，通過(guò)對(duì)北京各高架站的實(shí)地量測(cè)，高架車站跨度均采用10～16 m的中小跨徑。

表1 國(guó)內(nèi)軌道交通高架車站種類和結(jié)構(gòu)形式統(tǒng)計(jì)

3 高架車站的結(jié)構(gòu)類型

高架車站的結(jié)構(gòu)形式根據(jù)站廳、站臺(tái)結(jié)構(gòu)與行車軌道結(jié)構(gòu)的關(guān)系，即高架車站中承受車輛荷載的軌道梁結(jié)構(gòu)與承受非車輛荷載的其他主體結(jié)構(gòu)是否脫開(kāi)，可歸納為“橋-建”結(jié)合和“橋-建”分離兩大類?，F(xiàn)行地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范就是這樣劃分的。但目前存在多種新的結(jié)構(gòu)形式，按照現(xiàn)行規(guī)范［1］無(wú)法準(zhǔn)確劃分描述其受力特點(diǎn)。

3.1 “橋-建”分離結(jié)構(gòu)

該種車站類型形式比較單一，受力分析也比較清晰，主要是車站主體結(jié)構(gòu)的行車梁部分承擔(dān)車輛荷載，而車站結(jié)構(gòu)其他部分承擔(dān)除車輛荷載之外的一切荷載。已建成的主要有北京地鐵5號(hào)線的天通苑站(圖3)、15號(hào)線的國(guó)展車站以及上海莘閔線的大部分車站。

圖3 北京地鐵5號(hào)線天通苑站(單位:mm)

3.2 “橋-建”結(jié)合結(jié)構(gòu)

此類結(jié)構(gòu)可根據(jù)主體結(jié)構(gòu)橫向墩柱受力表現(xiàn)形式(單柱或者雙柱、三柱或三柱以上)，以及軌道結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)連接方式(剛接、支座鉸接)等形式分為4類，詳細(xì)情況見(jiàn)表2。

表2 “橋-建”結(jié)合結(jié)構(gòu)分類

以下分別就實(shí)例來(lái)說(shuō)明各種“橋-建”結(jié)合結(jié)構(gòu)體系類型。

第一種:純橋支承式“橋-建”結(jié)合結(jié)構(gòu)體系。特征是橫向墩柱數(shù)量小于3個(gè)，軌道結(jié)構(gòu)連接方式為鉸接。此類車站如長(zhǎng)春輕軌4號(hào)線三期工程衛(wèi)星路站(圖4)、上海地鐵8號(hào)線浦江家園站(圖5)。

圖4 長(zhǎng)春輕軌4號(hào)線三期工程衛(wèi)星路站(單位:mm)

圖5 上海地鐵8號(hào)線浦江家園站(單位:mm)

第二種:以橋?yàn)橹魇健皹?建”結(jié)合結(jié)構(gòu)體系。特征是橫向墩柱數(shù)量小于3個(gè)，軌道結(jié)構(gòu)連接方式為剛接。此類車站主要是重慶1號(hào)線大學(xué)城站(圖6)、深圳地鐵4號(hào)線白石龍車站(圖7)等一大批路中側(cè)式站均采用此類型［4］。

第三種:以建為主式“橋-建”結(jié)合結(jié)構(gòu)體系。特征是橫向墩柱數(shù)量大于3個(gè)，軌道結(jié)構(gòu)連接方式為鉸接。此類車站應(yīng)用較多，主要是以南京地鐵2號(hào)線東延線工程的仙鶴門站、寧波1號(hào)線五鄉(xiāng)站(圖8)、長(zhǎng)春4號(hào)線車場(chǎng)站(圖9)等一大批路側(cè)車站應(yīng)用，側(cè)式或島式站均可以采用此類型。

圖6 重慶1號(hào)線大學(xué)城站(單位:mm)

圖7 深圳4號(hào)線白石龍站(單位:mm)

圖8 寧波1號(hào)線五鄉(xiāng)站(單位:mm)

圖9 長(zhǎng)春4號(hào)線車場(chǎng)站(單位:mm)

第四種:純建支承式“橋-建”結(jié)合結(jié)構(gòu)體系。特征是橫向墩柱數(shù)量≥3個(gè)，軌道結(jié)構(gòu)連接方式為剛接。此類車站應(yīng)用不算太多，特別是當(dāng)目前車站的舒適度要求，一般軌道結(jié)構(gòu)下采用支座以達(dá)到減振降噪的應(yīng)用，側(cè)式或島式站均可以采用此類型。當(dāng)墩柱數(shù)目較多時(shí)，可轉(zhuǎn)化為類型三，只有當(dāng)高程等有限制要求時(shí)，才予以采用此類型方案。目前有應(yīng)用的是北京地鐵14號(hào)線張郭莊站等車站［5-7］(圖10)。

圖10 北京地鐵14號(hào)線張郭莊站(單位:mm)

4 高架車站的結(jié)構(gòu)技術(shù)特點(diǎn)及適用分析

4.1 “橋-建”分離結(jié)構(gòu)

該種車站類型形式比較單一，受力分析也比較清晰，主要是車站主體結(jié)構(gòu)的行車梁承擔(dān)車輛荷載，而車站結(jié)構(gòu)其他部分承擔(dān)除車輛荷載之外的一切荷載。特別適用于對(duì)用地不是非常緊張，對(duì)墩柱沒(méi)有嚴(yán)格的景觀需求的地方。車站行車梁部分跨徑可按照橋梁自由設(shè)置，經(jīng)濟(jì)跨徑為30 m，梁型也比較自由，可根據(jù)具體情況選用。行車梁以外的部分為框架結(jié)構(gòu)，經(jīng)濟(jì)跨徑為10～12 m，此跨徑也同樣適用于下面提到的第二大類:“橋-建”結(jié)合結(jié)構(gòu)。根據(jù)行車梁部分跨徑綜合選用，最好形成倍數(shù)關(guān)系，可以使橋下墩子布局美觀，視覺(jué)上更少一些。

4.2 “橋-建”結(jié)合結(jié)構(gòu)

該種車站的4種類型:純橋支承式、以橋?yàn)橹魇?、以建為主式、純建支承式，受力分析各不相同，第一種純橋支承式和第二種以橋?yàn)橹魇降摹皹?建”結(jié)合結(jié)構(gòu)最明顯共同特征是橫向柱子少，要按照橋梁受力特性去分析［8］。

(1)純橋支承式“橋-建”結(jié)合體系

該體系是將車站的站臺(tái)梁與橋梁的墩柱(橫向少于3柱時(shí))固結(jié)，但軌道結(jié)構(gòu)與車站用支座結(jié)構(gòu)鉸接。車站結(jié)構(gòu)整體性好，墩柱數(shù)目較少，與地面行車道之間一般沒(méi)有沖突和干擾。因而設(shè)計(jì)中常常被采用。這是因?yàn)槿舾呒芫€路沿著既有的城市道路中央分隔帶布置，高架車站一般布置成路中高架側(cè)式車站，此時(shí)車站下需保證行車道的凈空，加上其減振降噪效果明顯，因此應(yīng)用較多。

缺點(diǎn):墩柱較少，抗震不利，需要增加墩柱尺寸和配筋數(shù)量。需要考慮軌道結(jié)構(gòu)梁的截面尺寸和支座空間高度，按照限界要求，建筑高度較大，造價(jià)高。

(2)以橋?yàn)橹魇健皹?建”結(jié)合體系

與上面提到的純橋支撐式的結(jié)構(gòu)所不同的就是軌道結(jié)構(gòu)的支撐方式，也就是傳遞荷載方式。采用剛接時(shí)，可承受傳遞彎矩等不利荷載，其建筑高度降低，減少造價(jià)。

缺點(diǎn):墩柱較少，抗震不利，需要增大墩柱尺寸和配鋼筋數(shù)量。同時(shí)，當(dāng)列車以一定速度通過(guò)高架車站時(shí)，高架車站會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)?？蚣芙Y(jié)構(gòu)的動(dòng)力穩(wěn)定性因?yàn)槿鄙僦ё木彌_作用，一般比通過(guò)支座鉸接連接結(jié)構(gòu)差，因沒(méi)有支座的緩沖作用，導(dǎo)致車站內(nèi)振動(dòng)、噪聲較大，這對(duì)目前車站舒適性要求相悖，因此應(yīng)慎重采用。

(3)以建為主式“橋-建”結(jié)合體系

此類車站是目前最常用的一種類型。主要考慮到其適用性廣，而且由于此類結(jié)構(gòu)橫向兩側(cè)立柱上可以承擔(dān)較大荷載，因此鋼結(jié)構(gòu)罩棚的造型可以有較大程度的發(fā)揮。抗震性能好，地震力分擔(dān)到每個(gè)墩柱，由于墩柱較多，因此每個(gè)墩柱的尺寸都比較小，在車站內(nèi)的視覺(jué)效果比較好。

缺點(diǎn):跨徑比較小，不通透，主要是由于考慮其上鋼結(jié)構(gòu)的立柱檁條長(zhǎng)度。另外，縱向車站結(jié)構(gòu)聯(lián)長(zhǎng)較大的時(shí)候(＞55 m時(shí))，需要設(shè)置溫度變形縫。一般采用雙柱形式，這會(huì)對(duì)整體車站外部韻律景觀造成不利影響。

(4)純建支承式“橋-建”結(jié)合體系［10］

與第三種類型不同的就是軌道結(jié)構(gòu)剛接在主體結(jié)構(gòu)上，此種類型車站應(yīng)用不多，特別是當(dāng)目前車站的舒適度要求，一般軌道結(jié)構(gòu)下需采用支座以達(dá)到減振降噪的作用，側(cè)式或島式站均可以采用第三種類型。但只有當(dāng)站臺(tái)層高程嚴(yán)格受限時(shí)，才予以采用此類型方案。高架車站先形成以空間框架為主的建筑結(jié)構(gòu)，再在其上形成連續(xù)樓板，承軌臺(tái)直接作用其上。軌道縱梁與框架橫梁剛接。該結(jié)構(gòu)體系受力合理，結(jié)構(gòu)整體性和穩(wěn)定性好。

缺點(diǎn):受載不均勻，易造成基礎(chǔ)的不均勻沉降，特別是在地質(zhì)不良的地段。一旦發(fā)生基礎(chǔ)不均勻沉降將損壞結(jié)構(gòu)，且修復(fù)困難。故有條件時(shí)不推薦使用。

5 結(jié)論

綜上所述，通過(guò)對(duì)高架車站結(jié)構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)的調(diào)查和分析［11-12］，并按照車站結(jié)構(gòu)的受力特性結(jié)合車站建筑、設(shè)備的功能和要求，結(jié)合之前做過(guò)的長(zhǎng)春、深圳、北京等多類高架站結(jié)構(gòu)的經(jīng)驗(yàn)，深層次分析得出高架車站的分類方法，即:高架車站結(jié)構(gòu)服務(wù)于車站功能需求，雖然站臺(tái)、站廳層結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜，但可根據(jù)站廳、站臺(tái)結(jié)構(gòu)與行車軌道結(jié)構(gòu)的關(guān)系，即高架車站中承受車輛荷載的軌道梁結(jié)構(gòu)與承受非車輛荷載的其他主體結(jié)構(gòu)是否脫開(kāi)，其結(jié)構(gòu)形式可歸為“橋-建”結(jié)合和“橋-建”分離兩大類。而“橋-建”結(jié)合方式又可細(xì)分為4種結(jié)構(gòu)，即:純橋支承式、以橋?yàn)橹魇健⒁越橹魇胶图兘ㄖС惺?，可根?jù)各自的特點(diǎn)和適用條件，在具體工程選用。此分類方法不同于現(xiàn)行的地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范分類，是對(duì)新發(fā)展并實(shí)施的高架車站結(jié)構(gòu)形式做了概括和總結(jié)，對(duì)現(xiàn)行規(guī)范提出了補(bǔ)充和完善的建議，以上結(jié)論供工程技術(shù)人員參考。

［1］北京城建設(shè)計(jì)研究總院.GB50157—2003 地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國(guó)計(jì)劃出版社，2003.

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