李 兵, 暨永興

(安徽省交通規(guī)劃設計研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230088)

合寧高速吳莊主線收費站收費天棚設計要點分析

李 兵, 暨永興

(安徽省交通規(guī)劃設計研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230088)

合寧高速吳莊主線收費站收費天棚為目前全國最大收費天棚，此收費天棚下掛收費員專用通道也是安徽省首次采用的建筑形式。文章重點介紹此收費天棚網(wǎng)架、下掛收費員通道、鋼梯、基礎等設計內(nèi)容,以供今后類似工程設計參考。

吳莊主線收費站；收費天棚；收費員專用通道；網(wǎng)架結(jié)構(gòu)；鋼梯；基礎

1 工程概述

2015年12月建成的合寧高速吳莊主線收費站擁有36個車道，收費廣場橫向?qū)挾?01.5 m，為目前全國最大的收費站。此收費站收費天棚采用了下掛桁架與網(wǎng)架結(jié)合的組合結(jié)構(gòu)體系[1-2]。下掛桁架為收費員專用通道的結(jié)構(gòu)形式，網(wǎng)架為此組合結(jié)構(gòu)的承重體系。整個結(jié)構(gòu)體系的支撐形式為鋼管混凝土柱點支撐[3]。此鋼結(jié)構(gòu)天棚的長度、寬度、高度分別為209.4 m、24.6 m、11.8 m。

2 設計要點

2.1 收費員專用通道設計

收費員專用通道的結(jié)構(gòu)形式為桁架。原收費站的收費員通道為地下式，因本地區(qū)地下水位較高，原地下通道建成后一直出現(xiàn)墻面滲水、地面積水的現(xiàn)象，業(yè)主已進行過多次維修均未取得明顯成效。此次收費站收費天棚移位設計業(yè)主明確要求收費員專用通道采用空中下掛方式，此類收費天棚也是安徽省首次采用的建筑形式。經(jīng)綜合分析和比較，此天棚采用網(wǎng)架下弦下掛桁架的結(jié)構(gòu)形式[4-6]，為減小風荷載對此桁架的影響，同時提高收費員行走時的整體舒適性，此桁架的立面為漏空狀。整個桁架均為鋼管結(jié)構(gòu)體系，上、下弦桿與腹桿連接采用相貫線焊接，通道底板采用的是4.5 mm厚的花紋鋼板。因收費站設置在人員稀少區(qū)域，為保證收費員及資金的安全，在此次設計中，將收費員專用通道延伸到收費管理區(qū)內(nèi)部，收費員可以從管理區(qū)內(nèi)通過此通道到達自己的工作地點(通道剖面如圖1)。

圖1 結(jié)構(gòu)短跨方向剖面圖

2.2 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)

2.2.1 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)選型

網(wǎng)架結(jié)構(gòu)是一個空間鉸接桿系結(jié)構(gòu)，在任意外力作用下都不允許發(fā)生幾何可變。因此，進行網(wǎng)架結(jié)構(gòu)選型時，要考慮結(jié)構(gòu)的幾何可變性。三角錐和四角錐是網(wǎng)架結(jié)構(gòu)中最常用的幾何不變單元，此工程因雙向跨度均較大，經(jīng)綜合考慮此屋面選擇四角錐螺栓球節(jié)點網(wǎng)架結(jié)構(gòu)體系[7-9]。其支撐構(gòu)件為鋼管混凝土柱。

2.2.2 網(wǎng)格尺寸和網(wǎng)架高度

網(wǎng)架的網(wǎng)格尺寸與其高度關系密切，斜腹桿與弦桿夾角一般控制在40°～55°之間。因本工程桁架的平面寬度為2.2 m，所以網(wǎng)架下弦沿短向的網(wǎng)格尺寸均設置為2.2 m，沿長向的網(wǎng)格尺寸不超過3 m，此種布置均能滿足上述夾角的要求。因下掛桁架的荷載較大，考慮到網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的整體安全性，最終選擇將網(wǎng)架起坡(見圖1)。沿短向跨中位置網(wǎng)架高度最大，數(shù)值為2.3 m，此處也為下掛桁架的具體位置，網(wǎng)架高度最小值為1.1 m，此網(wǎng)架的坡度與建筑屋面坡度相同均為5%。整個網(wǎng)架經(jīng)計算應力比及豎向控制撓度等均滿足規(guī)范及相關規(guī)程要求。具體數(shù)值見表1所列。

表1 計算參數(shù)結(jié)果

2.3 鋼梯設計

此工程鋼梯主要供收費站收費員及相關管理人員使用，按照專用樓梯設計。因本收費廣場路面橫坡為2%，所以收費通道距離地面高度不等，最小值為5.9 m，最大值是7.5 m。在樓梯設計中多數(shù)采用的是三跑樓梯，局部為二跑，同時考慮到普通收費車道中偶爾有超寬車通過，為了保證整個結(jié)構(gòu)的安全，將樓梯的寬度設計為1 400 mm(收費島寬度2 200 mm)。因收費島寬度較窄，為了提高收費員在行走時的舒適性及安全性，在設計樓梯休息平臺豎向支撐時考慮采用單個鋼柱作為點支撐。因收費島上有大量機電設備存在，所以在樓梯設計中還需與機電設計部門溝通，解決鋼梯與相關機電設備沖突問題?？傊祟惞こ啼撎菰O計不但要滿足規(guī)范要求，還須與機電、道路設計部門溝通，解決相互間沖突之問題。

2.4 其他設計

(1) 本工程所有鋼柱須設置在收費島上，同時要求鋼柱截面盡量小，以防止車輛刮擦。而此收費天棚屋頂高度為11.8 m，高度較大。為了保證結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，設計中考慮了向鋼柱內(nèi)澆筑C30素混凝土，以增加此鋼柱的剛度。鋼柱直徑為480 mm，壁厚16 mm。

(2) 此類工程基礎均設置在收費廣場上，而收費廣場的路基、路面均有較高的壓實度要求。在基坑開挖時應盡量減小對原有路基、路面的破壞，同時盡量減小基坑開挖深度。如基坑須開挖較大深度才能達到持力層時，應采取淺開挖加換填的方式[10]。本工程基坑開挖深度至3 m時達持力層，所以無需采用換填方式。基坑回填材料采用C 15素混凝土，以保證開挖區(qū)域路基的壓實度。同時設計中還需要求C15素混凝土回填的頂標高為路面結(jié)構(gòu)層底部，其上部分由路面施工單位根據(jù)相關圖紙施工。

3 結(jié)束語

以前安徽省高速公路收費站收費員專用通道均設置在地下，且因為多方面原因有數(shù)量不少的地下通道均遭棄用。此工程設計得到了業(yè)主及使用單位的高度評價，也將為安徽省今后類似工程做有益探索。

[1] JGJ 7-2010，空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].

[2] GB 50017-2003，鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范[S].

[3] GB 50011-2010，建筑抗震設計規(guī)范[S].

[4] 苑 輝，張金香.鋼桁架結(jié)構(gòu)收費天棚改擴建設計研究[J].山東交通科技，2015(2):92～99.

[5] 王 墅．大型鋼結(jié)構(gòu)桁架設計方法[J].遼寧石油化工大學學報，2001, 21(1):48～52.

[6] 陳 放.網(wǎng)架結(jié)構(gòu)與空間管桁架結(jié)構(gòu)的特點分析[J].重慶建筑，2012,11(6):14～16.

[7] 王福成，陳春雨，陳 鑫，等.網(wǎng)架結(jié)構(gòu)高度優(yōu)化設計研究[J].科學技術(shù)與工程，2011,11(3):651～653.

[8] 龔麗敏.網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設計體會[J].山西建筑，2012,38(12):44～45.

[9] 厲寶臻.網(wǎng)架結(jié)構(gòu)人行天橋設計施工[J].濰坊高等專科學校學報，2000(4):63～64.

[10] 劉 濤，焦蕊蕊.談輕鋼結(jié)構(gòu)的基礎設計特點[J].山西建筑，2012, 38(14):50～51.

2016-10-10；修改日期：2016-10-14

李 兵(1980-)，男，安徽淮南人，碩士，安徽省交通規(guī)劃設計研究總院股份有限公司工程師．

U412.3661

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1673-5781(2016)05-0644-02