成都地铁2号线林家大堰站附属结构设计.doc

1、成都地铁 2 号线林家大堰站附属结构设计摘要：成都地铁 2 号线东延线林家大堰高架车站主体结构采用“建桥合一”形式，附属用房结构为二层框架结构，附属天桥结构采用框架梁板结构、桩基础形式。根据车站结构工程设计及施工配合实践体会，分析了车站附属结构的结构设计思路，运用 PKPM 软件等建模进行附属结构的整体性能分析，考虑了设备区重型荷载和软弱下卧层等因素的影响；就施工配合过程中出现的问题展开讨论，分析了问题出现的原因并提出相应的解决方法，在同类车站结构设计、施工中起到借鉴和参考作用。 关键词：高架车站，建桥合一，附属结构，软弱下卧层 中图分类号：U231+.3 文献标识码：A 文章编号： 1 前言

2、 林家大堰站作为成都市地铁 2 号线东延线的第一座车站，位于规划龙工北路道路中央绿化带内，西接行政学院（经干院）站，东接龙泉西站，为高架三层侧式车站，采用“建桥合一”结构。车站有效站台长120m，总长 122.8m，标准段宽 22m，自上而下依次为行车道及站台层、站厅层和地面架空层，车站下方龙工北路规划为双向八车道，中央绿化带宽约 5m。站址周边现状地块主要为农田及桃梨园，未见重要建（构）筑物及管线分布。 作为主体结构的配套设施，车站设备管理用房及出入口布置在规划龙工北路南北两侧红、绿线范围内，通过过街天桥与车站主体结构相连，以实现车站服务功能，兼顾行人过街需求。基于以上简述，本文对车站附属设

3、备管理用房（下称附属用房） 、出入口及过街天桥（下称附属天桥）的结构设计方案展开分析，与车站主体结构设计形成一套完整的方案。 2 附属结构方案 2.1 附属用房结构形式 2.1.1 附属用房结构主体形式 附属用房为二层钢筋混凝土框架结构，开间 8.0m，进深 7.2m，外包尺寸 14.4*68.0m。首层高度 7.200m，其中高程 2.240m 设电缆夹层，物业区顶面设计高程 3.920m，结构主体高度 12.000m。因此，除去装修面后，在结构设计中以-0.100m、2.140m、3.920m、7.050m 和 12.000m 五个标高给出结构柱、梁、板等构件的布置和配筋信息。图 1、2

4、分别为其中代表性分层平面布置情况。 图 12.140m 结构平面布置图 图 27.050m 结构平面布置图 2.1.2 附属用房结构基础形式及地基处理 根据地质勘察报告、附属用房上部结构选型和布置情况以及对现场的实地调查，本结构基础形式选择柱下扩展基础即钢筋混凝土独立基础，其双向配筋具有分散部分荷载的作用，有利于基础底板内力重分布。基础混凝土强度等级为 C30，垫层为 C20。 本站附属用房的0.000 设计标高为 518.460m，而现有地面标高约为 512.900m，现状地层信息中，表层为种植土（厚约 0.5m） ，下部为软塑性粘土。软土属不良地质，不能用做附属用房天然地基，故需对现有地基

5、土层进行换填处理，措施如下： 1）地基处理采用分层夯实压实填土，利用砂卵石做填料，其中粒径大于 20mm 的颗粒质量超过总质量的 30%，最大粒径不大于 40mm； 2）分层填筑砂卵石，利用振动碾机械碾压，每层填筑厚度不大于0.5m，每层压实遍数不小于 8 遍； 3）分层检测压实系数 c，压实系数不低于 0.97； 4）压实填土的承载力特征值应通过现场原位测试实验结果确定，压实处理后承载力特征值不低于 180kPa，压实填土邻空一侧以 1:1.5 进行放坡。 2.1.3 附属用房外立面对结构的影响 车站附属外立面根据站景设计要求布置，一般多采用玻璃幕墙等轻型结构，在车站土建工程结束后方进行外立

6、面结构的安装，因此需在结构主要承重和衔接部位预留接口和埋件等以达到其安装要求。 2.2 附属天桥结构形式 2.1.1 附属天桥结构主体形式 附属天桥主桥结构采用钢筋混凝土现浇梁，板，柱，布置于主体结构南北两侧，跨径为 8.6m+16.3m，中间支撑柱均位于规划龙工北路绿化带内，另在桥面以下标高 3.500m 处增设一层柱间联系梁以增加天桥结构的整体稳定性。北侧天桥两端搭设于主体结构外伸 L 形梁和附属用房框架柱牛腿之上；对于南侧天桥，除将北端搭设于主体 L 形梁外，在南端设置四框架柱作为支撑体系使之与上桥楼梯连通。上桥楼梯结构采用钢筋混凝土现浇梁式楼梯。 2.1.2 附属天桥结构基础形式 根据

7、地质勘察报告及天桥结构形式，天桥柱下基础均采用桩基础，以保证天桥结构的承载能力。本设计桩基础采用钢筋混凝土钻孔灌注桩，桩型为摩擦桩，桩身混凝土强度等级为 C35，设计桩径为 0.60m。 在计算单桩承载力特征值时，对于天桥结构一侧的软弱土层不参与计算，其地基处理措施与附属用房侧类似，由于该侧软弱土层分布较浅且桩基础能够达到上部结构的承载力要求，对其处理后的压实系数及承载力要求稍低。 2.1.3 附属天桥结构雨棚形式 天桥雨棚结构采用外包轻钢雨棚钢结构体系，由主钢架、H 型实腹梁、H 型实腹檩条、水平圆钢、撑管及其他屋面系统组成，雨棚顺天桥纵向典型柱距为 4.670/4.790m。屋面围护结构采

8、用压型彩色钢板。 3 结构分析与计算 3.1 结构计算规定 附属用房结构设计使用年限为 100 年，结构安全等级为一级，结构的重要性系数为 1.1，建筑抗震设防类别为乙类，抗震设防烈度为 7 度（基本地震加速度 0.1g)，按 8 度考虑抗震措施，在结构设计时采取相应的构造处理措施，以提高结构的整体抗震能力。 天桥结构设计基准期为 50 年，结构的耐久性按 100 年进行设计，结构永久构件的安全等级为一级，相应的结构构件重要性系数 0 取 1.1，地震作用设防烈度为 7 度（0.1g） ，按 8 度采取抗震构造措施。天桥梁、板混凝土构件的裂缝宽度限值 0.3mm。 设计地震分组第三组，砼框架抗

9、震等级为三级，地基土类型为类场地土。 3.2 荷载及荷载组合的选用 3.2.1 主要设计荷载 1. 永久荷载 除考虑结构梁板柱自重外（混凝土容重取 25.0kN/m3） ，考虑装修荷载为 4.0kN/m2，屋面防水找平层考虑恒载为 4.5kN/m2，梁上填充墙采用200mm 厚加气混凝土空心砌块（容重不大于 8.0 kN/m3） ，以及吊钩荷载和楼扶梯支撑反力（以梁间集中荷载方式施加） 。 2. 可变荷载 车站公共区楼板、楼梯为 4.0kN/m2，天桥为 5.0kN/m2，综合电源室、信号电源室、车站控制室、通信设备室、综合监控设备室、AFC 票务室、信号设备室等设备区为 8.0kN/m2，降

10、压变电所、牵引降压混合所以实际重量为准，房间等效均布活载标准值值小于 8.0kN/m2 时，取 8.0kN/m2。厕所、盥洗室为 2.5kN/m2，其他设备用房楼面不小于 4kN/m2。 3. 温度荷载 混凝土结构随温度升降宜用当地月平均气温为参照来确定，一般取20。混凝土收缩应按照降温 15考虑。 4. 地震荷载 本工程地震基本烈度为度，按度采取抗震构造措施。 5. 风荷载 风荷载标准值=0.35kN/m2。 6. 天桥上部雨棚柱底荷载 由上部钢结构及雨棚荷载工况求得，恒载 F（x,z）=（0.011,43.750）kN；M（y）=13.638kNm，活载 F（x,z）=（0.011,43.

11、750）kN；M （y）=13.638kNm。 3.2.2 荷载组合 根据使用过程中在结构上可能同时出现的荷载，按承载能力极限状态和正常使用极限状态分别进行荷载组合，并取各自的最不利的组合进行设计，附属结构采用的荷载组合见表 1。 表 1 荷载组合表 3.3 附属用房结构计算 附属用房结构计算按照整体模型建模，运用 pkpm-satwe 进行内力分析计算，基础采用 JCCAD 进行计算。施工阶段考虑分层刚度分层加载模式，较好地模拟了在钢筋混凝土结构施工过程中，逐层加载，逐层找平的过程。 框架结构的柱、梁均采用梁单元进行建模，钢筋混凝土楼板采用平面应力单元来模拟，基础模型采用节点弹性支撑来实现，

12、在节点局部坐标系的各个方向输入选定节点的弹性刚度，并在柱底设置为固接支撑。另对于结构主承力构件的计算及配筋均采用 MorGain 软件进行二次核对，以使结构的设计安全有保障。 计算结果简列如下： 1. 采用荷载组合纵向框架梁最大挠度：15mma=L0/300（L0 为框架梁计算跨度） 。 2. 框架梁最大裂缝宽度均满足裂缝宽度不大于 0.3mm 的要求。 3. 最大层间位移角：1/799=1/550 满足规范要求（垂直线路方向的地震工况，荷载组合 16） 。 4. 附属用房结构主梁内力及配筋计算结果见表 2。 表 2 附属用房结构主梁内力及配筋 3.4 附属天桥结构计算 天桥结构计算按照整体模

13、型建模，通过 Midas-gen 结构分析通用程序进行内力分析，并通过 pkpm-satwe 进行验算，验算过程中的施工阶段同样考虑分层刚度分层加载模式。 上部钢结构雨棚采用同济大学 3D3S10.0 进行计算分析，将最不利组合的节点荷载作用在结构纵梁相应部位，以此来模拟上部雨棚结构对天桥的作用。 计算结果简列如下： 1. 采用荷载组合纵向框架梁最大挠度：42mma=L0/300（L0 为框架梁计算跨度） 。 2. 框架梁最大裂缝宽度均满足裂缝宽度不大于 0.3mm 的要求。 3. 最大层间位移角：1/1875=1/550 满足规范要求。 4. 附属用房结构主梁内力及配筋计算结果见表 3。 表

14、 3 天桥结构主梁内力及配筋 4 施工中的问题及解决 4.1 软弱下卧层的进一步弱化 施工过程中，施工单位上报说明在附属用房范围内的软弱土层（软塑性粘土）由于长期汇水，发生了进一步弱化，地层承载力已不能达到地勘报告中的 100kPa，根据现场实际观察和挖探情况，影响深度最大达45m。 地勘单位新提供的建议值为 7085KPa（自西侧向东侧递增） ，经过计算附属用房西侧的软弱土层作为下卧层已无法满足上部结构及土重的承载力要求，对附属用房结构的施工和正常使用产生安全风险。 4.2 解决方案 通过对结构类型、使用要求、地层、土质、水流特征以及现场施工环境、条件等因素的综合分析，提出两个方案进行比选，

15、即调整附属用房基础形式和换填该部分软弱地层土。 1. 调整结构基础形式 施工图设计中，结构基础形式为柱下独立基础，填方填料为砂卵石。如调整基础形式为桩基础，使之直接与下部持力层相接，使结构施工和使用的安全性得到保障，同时可对填方填料要求做适当放宽。 2. 换填软弱土 对下层软弱土进行换填，填料可采用与原设计中相同的砂卵石，同时在与开挖面相接的填土层增加 1m 厚度水泥掺加料（含量 5%）以增加其整体稳定性。此方案不需更换结构基础形式及上部填方填料，另外针对软弱土的地层分布和承载力变化特点，可考虑分区域台阶形换填，以减少换填量和施工时间。 经过对比，调整基础形式增加工程量过大，相应追加造价及工期

16、过多，不宜选用；换填软弱土则在达到相同效果的前提下控制了造价规模，故作为本次处理措施的首选方案。 5 结语 1）由于附属用房集中布置了电源室、车控室、通信信号设备室和综合监控设备室等设备和管理功能间，其荷载较大，同时场地下方分布有软弱下卧层，对结构设计提出了较高要求。为此在计算中至少采用两种软件，以达到相互校核，严格控制，使结构设计安全有保障。 2）对于软弱土层的进一步弱化问题，究其原因在于长期汇水，而如能在施工主体结构之初就对此施以截、排水措施，则该问题完全可以避免。因此，在施工组织中应以此为戒，考虑不利因素的长远影响，统筹安排。同时在设计过程中对于结构基础的选型也应充分考虑到各方面因素，加

17、以优化完善。 参 考 文 献： 1 北京城建设计研究总院GB 50157-2003 地铁设计规范S北京：中国计划出版社，2003：57-66 2 成都地铁 2 号线东延线工程 TJ1 标段林家大堰站（YK47+299.000YK47+419.000）岩土工程勘察报告R成都：中铁第五勘察设计院集团有限公司/中国建筑西南勘察设计研究院有限公司，2012 3 许柏山成都地铁 2 号线林家大堰站结构设计J城市建设理论研究，2012(3)：12-15 4 Daniel L.Schodek建筑结构-分析方法及其设计应用：4 版M罗福午，等译北京：清华大学出版社，2004：283-287 5 曹长龙多层钢筋混凝土框架结构设计探讨J工程与建设，2009(1)：70-72 6 陈翠荣框架结构设计中应注意的几个问题J山西建筑，2007(4)：58-59