【摘 要】针对上海市轨道交通13 号线一期工程华江路站，运用SAP2000 有限元结构分析程序模拟计算各个工况下的结构内力，通过对车站主体结构模拟计算分析，得出合理的结构受力体系，保证地铁车站的安全稳定性。

【关键词】地铁车站；结构设计；结构计算；工况法；SAP2000

 

【Abstract】This article stands in view of some subway station of Shanghai track transportation No.13 line, utilizes SAP2000 finite element structure analysis procedure to simulate the structure internal force of each operating mode, through the simulation computation analysis of the station main body structure, obtains the reasonable structure stress system, guarantees the subway station’s security and stability.

【Key words】Subway station; Structural design; Structure computations; Project methods; SAP2000

 

      地铁车站作为城市轨道交通枢纽站点、地面客流的集散点，起着联系地面与地下的客运功能，其安全稳定是最为重要的。同时，地铁车站造价相对较高，因此，如何做好经济上的合理和结构上的安全可靠是非常重要的。本文以上海市轨道交通13 号线一期工程华江路站为例，结合现有的水文地质资料，通过数值模拟计算，探讨了如何合理地进行结构设计，指出后期的施工对整个地铁工程将有重要的影响。

 

      本车站主体结构位于金沙江西路下偏向南侧，呈东西走向，总长484.5m，标准段宽20.4m～21.4m ，车站为带有站后折返线的双柱三跨地下两层车站，覆土3.5m左右，与规划的17 号线实现“十字”换乘，17号线位于地下三层。

 

      经勘察，在勘察揭露的80.20m 深度范围内，均为第四纪松散沉积物，属第四系河口、滨海、浅海、溺谷、沼泽相沉积层，主要由饱和黏性土、粉性土以及砂土组成，一般具有成层分布特点。

      勘察表明，拟建场地为古河道切割区，第⑥层缺失，第⑤层厚度较厚，第⑦层上部受切割，层顶稍有起伏，局部缺失。

      场地浅部地下水属潜水类型，稳定水位埋深为0.3～1.5m，常年平均地下水位埋深为0.50m～0.70m。

      场地内承压水分布于⑤2 层灰色粘质粉土和第⑦2层粉砂夹粉质黏土中。场地内第一承压水水头埋深约为地表下3.0m～11.0m，并呈幅度不等的周期性变化。

      该场地的水文地质情况见图 1，各土层的物理参数和岩土物理力学指标建议值见表 1。

      地铁车站的主要施工方法有明挖法、盖挖法以及暗挖法施工。目前，国内外最主要的施工方法采用明挖法施工，本车站主体及站后折返线均采用明挖法施工。

      主要结构尺寸的拟定是在满足建筑限界和建筑设计的基础上、考虑施工误差，测量误差、结构变形及后期沉降等因素，根据地质和水文资料，车站埋深，结构类型，施工方法等条件经过计算确定（见表 2）。

      车站为地下二层双柱三跨框架明挖结构，主体结构均为钢筋混凝土框架型式，由侧墙、立柱、梁板组成结构体系，顶板、中板承受竖向荷载，通过纵向主梁下的柱子和边墙将荷载传递到底梁和底板。

 

      地铁车站结构必须由安全、经济的施工方法选定合理的结构型式，一般车站为长条形地下多层多跨框架结构，纵向为连续多跨梁板结构。

      长条形钢筋混凝土框架结构车站，沿车站纵向取单位长度按底板支承在有限弹性地基上的平面框架进行分析，并计入立柱和楼板的压缩变形、斜托的影响，按地层与结构共同受力模式进行计算。

      结构计算运用 SAP2000 有限元结构分析程序，采用增量法，按施工工艺要求确定相应的计算工况（见图 2）。围护结构应分别计算施工阶段(用启明星模拟基坑开挖过程的受力状况)和使用阶段(与内衬共同受力)的结构内力；车站主体结构按回筑施工和使用工况分别计算各阶段内力后，进行最不利内力组合，得内力包络图（见图 3～6）。

      从弯矩包络图中可以得出以下结论，车站主体结构标准段底板弯矩主要是由工况一（浇筑底板）和工况五（顶板覆土回灌地下水）控制，结构顶板的内力主要受水土压力作用的影响，结构中板内力受工况三的控制，也就是拆除第三道支撑的时候，结构中板的弯矩会增大，而侧墙的弯矩会在拆除支撑的时候有突变，同时考虑内衬墙和地下连续墙组成叠合墙，共同承担受力和变形。

      根据结构计算内力值，除按强度进行截面配筋计算外，还须按最大裂缝宽度控制 0.3mm 的要求进行验算，以确定各截面的配筋。计算结果表明结构构件配筋除个别构件截面由强度控制外，其余均由裂缝宽度控制。其配筋率基本上控制在经济配筋率范围内，构件尺寸是合理、经济的。

      计算分析表明，由于结构周边土体的约束作用，地震力、人防设防荷载对地下结构绝大部分构件和位置为非控制因素，仅需按抗震、人防要求，进行构造措施处理。

      本文所介绍的地铁车站结构设计计算方法，能够应用于工程实际，从而节省成本，提高设计效率。