上海轨道交通7号线龙阳路站的中庭结构设计

 

摘　要　地下中庭式车站由于能很好地改善地下空间通透性差、通风不良、无方向感等问题而被世界各国越来越多的地铁车站所采用。介绍了上海第一座中庭式车站———轨道交通7号线龙阳路站的结构设计特点及难点:侧墙宜按单跨拟定截面尺寸和进行结构计算;采用中板与侧墙完全分离的节点处理方式;浇筑中板在车站拆撑及泄水孔封闭后一定时间。

关键词　地铁,中庭式车站,结构设计

 

      常规的地下车站在建筑空间设计及使用上存在一些问题,如通透性差、光线差、人感到压抑、通风不良、无方向感等。中庭式车站的设计理念由于能很好地改善地下车站封闭隔绝、视线不通透、空间形体单一、可读性差等问题,被世界各国越来越多的轨道交通建筑所采用。如新加坡东北线所有地铁车站都采用了中庭建筑形式,而且中庭的设计采用了多种多样的型式,有克拉码头站的船形中庭,小印度站的条形中庭等(见图1、2)。在我国的地铁车站设计中,深圳地铁1号线的科技园站、香港机场线的香港站也采用了中庭的设计理念来改善地下空间的环境[1]。

　　中庭式地铁车站带来建筑上的诸多优点,却给结构上的设计带来一定的难度;尤其是在地下水位较高的软土中修建中庭式地下车站,难度更大。本文以上海第一个中庭式车站———轨道交通7号线龙阳路站为例,介绍中庭车站的结构设计特点及难点。

1 工程概况

      龙阳路站是上海轨道交通7号线的终点站,为地下二层站前折返岛式车站。车站净长度为354.8m、净宽18.6 m,基坑深度14.3 m,整个地下空间呈长条形布局。车站周边主要建(构)筑物有:车站东侧30 m外为新博览展示中心一层展示厅,展示厅下有桩基,桩长40 m左右;车站西侧为芳甸路,下有Φ300的污水管、煤气管、消防水管,Φ400的雨水管以及20孔电缆。车站场地开阔,具有良好的施工条件。车站基坑变形控制保护等级为二级;地面最大沉降量≤2‰H,围护墙最大水平位移≤3‰H(H为基坑深度)。

      由于龙阳路站所处的特殊地理位置,若在此设置大中庭,可以使良好的轨道交通车站空间环境与新博览中心现代展馆的整体环境相协调,有利于共同反映上海国际大都市的形象;同时还可以解决地下一层空间大量浪费的问题。因此决定在龙阳路站大胆采用站厅板开大孔的中庭建筑型式。根据建筑布置需要,将车站有效站台上方(车站有效站台长142 m)站厅层中部乘客极少停留和穿越区域的部分楼板取消,形成两层挑空的共享空间。即在公共区形成两个长分别为45 m、36 m,宽8.7 m的双拼中庭空间。龙阳路站中庭区域站厅层平面图如图3。

　　场区的地下水主要有浅部黏性土层中的潜水,部分地区浅部粉性土层中的微承压水和深部粉性土、砂土层中的承压水。深部承压水位一般均低于潜水位。浅部土层中的潜水位埋深一般离地表面0.3~1.5 m,年平均地下水位离地表面0.5~0.7m,深部承压水位(第⑦层)埋深一般在3~11 m之间。潜水位和承压水位随季节、气候、潮汐等因素而有所变化。

3 结构设计的特点与难点

      与常规地下车站结构设计不同,龙阳路站中庭结构设计有如下特点与难点。

3.1 车站立柱与屏蔽门结合设置

      根据中庭式车站建筑设计的需要,为增强车站中庭区域的通透性,车站立柱移至站台边缘,与屏蔽门结合设置,从而形成目前中跨跨度10.3 m、两边跨跨度4.15 m的横向结构体系。中庭区结构横断面如图4所示。在这种情况下,车站的顶板、底板厚度由于中跨跨度较大而有所加厚。

3.2 车站中板不参与承担侧向水土压力

      根据建筑功能布置需要,车站中板开了两个长分别为45 m、36 m,宽8.7 m的大孔。中板开洞后,剩余的中板结构形成两列水平框架梁;梁长分别为45 m、36 m,梁宽为中板厚400 mm,梁高4.5 m。经计算分析,该框架梁跨高比大,线刚度弱,跨中(即洞口中点部位)变形明显,不能对侧墙形成一个约束作用。因此,在计算时不考虑水平框架梁对侧墙的水平向约束作用,侧向水土压力完全由车站的顶、底板承担。

3.3 拆撑顺序和中板浇筑时机的选择

      由于车站中板不参与承担侧向水土压力,为使车站结构受力合理,应把握好支撑的拆撑顺序和中板的浇筑时机。

      如果在拆撑后立即浇筑中板结构,这时由于地下墙在拆撑后短时间内变形仍在继续,且地下水位的变化也会影响侧墙结构变形,可能导致中板及柱产生附加应力,对车站结构受力不利。因此,在车站拆撑以及泄水孔封闭后一定时间(即侧墙变形基本稳定)后,再浇筑中板比较合适。车站主体结构回筑步骤详见图5。

      利用ANSYS有限元结构计算软件,采用增量法模拟基坑的拆撑、回筑、覆土等过程,分析得出结构弯矩剪力包络图如图6所示。

3.4 中板与侧墙连接节点的处理

      中庭区域侧墙竖向跨度达11.7 m,长期地下水位的变化对侧墙变形影响很大。如果中板与侧墙的连接采用通常的固接方式,侧墙的变形将通过中板传递到立柱上,从而削弱立柱的竖向承载力,影响立柱的稳定性。为了减少使用阶段地下水位及地面超载变化导致侧墙变形对立柱竖向承载能力的影响,采用中板与侧墙完全分离的结构体系,即牛腿的方式进行连接,并在牛腿与中板的接触面设置滑动式橡胶支座,如图7所示。

4 结论

      在软弱地层中修建中庭式车站是一次大胆的尝试。通过对车站结构受力体系、中板与侧墙连接节点的处理以及中板浇筑时机选择等方面的分析,得出如下结论:

      (1)车站站厅板由于开孔尺寸过大,剩余的中

      板结构由于线刚度弱不能对侧墙形成一个水平向约束作用,因此在计算时侧墙宜按单跨拟定截面尺寸和进行结构计算。

      (2)采用中板与侧墙完全分离的节点处理方式,能有效避免侧墙变形通过中板传递到立柱,从而避免立柱竖向承载力的削弱,也不影响立柱的稳定性。

      (3)待车站拆撑及泄水孔封闭后一定时间(即侧墙变形基本稳定)后再浇筑中板,可以避免由于侧墙变形在中板及柱中产生附加应力,有利于结构受力。

 

参考文献

[1]汤晓燕,王卓瑛.浅析轨道交通地下站的中庭建筑设计[J].中国市政工程,2005(5):54.

[2]高敏.深圳地铁1号线科技园站中庭方案研究[J].铁道标准设计,2006(5):79.

[3]刘建航,侯学渊.基坑工程手册[M].北京:中国建筑工业出版社,1997.

[4]DGJ 08—109—2004城市轨道交通设计规范[S].

[5]GB 50157—2003地铁设计规范[S].