地铁车站出入口标准段结构尺寸优化组合计算分析

张朋来 王志虹 王 涛

(1.中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，浙江 杭州 311122； 2.中国金茂控股有限公司，北京 100032)

·结构·抗震·

地铁车站出入口标准段结构尺寸优化组合计算分析

张朋来1王志虹1王 涛2

(1.中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，浙江 杭州 311122； 2.中国金茂控股有限公司，北京 100032)

地铁车站出入口是乘客进出车站及消防疏散的主要通道。出入口结构尺寸主要由建筑使用功能、覆土深度、地质条件及周边环境等因素制约。以福州地铁1号线工程为背景，进行结构设计与计算分析研究，通过对不同埋深条件下地铁车站出入口标准段结构尺寸的分析比选，得出合理的断面尺寸优化组合，以期为类似工程提供设计参考。

地铁车站，出入口，结构设计，尺寸优化组合

0 引言

地铁车站出入口作为车站的附属结构，是联系地面空间与地下车站的主要通道，起着引入和疏散客流的功能，其安全稳定十分重要。考虑到地下结构造价相对较高的特点，结构设计在考虑安全性和耐久性的基础上，应充分考虑结构安全与经济合理统一。本文结合福州地铁1号线地铁车站出入口设计，在确定出入口标准段内部净尺寸的基础上，讨论覆土深度与结构板厚之间的变化关系，确定不同覆土深度下所对应的最合理的结构尺寸组合。

1 结构尺寸拟定和材料选择

地铁车站出入口标准段为钢筋混凝土箱型结构，其内部净尺寸主要由乘客流量、消防疏散、建筑装修和管线布置等因素决定。

以福州地铁1号线出入口设计为背景，出入口标准段结构净高取标准值3.7 m，净宽取标准值为6.5 m；而将其顶板厚取为b1，底板厚取为b2，侧墙厚取为b3，覆土深度取为h。顶板、底板、外墙混凝土强度采用C35，抗渗等级P8。

2 设计原理及模型确定

出入口结构采用明挖法施工，依据平面应变假设，采用荷载—结构模式，按底板作用在弹性地基上的平面闭合箱型框架进行内力分析。围护结构与车站内衬墙间仅有压力传递，施工期间其水平压力按郎金公式的主动土压力计算。计算采用SAP2000有限元结构分析软件，按永久荷载、可变荷载、施工荷载和偶然荷载的各种组合进行。

3 计算基本规定

结构构件设计使用年限为100年，结构构件安全等级为一级，相应构件的重要性系数γ0取1.1；顶板、侧墙、底板受力钢筋净保护层厚度外侧50 mm，内侧40 mm；荷载按结构最不利受力情况进行组合。结构构件按荷载准永久组合并考虑长期作用的影响进行裂缝验算，最大允许裂缝宽度为：顶板迎土面不大于0.2 mm，其他不大于0.3 mm。

4 荷载组合

1)基本组合：1.35×恒载+γL×1.4×0.7×活载;

2)准永久组合：1.0×恒载+准永久值系数×1.0×活载;

3)偶然组合：恒载+部分活载+地震荷载，恒载+人防荷载；

4)抗浮计算：恒载。

因抗震工况和人防工况对构件配筋不起控制作用，本文不考虑偶然组合的影响。

5 方案比选

本文选取三个不同覆土深度，各覆土深度下再选取四组不同的结构尺寸方案，分别计算不同结构尺寸下的荷载作用效应，综合分析比较后选取最合理的结构尺寸组合。荷载示意见图1，各方案荷载计算汇总见表1。

表1 荷载计算汇总表

5.1覆土深度h=3.5 m时的方案比选

由图2可以看出，覆土深度为3.5 m时，结构自重荷载占结构所承受的总体荷载比重较大，随着结构板厚的逐渐增大，顶板跨中、支座弯矩值逐渐增大；底板跨中弯矩值逐渐增大，支座弯矩值先增大后减小；侧墙跨中弯矩值稳定在相对较低范围值内，其支座弯矩值则与顶板、底板支座弯矩变化规律一致。同时，在裂缝验算中，我们发现在满足承载能力的相同配筋情况下，方案一的最大裂缝宽度ωmax较之方案二的更趋近于(甚至超过)最大裂缝宽度ωlim。因此，覆土深度为3.5 m时，出入口的优化结构尺寸选为方案二。

5.2覆土深度h=4.5 m时的方案比选

由图3中的弯矩基本组合值变化曲线可以看出，覆土深度为4.5 m时，随着板厚的增加，顶板跨中、支座弯矩值逐渐变大；底板跨中弯矩值先增大后减小，支座弯矩值先增大后减小再增大；侧墙跨中弯矩值稳定在相对较低值范围内，支座弯矩值与顶板、底板支座弯矩变化规律一致。当底板支座弯矩取为最小值时，结构尺寸为最优。根据裂缝验算，结合配筋计算及方便施工等因素，覆土深度为4.5 m时，出入口的优化结构尺寸选为方案三。

5.3覆土深度h=5.5 m时的方案比选

由图4中的弯矩基本组合值变化曲线可以看出，覆土深度为5.5 m时，随着板厚的增加，顶板跨中值逐渐变大，顶板支座弯矩值先增大后减小；底板跨中弯矩值先增大后减小再增大，支座弯矩值先减小后增大再减小，呈交替变化；侧墙跨中弯矩值稳定在相对较低值范围内，支座弯矩值与顶板、底板支座弯矩变化规律相似。由分析可知，当顶、底板板厚为800 mm时支座弯矩分别到达最小值(极小值)，结构尺寸为最优。因此，覆土深度为5.5 m时，出入口的优化结构尺寸选为方案四。

6 结语

地铁车站出入口标准段断面设计在满足功能要求、建筑限界、以及标准化、统一化要求的基础上，其断面尺寸的最优化选取应与覆土深度相协调。同时，根据不同的地质条件，结构计算还应满足强度要求、裂缝验算、配筋合理、施工方便等各项要求，综合考虑以上因素，地铁车站标准出入口结构尺寸优化组合结果如下：覆土厚3.5 m时，顶板、底板及侧墙厚度均取500 mm；覆土厚4.5 m时，顶板、侧墙厚度取600 mm，底板厚度为700 mm；覆土厚5.5 m时，顶板、底板厚度取800 mm，侧墙厚度为700 mm。

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Optimizationanalysisondimensioncombinationforstandardsubwayexitstructuremembers

ZhangPenglai1WangZhihong1WangTao2

(1.PowerChinaHuadongEngineeringCorporationLimited,Hangzhou311122,China; 2.ChinaJinmaoGroupCo.,Ltd,Beijing100032,China)

Subway exits are main access to station and main fire escape exit. The dimension of structure members on exits are determined by architectural function, cover depth, geo-condition and surrounding environment. Taking Fuzhou Line 1 project as an example, structural analysis and design are done and different dimension combinations are compared to get the optimized dimension combination and to provide reference for future projects.

subway station, exits, structure design, optimized dimension combination

1009-6825(2017)29-0050-03

2017-08-08

张朋来(1979- )，男，硕士，高级工程师，一级注册结构工程师，注册岩土工程师

TU318

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