地铁车站结构设计中空间效应的影响

薛 磊

中铁第四勘察设计院集团有限公司（430000）

1 平面简化模型的不足之处

平面简化模型的假定条件是建立在车站结构中纵向各种条件是在不变化的情形下实现的，如地铁车站的纵向尺寸无限大、纵向材料和几何尺寸无差异、车站结构的纵向荷载无变化，但现实的情况与这些假定条件都存在差异，中柱的纵向不连续性造成车站纵向结构的刚度存在差异，从而产生的地基反力也存在一定的差异。按照假定的条件去计算地铁结构的纵向结构内力无法真实地反映出地铁车站的真实受力情况。总之，地铁车站结构设计的平面简化模型中的假定条件在现实地铁车站构筑中无法成立，产生的计量结果存在偏差，会影响到建筑所需材料的预核算，造成一定时间成本和资金成本的浪费，影响到整个地铁车站工程经济性能。

2 空间模型用于地铁车站结构设计的必要性

空间模型具有平面模型所不具备的直观性，形成一种结构迁移。为抵抗水土压力、荷载（人或车辆荷载）压力，地铁车站结构的顶板因所承受压力的负荷大，边墙多受主动土作用，顶梁和底梁的截面高度也很大，中间楼板受到的荷载压力作用大，这些部分在构筑时必须进行特殊的土层布置和设定科学的厚度。空间模型所具有的模拟能力能够不同程度地将设置要求表现出来。荷载压力的计算按照《地铁设计规范》GB 50157—2003进行。空间模型的三维模拟能够将具体的情况展现出来。通过三维空间模型和平面模型的对比分析，建立两者之间存在的对应性。根据模型验证和沉降分析，三维空间模型和平面简化模型两者之间存在某种对应关系，对空间模型在地铁车站结构设计中具有必要性。

3 空间模型与平面简化模型的对比分析

3.1 两种模型底板受力对比分析

通过平面模型底板弯矩与空间模型的柱上或跨中板带底板弯矩的对比分析发现，平面模型计算所得的底板最大正负弯矩值明显超出了空间模型的弯矩值范围，平面模型的计量大于空间模型，两者之间存在较大的差异。空间模型弯矩值小的原因在于受到双侧的承载作用的影响，一定程度上对弯矩产生了削减作用。在中柱处由于受到应力作用的影响，柱上板带处的最大负弯矩产生了变大趋势，但达到峰值位置时，由于中柱高度极大结构的出现，产生了力的削弱作用，使此处的受力降低到与跨中板带处梁上负弯矩趋于一致的水平。

3.2 两种模型侧墙受力对比分析

通过平面模型与空间模型侧墙受力对比分析可以发现，空间模型的等效弯矩计算明显小于平面模型的弯矩。主要控制原因在于：空间结构的侧墙和板连接处的截面高度的变化，使其受力发生了较大幅度的变化，与平面模型的弯矩值产生了一定的计量偏差。

3.3 两种模型结构受力沿纵向发生变化对比分析

平面简化模型的假定条件即是纵向连续不变化，纵向不变化是平面模型假定的必然条件。实际上，地铁车站结构设计中，纵向结构是存在变化的。实验证明，空间模型受到中柱的影响，纵向具有非均匀性，致使截面受力沿着纵向结构发生变化。由于柱上板带处受中柱所在截面的沉降会承受更大的地基反力，所以底板跨中最大正弯矩沿纵向发生变化。

4 结语

地铁车站结构设计按平面简化模型进行计算不能够精确地反映出结构的受力状况，计算由于各种因素存在计量偏差，会影响工程的经济性。采用三维空间模型用等效弯矩进行配筋计算的计量方法能够满足车站设计的实际受力状况要求，极大地提升地铁车站工程的可靠性和安全性。