市域快线地下车站楼梯型式优化设计

杨 冲

(中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，浙江 杭州 311100)

1 设计背景

传统地铁车站车型多为6节编组B型列车，市域快线车站车辆采用A型列车，同时由于供电制式不同，市域快线车站站台层较普通车站高约1 m，由此引起站台至站厅楼梯提升高度增加约1 m，以地下2层车站一字直跑楼梯为例，传统B型车楼梯提升高度为5 100 mm，市域快线车站A型车车站的站台至站厅提升高度为6 150 mm，根据《地铁设计规范要求》，通常公共区楼梯踏步采用300 mm×150 mm，单跑楼梯踏步不宜超过18，超过18时应增设休息平台。通常18×300 mm=5 400 mm，单跨楼梯5.4 m，采用板式楼梯方案较为轻便。

普通车站楼梯提升高度为5 100 mm时，踏步数5 100 mm/150 mm=34个踏步，因此楼梯平面布置采用两跑楼梯((踏步数：17+17)，中间增设1个休息平台)，普通车站楼梯平面投影长度约11.1 m(见图1(a))。

市域快线车站提升高度为6 150 mm时，踏步数6 000 mm/150 mm=41>18×2，需设置3跑(踏步数：13+14+14)，中间需设2个休息平台。快线车站楼梯平面投影长度约14.4 m(见图1(b))。

2 楼梯建筑设计优化

2.1 楼梯设计现状

车站建筑设计时通常将楼梯下方梯柱与梯板的围合空间作为三角备用间以充分利用站台层空间。6B车站楼梯下支点距离最远处梯柱平面投影长度为7.55 m(控制净高2.4 m时，8A快线车站下支点距离最远处梯柱平面投影长度为10.55 m，相对于传统车站多3 m，一组楼扶梯约占用公共区20 m2，快线车站通常设4组楼扶梯，按此设计共占用站台公共区约80 m2，三角房空间缩小后站台视线通透，高峰时期站台可多容纳约500人(如图2所示)。

2.2 快线楼梯设计存在问题

快线车站梯柱与楼梯板围合空间面积过大，作为三角设备间使用利用率较低，且占用公共区面积较多。若将梯柱外露单独装修，被构件切割后的公共区空间几乎没有乘客使用，并且乘客视线也受到遮挡，影响乘客流线[1]。

采用全梁式楼梯时，因梁式楼梯跨度较板式楼梯跨度大，上部梁式楼梯水平投影约10 m，最远一排梯柱可左移3 m，站台公共区空间相对增大20 m2；但此时三角机房内因梯梁梁高约800 mm，较板式楼梯高度凸出600 mm，原三角机房净高较小，采用梁式楼梯后净空不足，又需要外扩满足三角机房使用要求，因此，从对公共区空间影响方面评价，采用纯梁式楼梯方案和板式楼梯方案相差不大。

2.3 优化设计

基于上述存在问题，如何避免在公共区设置过多梯柱，同时保证梯板下三角机房空间满足使用要求，以上两个关键点是现方案需要解决的主要问题。

单独采用一种结构形式的楼梯无法同时满足三角机房和公共区的要求，需要综合考虑各结构形式优点，以达到设计目的。

通常地铁车站板式楼梯跨度约5 m～8 m，梯板厚200 mm，按18个踏步一跑考虑，跨度超过6 m则需要加强配筋或设置梯柱，少则1根大尺寸梯柱，多则4根小尺寸梯柱。

梁式楼梯跨度大，超过6 m时使用梁式楼梯可以增大楼梯跨度，在保证结构安全的前提下有效减少梯板下设置过多梯柱。但梁式楼梯梁截面高度相对板厚度要大，通常梁截面高为板厚的3倍～5倍。

对上述构件特点进行分析，将楼梯自下而上划分为3个部分，即楼梯自身、三角机房及楼梯下公共区空间。分析图1可知，楼梯最下部低矮空间跨度小、净空小导致此区域无法利用，因此采用何种楼梯结构形式对建筑功能并无影响，且下部楼梯采用梁式楼梯造成浪费且施工不便，该部分采用板式楼梯较为合理。上部楼梯下方要求不设梯柱或少设梯柱，不影响公共区空间，此段楼梯跨度较大，采用梁式楼梯较为合理[2]。设计时充分利用梁式楼梯跨度大的优势，使上部楼梯跨度足够大，减少对公共空间的占用，同时平面上结合三角机房和楼梯两侧扶梯混凝土支墩位置，将梁式楼梯下支点位置与扶梯支墩并排设置，保证了建筑视线的平整，同时也不影响三角机房空间[3](见图3)。

3 楼梯结构设计优化

3.1 楼梯结构选型

根据前述优化思路，优化方案在同一部楼梯中同时采用的梁、板混合结构组合，上部楼梯采用大跨度梁式楼梯，下部结构采用板式楼梯。其中，上部楼梯与下支点连接时，结构构造上可将梁内受力纵筋全部锚固于梯柱顶部，下支点支撑于600 mm×500 mm的结构柱，下部板式楼梯支点采用横梁，在梁、板结构转换处设置一根垂直于梁式楼梯的600 mm×700 mm短横梁作为板式楼梯的上支点。梁式楼梯上支点支撑在主体结构800 mm×800 mm的横梁上。下部板式楼梯梯柱为300 mm×300 mm，梯板厚200 mm。

梁式楼梯横断面根据梯段宽度通车采用T型截面或π型截面，本案例中梯段设计梁截面为600 mm×800 mm，梯段设计宽度1.2 m，考虑施工支模便利，采用T型截面，除去梁自身宽度梯板沿梁横向各有300 mm悬挑，对称受力。

3.2 楼梯结构设计

限于篇幅，本处仅对优化后的折梁楼梯进行计算分析，小跨度板式楼梯计算不再赘述。根据既有经验，由于不同结构形式计算简化力学模型不同，对于梁、板组合结构楼梯，结构设计时无法采用一般平面计算假定对优化方案楼梯进行计算，且规范对于多节点折梁并无详细计算规定，仅示意节点构造做法，故本优化方案采用有限元软件midas gen对楼梯进行计算设计。

楼梯荷载主要考虑：自重(软件自动计算)、踏步1.88 kPa，装修面层1.65 kPa、其他装修及扶手栏杆1 kPa，人群活载按4 kPa。材料采用C30混凝土，装修面层厚50 mm。荷载组合根据现行规范要求计算。通常车站结构构件按照混凝土裂缝控制设计配筋可满足全部结构设计要求，故此处仅对准永久工况下计算结果进行分析(见图4～图7)。

根据弯矩最大值和最大变形均出现在折梁跨中，弯矩最大值为186 kN·m，根据规范要求配筋计算，4根直径25 mm钢筋可满足0.3 mm的裂缝控制要求；折梁跨中最大挠度为1.6 mm，远小于各规范要求；根据计算结果看，楼梯结构剪力数值不大，各节点处根据规范相应要求进行构造配筋即可满足要求。

3.3 楼梯构造设计

根据前述有限元计算结果可知，本案例中所用组合结构楼梯受力关键点主要为梁式楼梯上、下支点，折梁节点。其中楼梯上支点受力最大，折梁节点其次，柱顶次之。设计时结合抗震要求对节点进行加强。

因折梁会在两端支点产生一定水平推力，上支点水平推力方向与混凝土板平行，刚度满足要求；下支点水平推力作用于柱顶，使下梯柱产生偏压，需对梯柱进行偏压计算配筋。同时可适当加大与柱顶横梁相连的下梯板厚度，对梯柱沿水平方形位移有一定约束。

楼梯一般与主体结构分期施工，施工时应注意提前在楼梯上支点和下支点立柱处预留足够的钢筋锚固长度。预留钢筋锚固条件同时施工时应将上述关键节点作为施工控制重点。

4 结语

大跨度梁式加板式组合结构楼梯能够在保证结构设计安全的前提下，充分发挥其受力特点将地下车站公共区空间利用率达到最大化，充分平衡了建筑设计与结构设计的不同要求，使设计达到最优化。

1)本优化仅对地下2层站进行空间优化，其余类型车站可依此优化思路进行优化。

2)大跨度梁、板混合楼梯结构设计计算主要依靠有限元计算结果，结合抗震构造措施保证结构安全，楼梯作为地铁内垂直运输的重要构件，抗震构造可适当提高。

3)大跨度结构挠度相对较大，本案例计算结果仅作为参考，实际施工时可设置一定预拱度，施工过程中应特别注意控制施工质量，确保各关键节点安全可靠。