成都某大跨无柱地铁车站的结构设计思考

摘要：调研了现阶段国内大跨无柱车站的应用案例，分析常见的大跨无柱车站结构形式及各自的特点，并结合成都某无柱车站的结构设计方式，对比了无柱车站与有柱车站的结构差异以及无柱车站特殊位置的加强措施。为无柱车站的设计和研究提供了一定的参考经验及借鉴意义。

关键词：轨道交通; 地铁; 无柱车站; 结构

中图分类号：U231.4文献标志码：A

0引言

随着我国城市化的进程不断加快，大型城市的人口数量不断增多，地铁在城市交通系统中的作用不断增加，由于受当时的国情和建设水平的影响，我国早期地铁进行设计时，地铁人流量预估不充分，造成现阶段我国大型城市早期地铁车站人流量大，人流疏散较慢、站内拥挤、空间不足的现象［1］。因此，我国近几年进行地铁设计时，除了考虑增加车站断面尺寸以增加车站人流量之外，还从设计上取消公共区的结构柱，不仅增加了站内有效疏散面积，还提升了车站的艺术性和乘车体验。本文结合成都某大跨无柱车站设计，结合作者多年的工作经验，分析了常见的无柱车站的设计理念和结构特点，为无柱车站的设计和应用提供一定的参考经验［2］。

1无柱车站结构选型

经调研，影响大跨无柱车站结构形式的因素主要有周边地质情况、车站抗浮设计、顶底板的结构形式、站厅站台的建筑设计要求、造价等因素等。目前常见的几种结构形式如表1所示［3］。

成都轨道交通某大跨无柱车站，车站埋深范围内地质情况较简单，从上至下为黏土、碎石土、粉质黏土，适宜采用大跨无柱的车站形式。车站站位靠路边单侧，要求为市政管线预留不小于2.5 m的埋深空间，地下水位位于地表以下0.5 m。综合上述条件考虑，车站采用传统的厚板加腋的结构形式。

2无柱车站截面尺寸确定

车站无柱段为长条形箱型截面，按照平面应变进行设计，取每延米板墙单元为研究对象，板墙采用梁单元模拟，侧墙及底板土反力采用地基弹簧模拟。车站顶板土压力按照全土柱考虑，覆土厚度为3 m。其余荷载按行业规范执行。结构计算采用SAP84结构设计软件进行结构内力分析。最不利工况下车站内力如图1所示。

从图1中可以看出，无柱段车站结构的控制断面主要为板墙连接位置和跨中位置，同时由于缺少柱子的减跨作用，跨中弯矩明显增大。中板轴力表现为受拉，顶板、底板、侧墙弯矩最大值均在3 800～4 600 kN·m，需增大截面尺寸，提高配筋率，满足结构的性能要求。配筋方案见表2。

从上述结构尺寸及配筋方案中可以看出，厚板加腋的结构尺寸均较大，除中板外，其余结构均属于大体积混凝土范畴，施工期间应采取抑制构件水化热的措施。侧墙顶板、底板位置处配筋率较大，而跨中位置配筋率偏小，断面尺寸与配筋方案协调性不高。另一方面，结构尺寸较大，对于无柱段的抗浮较有利，可以减少抗拔桩等抗浮措施的工程量，因此，厚板加腋结构方案的经济性应综合考虑。

3无柱段与有柱段过渡设计

尽管无柱车站存在有效面积大、空间效果好、造型新颖等诸多优点，但其在结构特点上，仍然存在结构尺寸偏大、配筋率过大或过小、造价相对有柱车站大、抗震性能相对较差的缺点。因此，为兼顾车站功能效果和结构安全，无柱车站设计时，常把公共区划分为无柱段，而设备用房和车站自身的功能区仍然按照有柱结构设计。

因此，对于无柱段与有柱段的过渡区域，常存在两种不同的设计理念。

（1）按照结构的受力特点，将无柱段与有柱段通过结构的变形缝分开，各自的结构体系独立设计。这种设计方法结构上简单易行，各区域独立性好，结构温度应力较小，但对建筑功能区域划分和设备管线的铺设有影响，且不适用于地下水丰富的地区。

（2）过渡段采用刚性连接，将有柱段与无柱段作为整体进行考虑。这种方法建筑功能划分更加自由，设备管线铺设更加方便，防水性好。但是结构狭长，温度应力较大，结构设计时，需单独考虑。本文中车站采用无柱段与有柱段结合的方案，过渡段采用刚接。采用MIDAS GEN 数值模拟软件进行过渡区域的结构受力模拟，过渡段采用梁柱框架结构转换受力，如图2所示。

考虑荷载对过渡段框架结构的影响，模型范围各取一定长度范围。过渡段内力计算结果见图3。

计算结果显示，过段顶梁最大弯矩1 660 kN·m，底梁最大弯矩2 773 kN·m，中梁最大弯矩225 kN·m，分别采用暗梁即可满足设计要求。

4无柱车站与有柱车站的对比

本文仍在相同埋深、水位和车站净宽条件下从结构尺寸、基坑深度等方面比较了有柱（单柱）和无柱的结构形式特点，如表3所示。

铁路与公路刘奇峰： 成都某大跨无柱地铁车站的结构设计思考

上述结果表明：

（1）相同条件下，无柱车站截面尺寸比有柱车站增约50%～75%。

（2）无柱车站比有柱车站结构宽度增加0.8 m，基坑深度增加2.1 m。

（3）由于无柱和大跨引起的内力重分配，使得无柱车站中板轴力为拉力，而普通有柱车站中板轴力为压力［4-5］。

总之，尽管无柱车站是当今地下车站的创新趋势，但其在结构特点上，仍然是弊大于利。由于车站周边环境的复杂

性和结构本身的隐蔽性，使得传统意义上的大跨结构在地铁设计中无法有效发挥作用。因此，设计无柱车站时应当谨慎，尤其是无柱段的开孔和抗震问题，应确保结构安全可靠。

参考文献

［1］周晓军. 成都地铁地下无柱车站结构形式设计及工程应用［C］//.智慧城市与轨道交通2022：85-91.

［2］吴斌. 地铁车站无柱结构设计探索與实践［J］.福建建筑， 2022，9（291）：44-48.

［3］朱坤朋. 无柱大跨拱形地铁车站结构研究分析［J］.现代城市轨道交通，2021（6）：40-45.

［4］刘欣. 浅谈单柱与无柱地铁车站结构设计比较［J］.甘肃科技，2010，9（26）：106-108.

［5］刘常浩，丁文其，巩一凡. 无柱大跨地铁车站受拉中板多工况受力变形数值分析［J］.建筑结构，2021，S2（51）：415-419.

［作者简介］刘奇峰（1991—），男，硕士，工程师，研究方向为地下轨道交通、结构设计。