倪文兵

（中铁四院集团西南勘察有限公司，云南昆明 650200）

0 引言

城市轨道交通高架车站建筑结构形式分为桥建合一与桥建分离 2 种形式[1]。桥建合一形式由于整体性强，具有较好的发展前景[2]；桥建合一车站结构的缺点是结构设计涉及桥梁与建筑结构 2 个学科，结构设计比较复杂[3]。针对桥建合一高架车站的抗震设计，赵涛[4]、彭喆[5]进行了较全面的研究。本文结合昆明地铁工程实例，对桥建完全合一高架车站结构设计中遇到的典型难点问题和实际处理对策进行探讨。

1 结构体系介绍

桥建完全合一的单跨高架车站是指受力体系为典型框架结构体系的高架车站（图 1），它具有如下特点：车站中没有单独承担车辆荷载的简支轨道梁，车站横向一般为双柱单跨框架结构，车站纵向为多跨框架结构。一般车站的建筑层数为 3 层，高度不超过 24 m，且顶层为轻钢结构雨棚，此种结构可归类为民用建筑钢筋混凝土多层单跨框架结构。为满足城市轨道交通车站的功能，其结构设计具有自己的特点。由于建筑场地条件的限定和车站功能的相似性，此种建筑结构的形式又是相对固定的，比较容易进行标准化设计。

图 1 典型框架结构体系的高架车站（单位：mm）

2 长悬挑梁端头柱设置

昆明地铁工程结构设计审图过程中，对于长悬挑梁端头柱的设置（图 1 中附加柱 1）有两种观点：①不设置，上下 2 层梁均为单纯的悬挑梁，受力明确，不存在竖向结构不连续的问题，且结构规则性好，抗震性能更好；②设置此柱，增加了上下 2 层悬挑梁刚度，可以较好地优化悬挑梁截面。

为此，在昆明地铁晋宁线车站结构设计过程中，采用 PKPM 计算分析软件中的 PK 模块作为分析工具，建立平面框架结构模型 A（图 2），同时建立一个对比模型 B（图 3）。模型 B 除取消了 2 个 7 号构件，其他荷载、构件等与模型 A 完全相同，构件截面尺寸见表 1。

图 2、图 3 中，杆件编号不带圈，节点编号带圈，并定义位置梁 6-4 表示梁 6 的 4 节点端。取该工程场地地震作用为 8°（0.3g），小震情况计算，得出 2 种模型计算结果对比，见表 2～表 5。其中，表 2 为恒+活标准组合下悬挑梁端头节点位移对比，表 3 为恒载工况下挑梁根部弯矩对比，表 4 为地震荷载工况下上层柱剪力对比，表 5 为地震荷载工况下柱弯矩对比。

图 2 模型 A

图 3 模型 B

表 1 主要构件截面尺寸 mm

表 2 恒+活节点位移对比

表 3 恒载下挑梁弯矩对比

表 4 地震下柱剪力对比

表 5 地震下柱弯矩对比

由表 2～表 5 对比结果可知，设置悬挑梁端柱可使站厅层主要受力构件内力峰值降低，悬挑梁刚度有较大提高。虽然这将导致地震力略有增加，但增加幅度不大，且可以减小站厅层 2 框架柱的地震内力。考虑到悬挑梁端部也需要设置填充墙的构造柱，故选用模型 A 作为实施方案。至于抗水平刚度突变的问题，可以通过调整上下柱截面大小来解决。

图 4 电缆夹层 2 柱和站厅层柱加密示意图

图 5 柱加密方案（纵向一跨）（单位：mm）

3 电缆夹层 2 结构设计

电缆夹层 2 结构设计高度一般为 1.5 m，此高度由地铁车辆车型参数控制，变动范围较小。电缆夹层 2 横剖面结构分成左右 2 个单层塔，层高较下层站厅层要矮得多，与站厅层相比，此层极难满足 GB50011-2010《建筑抗震设计规范》3.4.4 条第 2 条 3 款“楼层承载力突变时，薄弱层抗侧力结构的受剪承载力不应小于相邻上一楼层 65%”的规定。为满足此规定，势必要减小电缆夹层 2 的梁柱截面，否则就得加大站厅层的梁柱截面。另外一方面，如果电缆夹层 2 仍保持站厅层柱网布置，仅在站厅层柱位置设置柱子，纵向梁跨仍取约 18 m，即使按满足基本组合工况要求设计，纵梁截面也不会很小。如果按 1/16 梁跨计算，梁高也会达到 1.1 m，电缆夹层 2 梁底部位净空也只有 400 mm，这将难以在电缆夹层 2 布设电缆及维护检修。

基于上述 2 点考虑，本工程采取了在电缆夹层 2 设置梁上柱的方式，以加密此层柱，减小梁跨度。具体办法为，按对应下层柱跨一分三的原则，在下层框架梁上每跨插入 2 个柱子（图 4）。电缆夹层 2 结构设计结果为，加密柱 9～ 柱 12，柱 9～ 柱 12 设计截面为 350 mm×350 mm，纵向梁 13～梁 15 设计截面高为 450 mm（图 5），横向梁 19～梁 26（图 2 中梁 19～26）设计截面高为 300 mm。这种设计极大优化了使用净空，改善了使用中的运营维护条件，满足了规范下层抗剪承载力不小于上层 0.65 倍的要求；其缺点是导致了竖向构件不连续，但是通过采取有针对性的对应措施，例如，采用全楼弹性板计算假定，加强抬柱梁细部设计，结构安全性是可以保证的。

4 区间桥梁支座牛腿设计

在车站两纵向端头与区间桥梁交接的位置，结构上有 2 种做法：①区间桥梁与车站结构间设置结构缝分开；②2 种结构不分开，在车站结构端部设置牛腿支撑区间桥梁。本项目采用了后一种方式，以提高建筑结构的简洁性。

由于区间桥梁支座横向间距较窄，若直接在框架梁上设置牛腿，则牛腿上还应设置横向梁支撑桥梁支座，该横梁除主要承受竖向弯矩、剪力外，在纵向水平地震力下将受到水平面内弯矩与剪力，受力大且复杂。为增加结构安全性，本工程采用了在对应区间桥梁支座处加设梁上牛腿柱（单层）的方式传导区间桥梁荷载。同时，在框架柱上设置 4 个牛腿，牛腿间采用水平系梁连接，以提高结构赘余度。边榀横向框架及牛腿关系如图 6 所示。

为确保结构安全性，本工程设计中采用了 SAP2000分析程序，建立了局部的牛腿柱、牛腿实体模型，以实体模型方式进行牛腿局部受力分析。计算结果表明，如果采用传统的牛腿截面，在牛腿下端面与柱斜交交点位置混凝土应力集中明显，如图7所示，在基本组合工况下达到 19.5 MPa。为此，设计中按应力和缓的原则，将此处平面斜交改为圆弧面过渡，其他条件不变，此时峰值应力降至 12.919 5 MPa，见图 8，应力峰值较无圆弧面过渡设计（图 7）降低了 33.3%。这样做几乎不增加工程量，且造型更为美观。故本工程采用下面为弧形面的牛腿。

图 6 区间桥梁支座牛腿三维图

图 7 区间桥梁支撑传统牛腿应力云图（单位：MPa）

图 8 区间桥梁支撑圆弧过渡牛腿应力云图（单位：MPa）

5 结束语

城市轨道交通桥建完全合一横向单跨高架车站是一种较新颖又能满足常规城市建设条件的结构形式。结构设计过程中，在充分考虑车站建筑交通功能的基础上，采取设置单层梁上柱的结构设计方案，可有效解决悬挑梁刚度小、电缆层层高小以及区间桥梁支座受力大且复杂的问题。设计表明，对于受力很大的钢筋混凝土牛腿，其下斜面与柱之间采用圆弧倒角圆滑连接方式，可有效降低二者连接部位的局部压应力。

[1]赵毓成. 高架车站结构形式分类及适用研究 [J]. 中国市政工程，2012（4）.

[2]宋佳刚. 桥建合一与桥建分离高架站房的对比分析[J]. 铁道勘测与设计，2015（3）.

[3]王伟佳. 桥建合一框架结构站房概述及设计分析方法探讨[J]. 铁道勘测与设计，2011（5）.

[4]赵涛.桥建合一高架车站结构抗震分析方法探讨[J].中国水运，2013（5）.

[5]彭喆. 浅谈“桥建合一”式高架车站抗震设计[J]. 铁道勘测与设计，2015（4）.

[6]GB50011-2010建筑抗震设计规范[S]. 2010.