大跨度無柱地鐵車站設計

摘要：主要闡述大跨度無柱地鐵車站的建筑特點和結構選型，并結合工程實例探討該結構形式的設計難點及應采取的構造措施，以期對同類型地鐵車站設計有所幫助。

前言
大跨度無柱地鐵車站是指相對普通有柱車站而言，車站公共區內無柱、跨度較大的車站，一般是島式雙層地下車站，這種類型的車站公共區空間開闊， 有其獨特的建筑風格（如圖1），因此近年來不少地鐵車站采用了這種車站型式。由于這種車站在建筑結構設計方面與普通有柱地鐵車站存在著不少差異， 因此在設計時應根據其特點采取合適的建筑布置方案及相應的結構構造措施。
1.大跨度無柱地鐵車站建筑特點及建筑布置
大跨度無柱地鐵車站是源于對普通單柱雙跨車站的改進， 以往的單柱雙跨島式車站站臺在布置完樓梯和自動扶梯后，自動扶梯邊的側站臺寬度約為2.6m，盡管站臺寬度較大，但由于其上有立柱、自動扶梯和樓梯的存在，仍會顯得視野空間不夠開闊。如公共區取消立柱，則車站總寬度和線路線間距至少可減小1m 以上， 且站廳層和站臺層的空間變得更為寬敞和開闊,而減小車站總寬度對多數位于城市道路下的車站來說顯得非常有利，同時線間距的減小對線路也是一個有利條件。無柱車站就是在這樣的思路下產生的，由于車站公共區不設柱子，車站凈跨度可達15.7m，故也稱其為大跨度無柱車站。
為了減小車站總寬度和跨度， 無柱車站的島式站臺寬度根據《地下鐵道設計規范》取最小值8m。如站廳層到站臺層設置上行、下行扶梯各2部，扶梯兩兩并排布置，考慮每臺扶梯寬度約為1.9m，則扶梯邊側站臺寬度僅為2.1m，略為偏小。因此， 在這種情況下所有扶梯和樓梯均不宜并排布置，而只能一字型排列布置。由于受車站公共區長度的限制， 一字排列布置的扶梯及樓梯總數一般不宜超過4 部，在扶梯、樓梯總寬度滿足疏散要求的前提下， 可設置2部上行扶梯，1 部下行扶梯及1 個樓梯。但這種布置方式只有1 部下行扶梯，如車站兩端的客流較均衡時，這種布置顯然給沒有布置下行扶梯一端的客流帶來一些不便。如果考慮對稱性，不設下行扶梯，只對稱布置2部上行扶梯和2個樓梯，則車站的服務水平略有降低。一般車站站廳層到站臺層的扶梯、樓梯總數至少為4部，因此可考慮將站臺寬度加大到8.8-9.0m，這樣就能兩兩并排布置上下行扶梯和樓梯， 即可設置上行、下行扶梯各2部和樓梯2個，此時扶梯邊側站臺寬度＞2.5m，車站的使用功能較好,車站公共區寬敞開闊，充分體現了大跨度無柱車站的建筑特色。

2.大跨度無柱地鐵車站結構選型
大跨度無柱車站由于公共區不設柱各層板梁） 跨度較大凈跨達15.7m，屬大跨度結構,其受力和變形均較大。特別是車站頂板由于覆土厚度達2-3m 以上,覆土荷載較大導致頂板內力和變形都較大， 因此要合理選擇車站結構型式，以滿足結構受力和變形的要求。根據車站頂板、中板的結構方案大跨度無柱車站可采用以下結構型式：
1) 密肋梁方案
密肋梁方案結構剛度較好，但由于梁高較大為滿足各種設備管線的布置要求， 故需加大站廳層層高，此外因施工較復雜而速度較慢。
2) 變截面板方案
根據矩形箱體的內力圖頂板、中板在支座處的彎矩最大跨中彎矩較小，因此可根據內力包絡圖， 頂板及中板采用變截面板的形式。采用該方案可在滿足結構強度和剛度要求的前提下減小板的鋼筋混凝土工程量。
3) 預應力鋼筋混凝土箱梁方案
為進一步減少車站的鋼筋混凝土用量，減小梁、板高度，以使車站埋深較小，頂板可考慮采用預應力鋼筋混凝土箱梁方案。但考慮到采用預應力施工技術施工工藝較為復雜施工難度較大因此目前在地下車站施工中應慎用。
3.大跨度無柱地鐵車站結構設計難點分析
大跨度無柱地鐵車站由于跨度較大，其內力和變形與普通的單柱雙跨車站有所不同，必須針對結構設計中的難點而采取相應的結構構造措施。
a) 無論頂板采用密肋梁方案或變截面板方案由于側墻與頂板相交處角點彎矩過大，因此必須對該部位進行結構加強處理，通常的做法是在角點處加設大腋角。
b) 對中板來說雖然承受的荷載要比頂板小但由于中板板厚較小且開洞較多故其受力形式較復雜。
c) 大多數車站由于覆土較薄（一般為3m左右），當地下水位較高時，僅靠結構自重和覆土荷載難以滿足車站抗浮要求，需要采取抗浮措施。

結束語
大跨度無柱地鐵車站作為一種較新的車站型式，有其獨特的建筑風格，減小了車站的總寬度，并使車站公共區空間通透開闊， 但設計時應根據其跨度較大的特點，采取相應的結構構造措施。該車站類型由于板厚（或梁高）和層高均較大，從而增大了車站軌面埋深， 比普通單柱雙跨雙層地下車站約增大1%&(1%2*， 對乘客出入車站及車站土建造價可能會造成一定影響。因此， 是否適合采用大跨度無柱車站，應根據具體的站位實際情況，因地制宜，慎重進行多方案比選后才能確定。