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摘要：結合深圳市軌道交通6號線高架車站不設伸縮縫的要求，對某超長高架車站的結構設計方案進行研究。從選取溫度計算參數、調整墩柱剛度、設置后澆帶以及其他構造等方面進行影響分析，給出相應建議措施，可為類似項目提供參考。

關鍵詞：城市軌道交通；高架車站；超長結構；溫度效應；構造措施

引言

根據我國現行《混凝土結構設計規范》，長度超過一定范圍的框架結構應分段設置伸縮縫。設置伸縮縫目的是將框架結構分割為較短的節段，以降低體積變化和溫度效應等間接作用的影響，防止在結構中引起較大的約束應力和結構開裂。然而在工程實踐中，伸縮縫兩側需獨立設置梁、柱，施工成本較高，且伸縮縫產品壽命偏短；伸縮縫裝置破壞后會造成結構耐久性降低，同時伸縮縫漏水也是大型鋼筋混凝土結構的通病，目前還沒有很完善的修復解決辦法；在后期運營階段要投入較大的人力和財力進行養護和維修，既增加了維護成本，又給建筑物的正常使用帶來干擾和安全隱患。因此，有必要對這類超長混凝土框架結構進行創新設計研究。近年工程實踐表明，超長結構在不設伸縮縫的情況下，采取有效措施，也可以避免裂縫的發生。

1工程概況

深圳市軌道交通6號線是國家發改委批復的《深圳市城市軌道交通近期建設規劃（2010～2016）》線路之一，是沿深圳市中部發展軸敷設的軌道快線。一期工程線路始于深圳北站綜合交通樞紐，止于松崗站，全長約37.6km，其中高架段長約27.2km，全線共設車站20座，其中高架車站17座。目前全線土建工程已基本完工，計劃2020年開通運營。該線某一高架站位于路中，車站采用島式站臺，結構全長144m。結構形式為橫向單跨的3層鋼筋混凝土框架結構。地下層為設備夾層，地面層為系統及設備用房，地上2層為站廳層，地上3層為行車道層，行車道層上設站臺層，車站屋蓋采用輕鋼結構，高架車站立面如圖1所示。

2結構選型

在建的高架車站從結構構件的所屬關系上，主要分為“橋建分離”和“橋建合一”2種形式。（1）橋建分離。車站橋梁與車站房屋在結構上完全脫開，互不干擾。該形式的優點是受力體系清晰，結構設計按各自規范獨立進行；缺點是車站建筑布局不便，占地體量大。（2）橋建合一。是橋梁和房建結構的融合，車站主要受力構件均為兩者共有，橋梁墩柱、蓋梁通過框架梁板形成空間整體結構。該形式的優點是整體性好，易于建筑布置；缺點是站房不可避免的會受到列車振動影響，主要受力構件需同時滿足橋梁和房建的設計規范等。本工程高架車站主要位于道路中間綠化帶內，兩邊是車行道，車站墩柱占地9.5m寬。蓋梁懸挑跨度4.3m，車站采用島式站臺，站臺寬10m，線間距13.2m，若采用“橋建分離”形式，車站占地較多，對兩側道路交通影響大，也不利于建筑房間布置，因此對此類車站推薦采用“橋建合一”形式。

3車站不設縫方案研究

本高架車站在初步設計階段，按我國現行《混凝土結構設計規范》要求，同時參照以往類似項目的做法，在車站中部設置1條寬10cm的伸縮縫，將車站分成72m長的兩聯結構。在初步設計專家評審階段，為了減少伸縮縫處的建筑防水處理和漏水發生，同時方便結構找坡、減少各種管道跨縫處的特殊處理、降低造價且便于施工，專家組建議對高架車站主體不設伸縮縫的可行性及技術措施進行研究論證。取消伸縮縫后車站主體結構長度為144m，對現澆式框架來說，已遠超規范要求。根據工程經驗，降溫和混凝土的收縮是引起超長混凝土結構開裂的主要原因，也常是車站橋梁設計的控制性工況，應通過有效分析和計算，慎重考慮各種不利因素對結構內力和裂縫的影響。本高架車站采用Midas/Civil空間橋梁專用程序進行靜力分析，設計中重點對溫度作用、墩柱剛度及后澆帶對超長框架的影響做了研究，車站的有限元計算模型見圖2。

3.1溫度及收縮的影響

3.1.1季節溫差溫度作用包括混凝土結構的溫度效應和混凝土的收縮效應，其中溫度效應包括均勻溫度（季節溫差）和溫度梯度。由于混凝土屬于熱惰性材料，并考慮結構的工作環境，如涂料、內外裝修、保溫隔熱等的影響，短期內的溫度梯度對結構不會產生較大影響，溫差的取值主要由季節溫差控制。季節溫差以后澆帶澆注的月平均溫度為基準，考慮升溫和降溫2種工況。深圳年基本氣溫為最低（Ts.min）8℃，最高（Ts.max）35℃。設計時往往不能準確地確定后澆帶澆注工期，合攏溫度通常是一個區間值。深圳地區一月的平均溫度為（To.min）14.3℃，八月的平均溫度（To.max）為28.3℃，則可要求后澆帶澆注區間溫度值為14.3～28.3℃。結構最大升溫溫差△Tt=Ts.max-To.min=35℃-14.3℃=20.7℃；結構最大降溫溫差△Tt′=Ts.min-To.max=8℃-28.3℃=-20.3℃。

3.1.2混凝土收縮溫差混凝土早期水化熱、骨料下沉、水分蒸發導致混凝土收縮變形，將混凝土收縮變形換算成溫差，即混凝土的收縮當量溫差。對于分段澆筑的鋼筋混凝土結構，在施工期間已完成部分收縮，因此可考慮對混凝土收縮的影響在一定程度上折減。參考現行《鐵路橋涵設計規范》的相關規定：對于分段灌筑的混凝土或鋼筋混凝土結構可按降低溫度10℃計算。故總降溫溫差△T=-20.3℃+（-10℃）=-30.3℃

3.1.3應力松弛溫差和收縮應力都是在較長的時間內發生的。混凝土徐變產生的應力松弛，可降低溫度效應的彈性應力。工程設計中考慮混凝土結構徐變影響的方式通常可簡化為按常規方法算出彈性應力，再乘以松弛系數。溫度力若只按彈性階段進行設計，富余太大。因此可考慮對溫差進行相應的折減，參考我國著名工程結構裂縫控制專家王鐵夢教授《工程結構裂縫控制》一書，應力松弛系數可取0.2～0.5。也可參考文獻[2]中考慮配筋率影響和徐變系數的應力松弛系數計算公式：式（1）中，χ(t，t0)為混凝土老化系數，其平均值為0.82；φ(t，t0)為文獻[3]中的混凝土徐變系數。取加載時混凝土的齡期為7天，后澆帶合龍時間為混凝土澆筑后2個月，則后澆帶合龍時的徐變應力松弛系數約為R(60，7)=0.445。本工程結合設計經驗，并考慮一定安全富余，最終取應力松弛系數為0.75。綜上所述，溫度荷載確定為：升溫工況溫差T=0.75×20.7℃=15.5℃；降溫工況溫差T′=0.75×（-30.3℃）=-22.7℃。按此降溫溫差參與荷載組合，在“主力+溫度力”的工況下，車站邊墩墩底彎矩為5464kN•m，其中單一降溫工況引起的彎矩為2851kN•m，可見若只按彈性計算，容易導致邊墩的設計不能滿足規范的限值要求。

3.2墩柱剛度的影響

混凝土結構的長度并不是影響結構溫度作用的唯一因素，外部約束和車站墩柱結構的縱向剛度也對溫度作用下的內力有較大影響，該影響在車站邊墩的內力分析中尤為顯著。從計算分析可看出，車站墩柱剛度越大、約束越強，墩底彎矩也越大。選擇合適的墩柱截面可以較合理地調整其縱向剛度，改善結構受力。本設計中經過不同截面的計算比選，確定合理墩柱截面為1.5m×1.3m。車站墩柱的剛度還可以通過墩高來調節，在不調整線路標高的情況下，增加車站墩柱的計算高度也比較有效。在設計中，把車站端部三跨的墩柱基頂標高降低以減弱其縱向剛度，經對比分析，最終采用的方案中，車站端部三跨的墩柱高度為11.5m，車站中部墩柱高度為9.0m。在不同墩高的計算對比中，端部墩柱高度由9.0m調整到11.5m后，邊墩墩底彎矩在“主力+溫度力”工況下，由5925kN•m降低到5464kN•m，內力改善效果明顯。同時由于邊墩加高變柔，在降溫模式下，站廳層樓面墩柱對板的約束也降低了，板內拉應力也相應有一定減小。但這里需要注意，調節橋墩剛度的分析，須在滿足上部各層剛度比和層間位移的前提下進行。

3.3后澆帶的影響

在超長框架結構施工過程中，設置后澆帶也是解決溫度變化及混凝土收縮較有效的一種方法。在現行《鐵路橋涵設計規范》中對分段灌注的混凝土結構產生收縮效應的等效溫度值偏小，也是基于此考慮。本設計中共設置了3條0.8m寬的后澆帶，將車站分割成長度約35m的4個節段，通過對比車站按整體澆注與設置后澆帶分段澆筑時，邊墩墩底在“主力+溫度力”工況下的內力值，可以發現，設后澆帶能降低混凝土收縮引起的內力值。整體澆筑時，邊墩墩底彎矩為6417kN•m，設置3道后澆帶后，邊墩墩底彎矩為5464kN•m，內力改善效果明顯。但設置后澆帶只在施工過程中發揮作用，不能解決合龍后混凝土收縮及后期環境溫度變化產生的內力。因此，在超長混凝土結構中，為減輕溫度效應的影響，還需配合其他構造措施。

3.4構造措施

除了墩柱和框架縱橫梁、各層梁板等主要受力鋼筋需考慮溫度作用下的荷載工況設計配置外，本設計中也考慮了其余配筋加強措施。如框架縱梁每側腰筋要分擔由降溫產生的軸力，故按計算加強腰筋配置，并按受拉鋼筋的要求進行錨固，以適應溫度作用的影響。又如各層樓板的配筋均采用雙層、雙向拉通布置的布筋方式，為加強和利用約束作用，配筋率均有所提高；在含鋼量不變時，采用直徑小、間距密的配筋，有利于減小裂縫的開展，同時設計中也特別加強了構件節點的構造措施。考慮到防止高架車站混凝土結構開裂的重要性，應嚴格控制混凝土的入模溫度與混凝土配合比，必要時需在混凝土中摻入一定比例的優質粉煤灰和高效復合減水劑，并應嚴格按相關規范進行混凝土養護。

4結語

針對本高架車站取消變形縫的要求，在結構設計中，通過選擇恰當的設計輸入參數，采用先進的模擬軟件，對無伸縮縫鋼筋混凝土結構的可靠性進行輔助驗證。最終確定與本車站結構相適應的構件尺寸，并在此基礎上加強構造和施工措施。解決了超長框架結構的溫度效應帶來的設計困難，防止結構產生較大內力與變形，既確保承載力的極限狀態，又滿足使用極限狀態，較好實現了預期設計目標。

作者：楊林 董瀚潞 單位：中鐵二院工程集團有限責任公司