高架车站站台综合吊架与雨棚结构的一体化设计研究
发布时间:2022年1月25日 点击数:2056
1 引 言
随着轨道交通的发展,车站站台建设逐渐兴起,对车站建筑的质量要求不断提高。雨棚是车站建筑的重要结构,可以起到遮风挡雨的作用,在车站中的应用较为广泛,需要合理地进行设计。车站应具有完善的雨棚结构,并且应采用综合吊架的形式,使雨棚架构更加宽敞,同时保证结构整体的美观性,使雨棚能够更好地发挥作用。站台吊架多采用钢筋混凝土结构,自身的重量较大,为了满足客流量的需求,应采用高架大跨度设计,使高峰期时乘客能够顺利地通过,减少拥堵的现象。目前吊架与雨棚的结合效果较差,为此,需要做好车站站台一体化的应用工作,提高车站的人性化设计水平,提高车站设计的质量。
在国内轨道站台中,多采用钢结构雨棚,一方面是因为施工过程较为方便,便于吊架结构维护,在安装过程中,可采用吊装的施工形式保障施工作业迅速完成,有助于施工质量的控制;另一方面是便于一体化设计的实现,使吊架与雨棚相结合,保障整体外观效果,使建筑具有良好的挡雨结构,提高建筑结构的完善性。
另外,车站一体化设计需要注重吊架空间的内部装饰,应考虑到管线散热等条件,使管线的排布符合实际情况,为机电设备的安装提供方便。一体化设计是车站站台吊架与雨棚的重要结合方式,是目前车站建设的主要发展方向,车站一体化设计应符合现代化的要求,注重综合吊架与雨棚结构的合理运用,优化空间布局,充分发挥一体化设计的效果[1]。
2 站台综合吊架与雨棚结构一体化设计方法
2.1 整体设计思路
一体化设计的重点在于对整体结构的把控,一体化设计应具备完整的设计思路,在设计过程中不断对建筑结构进行优化,完善建筑效果。在整体设计思路方面需要把握以下几点:(1)采用土建与机电结合施工的形式,需要考虑施工工序的可行性,对施工质量进行控制,提高钢结构布置的合理性,保障结构的稳定性;(2)需要考虑到空间效果,室内管线应合理地分布,使室内具有良好的空间格局,提高室内环境的质量;(3)保障雨棚结构的稳定性及其功能性,确保材料的强度符合要求,对结构杆件的数量进行限制,保障整体结构的美观;(4)需要结合运营维护条件,确保室内空间便于进行维护,车站能够安全运营;(5)需为机电部分的设计预留空间,便于对设备进行维护和更新,对综合吊架进行有效运用。在整体设计思路方面应考虑全面,促进综合吊架与雨棚结构一体化设计的实现,提高建筑设计的质量。
2.2 主体结构布置
综合吊架位于站台的上方,雨棚的下方,吊架和雨棚在布置时应紧密结合,使主体结构具有良好的受力特征。
雨棚结构跨度较大,在主体结构布置方面具有较高的要求,设计时应构建完善的钢结构体系,使钢结构能够充分发挥作用,提高主体结构的设计效果。对钢架柱进行布置时,一般采用树状柱进行设计,使圆钢管与钢板能够结合起来,增强主梁结构的稳定性,保障综合吊架结构的合理性。虽然设计要求为高架车站,但仍然需要对结构高度进行限制,在次梁设计时采用圆弧曲线,可以在一定程度上降低结构的高度,增强建筑结构稳定性。
综合吊架是主体结构的重要组成部分,主要分为柱立式和吊挂式两种,前者用于跨度大、空间大的雨棚,使车站空间更加宽阔,提高空间的利用率,而且站台长度一般不超过150 m; 后者是常见的吊架形式,对建筑净高具有一定的要求,一般不超过9 m。两种吊架结构有助于综合吊架的实现,保障主体结构布置的整体效果[2]。
2.3 主体结构计算
为了保障主体结构布置的合理性,需要对综合吊架的承重特点进行分析,降低风雨对主体结构的影响。在受力分析上,一般采用SAP2000软件进行模拟分析,分析主体结构的受力情况,使主体结构能够更好地投入使用。在受力要求上,梁结构与杆结构需要均匀受力,保障主体结构的稳定性。为了降低风雨的影响,雨棚需要采用消音结构设计,在吊顶加装隔音材料,提高雨棚的隔音效果,降低室内的噪音分贝,使室内处于较为安静的环境。另外,应控制位移风振系数在2.0~4.5之间,降低风压对雨棚的影响,同时也能降低风振形成的噪音,提高主体结构受力的稳定性。
另外,需要对主体结构的节点进行分析,使节点能够更好地交汇,使节点的受力情况更加可靠。节点主要分布在主体的吊架结构中,会影响到树状结构的设计效果,在节点材料方面,一般选用铸钢件设计,这样可以提高节点的受力强度,其设计强度应达到235 N/ mm2,使节点可以更好地进行传力,保证节点的设计质量。
2.4 梁结构设计
主体结构(图1)设计对于综合吊架较为重要,需要对主体结构进行分析,提高主体结构的承载力。梁结构是主体结构设计的重点,对于主梁,一般采用“H”型结构,能够增强主梁结构稳定性;对于次梁,常采用箱型结构,使次梁具有足够的抗应力能力,避免受力过大而发生弯曲,保障次梁的强度。次梁的水平间距为4 m, 需要对间距进行控制,使次梁能够充分发挥稳定作用,同时与主梁相结合,使主体结构具有良好的受力特性。为了满足主体结构的受力特点,需要采用“恒载+活载”的结构进行设计,并且做好受力分析工作,将恒载控制为0.3 kN/ m2,活载控制为0.5 kN/ m2,有助于主体结构的稳定控制。在梁结构的分布上,采用树状结构,有较多的分叉节点,需要对节点的稳定性进行控制,使节点能够发挥支撑作用,并且避免节点因受力发生位移,保障主体结构的整体刚度[3]。
2.5 雨棚结构设计
雨棚结构需要满足主体结构的跨度条件,提高其设计的合理性。如图2所示,在屋面结构上,采用弧形设计,使屋面与横梁能够更好地对接,提高雨棚结构的承载力,保障雨棚结构的稳固性。雨棚的位差高度控制在1.0~1.5 m之间,对其弧度进行控制,这样可以更好地满足雨棚的跨度要求,使雨棚具有良好的空间高度,提高雨棚结构的设计质量。雨棚结构设计时,与综合吊架应自然形成拼接,确保整体视觉效果,能够平滑地形成过渡,提高雨棚结构的设计效果。
雨棚与柱、梁之间采用铰接的形式连接,有助于提高雨棚结构的连接效果和一体化设计的实现。雨棚屋面采用自攻螺丝加固,可以避免雨棚由于风振而发生晃动,保障雨棚的连接质量,并且使连接施工更加方便。
另外,还需要注意雨棚的排水设计,使屋面雨水能够由排水沟流入排水管道,保障雨水能够顺利地排出。在雨棚边缘应设计阻水结构,防止雨水从边缘流下,同时使雨水能够顺着边缘流向排水管,提高雨棚的排水效果。
雨棚对风载有较高的要求,为保障风载分布的均匀性,需要合理地对跨度进行设计。通常情况下,钢结构雨棚可以采用焊接的方式进行加固,适用于大跨度的条件,能够使雨棚的整体结构趋于稳定。
钢结构雨棚具有显著的优势,对于大型车站具有良好的适用性。雨棚与钢结构可以采用钢杆进行连接,使综合吊架能够适应雨棚的形状,保障雨棚能够顺利地完成安装,促进一体化设计能够顺利地实施。另外,需要对雨棚支撑体系进行合理地设计,提高悬垂主梁稳定性,采用悬垂工字钢梁进行连接,这样可以有效地对跨度进行延伸,使雨棚可以更好地承重,并且可以增强雨棚的抗震效果,提升雨棚抗弯能力,使雨棚在跨度上呈现美观的状态,进而形成高品质的车站雨棚。
2.6 站台空间效果
综合吊架与雨棚结构设计时,需要考虑到站台空间效果,对空间进行合理利用。在空间设计方面需要考虑以下几点:(1)将雨棚结构的张弦梁垂直腹杆作为综合吊架的吊杆,既可以对雨棚结构起到支撑作用,又能够降低空间的占用,使雨棚与吊架能够形成一个整体;(2)综合吊架采用封闭式设计,将管线布置在封闭结构中,可以防止钢结构与管线暴露在外部,使室内结构具有良好的外观;(3)需要注重吊架的装饰设计,将装饰构件应用在吊架中,对站台空间进行美化,使吊架能够更好地融入环境,提高站台的一体化设计水平;(4)需要注重支撑结构的兼用,使综合吊架与雨棚共用支撑结构,这样可以降低梁结构的使用,使空间看起来更加的宽敞。通过上述方法,可以对站台的空间效果进行优化,使雨棚结构能够满足人性化的需求,进而保障站台空间的整体设计质量[4]。
2.7 佛山2号线林岳西站钢结构屋顶设计
佛山市城市轨道交通二号线一期工程林岳西站钢结构雨棚主要形式采用“佛山新浪潮”的动势造型,利用钢结构雨棚的延展性和工业风,突出佛山市工业发展的进步(图3)。
林岳西站钢结构雨棚工程(图4)安全等级为二级,结构重要性系数为1.0,主体结构设计合理使用年限50年,抗震设防烈度7度(0.10(印)g(正)),抗震设防分类为乙类建筑,建筑场地类别Ⅱ类,特征周期值为0.35 s, 抗震等级按四级进行设计。
林岳西站综合支吊架采用简约设计(图5),结构形式为三角桁架,通过固定距离伸出工字钢悬挑梁,满足站台层导向标识牌等的安装需求。尽量简化布局形式,争取最大、最优的站台上部空间。
3 站台综合吊架与雨棚结构一体化设计发展趋势
3.1 建设阶段
车站综合吊架及雨棚采用土建与机电结合的方式进行施工,在设计过程中,需要考虑到施工方法的可行性,需要满足钢结构、屋面的设计要求,提高综合吊架结合的合理性。同时,需要注重结构材料的使用,对材料的用量进行控制,在保障整体结构稳定的前提下,节约材料的用量,提高吊架结构的施工质量。车站站台的建设过程较为复杂,在主体结构中,一般采用吊装的形式,需要按照设计要求,将钢柱、主次梁等吊装到指定的位置,使综合吊架能够形成稳定的体系,确保整体结构具有良好的负荷状态。
一体化设计需要基于建设阶段进行考虑,提高设计的合理性,使设计方案得到有效应用。在一体化设计的指导下,能够促进建设水平的提升,并且有助于机电设备的选型工作。以钢柱吊装为例,钢柱最大重量可以达到10 t, 应选用重型的起重机,如QY80D系列,同时需要对作业半径进行控制,应预留出至少10 m的设计半径,满足吊装作业的需求。由此可见,一体化设计对建设阶段具有指导作用,同时也是车站设计的重要发展趋势,一体化设计水平决定着车站设计的质量,需要合理地采用一体化设计技术。
3.2 运营阶段思路
车站运营过程中,需要频繁地进行维护,必要时需要对车站结构进行更新,因此车站综合吊架与雨棚结构设计时应具备易于维护的特性,采用一体化设计可以赋予车站结构这一特性,使车站能够更好地投入运营。运营阶段车站一体化设计具有如下发展趋势:(1)应采用防水、防尘设计,防止吊架发生锈蚀现象,延长吊架的使用寿命,避免主体结构受到影响。同时,吊架结构应易于清理,方便除尘措施的执行;(2)吊架的连接应易于拆卸,可以采用“合页+锁扣”的连接方式,不仅可以提高吊架连接的稳固性,还可使结构便于进行拆卸,进而缩短结构拆卸的维护时间,为车站运营过程提供保障;(3)应注重模块化设计,做好管线的设计工作,为管线预留出连接槽,使管线的更换与连接更加方便。同时,需要为管线预留出扩展接口,为设备预留出可升级的空间,方便站台运营升级工作的进行[5]。
4 结 语
综上所述,高架车站站台设计较为复杂,设计重点体现在综合吊架和雨棚结构的设计上,需要保障结构设计的合理性,提高车站质量。一体化设计是站台设计的常用方法,能够综合利用吊架和雨棚,使设计方法更加完善。通过一体化设计,可以使综合吊架更加地便于维护,使其满足于现代化车站的设计需求,保障车站更好地建设。