一种明挖地铁车站大跨度结构的制作方法

1.本实用新型涉及一种明挖地铁车站的无柱结构体系，涉及城市轨道交通土建工程的技术领域。

背景技术：

2.目前，轨道交通发展迅速，轨道交通的便捷准时等原因，地铁成为主要的公共交通形式。地铁车站结构施工方法一般有明挖顺筑法、盖挖法顺筑法、盖挖法逆筑法、矿山法等。明挖顺筑法埋置浅，结构的整体性、结构自防水和附加防水层防水效果可得到保证，且施工方便，工程造价低，工期容易控制，对地质条件要求不高，有地面条件优先采用明挖顺筑法施工。由于明挖顺筑法施工做的车站顶底板为平板结构，板的跨度有限，车站必须设置中柱。车站内设置中柱后会影响车站空间利用、空间视野、建筑美观及客流效率。
3.申请号为cn201610368509.0的发明专利申请公开了一种明挖法大跨度二拱二索地铁车站结构，包括：边墙，设置在地下通道的两侧；顶梁，为弧形结构，通过两侧的边墙支撑在地下通道的顶端，所述顶梁的跨度至少大于20米；顶板，为与所述顶梁对应的弧形结构，设置在所述顶梁的上方，用于封闭所述地下通道的上部；预应力索，设置在所述顶梁的下方，用于连接所述顶梁的两个拱脚，以对所述拱脚施加一个水平拉力；底拱，铺设在所述地下通道的底部。该实用新型中通过预应力索可以实现顶梁超过20米的大跨度，提高了每层地铁通道的高度，为行人提供了更宽敞的空间。但是该实用新型应用于地铁车站的大跨度结构仍然需要设置支撑柱，支撑柱在空间结构中占用了较大的使用面积，仍会造成空间利用率的降低。

技术实现要素：

4.本实用新型的实用新型目的在于，针对上述存在的问题，提供了一种明挖地铁车站大跨度结构，包括结构顶板、结构中板和结构底板，所述结构顶板和结构中板通过第一侧墙支撑，结构中板和结构底板通过第二侧墙支撑，所述第一侧墙和第二侧墙支撑连接所述结构顶板、结构中板和结构底板，形成双层结构空间；所述结构顶板包括平板结构顶板和拱形结构顶板形成的复合结构，所述复合结构延伸车站的整体跨度，形成双层结构空间内的无柱结构体系。本实用新型针对目前地下车站设置中柱后会影响车站空间利用、空间视野、建筑美观及客流效率，通过采用大跨度结构体系提高地铁车站空间利用率、空间视野、建筑美观及客流效率。
5.本实用新型采用的技术方案如下：
6.本实用新型公开了一种明挖地铁车站大跨度结构，包括结构顶板、结构中板和结构底板，所述结构顶板和结构中板通过第一侧墙支撑，结构中板和结构底板通过第二侧墙支撑，所述第一侧墙和第二侧墙支撑连接所述结构顶板、结构中板和结构底板，形成双层结构空间；所述结构顶板包括平板结构顶板和拱形结构顶板形成的复合结构，所述复合结构延伸车站的整体跨度，形成双层结构空间内的无柱结构体系。
7.进一步地，所述结构顶板、结构中板和结构底板的跨度相同，所述结构底板为拱形结构，拱形结构的结构底板向下起拱，所述结构顶板的拱形结构顶板设置于双层结构空间内，拱形结构顶板与平板结构顶板组合形成双层结构空间的顶部支撑，所述拱形结构顶板向上起拱。
8.进一步地，所述结构中板分隔大跨度结构为双层结构空间，结构中板为所述双层结构空间的中部支撑，所述结构中板为平板结构。
9.进一步地，所述结构顶板包括平板结构顶板和拱形结构顶板形成的复合结构，所述拱形结构顶板的两端架设于第一侧墙上，拱形结构顶板的跨中连接支撑平板结构顶板的跨中位置。
10.进一步地，所述平板结构顶板和拱形结构顶板包括连通式或闭合式的连接支撑结构形式，平板结构顶板和拱形结构顶板连接后形成顶板三角空间。
11.进一步地，所述结构底板上设置有站台板，站台板两侧与第二侧壁的间距相同，站台板两侧的空间铺设有地铁轨道，所述地铁轨道高度低于站台板高度设置。
12.本实用新型的技术效果如下：
13.本实用新型提供了一种明挖地铁车站大跨度结构，有效解决了由于车站内空间有限、乘坐人员众多等原因，中柱的存在导致地铁内空间变得狭小，进入地铁站后感觉空间不足、空间视野不开阔、建筑不美观及客流效率低等问题。
14.具体如下：
15.1、本实用新型通过改变顶板、底板结构形式，取消中柱结构形式；
16.2、本实用新型通过取消中柱，站厅和站台层空间上变得更开阔，可以提高地铁的空间利用率；
17.3、本实用新型通过取消中柱，站厅和站台层没有中柱的阻挡，视野变得更开阔，建筑变更美观；
18.4、本实用新型通过取消中柱，站厅和站台层没有中柱的阻挡，更大的空间给了我们乘客利用，提高了客流效率；
19.5、本实用新型的拱形结构顶板与平板结构顶板组合形成的顶板三角空间部分可用作铺设设备管线等，进一步提高地铁空间利用率。
附图说明
20.图1是本实用新型的连通式明挖地铁车站无柱结构体系示意图；
21.图2是本实用新型的闭合式明挖地铁车站无柱结构体系示意图；
22.图3是现有技术地铁车站有柱结构体系示意图；
23.图4是现有技术地铁车站结构形式受力分析；
24.图5是本实用新型地铁车站结构形式受力分析。
25.图中标记：1-结构底板，2-第二侧墙，3-结构中板，4-第一侧墙，5-拱形结构顶板，6-平板结构顶板，7-顶板三角空间，8-站台板，9-地铁轨道。
具体实施方式
26.下面结合附图，对本实用新型作详细的说明。
27.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。
28.本实施例中，所采用的数据为优选方案，但并不用于限制本实用新型；
29.实施例1
30.如图1-3所示，本实施例提供了一种明挖地铁车站大跨度结构，包括结构顶板、结构中板和结构底板，所述结构顶板和结构中板通过第一侧墙支撑，结构中板和结构底板通过第二侧墙支撑，所述第一侧墙和第二侧墙支撑连接所述结构顶板、结构中板和结构底板，形成双层结构空间；所述结构顶板包括平板结构顶板和拱形结构顶板形成的复合结构，所述复合结构延伸车站的整体跨度，形成双层结构空间内的无柱结构体系。
31.本实施例中，为了提高地铁车站空间利用率、空间视野、建筑美观及客流效率，对地铁车站的结构顶板和结构底板优化设计，采用拱形结构形式替代平板结构形式，利用拱形的抗压性，增加车站跨度，实现地铁车站的无柱结构体系。
32.本实施例中，所述结构顶板、结构中板、结构底板、第一侧墙和第二侧墙为现浇混凝土结构，即在双层结构空间内的各层板和侧墙均采用现浇结构，结构的整体性更好。
33.本实施例中，所述双层结构空间设置于地下，所述结构顶板、结构中板与第一侧墙合围形成地铁车站的负一层结构，所述结构底板、结构中板与第二侧墙合围形成地铁车站的负二层结构；所述负二层结构形成地铁乘坐空间。
34.本实施例中，所述结构顶板、结构中板和结构底板的跨度相同，优选地，本实施例中，所述结构中板搭设在第二侧墙上，第二侧墙支撑结构中板和第一侧墙，所述第一侧墙和第二侧墙设置在同一竖直方向上，所述第一侧墙和第二侧墙的宽度为800mm；所述大跨度结构延伸后，车站的整体跨度达到19900mm。
35.进一步地，所述结构顶板包括平板结构顶板和拱形结构顶板形成的复合结构，所述拱形结构顶板的两端架设于第一侧墙上，拱形结构顶板的跨中连接支撑平板结构顶板的跨中位置。
36.本实施例中，所述拱形结构顶板两端搭设在第一侧墙上并与第一侧墙连通设置，优选地，所述拱形结构顶板在第一侧墙上的搭接长度为1805mm。
37.本实施例中，所述结构底板为拱形结构，拱形结构的结构底板向下起拱，所述结构顶板的拱形结构顶板设置于双层结构空间内，拱形结构顶板与平板结构顶板组合形成双层结构空间的顶部支撑，所述拱形结构顶板向上起拱。
38.本实施例中，采用拱形结构作为结构底板和结构顶板的设计，拱形具有很好的抗压性能，能充分发挥混凝土的抗压性，减少钢筋用量，使得车站取消中柱；同时，结构底板和结构顶板通过设置拱形结构解决受力问题。进一步地，本实施例通过拱形结构的抗压性能，增加了顶底板的跨度取代中柱，以提高地铁车站空间利用率及视觉观感。
39.本实施例中，所述结构中板分隔大跨度结构为双层结构空间，结构中板为所述双层结构空间的中部支撑，所述结构中板为平板结构。
40.本实施例中，所述平板结构顶板和拱形结构顶板包括连通式或闭合式的连接支撑结构形式，平板结构顶板和拱形结构顶板连接后形成顶板三角空间；所述平板结构顶板和拱形结构顶板相结合保证结构受力安全的同时，充分利用三角空间进行管线铺设，进一步提高了地铁空间利用率。
41.本实施例中，如图2所示，所述平板结构顶板和拱形结构顶板连接为闭合式的连接支撑结构形式；进一步地，本实施例中，采用现浇混凝土整体浇筑的方式保证结构整体的稳定性更好，如图1所示，设置平板结构顶板和拱形结构顶板的连接支撑结构形式为连通式结构，在浇筑混凝土时形成结构的整体浇筑，使得结构的整体性更好。
42.本实施例中，所述结构底板上设置有站台板，站台板两侧与第二侧壁的间距相同，站台板两侧的空间铺设有地铁轨道，所述地铁轨道高度低于站台板高度设置。
43.本实施例中，所述结构中板和结构底板的起拱高度及结构尺寸根据地质、水位、埋深、车站跨度等原因综合考虑。
44.实施例2
45.如图1-5所示，本实施例中，在保证安全结构的前提下，区别于现有技术，如图3所示，取消原有结构中的受力转换构件顶纵梁、中纵梁、底纵梁及竖向受力体系柱子。在地铁车站的框架结构体系中，节点位置往往是受力薄弱点，本实施例中，取消了梁柱节点和梁板节点，车站整体结构从本质上提高了受力状况；进一步地，梁柱节点和梁板节点处钢筋密集，施工质量往往不容易把控，本实施例中，取消了梁柱体系，使施工更加方便快捷，施工质量更容易保证。
46.本实施例中，所述结构底板承受地基反力，结构中板主要承受站厅层设备及人荷载，结构顶板承受上方覆土荷载及地面超载，第一侧墙和第二侧墙承受侧土压力。
47.本实施例中，如图4和5所示，优化现有技术的车站结构的受力方式，采用拱形结构形式代替平板结构形式以优化车站结构的受力方式；在相同车站规模的情况下，本实施例中；所述结构顶板边支座受力增加11％，中支座受力减少17％，跨中受力增加4％；所述结构中板受力增加3倍左右，优选地，本实施例中采用加厚结构中板设计，结构中板总受力较小；所述结构底板边支座受力增加25％，跨中受力减少13％。通过计算分析在相同车规模，相同外部环境条件下，车站结构受力总体变化不大；本实施例所采用的结构形式在取消梁柱体系的情况下，足够保证车站安全。
48.进一步地，本实施例中，对改变结构形式后的板的承载能力验算；包括承载能力极限状态计算和正常使用极限状态计算；
49.1、承载能力极限状态计算
50.(1)正截面受弯承载力：
51.(2)混凝土受压区高度：x＝(f
yas-f’y
a’s
)/α1f
cb52.(3)混凝土受压区高度限值：2α’≤x≤ξbh053.式中，计算参数详见《混凝土结构设计规范》gb50010-2010第6.2.10条，采用所述公式验算板的承载能力，计算出不同配筋情况下结构的最大承载力，进而在保证结构安全的前提下采用最低的钢筋用量。
54.本实施例中，通过计算分析，在保证结构顶板和结构中板厚度、混凝土强度等级、钢筋强度等级等参数不变的情况下，由于采用拱形受力结构，只需要通过增加支座配筋a’s
，减少跨中配筋as，保证结构承载力满足规范要求，进而保证结构安全。中板由于总荷载较小及中板人员通行要求，采用平板结构，需增加结构板厚度及配筋a’s
、as，保证结构承载力满足规范要求，进而保证结构安全。
55.2、正常使用极限状态计算
56.本实施例中，所述正常使用极限状态计算是对于地铁各层板最重要的裂缝宽度验算；
57.(1)正截面受弯构件最大裂缝宽度：
58.(2)裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数：
59.式中，计算参数详见《混凝土结构设计规范》gb50010-2010第7.1.2条规定，对钢筋混凝土构件进行正截面裂缝宽度验算。
60.采用此公式验算，计算出不同配筋情况下结构的裂缝宽度，进而满足规范要求的裂缝宽度的前提下采用最低的钢筋用量。
61.本实施例中，通过计算分析，在保证结构顶板和结构中板厚度、混凝土强度等级、钢筋强度等级等参数不变的情况下，由于采用拱形受力结构，只需要通过增加支座配筋a’s
，减少跨中配筋as，保证结构最大裂缝宽度满足规范要求。结构中板由于总荷载较小及中板人员通行要求，采用平板结构，需增加结构板厚度及配筋a’s
、as，保证结构最大裂缝宽度满足规范要求。
62.以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

技术特征：

1.一种明挖地铁车站大跨度结构，其特征在于，包括结构顶板、结构中板(3)和结构底板(1)，所述结构顶板和结构中板(3)通过第一侧墙(4)支撑，结构中板(3)和结构底板(1)通过第二侧墙(2)支撑，所述第一侧墙(4)和第二侧墙(2)支撑连接所述结构顶板、结构中板(3)和结构底板(1)，形成双层结构空间；所述结构顶板包括平板结构顶板(6)和拱形结构顶板(5)形成的复合结构，所述复合结构延伸车站的整体跨度，形成双层结构空间内的无柱结构体系；所述结构顶板、结构中板(3)和结构底板(1)的跨度相同，所述结构底板(1)为拱形结构，拱形结构的结构底板(1)向下起拱，所述结构顶板的拱形结构顶板(5)设置于双层结构空间内，拱形结构顶板(5)与平板结构顶板(6)组合形成双层结构空间的顶部支撑，所述拱形结构顶板(5)向上起拱；所述结构顶板包括平板结构顶板(6)和拱形结构顶板(5)形成的复合结构，所述拱形结构顶板(5)的两端架设于第一侧墙(4)上，拱形结构顶板(5)的跨中连接支撑平板结构顶板(6)的跨中位置。2.根据权利要求1所述的明挖地铁车站大跨度结构，其特征在于，所述结构中板(3)分隔大跨度结构为双层结构空间，结构中板(3)为所述双层结构空间的中部支撑，所述结构中板(3)为平板结构。3.根据权利要求2所述的明挖地铁车站大跨度结构，其特征在于，所述平板结构顶板(6)和拱形结构顶板(5)包括连通式或闭合式的连接支撑结构形式，平板结构顶板(6)和拱形结构顶板(5)连接后形成顶板三角空间(7)。4.根据权利要求1所述的明挖地铁车站大跨度结构，其特征在于，所述结构底板(1)上设置有站台板(8)，站台板(8)两侧与第二侧墙(2)的间距相同，站台板(8)两侧的空间铺设有地铁轨道(9)，所述地铁轨道(9)高度低于站台板(8)高度设置。

技术总结

本实用新型公开了一种明挖地铁车站大跨度结构，包括结构顶板、结构中板和结构底板，所述结构顶板和结构中板通过第一侧墙支撑，结构中板和结构底板通过第二侧墙支撑，所述第一侧墙和第二侧墙支撑连接所述结构顶板、结构中板和结构底板，形成双层结构空间；所述结构顶板包括平板结构顶板和拱形结构顶板形成的复合结构，所述复合结构延伸车站的整体跨度，形成双层结构空间内的无柱结构体系。本实用新型针对目前地下车站设置中柱后会影响车站空间利用、空间视野、建筑美观及客流效率，通过采用大跨度结构体系提高地铁车站空间利用率、空间视野、建筑美观及客流效率。建筑美观及客流效率。建筑美观及客流效率。