三线换乘车站换乘节点结构计算分析
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大跨无柱换乘地铁车站结构方案的计算分析摘要:国内外地铁车站的结构型式绝大多数为梁柱结构的箱型结构体系,也是目前比较经济的结构型式。
随着人们对车站的便利性、美观性和舒适性要求的提高,无柱车站方案越来越多的出现在全国各地的地铁建设中。
随着城市规划的不断更新和发展,城市轨道交通线路网越来越密集,换乘车站随之增多,因此无柱换乘车站的方案也崭露头角。
关键词:大跨无柱;换乘车站;结构方案引言:伴随着轨道交通事业的发展和建设技术水平的不断提高,在地铁车站结构设计当中无柱车站成为了一种新型的建筑结构形式,同时由于城市规划路网的不断增多,换乘车站也逐渐常态化。
基于此,本文针对大跨无柱换乘地铁车站结构方案并结合换乘车站的周边管线及建构筑的情况进行综合分析,为了解大跨无柱地铁车站结构设计提供了有效的参考和依据,为大跨无柱地铁车站的换乘节点设计提供新的思路。
1.无柱地铁车站建筑模式分析我国轨道交通快速发展的同时伴随着设计理念、施工水平的不断调高,在地铁车站建设的过程中通过参考、借鉴世界上成功的案例不断进行总结和完善,逐渐形成了先进的设计理念和设计思路,无柱地铁车站就是这样一种新型的建筑模式。
对于一座标准地下车站而言,结构形式通常为单柱双跨或双柱三跨,公共区纵向柱跨多为9m,取消结构柱能够在保持车站宽度不变的情况下有效加大公共区的宽度,给乘客提供更宽敞、更通透的公共空间。
2.无柱地铁车站结构方案分析无柱车站,因缺少了梁柱结构受力体系,各层板的受力形式也被改变。
对一般地铁车站单柱双跨或双柱三跨结构而言,采用的是沿线路纵向设纵梁,将楼板划分为纵向的单向板,楼板跨度一般不超过11m,顶板厚度根据覆土厚度、跨度不同一般取700~900mm不等,中板板厚一般为400mm,底板根据深度不同一般在900~1200mm之间。
对于无柱地铁车站,跨度达20m甚至更多,顶板与侧墙相交位置负弯矩、剪力都特别大,显然不能一味通过加大板厚来解决问题。
地铁车站换乘形式分析及设计对策地铁车站是当今城市交通系统的重要组成部分,而车站换乘是地铁客流分布和交通效率的关键环节。
本文将从换乘形式、设计要素、客流管理等方面对地铁车站换乘进行分析,并提出相关的设计对策。
一、换乘形式的分析地铁车站换乘的形式多种多样,其主要形式包括端式换乘、岛式换乘和复式换乘。
端式换乘即通过在一个车站设置两个岛式站台,来实现不同线路之间的换乘;岛式换乘采用中央共享区,即设置一个共享的中央区域,使得乘客可以在同一个层面上从一个线路到达另一个线路;复式换乘则通过设置多个层次的站台和中转层,使得乘客可以在不同的高度上进行换乘。
不同形式的换乘方式,对车站空间的利用以及乘客流量的管理都有不同的考虑。
对于人口稠密但站点有限的城市,端式换乘是一种比较合适的方式,因为它可以最大化利用车站空间而不会占用更多的土地。
而对于站点数量众多、交通流量较大的城市,则更适合采用岛式换乘或者复式换乘,因为这两种换乘方式可以更好地管理乘客的流量和方向。
二、设计要素的分析地铁车站设计要考虑的因素很多,其中最重要的一点就是乘客的流量和站点的结构。
如果站点用地不足或者人口密集,可以采用岛式换乘,通过合理设置站台和共享区域,实现换乘效率的最大化。
同时,站点的结构也应该考虑到乘客的行动路径和方向,以更好地管理和控制客流。
此外,站点的通道设计也是一个非常重要的因素,通道通常由接待区、进站口、安全平台、进站闸门、出站通道等部分组成,其中进站口和出站通道是交叉的,也是车站设计中最为重要的两个部分。
因此,在设计时需要考虑通道的宽度、候车区的大小、进出站口之间的距离等因素,以达到最佳的通行效果。
三、客流管理的对策客流管理是地铁车站设计中必不可少的一部分,它关系到通过车站的乘客流量以及安全问题。
因此,在设计时需要考虑到的一些要素包括如何提高车站的容纳能力、如何缓解高峰期的人流压力、如何确保进出站的安全等问题。
为此,交通相关部门可以采取一些措施来缓解客流压力。
方智能交通166智能城市 INTELLIGENT CITYNO.07 2020地铁三线换乘设计探究崔卫东(中铁二院华东勘察设计有限责任公司,浙江杭州312000 )摘 要:随着城市轨道交通的不断发展,路网的不断完善,形成了两线及多线的换乘,换乘站作为城市轨道交通路网中的节点,起着极其重要的作用。
便捷高效、客流组织顺畅的换乘方式成为换乘站是否合理的重要标准。
文章以合 肥南站轨道交通枢纽换乘设计为例,通过对枢纽站客流特性分析,研究车站建筑布置,合理选择三条线路的换乘方式, 优化车站设计。
关键词:南站;换乘;设计1建设背景合肥是安徽省省会城市,综合性国家科学中心,是国 务院批准确定的中国东部地区重要中心城市、全国重要的科 研、教育基地和综合交通枢纽。
长期以来合肥市都面临着道 路交通堵塞、交通环境污染、社会活动隔离等方面的难题。
因此,调整城市综合交通系统、优化城市空间结构和土地利用布局,坚持社会、经济和环境的可持续发展的城市开发政策是当前以至未来合肥城市建设的目标,而通过优先发展城 市公共交通事业、改善合肥市公共交通环境是有效解决市民出行难问题的关键举措和必经之路。
合肥南站是合肥市轨道交通线网中最主要的大客流量 站点之一,位于高铁站房正下方,与五号线设计为双岛四 线同站台换乘,与地铁四号线形成“T ”形换乘。
该站的设计需要结合交通枢纽规划,与铁路、公路的设计同步进行,做到换乘及使用最优。
2线网规划根据合肥市轨道交通线网规划,合肥南站为1/4/5号线三线换乘车站,是最重要的大客流量站点之一。
]号线为南北方向的主干线,全长约40.2 km,共设32座 车站,北起新站区鹤翔湖,南至珠江路徽州大道。
4号线为位于老城中心南部的L 形主干线,全长约44.3 km,共设34座车站,线路初期起终点为鸡鸣山路到天水路。
5号线为南北方向的主干线,全长约41.5 km,共设置34座车站,北起东方大道与阜阳路交口,南至云南路与贵阳路交 口。
换乘站接口处框架结构改造设计摘要:在换乘车站结构设计中,先建车站均会预留后建车站连通接口,如若接口位置准确,在换乘接口连通时,可直接凿除接口位置侧墙,形成框架梁柱体系。
如若接口位置调整,或者梁标高发生变化,则需对接口另行改造设计。
关键词:新老线;接口框架;结构改造;施工步序一、3/8号线接口情况介绍3号线为已运营线路,8号线为新建线路,与3号线车站L型换乘。
3号线车站已预留框架接口,但换乘接口局部有调整,具体情况如下:1、预留框架梁,梁上翻,可使用;2、预留框架梁,梁下翻,需凿除重建接口梁;3、未预留框架梁,需新建接口梁;二、不同位置接口改造施工工序情况一:保留预留接口处梁柱,直接凿除接口处侧墙;情况二:第一步:预制混凝土块围挡,设置临时钢立柱。
凿除阴影部分板、墙、梁,随凿随撑。
第二步:浇筑接口处板、墙、柱和梁,将原有板内钢筋锚入新建结构内。
第三步:待新浇筑的混凝土板、墙、柱及梁达到设计强度后拆除临时钢支撑,铺设防水层,恢复顶板覆土。
情况三:保留顶板结构,在板下新建结构梁。
具体施工步序如下:图1 施工步序图一第一步:先凿除4.6m宽接口处墙,中板上3.65m高墙体采用水钻切割,其余1.3m高墙体采用人工破除;图2 施工步序图二第二步:在凿除的墙体位置,新建接口梁,梁下采用钢支撑及新建柱进行支撑;图3 施工步序图三第三步:在新建梁右侧间距3.4m位置,凿除3.4m宽接口处墙,中板上3.65m高墙体采用水钻切割,其余1.3m高墙体采用人工破除;图4 施工步序图四第四步:在凿除的墙体位置,新建接口梁,梁下采用钢支撑及新建柱进行支撑;图5 施工步序图五第五步:凿除其余位置接口处墙,中板上3.65m高墙体采用水钻切割,其余1.3m高墙体采用人工破除;图6 施工步序图六第六步:在凿除的墙体位置,新建接口梁,梁下采用钢支撑及新建柱进行支撑;三、侧墙凿除相关保护措施侧墙凿除要采用专业的凿除队伍进行施工,保证凿除面平整,以尽可能减少对周边混凝土结构的影响。
地铁三线换乘车站客流组织方案研究摘要:比传统的地面交通方式,地铁具有运能强大、高效迅速、安全便捷、环保节能等诸多优点,在城市居民出行中发挥着至关重要的作用。
本文主要对地铁三线换乘车站客流组织方案进行研究。
关键词:地铁;三线换乘;车站;客流组织引言地铁换乘车站是指一个或者多个地铁站,供乘客在不同线路之间,在不离开车站付费区及不另行购票的情况下,进行跨线乘坐列车。
客流是地铁网络化运营管理的基础与前提,准确计算客流在网络上的分布情况是列车运行图编制、车站客流组织、票款清分清算以及突发事件应急处置等一系列工作的重要依据,现阶段国内地铁系统主要采用一类基于阻抗的多路径概率选择模型来进行网络客流分布计算。
然而,随着地铁网络及客流规模不断扩大、路网复杂程度不断增加、列车开行方案更多样化,乘客在地铁系统中的出行行为也更具多元化和差异性。
1车站概况本文研究车站为地下车站,是地铁5号线、6号线、环线的三线换乘车站,共分地下6层B1层为商业开发层,B2层为“P+R”停车场,B3层为5号线、6号线及环线共用站厅,B4层为5号线上行、6号线下行共用站台,B5层为5号线下行、6号线上行共用站台,B6层为环线站台。
车站站厅(B3层)呈八卦形,共8个出口。
站厅付费区共有8处楼扶梯,1部直升梯。
其中楼扶梯2处通往B4层站台,2处通往B5层站台,2处通往B6层站台环线上行站台,2处通往B6层站台环线下行站台。
直升梯通往B4层站台。
2地铁三线换乘车站客流组织方案研究2.1车站早、晚高峰客流组织方案站台:车站早高峰客流压力主要集中5号线上行及6号线下行,现车站安排2名安保值守车头车尾电扶梯处加强引导,同时安排2名员工值守站台中部加强引导喊话。
车头车尾安排各2名志愿者加强喊话引导,维持站台秩序。
站厅:车站早高峰分别利用站厅A、B端安排2名安保、2名员工在站厅至B4层电扶梯入口处设置迂回路线,延长换乘客流走行路径,减缓客流进入B4层站台的速度。
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三线换乘车站换乘节点结构计算分析摘要: 研究目的: 一个城市的轨道交通路网,必然存在着两线或两线以上的相交,构成了多种形式的换乘。
同时还要考虑与地面铁路客站、航空站、地面大型公交枢纽站、轮船码头和公路客站等接近换乘。
由此,换乘车站是地铁车站的重要枢纽站,设计分析均较为复杂。
重庆地铁 6 号线一期工程冉家坝车站为三线换乘车站,需要对换乘节点区域进行三维分析,为设计提供理论依据,保证车站结构的安全。
研究结论: 本文结合冉家坝车站的三维模型分析,提出了换乘节点区域应力配筋的设计方法; 根据换乘节点厚板的受力特点,提出了双向板布置模式; 根据中柱受力情况,提出了型钢混凝土柱方案; 根据 TBM 过站模拟的分析,提出了轨行中板的 TBM 荷载用临时支撑承载与结构使用功能的永久荷载结构承重的方案。
关键词: 换乘地铁车站; 预留节点; 结构内力; 应力集中; 轨行中板一个城市的轨道交通路网,存在着两线或两线以上的相交,构成了多种形式的换乘。
同时还要考虑与地面铁路客站、航空站、地面大型公交枢纽站、轮船码头和公路客站等接近换乘。
同时,换乘站的两条及多条线路大多不同步实施,应在近期工程中考虑必要的预留工程,其规模视车站所处工程地质及水文地质条件,以尽可能减少近期工程投资,同时又不给远期工程的实施与地铁安全运营造成过大困难和投资的无谓增大为原则。
由此,有条件的将换乘节点一次做成。
冉家坝车站即为该线路的重要枢纽站,换乘关系多,结合上部物业开发,预留节点多,设计分析均较为复杂。
其中预留的环线为规划中远期实施的车站在近期实施的车站下方通过,为避免后期施工的车站在近期车站运营后下穿施工的风险,减少对运营的影响,并减少一次建成后因不确定性所引起的废弃工程,需同期完成中远期换乘节点范围的结构施工,同时预留后期施工条件。
本文对前面所提到的换乘站,换乘预留节点部分进行研究,提出相应的解决方案。
1 工程概况冉家坝车站为三线换乘站,站内 5、6 号线形成南北向平行同台换乘; 与规划路下东西走向的环线十字交叉岛侧换乘,6 号线与 5 号线在上,环线在下。
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摘 要: 研究目的: 一个城市的轨道交通路网,必然存在着两线或两线以上的相交,构成了多种形式的换乘。
同时还要考虑与地面铁路客站、航空站、地面大型公交枢纽站、轮船码头和公路客站等接近换乘。
由此,换乘车站是地铁车站的重要枢纽站,设计分析均较为复杂。
重庆地铁 6 号线一期工程冉家坝车站为三线换乘车站,需要对换乘节点区域进行三维分析,为设计提供理论依据,保证车站结构的安全。
研究结论: 本文结合冉家坝车站的三维模型分析,提出了换乘节点区域应力配筋的设计方法; 根据换乘节点厚板的受力特点,提出了双向板布置模式; 根据中柱受力情况,提出了型钢混凝土柱方案; 根据 TBM 过站模拟的分析,提出了轨行中板的 TBM 荷载用临时支撑承载与结构使用功能的永久荷载结构承重的方案。
关键词: 换乘地铁车站; 预留节点; 结构内力; 应力集中; 轨行中板
一个城市的轨道交通路网,存在着两线或两线以上的相交,构成了多种形式的换乘。
同时还要考虑与地面铁路客站、航空站、地面大型公交枢纽站、轮船码头和公路客站等接近换乘。
同时,换乘站的两条及多条线路大多不同步实施,应在近期工程中考虑必要的预留工程,其规模视车站所处工程地质及水文地质条件,以尽可能减少近期工程投资,同时又不给远期工程的实施与地铁安全运营造成过大困难和投资的无谓增大为原则。
由此,有条件的将换乘节点一次做成。
冉家坝车站即为该线路的重要枢纽站,换乘关系多,结合上部物业开发,预留节点多,设计分析均较为复杂。
其中预留的环线为规划中远期实施的车站在近期实施的车站下方通过,为避免后期施工的车站在近期车站运营后下穿施工的风险,减少对运营的影响,并减少一次建成后因不确定性所引起的废弃工程,需同期完成中远期换乘节点范围的结构施工,同时预留后期施工条件。
本文对前面所提到的换乘站,换乘预留节点部分进行研究,提出相应的解决方案。
1 工程概况
冉家坝车站为三线换乘站,站内 5、6 号线形成南北向平行同台换乘; 与规划路下东西走向的环线十字交叉岛侧换乘,6 号线与 5 号线在上,环线在下。
车站主体为地下六层,节点区七层。
地下一至三层为商业开发,地下四层为站厅层,地下五、六层为 5、6 号线站台层,地下七层为环线站台层,车站全长 227. 4m ,标准段宽度 30. 26 m ,总建筑面积 58 633 m2,设10 个出入口和 3 组风亭。
在本车站的换乘节点处,结构纵横尺寸比例接近,电扶梯、楼梯孔洞及环线换乘通道集中在一起,结构受力复杂,采用平面计算模型难以有效反应实际受力状况,根据地铁规范的要求,采用三维空间计算模型对结构进行计算分析。
中远期规划的环线车站暂考虑与 6 号线的车站标准相同,预留换乘节点车站的总平面图、底板、中板布置图及物业开发层结构平面布置如图 1 ~ 图 4所示,预留换乘节点横、纵断面图如图 5、图 6 所示。
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采用有限元计算程序,建立预留换乘节点处结构的空间计算模型,可以得到结构的受力状况。
2 计算理论
根据本车站主体结构的明挖顺作施工工法,本车站计算模型采用荷载 - 结构模型。
对于地铁车站结构,一般可以采用板( 壳) 单元或墙单元模拟各层板及侧墙,而柱、纵梁采用梁单元模拟。
MIDAS / Gen 梁单元的理论依据是 Timoshenko Beam Theory ,它具有拉、压、剪、弯、扭的变形刚度,梁单元的每一个节点都具有三个方向的线形移动位移和三个方向的旋转位移,每个节点具有 6 个自由度。
本结构墙、板计算采用厚板单元,其理论依据为Mindlin - Plate Theory ,这种单元具有平面内抗压、抗拉及抗剪刚度和厚度方向的抗弯及抗剪刚度。
3 模型计算
根据车站结构换乘节点区域的结构形式,采用MIDAS 程序,建立空间计算模型,可以得到车站节点范围板、墙、柱、梁构件的受力状况,中板开洞处的应力分布情况。
3. 1 模型建立
顶、中、底板及换乘节点底板及各侧墙作为板壳单元,结构纵梁、柱作为三维梁单元,按照相接节点位移( 三平动、三转动) 相同于板壳单元连接,端部方向分别加以水平弹簧约束。
主体结构与围护结构间采用回填处理,围护结构为灌浆锚杆网喷混凝土支护模式,侧墙两侧按静止土压力考虑; 底板与地层间的抗力由两端铰接链杆模拟,只传递压力,产生拉力时链杆不起作用。
在空间计算模式下,能反应结构构件间的空间共同作用,可以充分考虑板、梁变形及侧墙弯曲变形的影响,接近实际结构受力状况。
为减少单元及缩短计算时间,在计算模型中不建立围护结构的单元。
不考虑围护结构承受水土压力,将水土压力全部作用在侧墙上。
因车站换乘节点范围较大,考虑应力影响范围,选取节点范围向各边延伸不小于 50 m 的结构长度参与计算,换乘节点的结构计算模型如图 7 所示。
3. 2 计算荷载
3. 2. 1 永久荷载
( 1) 结构自重; ( 2) 覆土重; ( 3) 侧向水岩( 土)压力,岩( 土) 侧压力系数及地基基床系数按地勘资料提供的参数采用; ( 4) 设备荷载; ( 5) 车站主体上部商业用房恒载; ( 6) 水浮力。
3. 2. 2 可变荷载
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( 1) 地面超载; ( 2) 公共区站厅、站台层人群荷载; ( 3) 施工荷载; ( 4) 温度荷载。
3. 2. 3 偶然荷载
( 1) 地震作用,按《地下铁道设计与施工》建议的计算方法计算; ( 2) 6 级人防等效荷载。
3. 3 材料参数
( 1) 混凝土: 框架中柱及其与纵梁节点采用C50 混凝土; 其余为 C40。
( 2) 钢筋: 纵筋、箍筋采用 HRB335 钢筋; 箍筋采用 HPB235 钢筋。
4 结果分析
本计算选取基本组合、标准组合和频遇组合三种工况,前两种分别用来分析承载能力极限状态和验算正常使用极限状态,频遇组合作为检算工况。
通过有限元数值分析表明,人防荷载和地震作用荷载工况不是控制条件,其承载力极限状态的受力及正常使用极限状态的抗裂为设计控制条件。
其典型应力云图及内力图如图 8 所示。
( 1) 根据计算模型的整体云图可见,结构整体受力较大值出现在墙体与板的边线,站台一、二层底板及楼扶梯开洞集中部位。
尤其环线站台层底板受竖向荷载大,底板反力大,其支座和跨中弯矩均大,需要结合应力图进行加强设计。
同时该区域纵、横梁均布置,空间受力效应明显,按平面框架模型分析无法反应实际受力状态,应考虑空间作用,其配筋较经济。
( 2) 根据板弯矩云图 9 和图 10 可见,弯矩较大值出现在侧墙与底板的交接部位、较大洞口处以及中柱作用范围,按单向板计算,明显板厚较大,通过试算,本结构需1 100 mm 厚,配筋也较大; 增设底板梁,减少底板跨度,其效果显著。
同时对洞口处设置合适的边梁,对柱上板带的抗剪抗冲切做计算分析,增设钢筋网及型钢抗剪,以利于减小板厚。
( 3) 考虑6 号线整个区间工期安排及投资优化计划,本站轨行中板( 700 mm 厚) 设计考虑 TBM 步进过站,由于过站的荷载及对车站净空、板跨的要求,其受力为其控制条件。
由梁的弯矩图12,轨行中板弯矩值为639 ~13 416 kN·m ,换乘节点中心区域两跨跨度10. 25 m ,弯矩值达最大值13 416 kN·m ,该值决定纵梁及板的截面,对站台二层的净高起控制作用。
根据配筋计算,若考虑轨行中板直接承载过站荷载,其板厚还需加大,按正常使用裂缝分析,其配筋率太大,已属不合理方案,经综合比较,TBM 过站荷载采用临时钢结构支撑加固处理,按列车运行荷载设计,其板厚及梁高均减小,满足安全、经济要求。
( 4) 从柱轴力图13 可以看出,换乘节点区域跨度大,层数多,荷载大,环线层底板处柱轴力较大,最大值为29 512 kN ,该值为柱截面的控制条件,可能影响到站台的净宽要求,此时宜按型钢混凝土柱设计,强度高、截面小,易满足建筑
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功能要求。
5 结论
通过对本车站的三维模型设计与分析,可得到如下建议:
( 1) 对于类似条件的换乘车站节点区域的计算与设计空间效应明显,需按三维建模分析,为节省时间,有效地建立分析模型,可以整体上较大地划分网格,在孔洞集中部位、框架柱所在板带及换乘预留节点底板部分细分单元,可得到较满足结果。
( 2) 对于有区间掘进机步进过站的轨行中板,考虑临时支撑方案承载过站荷载,按正常使用阶段荷载设计永久结构板,达到安全、可靠、经济的设计。
( 3) 由于换乘站节点部分层数多,荷载大,且存在预留条件不稳定情况,车站中柱横向尺寸一般为控制条件,建议初步设计时给予重视,约束要求高时建议采用型钢混凝土柱。
( 4) 换乘节点底板受力集中效应显著,其板布置宜按双向板考虑,以利于减小板厚,满足受力要求。