城市轨道交通换乘站换乘节点新型主体结构

摘要

一种城市轨道交通换乘站换乘节点新型主体结构，换乘车站具有至少两条换乘线路，换乘线路的交叉点形成换乘节点，本发明在换乘节点处采用多环穹顶式受力结构作为换乘节点处结构受力体系。本发明在换乘节点处可以使得局部外轮廓向外扩展，顶部梁结构采用环形或者多边形结构，能够化解受力不利的阴角结构，还可以增大换乘节点处换乘大厅的空间；采用多环穹顶式受力结构，环梁之间设置高度差，设置变截面连接纵梁的方式，可以减轻构件的重度，并且还能够形成倒盆型的高效受力体系，本发明结合线路夹角、限界、外环直径等几个参数可形成双线或者多线换乘大节点结构标准化设计，提高设计效率。

说明书

技术领域

本发明涉及轨道交通建设技术领域，更具体地说，特别涉及一种城市轨道交通换乘站换乘节点新型主体结构。

背景技术

现今城市轨道交通快速发展，轨道交通线路向网状化发展，双线、多线换乘站越来越普遍，换乘站功能形式多样，尤其是在城市的中心枢纽处，双线多线换乘站客流越来越密集，换乘节点人流相交处愈发显得拥堵。

标准地铁站为长方形结构，而在换乘节点多线相交处受周边环境及线路、限界等制约，其设计往往是重难点，目前没有统一、标准、有效地施工方法。

现有技术中，典型的地铁换乘节点结构受力体系为沿着线路方向在不侵限的条件下设置纵横梁柱结构。如图1所示，图1为传统的换乘节点处结构受力体系的结构示意图。如图示，两条线路(线路a与线路b)相交，相交后夹角角度为α，设置纵横梁后，四个角点均存在受力阴角。另外，根据线路、限界要求需要设置柱网，即在站厅层内沿一个方向设置结构主梁，结构主梁下设置支撑柱，支撑柱间距约9m左右构成柱网，支撑柱设置密集，造成站厅内视野不通透。传统的梁板柱框架结构受力体系虽然受力简单，但是，设置的纵横梁会降低站厅净高，换乘节点站厅层净高约3.5左右(扣除装修及梁高)。

发明内容

综上所述，当前换乘车站所采用的结构受力体系的主要缺点如下：1、除线路正交情况外，对于非正交线路中而言，结构受力体系存在受力阴角；2、换乘节点人流密集处柱网密集，视野不通透，空间狭小；3、由于设置纵横梁，造成换乘节点处净高受限，使空间显得压抑。

为了解决现有技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种城市轨道交通换乘站换乘节点新型主体结构，换乘车站具有至少两条换乘线路，换乘线路的交叉点形成换乘节点，在换乘节点处采用多环穹顶式受力结构作为换乘节点处结构受力体系。

优选地，在本发明所提供的城市轨道交通换乘站换乘节点新型主体结构中，将相交的换乘线路的交点依次连线形成一个虚拟的封闭几何图形，以所述虚拟的封闭几何图形的形心作为基点；以所述基点为圆心设置外环梁，以所述基点为圆心设置内环梁，所述外环梁的半径与所述内环梁的半径比值在3:1-2:1之间；所述内环梁与所述外环梁之间设置有连接纵梁，所述内环梁与所述外环梁通过与所述连接纵梁连接形成所述的多环穹顶式受力结构。

优选地，在本发明所提供的城市轨道交通换乘站换乘节点新型主体结构中，以所述基点为圆心设置受力梁，所述受力梁的半径大于所述外环梁的半径。

优选地，在本发明所提供的城市轨道交通换乘站换乘节点新型主体结构中，所述外环梁与所述内环梁设置于同一个水平面内；在竖直高度上，所述外环梁高于所述受力梁1.0m-1.2m。

优选地，在本发明所提供的城市轨道交通换乘站换乘节点新型主体结构中，所述连接纵梁的一端与所述内环梁连接，所述连接纵梁的另一端沿直线依次经过外环梁以及受力梁并向外延伸；所述内环梁、所述外环梁、所述受力梁由所述连接纵梁连接并形成倒置的盆形框架结构。

优选地，在本发明所提供的城市轨道交通换乘站换乘节点新型主体结构中，自所述内环梁指向所述外环梁的方向上，所述连接纵梁的横截面面积逐渐增加；自所述外环梁指向所述受力梁的方向上，所述连接纵梁的横截面面积逐渐减小。

优选地，在本发明所提供的城市轨道交通换乘站换乘节点新型主体结构中，所述连接纵梁为扁担梁。

优选地，在本发明所提供的城市轨道交通换乘站换乘节点新型主体结构中，于所述外环梁的内侧范围、并位于所述多环穹顶式受力结构的上方设置第一结构板；于所述外环梁的外侧范围、并位于所述外环梁以及所述受力梁的上方设置第二结构板，所述第二结构板的厚度大于所述第一结构板的厚度。

优选地，在本发明所提供的城市轨道交通换乘站换乘节点新型主体结构中，于所述受力梁的下侧设置有第一支撑柱。

优选地，在本发明所提供的城市轨道交通换乘站换乘节点新型主体结构中，于所述外环梁的下侧设置有第二支撑柱，所述第二支撑柱设置多个且均位于所述封闭几何图形的范围之外；于所述内环梁的下侧的非站厅层设置有第三支撑柱。

优选地，在本发明所提供的城市轨道交通换乘站换乘节点新型主体结构中，所述外环梁为圆环形结构或正多边形结构，所述外环梁为环箍梁；所述内环梁为圆环形结构或正多边形结构，所述内环梁为环箍梁；所述受力梁为圆环形结构或正多边形结构，所述受力梁为环箍梁。

本发明的有益效果如下：

本发明提供了一种城市轨道交通换乘站换乘节点新型主体结构，换乘车站具有至少两条换乘线路，换乘线路的交叉点形成换乘节点，本发明在换乘节点处采用多环穹顶式受力结构作为换乘节点处结构受力体系。

通过其结构设计，本发明在换乘节点处可以使得局部外轮廓向外扩展，顶部梁结构(外环梁、内环梁以及受力梁)采用环形或者多边形结构，能够化解受力不利的阴角结构，还可以增大换乘节点处换乘大厅的空间；采用多环穹顶式受力结构，环梁之间设置高度差，并采用减薄内环顶板(第二结构板)，设置变截面连接纵梁的方式，可以减轻构件的重度，并且还能够形成倒盆型的高效受力体系；取消内环梁在换乘节点站厅层内的支撑柱(原先内侧的3跨约9m间距的空间变为单跨约27m的无柱空间)，空间视觉效果大幅增加；换乘节点的顶板(第二结构板)抬高1m后，内环梁下采用无柱结构，内环梁内侧直径约14m范围内为相当于无梁结构体系(板下净高约7.65)，比一般换乘节点内侧的梁柱结构体系(梁下净高约4.85m)净高提升约58％；结合线路夹角、限界、外环直径等几个参数可形成双线或者多线换乘大节点结构标准化设计，提高设计效率。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。其中：

图1为传统的换乘节点处结构受力体系的结构示意图。

在图1中，附图说明如下：

线路a、线路b、夹角角度α。

图2为本发明实施例中城市轨道交通换乘站换乘节点新型主体结构的平面结构示意图；

图3为本发明实施例中城市轨道交通换乘站换乘节点新型主体结构的竖向剖面结构示意图。

在图2和图3中，附图标记说明如下：

换乘线路1、封闭几何图形2、外环梁3、内环梁4、连接纵梁5、受力梁6、第一结构板7、第二结构板8、第一支撑柱9、第二支撑柱10、地铁线路轨道11、地铁线路结构外墙12。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。各个示例通过本发明的解释的方式提供而非限制本发明。实际上，本领域的技术人员将清楚，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可在本发明中进行修改和变型。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例，以产生又一个实施例。因此，所期望的是，本发明包含归入所附权利要求及其等同物的范围内的此类修改和变型。

在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本发明中使用的术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

请参考图2和图3，其中，图2为本发明实施例中城市轨道交通换乘站换乘节点新型主体结构的平面结构示意图；图3为本发明实施例中城市轨道交通换乘站换乘节点新型主体结构的竖向剖面结构示意图。

本发明提供了一种城市轨道交通换乘站换乘节点新型主体结构，在换乘车站中，至少有两条换乘线路1，本发明主要是针对仅设置有两条换乘线路1的情况进行讨论。

具体地，两条换乘线路1交叉，其交叉点即为换乘节点。本发明的改进点在于：在换乘节点处采用多环穹顶式受力结构作为换乘节点处结构受力体系。

本发明所述的换乘线路具体是指整条地铁线路，包括地铁线路轨道11与地铁线路结构外墙12，如图2所示，地铁线路轨道11中最外侧的铁轨(如果同一条地铁线路中有两条并行的地铁线路轨道，轨道是指两条并行的地铁线路轨道的最外侧的铁轨)相交形成虚拟的封闭几何图形2，地铁线路结构外墙12与换乘站连接。

在换乘车站内，每条换乘线路都会占据一定的宽度(列车运行方向为长度方向，垂直于长度方向为宽度方向，换乘线路在宽度方向上的尺寸即线路的宽度)，那么，两条换乘线路1相交(在空间上相交，并非实际交叉)，换乘线路1的两条长边就会交叉并形成四个交点，将这四个交点沿顺时针方向或者逆时针方向依次连线就能够形成一个虚拟的封闭几何图形2。

封闭几何图形2一般为菱形，或者其他规则形状，例如在换乘线路1垂直相交时，封闭几何图形2则为正方形。

以上述的虚拟的封闭几何图形2的形心作为基点，以基点为圆心设置外环梁3，以基点为圆心设置内环梁4，以基点为圆心设置受力梁6。

外环梁3的半径与内环梁4的半径比值在3:1-2:1之间，具体的可以为3:1、2.5:1、2:1。

内环梁4与外环梁3之间设置有连接纵梁5，内环梁4与外环梁3通过与连接纵梁5连接形成多环穹顶式受力结构。

本发明中，外环梁3、内环梁4以及受力梁6都可以视为是一个环形面，那么外环梁3、内环梁4以及受力梁6同轴设置，且外环梁3以及内环梁4要高于受力梁6。在本发明的一个实施方式中，外环梁3与内环梁4设置于同一个水平面内，在竖直高度上，外环梁3高于受力梁1.0m-1.2m，具体的可以为1.0m、1.1m、1.2m。

外环梁3、内环梁4以及受力梁6是通过连接纵梁5进行连接，从而形成一个完成的换乘节点受力体系。

具体地，连接纵梁5的一端与内环梁4连接，连接纵梁5的另一端沿直线依次经过外环梁3以及受力梁6并向外延伸。内环梁4、外环梁3、受力梁6由连接纵梁5连接并形成倒置的盆形框架结构。

在本发明中，连接纵梁5为扁担梁，且，连接纵梁5为变截面连接纵梁5。具体地，自内环梁4指向外环梁3的方向上，连接纵梁5的横截面面积逐渐增加；自外环梁3指向受力梁6的方向上，连接纵梁5的横截面面积逐渐减小。连接纵梁5横截面面积的变化主要体现在连接纵梁5的整体高度的变化，即连接纵梁5的宽度不变，其高度变化将会使得连接纵梁5的横截面面积变化。

连接纵梁5有两种设置方式，一种为：与换乘线路1的纵梁平行且端部对接，与换乘线路1的纵梁对接形成一个完成的纵梁结构；另一种为：以基点为辐射中心，采用辐射状设置。

上述结构设计中，外环梁3、内环梁4、受力梁6以及连接纵梁5形成的是一套骨架结构，在骨架结构搭建好以后，还需要在骨架结构的上方铺设结构板，从而形成具有一定承载能力的、具有一定防水性能的换乘车站屋顶结构。

在本发明中，于外环梁3的内侧范围、并位于多环穹顶式受力结构的上方设置第一结构板7；于外环梁3的外侧范围、并位于外环梁3以及受力梁6对的上方设置第二结构板8，第二结构板8的厚度大于第一结构板7的厚度，应用时，第二结构板8的厚度可以在750mm-850mm之间，第一结构板7的厚度可以在480mm-520mm之间，于第一结构板7的上方覆土且覆土厚度在1.8m-2.2m之间于第二结构板8的上方覆土且覆土厚度在3m-3.5m之间。

具体地，于受力梁6的下侧设置有第一支撑柱9，第一支撑柱9沿受力梁6等间隔设置，第一支撑柱9对受力梁6提供支撑作用，从而将整个多环穹顶式受力结构撑起来。

为了提高多环穹顶式受力结构的稳定性，于外环梁3的下侧设置有第二支撑柱10，第二支撑柱10均位于封闭几何图形2的范围之外。

具体地，外环梁3为圆环形结构或正多边形结构，外环梁3为环箍梁；内环梁4为圆环形结构或正多边形结构，内环梁4为环箍梁；受力梁6为圆环形结构或正多边形结构，受力梁6为环箍梁。于内环梁4下侧的非站厅层设置有第三支撑柱，即取消负一层(或称站厅层)的支撑柱，增加了单跨的无柱空间，便于高密度人流的流通。

本发明要解决的技术问题为：提供一种标准统一且有效的方法，以适用于各种角度的双线或多线换乘车站的换乘节点主体结构设计。

本发明结合周边控制性边界条件及大空间效果及功能需求适当外扩外轮廓。上述的周边控制性边界条件一般是指：周边建筑物以及管线迁改空间对施工的距离要求等。

环梁(外环梁3、内环梁4以及受力梁6)采用多边形或者圆形结构，能够使得换乘线路与环梁之间的夹角＞90°，从而可以取消阴角结构(请参考图2，在俯视视角下，换乘线路的侧墙为直线，受力梁6为圆形，直线过圆形的圆心时，直线与圆形交点处的切线与该直线夹角为90°，在实际情况下，换乘线路的侧墙必然在受力梁6圆心的两侧，那么换乘线路的侧墙与受力梁6之间的夹角角度必然大于90°，也因此可以取消阴角结构)，又可以增大换乘大厅的空间。在换乘节点处，大厅主体结构采用多环穹顶式受力体系，取两线(换乘线路)相交所形成的虚拟菱形外侧的第一圈柱子(该环柱子根据线路限界等条件不设)，即第二支撑柱10形成外环支柱体系用于支撑外环梁3(该环半径取R1)，从外环梁3往内收缩(1/2～1/3)R1的距离设置内环梁4(内环梁4的半径取r,并且，对应内环梁4，在负一层可根据效果取消支柱结构)，外环梁3的内侧结构标高根据现场管线等条件抬高，既可以减小大环内侧大跨结构的荷载，使整个结构形成倒盆型结构，又可以提高结构净高，体现换乘大厅大空间大视觉，形成结构特色。外环梁3的外侧一跨设置最外侧第三个环，即受力梁6(受力梁6的半径取R2)，形成受力结构，在内环梁4与外环梁3之间设置纵向的主扁担梁(连接纵梁5)，由主扁担梁传力至柱网。整个换乘大厅的主体结构可根据线路夹角，线间距，限界，环梁半径等几个参数确定完成一整套设计方案，形成双线或者多线换乘站换乘大厅标准化设计。

本发明所提供的城市轨道交通换乘站换乘节点新型主体结构的优点在于：能够结合周边环境适当扩大结构外轮廓，外环梁3、内环梁4采用多边形或者圆形结构，可以有效去除受力阴角，还能扩大换乘节点空间；在换乘结构处，换乘大厅采用多环穹顶式受力结构形式，受力上通过外环梁3与受力梁6之间设置的高度差，并在外环梁3与内环梁4之间设置变截面连接纵梁5，可以减轻梁板构件的自重以及上部覆土的重度，连接纵梁5连接多环梁(外环梁3、内环梁4以及受力梁6)拉箍，形成倒盆型的高效受力体系；通过换乘节点局部外扩、抽取站厅层内侧柱网，上抬内环空间，不仅消除了换乘节点站厅高密度人流区的拥堵感和压抑感，而且还带来了换乘大厅大空间大视觉的通透感；根据线路夹角、线间距、限界、外环半径等几个参数可确定主体结构一整套设计方案，形成标准化设计，提高效率。

取两条换乘线路相交所形成的多边形封闭几何图形的形心为基点，根据线间距和限界要求布置柱网，取封闭几何图形范围外的第一排柱子作为第二支撑柱10用于支撑外环梁3，外环梁3的半径为R1，结合柱跨布置及周边控制条件，外环梁3往外侧一跨形成受力梁6，外环往内侧缩(1/2～1/3)R1的距离结合内侧负二层柱网条件设置内环梁4(负一层对应内环梁4的位置可不设支撑柱)，内环梁4的半径为r，三个环梁均为环箍梁，环箍梁之间结合柱子位置设置变截面主纵扁担梁。

外环梁的内侧范围内设置第一结构板7，第一结构板7拉高，即外环梁3相对受力梁6抬高，从而外环梁3内侧的结构板也相应抬高，具体是结合管线条件确定拉高尺寸，第一结构板7减薄，既减小竖向荷载，又能增大大厅净高。

本发明的一个具体实施方案如下：

根据限界及柱网布置情况，两线相交所形成的虚拟的封闭几何图形2(菱形)的形心为基点，取外环梁的R1为14m，受力梁6的R2为22m(现场周边有建筑物最近距离围护墙约4m，且之间需迁改污水管和燃气管)，内环梁4的r取1/2R为7m，设置三环穹顶结构。为保证大空间效果，取消负一层对应内环梁4位置处的柱子，三环之间设置连接纵梁5，接纵梁5为变截面扁担梁，其尺寸取1.4x2.8m。根据管线要求，外环梁3的内侧范围内覆土厚度取2m，第一结构板7的厚度取500mm，外环梁3的外侧范围覆土取3～3.5m，第二结构板8的厚度取800mm。外环梁3以及内环梁4与受力梁6之间的高差为1m。基于上述设计，实际效果如下：在交叉节点处，内侧直径28m范围内站厅层无柱子遮挡视野，内环直径14m范围内，结构净高达约7.7m，装修后净高达6m。

以上仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。