第40卷 增刊 建 筑 结 构 2010年4月北京地铁四号线出入口站亭结构设计 高银鹰，贾文颖，杨 威，夏 田，彭永宏，霍文营 （中国建筑设计研究院，北京100044） [摘要] 北京地铁四号线出入口站亭为地上单层建筑，层高3.400m，采用梁、柱、斜杆组成的全焊接编织型方管钢结构形式。站亭与已建地下工程相接部位采用钢筋植筋相连接，并以已建结构作为基础；其余部位采用天然地基条形基础加防水板基础形式。根据计算及基础情况，竖向构件采用不同的柱脚形式，以方便施工。 [关键词] 编织型钢结构；钢筋植筋；钢结构焊接；锚栓 Structural design of the entrance buildings of Beijing No.4 Subway Line Gao Yinying, Jia Wenying, Yang Wei, Xia Tian, Peng Yonghong, Huo Wenying (China Architecture Design and Research Group, Beijing 100044, China) Abstract: The entrance building of Beijing No.4 subway line has single-layer with 3.400m high. This entwining steel structure consists of beams, columns and slope bars by welding. The building is connected with the existing structure under the ground by the technology of bonded rebar. And the other parts use the strip foundation combining with water-proof slab. According to the calculation and the types of the foundation, we adopt different column base types to convenient the construction of the building. Keywords: entwining steel structure; bonded rebar; welding of steel structure; anchor bolts1 工程概况 北京地铁四号线横贯京城南北，南自南四环公益西桥，北至北五环龙背村，线路全长28.16km。全线共有60多个出入口站亭，其风格统一，造型新颖独特，成为地铁四号线标志性建筑（图1）。 2 主体结构设计 由于已建成出入口的地下部分结构尺寸不统一，故地上站亭结构按照5.15，5.9，6.8，7.7m四种跨度设计，长度按1.5m模数增减。各出入口根据实际地下结构尺寸选择相近的地上站亭尺寸，并分为正出口、侧出口及与其他附属建筑合建的出口等形式。 根据建筑师“都市之窗”的设计理念，出入口站亭为编织型钢结构形式，外维护为金属板材及玻璃的幕墙体系。按照建筑专业的排水及外观要求，构件外侧局部焊有10mm厚、130mm高装饰钢板，以形成排水沟，并用以安装外立面幕墙、形成凹槽的立面效果；构件内侧局部焊有10mm厚、70mm高装饰钢板，用图1 北京地铁四号线出入口站亭 以电气专业走线及安装内立面幕墙。在各构件相交节点区域，内外侧均无装饰钢板，以形成交汇的立面效果，并实现排水、走线功能（图2）。依据这一要求，基本结构构件（梁及斜杆）采用壁厚10mm的200mm×200mm方管型截面（图3）。各构件采用等强对接焊缝连接，在节点内对应位置加焊加劲板。雨棚悬挑梁根据挠度计算要求，采用壁厚25mm的200mm×200mm方管型截面，相应连接柱、梁及斜杆采用相同壁厚。 出入口站亭均为地上一层，层高3.40m。单体建筑面积100~160m2，结构采用编织型方管钢结构形式。工程的设计使用年限为50年，建筑结构的安全等级为二级，抗震设防类别乙类，抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度值为0.20g，设计地震第一组，场地土类别为Ⅱ类。 工程于2009年2月完成设计，3月动工兴建，9月投入使用。 46 安装卷帘需要设计为575mm×270mm）为支座，焊接的连接节点见图6（c）；雨棚侧悬挑梁、柱、梁及斜杆的连接节点见图6（d）。 后立面斜杆与屋面梁连接空间节点见图6（e）；侧后部斜杆与屋面梁连接空间节点见图6（f）；侧立面交叉斜杆与屋面交叉梁连接空间节点见图6（g）。 结构底部的地梁为三面交圈形式。采用地梁连续、侧斜杆焊接于地钢梁上的方式形成节点区域，如图6（h）所示。 图2 各构件相交节点区域 图3 方管型截面 结构侧立面由钢斜杆交叉编织形成；屋面梁亦相互交叉编织，在结构尾部双向找坡，形成折线梁。屋面梁与侧面钢斜杆通过三维空间节点相交，形成空间的菱形网格编织结构，此结构具有很好的整体性。整体计算采用Sap2000程序。结构第1自振周期为0.28s，地震作用下最大弹性层间位移角为1/700，构件应力比为0.40左右，各计算指标均满足规范要求。除雨棚悬挑部分由挠度控制外，其余构件截面均根据建筑外观对结构构件尺寸的要求，且考虑加工及运输过程中构件的变形的影响，按照构造控制。 （a） （b） （c） （d） （e） （f） （g） （h） 图6 连接节点 4 基础设计 地铁施工时已完成的出入口地下结构为筏板基础 图4 标准正出口结构计算模型 （多为500mm厚）加挡土墙（多为500mm厚）。出入口地面钢结构需要与已建地下部分采用钢筋植筋技术相接，以形成整体基础。此部分柱脚在计算允许的情况下，设计为铰接柱脚以便于施工。当柱脚能完全落在已建结构上时，柱脚采用在已建结构上植筋焊接预埋件连接（图7）。当柱脚不完全落在已建结构时，在已建结构与柱脚对应处植筋形成牛腿（柱脚重心在原结构时），见图8；或从已建结构端墙平面内植筋挑牛腿（柱脚重心不在原结构时），再搭次梁，作为柱脚基础，从而保证已建地下墙体不额外承受过大的平面 图5 标准侧出口结构计算模型 外弯矩（图9）。 3 节点设计 本工程为空间结构体系，杆件在节点部位采用等强对接焊缝连接，在节点内对应位置加焊加劲板。杆件连接按照规范中钢管结构的构造要求，遵循主管连续、厚壁管连续的原则。节点众多、形式多样成为本工程的一个特点。以标准正出口为例： 平屋面部分，屋面梁相交（图6（a））形成平面菱形网格；在结构尾部双向找坡，形成了空间连接节点（图6（b））；雨棚交叉悬挑梁以宽扁梁（该梁根据 图7 柱脚植筋焊接预埋件连接 图8 结构与柱脚对应处植筋形成牛腿 47 地基处理（如浅换填）即可满足，保证了施工进度。 5 钢结构柱脚设计 铰接柱脚设计为预埋或在原结构上植筋焊接预埋件，预埋件与钢结构底部三面交圈的地钢梁（图4，5）通过角焊缝连接（图12）。挑梁支撑柱采用刚性柱脚。 图9 已建结构端墙平面内植筋挑牛腿 位于出入口口部的两根钢柱支撑雨棚大跨挑梁，柱脚承受较大的弯矩，设计成刚性柱脚（图4，5）。此柱脚多距离已建地下结构较远，采用天然地基。由于前期地铁施工开挖的影响，出入口口部在原结构基础底板标高以上的部分均为人工杂填土，原地质勘察资料已不能反映口部的地基现状。 结合已竣工的西直门站出入口现场地基情况（承载力低且不具备深挖换填的条件），采用了钢筋混凝土条形基础加防水板的基础形式，基础埋深同已建结构基础，且保证柱脚埋深的最小要求。施工前要求进行现场原位测试，保证基础底标高处地基承载力特征值不小于100kPa。如不能满足要求，应根据实际情况进行地基处理。基础、侧墙和口部一层地面钢筋混凝土板形成补偿性的基础，并与原结构在相接处植筋相连（图10，11）。 刚性柱脚以建新结构为基础时，采用埋入式刚性柱脚。刚性柱脚以已建结构为基础时，采用外露式刚接柱脚。此柱脚若采用加长型后扩底锚栓费用很高，故采用HPB335级钢筋，钢筋直径比计算值增加2mm，进行原结构植筋，在连接螺母段先车去原钢筋螺纹，再车丝扣以安装螺母。 图12 铰接柱脚 6 工程特点 出入口站亭地面结构为空间编织型方管钢结构，通过合理的结构构件选型及连接，满足了复杂的建筑造型及使用要求。并根据各单体已建地下结构的具体情况，因地制宜地采用基础及柱脚形式，保证了地面结构与地下结构很好地衔接，同时方便了施工，确保了工程按期完成。 图10 基础结构平面图 图11 层1结构平面图 参 考 文 献 [1] GB50017—2003 钢结构设计规范[S]. 北京：中国计划出版社，2003. [2] GB50011—2001 建筑抗震设计规范[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2008. [3] GB50367—2006 混凝土结构加固设计规范[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2006. 该基础方案的优点有： （1）地基承载力要求较低，可以减少地基处理的工程量及费用，加快施工进度。 （2）基础整体刚度好，地基沉降量小，保证上部钢结构不因新老结构沉降差产生过大变形。 施工验槽的实际情况也表明，出入口站亭基础底标高附近均为人工杂填土，由于设计提出的承载力特征值100kPa较低，多数都可不经地基处理或经简单的 作者简介：高银鹰，硕士，工程师，一级注册结构工程师，Email：gaoyy@cadg.cn。 48
