地铁设计开题报告.pdf

一、一、毕业设计题目来源毕业设计题目来源 随着城市化进程的加快， 城市人口的急速膨胀和现代化生活节奏加快， 人们出行次数增 多以及汽车的普及， 相应的城市交通量大大增加， 由于道路资源的低效率分配利用以及市区 道路的结构性缺陷等原因，城市中道路的相对不足和机动车辆的飞速增加带来了交通阻塞、 车速下降、 事故频繁等一系列问题， 使得城市交通问题日益突出 解决城市的交通速度问题， 不能仅仅把希望寄托在无休止的增加道路上， 而轨道交通正是解决长期交通堵塞的较好方案 地铁， 是一座城市融入国际大都市现代化交通的显著标志 它不仅是一个国家的国力和 科技水平的实力展现， 而且是解决大都市交通紧张状况最理想的交通方式 中国城市地铁建 设正处于起步阶段， 政府在解决人民群众基本需求， 特别是交通需求方面的任务异常艰巨和 繁重公共交通需求急剧上升，修建地铁和轻轨已是各大城市基础建设的必要内容，是现代 化大都市的标志，未来510年将是中国城市地铁大发展的黄金时期”十一五”规划纲要 提出：”加快发展铁路运输重点建设客运专线、城际轨道交通、煤运通道，初步形成快速 客运和煤炭运输网络”这表明中国城市进入了地铁时代 二、中国地铁发展现状与趋势二、中国地铁发展现状与趋势 我国地铁建设事业起步较晚改革开放以来，随着国民经济的不断发展，我国的城市化 进程也在逐步加快经济的发展，人们生活水平的提高，城市规模的扩大，城市人口的急剧 增加，居民出行和物资交流的高度频繁，城市交通面临着严峻的局势伴随着我国城市现代 化、工业化进程，地铁这种动力大、不占用地面空间的交通运输设施，正在大中城市建设中 悄然兴起，并成为解决城市交通问题的最佳选择早在20世纪8o年代中期，国家就推出在百 万人口以上的大城市中逐步发展地铁交通的政策 随后在80年代末， 国家制定的产业政策再 次明确其在基本建设中的重要地位地铁交通以其速度快、运能大、污染少的优点，越来越 受到人们的青睐新世纪开始，国家首次把发展地铁交通列入国民经济”十五”计划发展纲 要，并作为拉动国民经济持续发展的重大战略随着经济的发展，改革开放的深入，在中华 大地上，许多大城市加快了地铁建设的步伐为了缓解城市交通的阻塞，京、沪、津、穗4 个特大城市不仅在续建地铁， 而且要重新规划城市轨道交通的蓝图， 以利于城市新世纪的发 展和外延 地下街的发展将日益完善，它将从单纯的商业性质演变为包括多功能的、有交通、商业 及其他设施共同组成的相互依存的地下综合体 未来在大城市的中心区， 将建设四通八达不 受气候影响的地下步行道系统，它很好地解决了人、车分流的问题，缩短了地铁与公共汽车 的换乘距离， 同时把地铁车站与大型公共活动中心从地下道连接起来 未来地下空间的发展 是高效地利用空间，将能源、物流、运输以及排污集中在地下进行处理，为城市的地上空间 预留了一片新鲜的天地我国地下城的发展还不够完善，随着经济的发展，完整高效的地下 城将成为现实 三、毕业设计基本要求三、毕业设计基本要求 (1) 建筑面积规模：900010000 ，其中站厅层考虑地下街约 4000 ； (2) 使用功能：地下一层为站厅与地下街层，地下二层为站台层； (3) 层高与埋深： 覆土厚度为 89m,地下一层为站厅与地下街层， 地下二层为站台层； (4) 出入口设计：出入口设计应与总图设计、地面街景协调统一，并设自动扶梯； (5)地下一层考虑增加地下街管理用房，包括办公、财务、库房及卫生间、水暖电设备 用房等。 地铁车站建筑由以下几部分组成： 乘客使用部分：出入口、地面站厅、地下中间站厅、楼梯、电梯、坡道、步行道、 售票、检票、站台、厕所等。 运营管理部分：行车主副值班室、站长室、办公室、会议室、广播室、信号用房、 通讯室、工务工区、休息值班室等。 技术用房部分：电器用房、通风用房、给排水用房、电梯机房等。 生活辅助部分：客运服务人员休息室、清洁工具室、贮藏室等。 表 2-1 地铁车站房间功能分配 名称 面积/m2 位置 行车主值班室 1520 下行线一侧 行车副值班室 810 上行线一侧 信号设备、继电器 30 主副值班室中间 信号值班 15 站台层 办公、会议、广播 各 1520 主值班室、站长室附近或位 于地面 工务工区 1015 站长室 1015 站厅层、靠近控制室 车站控制室 2535 站厅层 (6) 建筑等级：建筑安全等级为一级，防护等级 6 级，考虑平战功能转换，建筑抗震等级为 6 级； 站务室及会计室 1015 站厅层 保卫室 15 站厅层 休息室及更衣室 215 215 站台、站厅 清扫工具间 26 站台层、站厅层各一处 清扫员室 8 站厅层 盥洗室 68 厕所间 28 内部、站台或站厅 售票处 26 站厅层 问讯处 23 接近售票处 补票处 23 付费区内 公用电话 22 站厅层 备用间 15 站厅或站台层 乘务员休息 1015 站台层 休息宿舍 40 站台层 牵引变电所 350 站台层 降压变电所 150 站厅层、靠车站控制室 防灾控制 20 靠车站控制室 消防泵房 50 带贮水池 污水泵房 20 站台端部 废水泵房 20 蓄电池 22 配电室 80 进风机室 200 排风机室 200 1544 (7) 战时功能：战时可用于人员疏散、车库、物资库，交通等功能； (8) 建筑层数：地下 2 层，地下一层为站厅层，地下二层为站台层； (9)建筑功能布局：地下一层：地下商业街和地铁站厅，设备用房；地下二层：地下商 业街和站台。 四、建筑设计构思四、建筑设计构思 1、地铁车站建筑设计各阶段要点 首先，要有前期准备，要认识到该工作具有周期长、反复多、涉及专业多的特点。这就 要求设计者要有一定的知识储备，除熟悉本专业技术资料外，还要了解相关专业的知识。在 设计过程中要有创新精神，但要严把质量关。在方案设汁阶段，要明确该阶段的主要任务是 稳定线位、 站位和车站形式。 在线位稳定方面， 从整体走向来分析， 从客流吸引、 远期规划、 征地拆迁、 工程实施、 环境保护等方面来综合比较； 在站位稳定方面， 应根据使用功能优劣， 出人口、风亭设置位置，地下管线情况，地面交通情况，施工场地布置，施 i：工法等综合 考虑，决定是路中还是路侧、是跨路口还是不跨路口；在车站形式方而，应根据规划线网和 本站功能要求，是中间站还是换乘站，是几层车站、是岛式还是侧式、有无配线，找出本站 特点，决定车站形式。在初步设计阶段，要明确本阶段的重点是确定车站规模、控制投资。 规模的确定是根据计算和经验确定车站的站台宽度、车站的长度，层数、层高、覆土深度等 得出的；投资的控制要有节约意识，综合比较，能省则省，但要适宜。 施工设计阶段主要保证罔纸的完整、精确，施工的可行性。设计图纸、说明书、设备材 料表等文件要满足使用要求，满足施 、安装和加工等多方面要求。还要注意，各专业图纸 中管线、门窗、隔墙、孔洞、预留、预埋对应问题。 另外还要注重后期配合，为工程服务，为现场服务，主要解决图纸中不详的问题和t程 中遇到的实际问题，并以合适的方式及时处理。 2、地铁车站建筑设计原则 地铁车站是地铁线路中的交通枢纽起到客流地上、 地下的相互转换及快捷运送客流的作 用。车站应根据线路走向合理布点，站间距考虑要适当，市区宜在1i公里左右，郊区可略 长些。站址的确定应符合线路设计要求，没在能够最大吸引客流的地方，如：商业中心、居 住区，以便乘客在地铁和其它公共交通之间的换乘。同时注意与地面建筑规划相协调，并注 意对该地区的地下管网、工程地质、水文地质、地面建筑的拆迁改造进行调查研究，力求掌 握基础资料的准确性，减少工程的潜在矛盾。由于地铁车站建于地下，在建筑设计上必须注 意以下的设计原则： （1） 地铁车站是人流比较集中的公共交通建筑， 在设计中首先要满足其使用功能要求， 地铁车站的站位应该为乘客提供最大可能的方便， 使多数乘客步行的距离最短。 车站布局还 须考虑与其它公共交通有方便的换乘条件，将旅游景点、游乐中心、住宅密集区、办公密集 区等与车站相通，为乘客提供无太阳晒、无雨淋的乘车条件，使车站建筑具有合理的、完善 的、流畅的使用功能。 （2）车站布设应与旧城改造和新区土地的开发相结合，车站分布应方便施工，减少拆 迁，降低造价，并注重城市轨道交通建设与周边经济发展的互动效应，为可持续发展创造条 件。 （3）地铁车站是建于地下的公共交通建筑除了结构应有的安全可靠性外车站建筑的设 计中也应考虑所有的安全因素如楼梯和自动梯数量、 位置及宽度的考虑必须满足在灾害情况 下的紧急疏散要求，有足够明亮的照明设施，以降低人在地下的恐惧心理，有清晰详尽的导 向标志，安全出口通道有完善的消防设施及有足够的新风和排风排烟设施。 3、车站位置选择 车站站位的选择需要综合考虑多方面的因素， 如与相邻车站的站距尽量均匀、 车站周围 的地面环境、有无与规划建筑结合的可能性、是否有利干吸引客流、车站是否利于预留发展 等等。黑大站所处地区为哈尔滨迅速发展的地区之一，根据本站所处地理位置的重要性，同 时考虑了与地面交通及未来规划新的地铁线路之间的衔接问题。 4、车站形式的比选 岛式车站是地铁车站采用较多的形式，其优点是站台面积及其楼、扶梯的利用率高，站 厅布置和管理较为集中，侧式车站就存在上述的不足，这样一方面降低了工程造价；另一方 面也降低了车站的建筑高度，满足了建筑限高的要求。 5、车站规模 车站规模的大小，将直接影响到工程造价的高低。黑大站在满足车站超高峰小时客流、 安全疏散以及站位重要性的前提下，将车站设计为大约20m岛式站台车站，并对设备、管理 用房进行合理、紧凑地布置，充分考虑到节约投资，确定车站总长约为150m。 五、结构设计构思五、结构设计构思 地铁车站的主要施工方法有明挖法、盖挖法以及暗挖法施工。目前，国内外最主要的施 工方法采用明挖法施工， 本车站主体及站后折返线均采用明挖法施工。主要结构尺寸的拟 定是在满足建筑限界和建筑设计的基础上、考虑施工误差， 测量误差、结构变形及后期沉 降等因素，根据地质和水文资料，车站埋深，结构类型，施工方法等条件经过计算确定。 车站为地下二层双柱三跨框架明挖结构， 主体结构均为钢筋混凝土框架型式， 由侧墙、 立柱、梁板组成结构体系，顶板、中板承受竖向荷载，通过纵向主梁下的柱子和边墙将荷载 传递到底梁和底板。 六、存在问题及解决措施六、存在问题及解决措施 1、强柱弱梁问题 实际上是一个结构构件的抗震问题。 目前地铁设计中一般遵循的设计规范是 铁路工程 抗震设计规范(gb 11187)、建筑抗震设计规范(gb 50011-2001)。其中建筑抗震 设计规范 是针对地上建筑的研究、 归纳成果而制定。 结构设计理论是以极限状态法为基础， 由于地震作用机理对地上结构和地下结构是不相同的， 照搬此规范用于地铁设计是非常有局 限性的， 尤其对于暗挖施工和覆土厚度较大的地下结构， 地震时结构会受到地层的强大约束， 震害明显轻于地上建筑， 无论用底部剪力法还是时程分析法都无法真实地反映出地震作用下 结构与地层的相互作用。 铁路工程抗震设计规范(gb 11l一87)自1987年以来没有进行修编，采用容许应力法 进行结构设计。地震发生时，结构及其上部覆盖层产生与地表地震加速度成比例的惯性力， 同时地震引起主动侧压力的增量，满足此种工况的条件必须是结构单位体积的重量(含结构 净空在内)大于围岩的比重。但由于地铁结构内净空较大，结构单位体积的重量小于围岩的 比重， 地震发生时， 结构与围岩几乎一同变形， 采用上述理论也是难于反映真实的地震作用， 同时该规范在地下结构构造上也没有明确的要求。 根据一般的地面建筑的概念， 为增加框架 柱的延性，结构往往设计成强柱弱梁的体系，根据结构类型和抗震等级，框架柱的轴压比都 受到严格的限制，其箍筋的体积配箍率也有明确的规定。而地下结构由于覆土较大，导致框 架柱承受的荷载较大，为满足承载和限界的要求，往往设计成强梁弱柱的结构体系，由于规 范中对地下结构的抗震等级没有给出统一的要求。 这就有可能在设计中忽略弱柱问题， 使框 架柱成为地震中的薄弱环节，而形成箱体的梁、板、墙纵向刚度较大，延性好，具有较强的 抗震能力。日本的一些地震工程实例中，地铁结构产生的破坏也往往是柱的脆性破坏，因此 设计中必须重视框架柱的抗震问题，必须提高其延性和承载能力。 2、计算跨度问题 对于板和梁的计算跨度， 大多数设计人员采用的是支撑点中心到中心的距离， 再考虑刚 域的影响。实际上，地铁车站的纵梁都是多跨连续梁结构，按照一般计算方法，纵梁的计算 跨度应取净跨+支撑长度或取i05倍净跨，并取其中的较小值用于计算。由于地铁框架柱的 纵向尺寸一般较大(一般为0 81 2 m)， 柱的纵向间距一般为68 m， 以柱纵向尺寸为0 9m， 柱的纵向间距为8m为例， 其计算长度应取8m与7 455m(1 057 1)中的较小者， 即取7 455 m作为计算长度，如果计算跨度按照中心到中心即8 m计算，其弯距值将增大0.15倍，这样就 会导致梁的尺寸偏大或配筋量偏多，同样的问题也会出现在板上。 3、斜托的影响 为减小板厚，增加板支点处的抗冲切能力，设计时一般在板下部设有斜托，实际计算中 往往会忽略斜托的刚度影响及其产生的拱效应。 这从图11图13的结果中就可以看出： 考虑 斜托厚度及其拱效应的计算结果最小(见图13)， 而仅考虑斜托厚度不考虑其拱效应的计算结 果(见图12)比既不考虑斜托又不考虑拱效应的计算结果(见图11)的负弯距偏大， 正弯距偏小。 这说明设计中斜托的作用是不能忽视的。 4、变形缝的设置 地铁车站往往较长，其下部地基可能不均匀，或者车站纵向结构形式变化，或者上部荷 载的变化等，都可能造成地基的不均匀沉降；另外，大体积混凝土结构的浇筑以及混凝土自 身因温度的收缩膨胀、徐变等问题可引起结构的纵向变形。如果沿纵向不设置变形缝，结构 就可能沿环向开裂，重者导致结构漏水，轻者结构表面会出现大量裂纹。如果设置变形缝， 缝的两侧就有可能产生影响行车安全的差异沉降， 尤其对置于软弱地基上的的结构， 缝的设 置更应慎重。 目前南方地区一些地铁车站要求不设缝， 其结果是结构完成后许多车站会发生 环向裂缝，形成漏水现象。如果单靠加大纵向配筋还不能完全解决这个问题，因为普通钢筋 要发挥作用是在混凝受力变形之后(裂缝出现时钢筋应力可能只有4060 mpa)， 因此变形 缝的设置问题将是一个直接影响工程质量或工程安全的问题， 是一个需要进一步研究和认真 对待的问题。 七、时间安排及设计成果 1、时间安排 设计共14周 建筑：4.5+0.5周 结构：7.5+0