某地铁车站新增排烟机房结构改造方案

某地铁车站新增排烟机房结构改造方案

黄琴

中铁第四勘察设计院集团有限公司结构所  湖北武汉430000

摘要：在地铁结构改造设计中，需要结合考量原结构设计、周边场地等环境情况、改造相关要求等因素，综合分析考虑，最终确定改造方案，完成相关改造设计。

关键词：改造；设备用房；混凝土框架；轻钢结构；植筋；锚栓

一、改造原因：

某地铁站为地下一层站台层，地面一层设备用房，现新线接入，两线地面厅共厅换乘，因两线车站造型整体设计后新增钢结构顶盖；增设顶盖后，车站排烟无法满足需求，现需在原已运营车站两端土建结构屋顶增设机械排烟机房。

图一 新增排烟机房建筑剖面布置图

二、改造内容：

本次改造主要在原设备用房顶进行，需新增3个暖通机房，2个风箱基础。

三、设备荷载情况及荷载值

根据暖通专业提资，大风机设备荷载为2t，基础长度为3.3m/3.85m，基础高度为700mm；小风机设备荷载为0.5t，基础长度为4.4m/2.65m，基础高度为600mm；

风箱设备荷载为1.2t，基础长度约为11m，基础高度为200mm；每个设备有两条基础，设备基础宽度均为300mm。

原设备用房屋面上荷载主要有：排烟机设备荷载、排烟机设备基础荷载、排烟机房砌墙、屋顶及其上荷载等。具体荷载值计算如下：

屋面恒载：1.0 kN/m2                  

屋面活载：0.5 kN/ m2

基本风压：0.45 kN/m2（50年一遇）

设备荷载计算过程如下：

以大风机为例，设备荷载均布荷载P1=2x10/2/3.3=3.03KN/m

基础均布荷载为P2=0.7x0.3x25=5.25KN/m

基础区域板均布荷载P=P1+P2=8.3KN/m

余同，计算处小风机均布荷载为5.5KN/m。

风箱区域均布荷载为P=（1.2*10+0.3*0.2*11*25）/11=1KN/m^2

风箱区域均布恒载取5KN/m^2，活载为3KN/m^2。

四、原设备用房屋面结构布置

柱跨为8x8m，主梁尺寸为0.5x0.9m，次梁尺寸为0.4x0.8m，柱尺寸为0.4x0.4m。具体屋面结构布置如下图：

图二 原设备用房屋面结构平面布置图

五、对排烟机房位置是否合理进行分析：

结合原结构板梁柱布置、机房内荷载分布等情况，合理布置机房位置，排烟机房墙柱尽量落在原结构梁跨较小、距离柱较近位置，结合原结构梁柱布置，反提资相关专业，机房面积是否可增加或者局部压缩。

六、方案比选阶段：

方案一：混凝土框架结构

图三 混凝土框架结构布置图

经过盈建科软件相关计算，有几跨梁配筋不满足强度要求，但原设备房顶板下挂满布通风管道，为保证车站运营需要，不允许拆除，无法对薄弱梁进行加固改造，故混凝土框架结构不适配。

方案二：轻钢结构

图四 轻钢结构布置图

为减少结构自重和可操作性，屋顶机房采用轻钢结构，在既有结构梁上设置钢柱的预埋件。钢柱采用方钢管、钢梁采用H型钢。风机设备基础的布置，结合既有梁板，布置在结构次梁之间。

经过计算，原结构布置及配筋满足要求。

经过比选，排烟机房最终确定采用轻钢屋面结构。

七、具体方案设计：

钢梁尺寸为HN400x200x8x13/HM294x200x8x12，钢柱尺寸为口200x10（方钢管），采用Q235B热轧H型钢。

在原设备用房板梁上进行植筋，通过化学锚栓形式在原结构上预埋钢板，钢柱与钢板间进行焊接；设备基础条基通过植筋与原设备用房板梁进行连接。

钢柱脚的化学锚栓、钢筋的植筋的施工、检测等应符合《混凝土结构后锚固技术规程》和《混凝土结构加固规范》的规定,植筋胶采用A级胶。

八、施工注意事项：

1、新增设备通风机房的房间内，应先清除既有屋面的屋面建筑面层做法，以去除屋面建筑材料做法的自重，减轻结构承担的荷载。

2、钢柱脚的化学锚栓实施前，应探测屋面梁柱钢筋的位置，避开钢筋进行植筋，避免对既有梁柱钢筋的破坏，且需保证锚栓的植筋深度。

3、混凝土浇筑前，既有屋面的结构面应清理干净，凿毛处理。

4、采用植筋锚固时，其锚固部位的原构件混凝土不得有局部缺陷。若有局部缺陷，应先进行补强或加固处理后再植筋。

结语：本次改造方案中，原屋面结构下管线密布，不能进行结构加固，只能在原结构承载力允许范围内，进行新增排烟机房优化设计，最终确定为轻钢屋面结构方案；同时要注意，在设计过程中，要尽量减小屋面荷载，施工中要尽量减小对原结构的破坏，并保证新旧混凝土结构的连接。

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