地铁车站作为交通枢纽，普遍位于城市繁华地区及交通繁忙地段，采用传统建造方式需要消耗大量劳动力和原材料，施工场地及材料运输对路面交通影响较大，工业化程度低，现场作业环境差，施工带来的环境、噪声污染等问题日趋严重，因此地铁施工建造方式在创造社会、环境效益方面尚有较大提升空间，亟须创新和变革。采用装配式地铁车站可实现设计、施工、部品的标准化，大大缩短地铁车站建设工期，减少材料堆放、加工等占地面积，减少混凝土浇筑等大量现场作业，从而节省劳动力、减少建筑垃圾，具有绿色、环保、节能等优势。

　　 地铁车站要在满足使用功能的前提下，兼顾安全、经济、美观，与交通建筑相协调。目前地铁车站常用拱形与矩形2种形式，本文对比拱形与矩形装配式地铁车站的受力性能，预制、安装、拼接难易程度及装饰效果，为装配式地铁车站设计提供参考。

　　 长春地铁2号线袁家店站采用拱形地铁车站 ^[1]，北京地铁6号线西延工程金安桥站采用矩形地铁车站 ^[2]，前者跨越能力强、装配率高，后者与装配式建筑结构类似，可借鉴建筑结构相关技术，因此2种形式各有其优点。

　　 为分析拱形和矩形地铁车站受力性能差异，以长春地铁2号线袁家店站为例进行，其典型断面如图1所示。采用MIDAS FEA建立有限元模型，选取车站纵向6m (柱距) 框架作为计算单元，分别建立拱形和矩形结构车站单元。拱形结构第2层为中间无柱的大空间;矩形结构第2层中间布置柱，以减小顶板跨度 (见图2) 。2种结构均采用4结点空间实体单元进行模拟，拱形结构共划分为1 580个结点，4 434个单元，矩形结构共划分为1 596个结点，4 309个单元。结构材料均为C50混凝土。

　　 将车站结构视为弹性地基上一次整体受力的框架进行内力分析。用水平弹簧模拟地层对侧墙水平位移的约束作用，用竖向弹簧模拟地层对底板、侧墙底部竖向位移的约束作用 ^[3]。土层信息如表1所示。

　　 根据GB 50157—2013《地铁设计规范》，考虑作用在地铁车站结构上的永久荷载和可变荷载。假定上部覆土厚度为3m，最高地下水位取-0.500m。

　　 1) 结构自重由有限元软件自动计算。

　　 2) 覆土荷载上部覆土为杂填土，重度γ=19.3kN/m³，荷载为19.3kN/m³×0.5m+9.3kN/m³×2.5m=32.9kN/m²。

　　 3) 侧向水土荷载水、土分别计算，采用朗肯土压力理论计算侧向土荷载，使用阶段为静止土压力，侧压力系数为，其中，φ为内摩擦角，分土层计算;侧向水压力为9.3kN/m³× (h-0.5) , h为计算位置与地面的距离。

　　 4) 垫层混凝土荷载最底层上方有垫层混凝土，其荷载近似简化为:中部25kN/m³×1.55m=38.75kN/m²;两端25kN/m³×1.0m=25kN/m²。

　　 5) 浮力按最高地下水位的全部水浮力计算，近似以ρ_wgh=9.8kN/m³× (16.95m+3.0m) =195.51kN/m²。

　　 人群荷载取4kN/m²，设备荷载取8kN/m²，地面超载取20kN/m²，地铁车辆荷载取20kN/m²。

　　 以上荷载施加位置如图3所示。荷载组合工况为1.2× (结构自重+覆土荷载+侧向水土荷载+垫层混凝土荷载+浮力) +1.4× (人群荷载+设备荷载+地面超载+地铁车辆荷载) 。

　　 荷载作用下2种结构的应力分布如图4所示，在相同荷载和边界条件下，拱形结构最大应力为5.06MPa，出现在拱与侧墙交界处;矩形结构最大应力为16.66MPa，出现在下层柱底端。由此可知拱形结构比矩形结构受力性能好。

　　 2种结构位移云图如图5所示。拱形结构最大竖向位移出现在拱顶跨中位置，为13.3mm;矩形结构最大竖向位移在侧墙，为37.8mm。通过上述分析可知，拱形结构不但可为工程提供较大使用跨度，其整体受力性能也优于矩形结构。

　　 长春地铁2号线袁家店站采用拱形结构，实现了构件的全预制，装配率高;北京地铁6号线西延工程金安桥站采用了矩形装配整体式地铁车站，装配率不如袁家店站，但其可借鉴装配式建筑的相关技术。2种形式装配式地铁车站在构件预制、吊装、装配施工难度、建筑效果方面的对比如下。

　　 拱形结构顶板和底板均为曲线型构件，对模板刚度、精度要求更高，预制难度大;矩形结构的构件均为直线型，预制相对容易。

　　 地铁车站构件普遍重量大，对吊装设备要求高，拱形结构各构件重量接近，要求吊装到位精度高，难度大 ^[4];矩形结构顶板较重，起吊难度大，但吊装到位相对简单。

　　 拱形结构一般采用榫接，对接头精度要求高、施工难度大，对防水要求更高;矩形结构与装配式建筑结构类似 ^[5]，采用湿连接，相对容易，施工简单。

　　 在使用功能上，拱形结构能提供中间无柱的大跨度使用空间，这是矩形结构无法比拟的。从装饰效果上，矩形结构适合现代风格的装饰，如国内大部分地铁车站 (见图6a) ;拱形地铁车站可以结合文化、民族风情等有更多的艺术表达，比较典型的有莫斯科及平壤的地铁站，如图6b～6c所示。

　　 对拱形与矩形2种形式地铁车站的受力性能、预制与装配施工难易程度、使用功能与装饰效果等进行了对比，研究结果如下。

　　 1) 采用有限单元法建立了拱形与矩形2种车站的力学性能分析模型，对荷载作用下2种车站的力学性能进行了分析，结果表明拱形结构形式受力更为合理。

　　 2) 从构件预制的角度，矩形结构构件为直线型，而拱形结构多数构件为曲线型，前者预制相对简单;从吊装与安装的角度，矩形结构顶板吊装困难，但就位相对容易;从构件连接的角度，矩形结构施工相对简单。

　　 3) 从使用功能与装饰效果上，拱形结构可以实现中间无柱的大跨度空间，且具有更好的装饰效果，有矩形结构无法比拟的优势。