軌道交通金橋停車場上蓋開發(fā)項(xiàng)目結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化

曹 陽 （上海盛世申金投資發(fā)展有限公司，上海 200127）

1 工程概況

上海軌道交通金橋停車場上蓋物業(yè)開發(fā)項(xiàng)目位于浦東新區(qū)金橋開發(fā)區(qū)內(nèi),城市外環(huán)以內(nèi),緊鄰金橋出口加工區(qū),主要是在列車地面停車庫的上蓋大板上進(jìn)行物業(yè)開發(fā)，由上海盛世申金投資發(fā)展有限公司開發(fā)。本項(xiàng)目包含軌道交通9、12、14號線3個(gè)停車場、3個(gè)車站（金海路站、桂橋路站、金穗路站）、停車場上蓋和落地地塊的物業(yè)開發(fā)?？偨ㄖ娣e約102.6萬m2，其中地上建筑面積約85.3萬m2，地下建筑面積約17.3萬m2。由居住建筑、商業(yè)辦公建筑、公共服務(wù)設(shè)施、基礎(chǔ)教育設(shè)施等組成，總平面圖如下圖1。本文選取14號線停車庫大板物業(yè)開發(fā)的項(xiàng)目介紹如何結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化的。

圖1 總平面圖

2 基坑維護(hù)優(yōu)化

14號線B區(qū)基坑工程基坑南北方向長為434.25m，東西方向?qū)挒?1.70m，場地整平按吳淞高程4.620m考慮，基坑深度約為11.10m～13.00m。

基坑采用鉆孔灌注樁+三道鋼筋混凝土支撐支護(hù)體系，鉆孔灌注樁外側(cè)設(shè)計(jì)三軸水泥土攪拌樁止水帷幕。鉆孔灌注樁樁徑0.8m，間距1.0m，樁長26.1m～29.0m。地面以下0.5m、4.5m、8.5m各設(shè)置一道鋼筋混凝土支撐。鉆孔灌注樁樁頂設(shè)計(jì)冠梁，冠梁截面0.8×1.0m；第二、第三道鋼筋混凝土支撐圍護(hù)樁位置設(shè)計(jì)鋼筋混凝土腰梁，二道腰梁截面均為1.2×1.0m?；硬捎萌毓芨邏盒龂姌度惯吋庸?，加固深度4.0m，寬度5.0m。

在滿足周邊軌交設(shè)施安全的前提下，我們做了如下幾點(diǎn)優(yōu)化：①利用MADIS整體計(jì)算模型統(tǒng)籌考慮基坑支護(hù)與支撐體系協(xié)同受力，根據(jù)立柱的實(shí)際受力情況優(yōu)化臨時(shí)鋼立柱及臨時(shí)立柱樁；②根據(jù)場地特點(diǎn)、基坑形狀及周邊環(huán)境調(diào)整基坑支撐布置形式，基坑角部由角撐調(diào)整為角撐結(jié)合邊桁；③調(diào)整基坑裙邊加固形式，改為小裙邊結(jié)合墩式加固，在保護(hù)加固質(zhì)量不變條件下減少加固土體數(shù)量。

3 工程樁基設(shè)計(jì)優(yōu)化

項(xiàng)目貼鄰已建成的地鐵9號線和14號線出入場線，軌交線兩側(cè)各50m范圍屬地鐵維護(hù)保障范圍，需要采取各類措施減小施工對其的影響。大體量上蓋建筑的不均勻沉降將會(huì)嚴(yán)重影響地鐵線路的安全運(yùn)行，因此本項(xiàng)目在樁基設(shè)計(jì)時(shí)選擇非擠土的水鉆孔灌注樁，并以沉降量較小的⑦-2層粉砂層作樁端持力層，并采用后注漿技術(shù)，提高樁身質(zhì)量有效地控制了高層樁基的絕對沉降量，成功地解決了對地鐵區(qū)域的沉降及擠土影響。樁徑800mm，樁長40m，內(nèi)配縱筋20Φ25，經(jīng)過投資估算，樁基單方造價(jià)遠(yuǎn)高于同類地區(qū)一般項(xiàng)目樁基造價(jià)。

在保障安全的前提下，為控制開發(fā)成本，我們仔細(xì)研究了項(xiàng)目的設(shè)計(jì)圖紙、地勘報(bào)告，與設(shè)計(jì)單位、勘察單位多次溝通，提出了3點(diǎn)優(yōu)化建議：①維保范圍內(nèi)采用水鉆孔灌注樁，維保范圍外采用PHC管樁；②因項(xiàng)目基坑埋置較深，灌注樁樁頂標(biāo)高遠(yuǎn)低于上海市枯水位標(biāo)高，故灌注樁樁身所處環(huán)境不屬干濕交替環(huán)境，裂縫驗(yàn)算時(shí)可按一類無侵蝕性靜水侵沒環(huán)境采用0.3mm控制，原設(shè)計(jì)是0.2mm；③原設(shè)計(jì)樁身配筋都沿樁身通長配置，后優(yōu)化為樁配筋可不通長設(shè)置，抗壓、抗拔樁分別按國標(biāo)圖集分上段、中段、下段設(shè)置主筋。經(jīng)過這3點(diǎn)優(yōu)化后，樁基造價(jià)由原來的12421萬元變成8913萬元，樁基費(fèi)用節(jié)約3508萬元。

4 上部結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)優(yōu)化

4.1 在建筑方案上優(yōu)化

該項(xiàng)目建設(shè)范圍南北向長約430m，東西向長約40m，基坑面積約為17200m2。原設(shè)計(jì)方案左側(cè)11層住宅，右側(cè)7層住宅,高度控制在33m以內(nèi),兩單元，一梯多戶，開敞式樓梯間。所有上蓋建筑交通核至上蓋大板結(jié)束，板上豎向承重構(gòu)件需在大板位置進(jìn)行轉(zhuǎn)換，房屋屬超限高層建筑，需進(jìn)行超限高層抗震專項(xiàng)審查。

經(jīng)過我們仔細(xì)研究，原設(shè)計(jì)方案列車停車庫不設(shè)地下室，而停車庫西側(cè)是沿街商業(yè)設(shè)地下機(jī)動(dòng)停車庫及地下商業(yè)各一層。房屋東西向較長，且兩單元層數(shù)不一致，一半設(shè)地下室，一半不設(shè)地下室。我們建議將一排一幢樓拆成一排兩幢樓：東側(cè)7層兩跨進(jìn)深、高度、位置均不變，西側(cè)11層向西移一跨，面寬有所減少，損失的面積可通過增加層數(shù)來解決。調(diào)整前后設(shè)計(jì)方案剖面圖如下。

圖2 設(shè)計(jì)方案剖面圖

經(jīng)過我們優(yōu)化后：①整體布置較通透，單元寬窄有序，高低錯(cuò)落，建筑形態(tài)較豐富；②西側(cè)部分可設(shè)計(jì)成兩單元，交通核豎向構(gòu)件直接落地，兩交通核間的距離大于7m，滿足地鐵站場消防通道寬度要求，一梯兩戶，南北通風(fēng)，居住品質(zhì)有較大提高，也會(huì)提高開發(fā)效益；③原設(shè)計(jì)方案西側(cè)部分兩跨有地下室一跨無地下室，對抗震極為不利，且易引起不均勻沉降，影響地鐵安全運(yùn)行，方案調(diào)整后沿地下室外墻設(shè)縫，將原建筑切分成2塊：左側(cè)16層，有2層地下室；右側(cè)9層，無地下室。體系合理，受力清晰；④西側(cè)部分交通核落地，結(jié)構(gòu)體系定性為框支剪力墻結(jié)構(gòu)，滿足現(xiàn)行國家和上海地方規(guī)范規(guī)程要求，不屬超限高層建筑，不需要進(jìn)行超限高層抗震專項(xiàng)設(shè)計(jì)審查，為項(xiàng)目開發(fā)節(jié)約了時(shí)間。豎向構(gòu)件落地，減少了轉(zhuǎn)換構(gòu)件，也為項(xiàng)目大大節(jié)省了造價(jià)。

4.2 在結(jié)構(gòu)選型上優(yōu)化

軌交停車場上蓋項(xiàng)目上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不同于一般項(xiàng)目，設(shè)計(jì)時(shí)要考慮：①建筑專業(yè)在房型設(shè)計(jì)時(shí)宜考慮0m層車輛段軌道柱網(wǎng)與上蓋大板及以上住宅層柱網(wǎng)宜遵循對位原則，盡可能豎向承重構(gòu)件落地；②住宅的面寬設(shè)計(jì)受限，單元面寬設(shè)計(jì)需結(jié)合首層軌道柱網(wǎng)尺寸，進(jìn)行模數(shù)化設(shè)計(jì)，根據(jù)不同種類的軌道跨度要求提煉整合；③上部結(jié)構(gòu)采用何種結(jié)構(gòu)體系？采用框架剪力墻優(yōu)點(diǎn)是大部分柱墻可以直接落地，可減少轉(zhuǎn)換梁柱，缺點(diǎn)是住宅室內(nèi)梁柱外露，居住品質(zhì)降低不少；采用剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)是居住空間無梁柱凸角，但轉(zhuǎn)換梁柱較多，工程造價(jià)較高。

本工程上蓋住宅區(qū)一期工程于2015年設(shè)計(jì)，考慮到節(jié)約成本占獲利比重較大，住宅采用框架剪力墻結(jié)構(gòu)；2016～2017年隨著房價(jià)劇烈地攀升，節(jié)約成本與獲利相比已變得微乎其微，樓盤的品質(zhì)成為重要的考量對象，故二期工程住宅改成了剪力墻結(jié)構(gòu)。

4.3 在計(jì)算模型上優(yōu)化

第一階段設(shè)計(jì)：本工程按大底盤多塔建筑進(jìn)行整體建模分析，在水平地震作用下，整個(gè)大底盤多塔結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)包含了大底盤的振動(dòng)、各塔樓的振動(dòng)及各塔樓振動(dòng)在底盤頂層受到約束導(dǎo)致的變形協(xié)調(diào)振動(dòng)等。本工程沿軌道線方向剛度較大，垂直方向剛度相對較弱，大底盤存在較大的扭轉(zhuǎn)與變形，部分節(jié)點(diǎn)偶然偏心工況下位移比達(dá)到1.52，且很難通過局部加大截面來調(diào)整。大底盤屋面即上蓋大板尺寸425m×205m，遠(yuǎn)大于《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50010-2010）規(guī)定的伸縮縫最大間距，需要對樓板進(jìn)行溫度應(yīng)力分析。且《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3-2010）要求主樓結(jié)構(gòu)在裙房頂板上下各一層應(yīng)適當(dāng)加強(qiáng)抗震構(gòu)造措施。

分塊模型與大底盤模型混凝土用量對比表

分塊模型與大底盤模型鋼筋用量對比表

第二階段設(shè)計(jì)考慮到：①按大底盤多塔建筑進(jìn)行整體建模分析，計(jì)算分析的工作量很大，如按多塔模型進(jìn)行施工圖設(shè)計(jì)，以現(xiàn)有條件可行性較差；②大部分停車庫建在地面上，且無地下室，具有靈活切分的可能。故本項(xiàng)目第二階段將上部結(jié)構(gòu)切分為獨(dú)立的塔樓。

北區(qū)上蓋住宅區(qū)B2號樓最為典型，本文以該樓為例詳細(xì)介紹。該單體建筑面積12274.07m2，地上共16層，無地下室。一層層高9.4m，為14號線停車庫；二層層高5.3m，為地上小型汽車停車庫；三層層高4.6m，為居住共享空間；四至十六層層高2.9m，為居住建筑。上蓋大板處結(jié)構(gòu)布置詳見下圖。從右側(cè)數(shù)據(jù)對比來看，采用分縫模型計(jì)算混凝土用量、鋼筋用量約占大底盤用量的90%左右，效果比較明顯。

5 結(jié)語

軌道交通停車場上蓋大板開發(fā)在國內(nèi)剛剛起步，還在不斷積累經(jīng)驗(yàn)過程中，項(xiàng)目開發(fā)面臨建設(shè)規(guī)范和技術(shù)規(guī)范的空白。上蓋開發(fā)技術(shù)復(fù)雜、與地鐵設(shè)施反復(fù)交織，對于結(jié)構(gòu)抗震超限、消防、環(huán)保以及市政配套等專業(yè)來說，國內(nèi)技術(shù)規(guī)范的適用性不夠，在專業(yè)與專業(yè)之間不相容，形成開發(fā)建設(shè)的技術(shù)瓶頸。本文以金橋路停車場上蓋項(xiàng)目為例，著重介紹結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化方面的一些經(jīng)驗(yàn)，希望本文能為軌交停車場項(xiàng)目開發(fā)類似項(xiàng)目提供參考。