某地鐵車輛段上蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

王小花

（深圳市工勘巖土集團(tuán)有限公司 深圳 518063）

0 引言

地鐵車輛段占地面積大，建筑密度小，與城市道路、管線及通信等相連，在土地資源緊缺的大中型城市具有顯著的開發(fā)利用價(jià)值［1］。北京、上海、廣州、深圳等城市已經(jīng)對(duì)車輛段上蓋平臺(tái)物業(yè)開發(fā)進(jìn)行了有益的嘗試［2］，車輛段物業(yè)開發(fā)已成為解決大中型城市土地資源供需矛盾的有效措施，但其上蓋物業(yè)開發(fā)涉及軌道、管線、建筑、結(jié)構(gòu)等專業(yè)，問(wèn)題比較復(fù)雜，應(yīng)給予足夠的重視并采取切實(shí)可行的措施。

1 工程概況

某地鐵車輛段位于深圳市南山區(qū)，段址長(zhǎng)約430 m、寬約220 m，呈不規(guī)則長(zhǎng)方形布置，總用地面積10.9萬(wàn)m2，其中蓋上用地面積為10萬(wàn)m2。蓋上總建筑面積14.47萬(wàn)m2，是集地鐵培訓(xùn)、休閑運(yùn)動(dòng)、地鐵文化、科普教育等于一體的市民活動(dòng)公共場(chǎng)地，包含培訓(xùn)綜合樓2座（A、B座）、生活綜合樓3座（A、B、C座）、認(rèn)證研發(fā)中心1座、架空停車庫(kù)、游泳池以及公園綠地等，如圖1、圖2所示。

圖1 車輛段現(xiàn)場(chǎng)實(shí)拍Fig.1 The Photograph of a Metro Depot

圖2 車輛段建筑縱向剖面Fig.2 Longitudinal Section of a Metro Depot（m）

2 結(jié)構(gòu)主要設(shè)計(jì)參數(shù)

該車輛段上蓋設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為50年，結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí)，抗震設(shè)防類別為丙類；抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.10g，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，場(chǎng)地類別為Ⅱ類，特征周期Tg=0.35 s；重現(xiàn)期50年的基本風(fēng)壓為0.75 kN/m2，地面粗糙度為C類，風(fēng)荷載體型系數(shù)為1.3。

3 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及設(shè)計(jì)難點(diǎn)

地鐵車輛段主要用于地鐵車輛的停放、檢查、整備、運(yùn)用和修理，采用大跨度大層高（跨度約12.4 m、層高約12.0 m）的框架結(jié)構(gòu)體系，其地面約束弱。車輛段上蓋可用于開發(fā)住宅、辦公、酒店等物業(yè)，本項(xiàng)目車輛段上蓋主要打造集休閑健身、地鐵文化、科普教育為一體的公共場(chǎng)地，其建筑體型較復(fù)雜、層高小、結(jié)構(gòu)總高度大、柱網(wǎng)密，采用框架、框-剪結(jié)構(gòu)。因此，車輛段蓋上蓋下建筑使用功能與結(jié)構(gòu)形式不同而導(dǎo)致：①蓋下結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度較蓋上結(jié)構(gòu)小、抗剪能力低，易出現(xiàn)側(cè)向剛度不規(guī)則和樓層承載力突變的情況；②車輛段蓋板造就的大面積白地采用約0.9～1.2 m厚覆土綠化，蓋板重量大，加劇蓋下抗震薄弱部位的形成；③部分單體豎向構(gòu)件不連續(xù)，需進(jìn)行結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換，如托柱、斜柱轉(zhuǎn)換；④部分單體結(jié)構(gòu)核心筒偏置嚴(yán)重，易出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)不規(guī)則的情況。

本車輛段蓋上各單體結(jié)構(gòu)形式如表1所示，主要單體結(jié)構(gòu)情況如下：①培訓(xùn)綜合樓（A、B座）三層裙房相連、塔樓核心筒偏置，裙房層高12.0 m、6.0 m、5.1 m，標(biāo)準(zhǔn)層層高4.2 m。A座是全國(guó)首座模擬車站及軌道交通各專業(yè)系統(tǒng)的崗位操作技能實(shí)訓(xùn)樓，內(nèi)部有吊車、地鐵實(shí)操設(shè)備、地鐵區(qū)間、仿真車站等，其中2樓平臺(tái)位置設(shè)有地鐵運(yùn)行機(jī)車，表現(xiàn)為荷載大（標(biāo)準(zhǔn)層6～8 kN/m2）、建筑空間關(guān)系復(fù)雜，標(biāo)準(zhǔn)層平面如圖3所示；B座為理論培訓(xùn)樓，頂部設(shè)有檔案中心，表現(xiàn)為頂部荷載大底部荷載小的“頭重腳輕”現(xiàn)象；②生活綜合樓（A、B、C座）三層裙樓相連、蓋板上層采用梁托柱轉(zhuǎn)換，裙房層高12.0 m、4.45 m、4.55 m，標(biāo)準(zhǔn)層層高2.90 m；一、二層為廚房和餐廳，其余為員工宿舍，轉(zhuǎn)換層平面如圖4所示；③認(rèn)證研發(fā)中心塔樓核心筒偏置、蓋板上層采用斜柱轉(zhuǎn)換，三層裙房層高12.0 m、5.0 m、5.0 m，標(biāo)準(zhǔn)層層高4.2 m；其主要為加強(qiáng)城市軌道交通技術(shù)研發(fā)及實(shí)驗(yàn)、科技成果轉(zhuǎn)化而建，軸測(cè)圖如圖5所示。

表1 車輛段上蓋各單體結(jié)構(gòu)形式Tab.1 The Structure Form of the Buildings on the Cover of a Metro Depot

圖3 培訓(xùn)綜合樓A座標(biāo)準(zhǔn)層平面Fig.3 Typical Plan of Training building A （mm）

圖4 生活綜合樓B座轉(zhuǎn)換層平面Fig.4 The Transfer Floor Plan of Living Building B（mm）

圖5 認(rèn)證研發(fā)中心軸測(cè)圖Fig.5 The Axonometric Projection of R&D Center

4 結(jié)構(gòu)計(jì)算與分析

彈性分析選用SATWE計(jì)算，考慮偶然偏心、雙向地震作用、扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)及施工模擬加載的影響。嵌固端取基礎(chǔ)頂面，計(jì)算參數(shù)依據(jù)文獻(xiàn)［3-5］取值，主要計(jì)算結(jié)果如表2所示。

表2 小震作用下主要計(jì)算結(jié)果Tab.2 Main Calculation Results of Elastic Analysis

各單體扭轉(zhuǎn)周期比均小于0.85，結(jié)構(gòu)具有必要的抗扭剛度；培訓(xùn)綜合樓在考慮偶然偏心影響的規(guī)定水平地震力作用下的最大位移比小于1.8（結(jié)構(gòu)最大位移角小于1/650限值的0.5倍）、認(rèn)證研發(fā)中心及生活綜合樓的位移比小于1.5，均屬于扭轉(zhuǎn)不規(guī)則，但滿足文獻(xiàn)［4］要求；各單體剪重比（部分經(jīng)調(diào)整后≥1.60%）、剛重比、樓層側(cè)向剛度比（框架≥0.7、框筒≥0.9）、層間受剪承載力比（除生活綜合樓X向?yàn)?.77外，其余均大于≥0.8），結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度合理、整體穩(wěn)定、豎向布置相對(duì)均勻。

根據(jù)《廣東省超限高層建筑工程抗震設(shè)防專項(xiàng)審查實(shí)施細(xì)則》［6］，培訓(xùn)綜合樓、認(rèn)證研發(fā)中心屬于扭轉(zhuǎn)不規(guī)則建筑，生活綜合樓為扭轉(zhuǎn)不規(guī)則和豎向構(gòu)件不連續(xù)（各0.5項(xiàng)不規(guī)則）建筑，均不屬于超限建筑工程。

5 采取的結(jié)構(gòu)與構(gòu)造措施

根據(jù)車輛段及上蓋結(jié)構(gòu)單體的實(shí)際情況，采取合理的結(jié)構(gòu)與構(gòu)造措施［7］，盡量使上蓋結(jié)構(gòu)平面規(guī)則對(duì)稱、側(cè)向剛度沿豎向均勻變化。

⑴側(cè)向剛度不規(guī)則控制措施：調(diào)整車輛段柱截面和層高，保證車輛段側(cè)向剛度；培訓(xùn)綜合樓、認(rèn)證研發(fā)中心、生活綜合樓均設(shè)置2層裙房，使層高由大到小逐漸過(guò)渡；蓋板覆土采用輕質(zhì)材料換填或部分架空等，減輕蓋板重量，以減小地震剪力。

⑵豎向構(gòu)件不連續(xù)控制措施：生活綜合樓轉(zhuǎn)換層設(shè)置在車輛段蓋板的上一層，轉(zhuǎn)換柱全部落在框架梁上，控制轉(zhuǎn)換梁剛度和撓度，其截面尺寸為1 000 mm×1 600/1 800 mm，施工中采用預(yù)起拱減小撓度［8］，加強(qiáng)與轉(zhuǎn)換梁相連次梁的配筋構(gòu)造做法，如增大梁頂通長(zhǎng)筋的配筋面積和長(zhǎng)度、箍筋全長(zhǎng)加密等［9］；認(rèn)證研發(fā)中心在車輛段蓋板上層采用斜柱轉(zhuǎn)換，充分考慮斜柱開裂剛度及其與豎柱相交的樓層產(chǎn)生水平拉力的影響，控制斜柱軸壓比，保證斜柱有一定的延性；加強(qiáng)斜柱影響區(qū)域樓板厚度和配筋、復(fù)核樓板和梁受拉承載力［10］，該區(qū)域樓板和梁縱向鋼筋連續(xù)配置，鋼筋接頭按受拉要求處理。

⑶扭轉(zhuǎn)不規(guī)則控制措施：培訓(xùn)綜合樓、認(rèn)證研發(fā)中心主要是由于塔樓核心筒偏置較嚴(yán)重引起較大的扭轉(zhuǎn)位移，調(diào)節(jié)樓層的剛心與質(zhì)心，減小偏心距；在滿足凈高要求下，增大最外圈框架梁的剛度（梁寬500～700 mm、高700～800 mm），增加結(jié)構(gòu)抗扭剛度［11］；樓蓋四周外角設(shè)置雙層雙向鋼筋增加拉結(jié)；加強(qiáng)角柱縱筋并加密箍筋提高其延性；對(duì)于核心筒連接薄弱位置，增大板厚至150 mm，加密樓板鋼筋并雙層雙向拉通布置，樓梯梯段鋼筋錨入剪力墻內(nèi)。

6 結(jié)語(yǔ)

本項(xiàng)目屬于較典型的地鐵車輛段上蓋物業(yè)開發(fā)，涵蓋了車輛段上蓋物業(yè)開發(fā)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)及難點(diǎn)，如蓋板上下層側(cè)向剛度不匹配、豎向構(gòu)件不連續(xù)、塔樓核心筒偏置等，通過(guò)對(duì)其計(jì)算與分析認(rèn)為：①設(shè)置裙房逐漸過(guò)渡層高、蓋板覆土換填輕質(zhì)材料或架空等措施可減緩或避免側(cè)向剛度不規(guī)則；②采用梁托柱或斜柱轉(zhuǎn)換可解決豎向構(gòu)件不連續(xù)問(wèn)題，但需要考慮轉(zhuǎn)換引起的拉力等不利作用并采取相應(yīng)措施；③對(duì)于塔樓核心筒偏置引起的扭轉(zhuǎn)不規(guī)則，可采取調(diào)節(jié)樓層的剛心與質(zhì)心，增大最外圈框架梁尺寸，加強(qiáng)角柱、樓蓋四周外角配筋構(gòu)造等措施減小扭轉(zhuǎn)或減輕不利影響。此外，建議車輛段與上蓋物業(yè)開發(fā)統(tǒng)一規(guī)劃與設(shè)計(jì)，避免車輛段預(yù)留條件不足后期需要加固或前期預(yù)留的結(jié)構(gòu)構(gòu)件未充分利用，導(dǎo)致成本增加、資源浪費(fèi)。