杭州地铁七堡车辆段上盖平台结构设计有关问题探讨

引言 随着城市土地资源日益紧俏, 综合利用土地、提高土地的利用效率, 日益成为城市地铁建设者重点关注的问题。地铁车辆段由于占地面积较大, 利用上部空间进行物业开发, 结合规划开发成住宅及公建设施, 可充分开发商业利用价值。 1 工程概况 正在规划设计中的杭州地铁1号线七堡车辆段位于杭州市东部江干区, 被沪杭甬高速公路、德胜路、地铁1号线正线所包围的三角地块内。车辆段西北毗邻备塘河及备塘路, 东靠德胜路, 南侧紧邻地铁1号线建华站。规划的上盖物业开发分两期进行, 一期范围为1号线运用库顶及道岔咽喉区, 上盖平台东西长588m, 南北宽162.6m, 上盖平台的面积为92180m2。 平台为两层纯框架结构, 首层为车辆段运用库, 层高8.4m; 平台为设备管道层和停车库, 二层层高3.0m, 转换梁全部上翻; 平台顶面距地面11.4m, 物业主要以6+ 1层的住宅小区及配套公建设施为主。 2 结构设计中的有关问题 2.1 平台的结构形式的选择 本工程的上盖拟开发的物业大多为小开间轴线布置的住宅, 柱网及开间尺寸大部分为3.3m～5.4m×5.1m～6m, 而下部是柱网较大的厂房, 柱网尺寸为8.4m×12m～18m。在结构设计中, 由于上盖物业与下层厂房的柱网不能对齐, 上部楼层的竖向构件不能直接连续贯通落地, 需要在结构改变的位置布置水平转换构件即转换层来完成对上、下不同柱网, 不同开间的结构转换, 并合理解决竖向结构的突变性转化。杭州地区属于6 度抗震设防, 按《高层建筑混凝土结构技术规程》, 转换构件可采用厚板转换、桁架式转换、梁式转换等, 对上述三种转换结构形式进行比较如下: 2.1.1 厚板转换方案 上、下不同柱网是通过厚度大约2500mm的厚板对其进行转换。优点: 厚板上部物业的结构的柱网布置比较灵活, 受下部厂房柱网布置的限制较小, 便于业主根据开发当期市场需求, 改变户型。缺点: 在设计中需要考虑厚板的抗剪和抗冲切能力, 厚板的截面高度往往很大, 一方面导致自重太重, 增加了对下部柱的强度设计要求, 另一方面, 混凝土的用量也很大, 也增加了混凝土的施工难度; 从受力分析上来看, 由于厚板层刚度太大, 而相邻的上、下层结构显得刚度太小, 容易产生底部变形集中, 对抗震设计十分不利; 传力途径不太明确,受力也不清楚, 构造上需要加强柱与柱之间的配筋, 工程造价高。 2.1.2 桁架转换层方案 桁架转换层方案优点是: 受力合理明确, 构造简单, 自重较轻, 材料节省, 能适应较大跨度的转换。缺点: 节点设计较为复杂, 造价比较高。相比较, 桁架转换层的方案比较适合于上盖物业层数较多, 而下部的转换梁尺寸又很受限的情况。在本工程中应用, 显得不够经济。 2.1.3 梁式转换方案 上、下柱网通过设置转换大梁进行转换。优点: 荷载传力途径采用柱→转换梁→柱的形式, 传递途径非常清楚, 结构的受力情况明确, 便于工程计算、分析和设计; 在本工程中, 可采用纵、横向主、次梁进行上、下层荷载传递。通过初算, 可以将梁、板、柱的尺寸控制在较小的范围, 节省材料和造价, 较为经济。缺点: 转换层上部的柱网布置不灵活, 上部住宅设计时的进深宜与下部厂房的柱网尽量一致, 并布置在与下部对应的一个跨内, 以减少转换大梁的数量, 才能达到尽量节省投资的目的。 由于平台上、下层均采取框架结构, 对比几种转换层的结构形式, 在本工程中采用梁式转换结构。 2.2 上盖平台的柱网布置原则 2.2.1 运用库内的柱网布置 运用库内的柱网布置主要应根据检修工艺要求、线路平面、信号及限界的要求, 还需结合柱底轴力与基础设计的具体情况, 并应同时考虑转换层受力的合理性, 综合各方面因素来确定既可靠又经济合理的跨度。本工程中运用库由月检库、停车列检库、镟轮库、洗车机库、辅助办公房屋组成, 其核心是确定月检库、停车列检库的跨度问题。 本工程车辆采用B型车, 车体宽度为2.8 m,《地铁设计规范》第22.3.12条关于车库最小尺寸的规定如表1: 二线停车列检库的跨度为: (2.8/2+ 1.8+B/2)×2+ 4.8×1= (11.2+B)m其中, B为柱的宽度。 本工程的停车、列检库均为两线库, 线路中心到柱中心线的距离为3.6 m; 由表1可见, 车体与柱边通道宽度最小尺寸为1.8m, 线间距为4.8m , 两柱之间的跨度为12m , 由此框架柱考虑限界要求,其垂直于线路方向的最大尺寸B=12m -11.2m= 0.8m(详见图1 )。 2.2.2 出入段咽喉区的柱网布置 出入段咽喉区的柱网应随线路限界布置。由于此处的线路特点, 很难取得整齐的柱网, 将停车列检库垂直于线路方向的轴线向咽喉区延伸, 平行于线路方向的柱网轴线沿线路方向弯曲成弯曲的轴线, 已使得至少有一个方向柱网是规则的。在柱网布置上首先应考虑地铁限界的要求, 根据《地铁限界标准》中有关B型车曲线加宽的有关规定计算, 咽喉区曲线 加 宽 量 取0.2m, 建筑限界 为 3.7m, 柱垂直于线路方向 的尺寸为0.8m, 故能布置框架柱的两线之间最小线间距应为3.7+0.8+0.2×2=4.9m; 其次, 柱网布置上还需考虑道岔处信号转辙机布置要求, 针对岔尖部位的一定范围内, 道岔转辙机局部加宽限界, 结构柱网既不能侵入此限界, 也不能影响车辆瞭望要求。 2.3 上盖平台楼盖的结构形式 针对本工程柱网尺寸两个方向不一样的特点( 8.4mx12.0m为主, 短跨与长跨之比0.7) , 采用主次梁结构体系最能适合, 其优点是: 楼盖混凝土的平均折算厚度最小, 结构自重最轻; 开间 大 , 柱 网 尺 寸 可 达 (9m ￣12m)×(12m￣18m), 当在一个方向具有抗弯和抗扭刚度都很大的边支承时, 其正交方向跨度甚至可以做到21m以上; 承载能力大, 活荷载可达10￣20kN/m2,甚至更大; 对结构整体刚度的贡献比平板体系和双向密肋楼盖体系大。 2.4 上盖平台结构变形缝的设置 运用库的上盖平台采用框架结构: 上盖平台的长、宽均超长, 在建筑允许的情况下, 结合下部车辆段使用功能和上部物业开发的布置, 每隔80m左右设置伸缩缝, 将结构划分为若干区块。伸缩缝主要沿垂直于线路方向设置, 咽喉区处平行于线路方向设置变形缝较困难, 因此, 超长现象不可避免, 结构设计中还需采取相应的措施。 针对超长结构会由于混凝土收缩、温度应力等在结构中产生较大的裂缝, 在结构设计中采取设置若干后浇带的方法,防止裂缝的大面积开展。在施工期间将结构分为40m左右的区域, 待大部分混凝土收缩完成后( 约两个月) , 再将后浇带封闭, 并在结构受力允许的情况下采用强度等级相对低的混凝土, 以减少混凝土的收缩量。同时, 对施工过程中混凝土的养护、拆模时间等均作详细的要求; 在结构配筋上适当增加通长钢筋, 尽量采用直径细、间距密的布筋方法, 以减少可能出现的温度、收缩裂缝宽度, 必要时亦可结合采用预应力结构来减小裂缝出现的数量和宽度。 2.5 上盖平台物业开发布置原则 平台以下的咽喉区柱网布置不规则, 局部柱网受线路限界的限制, 跨度较大。同时由于线路弯曲, 列车进出频繁, 轨道摩擦的噪音及振动均较大, 因此, 此处平台上部不宜开发居住建筑, 宜作为平台上的小区绿地或布置低矮的配套建筑, 在跨度较大部位, 宜在平台上设置较大的天窗。不但解决了结构布置的困难, 也改善了下部车辆段的采光和通风条件。 杭州为6度抗震设防区( 设计基本地震加速度为0.05g) , 按规范要求, 框架结构的限制高度为60m, 但是由于本工程的特殊性, 底部车辆段层高较大, 上部住宅框架大部分柱均不能直接落地, 需要转换, 结构竖向刚度变化较大, 如果结构高度过大, 不但对结构抗震不利, 也同时会增加基础的负担、转换大梁的截面尺寸及配筋, 使得底部框架、上部框架的设计较为困难,也会使结构不适用、不经济。结合该地区航空限高45m的规划要求, 本工程上部物业结构层数( 平台以上开发) 定为6层, 结构总高度( 包括平台两层) 不大于45m。 上盖平台柱网尺寸为8.4m×12.0m, 上部住宅设计时的进深宜与下部12m一致, 并布置在与下部对应的一个跨内 ( 即12m内) , 主要是减少转换大梁的数量, 达到尽量节省的目的。 3 结语 车辆段的上盖物业平台属于带转换层的多塔楼结构, 其结构设计中需要考虑诸多的因素, 最重要的是选择合理的结构型式及布置柱网。通过对上述问题的分析, 可以初步解决大面积上盖平台的设计。 参考文献: [1] CJJ96- 2003, 地铁限界标准[S]. [2] GB50157- 2003, 地铁设计规范[S]. [3] JGJ3- 2002, 高层建筑混凝土结构技术规程[S]. [4] 唐兴荣. 高层建筑转换层结构设计与施工[M]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2002. 信息来源于：中国城市轨道交通网