杭州地鐵七堡車輛段上蓋平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有關(guān)問(wèn)題探討

1、杭州地鐵七堡車輛段上蓋平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有關(guān)問(wèn)題探討杭州地鐵七堡車輛段上蓋平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有關(guān)問(wèn)題探討摘要: 杭州地鐵七堡車輛段擬在運(yùn)用庫(kù)及道岔咽喉區(qū)進(jìn)行上蓋物業(yè)開發(fā), 上蓋物業(yè)擬建多棟多層住宅及公建設(shè)施。本文探討了車輛段上蓋平臺(tái)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問(wèn)題。關(guān)鍵詞: 車輛段; 上蓋平臺(tái); 結(jié)構(gòu); 限界; 設(shè)計(jì); 探討引言 隨著城市土地資源日益緊俏, 綜合利用土地、提高土地的利用效率, 日益成為城市地鐵建設(shè)者重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題。地鐵車輛段由于占地面積較大, 利用上部空間進(jìn)行物業(yè)開發(fā), 結(jié)合規(guī)劃開發(fā)成住宅及公建設(shè)施, 可充分開發(fā)商業(yè)利用價(jià)值。1 工程概況 正在規(guī)劃設(shè)計(jì)中的杭州地鐵1號(hào)線七堡車輛段位于杭州市東部江干

2、區(qū), 被滬杭甬高速公路、德勝路、地鐵1號(hào)線正線所包圍的三角地塊內(nèi)。車輛段西北毗鄰備塘河及備塘路, 東靠德勝路, 南側(cè)緊鄰地鐵1號(hào)線建華站。規(guī)劃的上蓋物業(yè)開發(fā)分兩期進(jìn)行, 一期范圍為1號(hào)線運(yùn)用庫(kù)頂及道岔咽喉區(qū), 上蓋平臺(tái)東西長(zhǎng)588m, 南北寬16 2.6m, 上蓋平臺(tái)的面積為92180m2。 平臺(tái)為兩層純框架結(jié)構(gòu), 首層為車輛段運(yùn)用庫(kù), 層高 8.4m; 平臺(tái)為設(shè)備管道層和停車庫(kù), 二層層高 3.0m, 轉(zhuǎn)換梁全部上翻; 平臺(tái)頂面距地面1 1.4m, 物業(yè)主要以6+ 1層的住宅小區(qū)及配套公建設(shè)施為主。2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的有關(guān)問(wèn)題 2.1 平臺(tái)的結(jié)構(gòu)形式的選擇 本工程的上蓋擬開發(fā)的物業(yè)大多為小開間軸

3、線布置的住宅, 柱網(wǎng)及開間尺寸大部分為 3.3m 5.4m 5.1m6m, 而下部是柱網(wǎng)較大的廠房, 柱網(wǎng)尺寸為 8.4m12m18m。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中, 由于上蓋物業(yè)與下層廠房的柱網(wǎng)不能對(duì)齊, 上部樓層的豎向構(gòu)件不能直接連續(xù)貫通落地, 需要在結(jié)構(gòu)改變的位置布置水平轉(zhuǎn)換構(gòu)件即轉(zhuǎn)換層來(lái)完成對(duì)上、下不同柱網(wǎng), 不同開間的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換, 并合理解決豎向結(jié)構(gòu)的突變性轉(zhuǎn)化。杭州地區(qū)屬于6 度抗震設(shè)防, 按高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程, 轉(zhuǎn)換構(gòu)件可采用厚板轉(zhuǎn)換、桁架式轉(zhuǎn)換、梁式轉(zhuǎn)換等, 對(duì)上述三種轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行比較如下: 2. 1.1 厚板轉(zhuǎn)換方案 上、下不同柱網(wǎng)是通過(guò)厚度大約2500mm的厚板對(duì)其進(jìn)行轉(zhuǎn)換。優(yōu)點(diǎn)

4、: 厚板上部物業(yè)的結(jié)構(gòu)的柱網(wǎng)布置比較靈活, 受下部廠房柱網(wǎng)布置的限制較小, 便于業(yè)主根據(jù)開發(fā)當(dāng)期市場(chǎng)需求, 改變戶型。缺點(diǎn): 在設(shè)計(jì)中需要考慮厚板的抗剪和抗沖切能力, 厚板的截面高度往往很大, 一方面導(dǎo)致自重太重, 增加了對(duì)下部柱的強(qiáng)度設(shè)計(jì)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難度; 從受力分析上來(lái)看, 由于厚板層剛度太大, 而相鄰的上、下層結(jié)構(gòu)顯得剛度太小, 容易產(chǎn)生底部變形集中, 對(duì)抗震設(shè)計(jì)十分不利; 傳力途徑不太明確,受力也不清楚, 構(gòu)造上需要加強(qiáng)柱與柱之間的配筋, 工程造價(jià)高。 2. 1.2 桁架轉(zhuǎn)換層方案 桁架轉(zhuǎn)換層方案優(yōu)點(diǎn)是: 受力合理明確, 構(gòu)造簡(jiǎn)單, 自

5、重較輕, 材料節(jié)省, 能適應(yīng)較大跨度的轉(zhuǎn)換。缺點(diǎn): 節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)較為復(fù)雜, 造價(jià)比較高。相比較, 桁架轉(zhuǎn)換層的方案比較適合于上蓋物業(yè)層數(shù)較多, 而下部的轉(zhuǎn)換梁尺寸又很受限的情況。在本工程中應(yīng)用, 顯得不夠經(jīng)濟(jì)。 2. 1.3 梁式轉(zhuǎn)換方案 上、下柱網(wǎng)通過(guò)設(shè)置轉(zhuǎn)換大梁進(jìn)行轉(zhuǎn)換。優(yōu)點(diǎn): 荷載傳力途徑采用柱轉(zhuǎn)換梁柱的形式, 傳遞途徑非常清楚, 結(jié)構(gòu)的受力情況明確, 便于工程計(jì)算、分析和設(shè)計(jì); 在本工程中, 可采用縱、橫向主、次梁進(jìn)行上、下層荷載傳遞。通過(guò)初算, 可以將梁、板、柱的尺寸控制在較小的范圍, 節(jié)省材料和造價(jià), 較為經(jīng)濟(jì)。缺點(diǎn): 轉(zhuǎn)換層上部的柱網(wǎng)布置不靈活, 上部住宅設(shè)計(jì)時(shí)的進(jìn)深宜與下部廠房的柱

6、網(wǎng)盡量一致, 并布置在與下部對(duì)應(yīng)的一個(gè)跨內(nèi), 以減少轉(zhuǎn)換大梁的數(shù)量, 才能達(dá)到盡量節(jié)省投資的目的。 由于平臺(tái)上、下層均采取框架結(jié)構(gòu), 對(duì)比幾種轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)形式, 在本工程中采用梁式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)。 2.2 上蓋平臺(tái)的柱網(wǎng)布置原則 2. 2.1 運(yùn)用庫(kù)內(nèi)的柱網(wǎng)布置 運(yùn)用庫(kù)內(nèi)的柱網(wǎng)布置主要應(yīng)根據(jù)檢修工藝要求、線路平面、信號(hào)及限界的要求, 還需結(jié)合柱底軸力與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的具體情況, 并應(yīng)同時(shí)考慮轉(zhuǎn)換層受力的合理性, 綜合各方面因素來(lái)確定既可靠又經(jīng)濟(jì)合理的跨度。本工程中運(yùn)用庫(kù)由月檢庫(kù)、停車列檢庫(kù)、鏇輪庫(kù)、洗車機(jī)庫(kù)、輔助辦公房屋組成, 其核心是確定月檢庫(kù)、停車列檢庫(kù)的跨度問(wèn)題。 本工程車輛采用b型車, 車體寬度為

7、 2.8 m,地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范第2 2. 3.12條關(guān)于車庫(kù)最小尺寸的規(guī)定如表1: 二線停車列檢庫(kù)的跨度為: ( 2.8/2+ 1.8+b/2)2+ 4.81= (1 1.2+b)m其中, b為柱的寬度。 本工程的停車、列檢庫(kù)均為兩線庫(kù), 線路中心到柱中心線的距離為 3.6 m; 由表1可見(jiàn), 車體與柱邊通道寬度最小尺寸為 1.8m, 線間距為 4.8m , 兩柱之間的跨度為12m , 由此框架柱考慮限界要求,其垂直于線路方向的最大尺寸b=12m -1 1.2m= 0.8m(詳見(jiàn)圖1 )。 2. 2.2 出入段咽喉區(qū)的柱網(wǎng)布置 出入段咽喉區(qū)的柱網(wǎng)應(yīng)隨線路限界布置。由于此處的線路特點(diǎn), 很難取得整齊

8、的柱網(wǎng), 將停車列檢庫(kù)垂直于線路方向的軸線向咽喉區(qū)延伸, 平行于線路方向的柱網(wǎng)軸線沿線路方向彎曲成彎曲的軸線, 已使得至少有一個(gè)方向柱網(wǎng)是規(guī)則的。在柱網(wǎng)布置上首先應(yīng)考慮地鐵限界的要求, 根據(jù)地鐵限界標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)b型車曲線加寬的有關(guān)規(guī)定計(jì)算, 咽喉區(qū)曲線 加 寬 量 取0.2m, 建筑限界 為 3.7m, 柱垂直于線路方向 的尺寸為0.8m, 故能布置框架柱的兩線之間最小線間距應(yīng)為 3.7+0.8+0.22= 4.9m; 其次, 柱網(wǎng)布置上還需考慮道岔處信號(hào)轉(zhuǎn)轍機(jī)布置要求, 針對(duì)岔尖部位的一定范圍內(nèi), 道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)局部加寬限界, 結(jié)構(gòu)柱網(wǎng)既不能侵入此限界, 也不能影響車輛瞭望要求。 2.3 上蓋平臺(tái)

9、樓蓋的結(jié)構(gòu)形式 針對(duì)本工程柱網(wǎng)尺寸兩個(gè)方向不一樣的特點(diǎn)( 8.4mx1 2.0m為主, 短跨與長(zhǎng)跨之比0.7) , 采用主次梁結(jié)構(gòu)體系最能適合, 其優(yōu)點(diǎn)是: 樓蓋混凝土的平均折算厚度最小, 結(jié)構(gòu)自重最輕; 開間 大 , 柱 網(wǎng) 尺 寸 可 達(dá) (9m 12m)(12m18m), 當(dāng)在一個(gè)方向具有抗彎和抗扭剛度都很大的邊支承時(shí), 其正交方向跨度甚至可以做到21m以上; 承載能力大, 活荷載可達(dá)1020kn/m2,甚至更大; 對(duì)結(jié)構(gòu)整體剛度的貢獻(xiàn)比平板體系和雙向密肋樓蓋體系大。 2.4 上蓋平臺(tái)結(jié)構(gòu)變形縫的設(shè)置 運(yùn)用庫(kù)的上蓋平臺(tái)采用框架結(jié)構(gòu): 上蓋平臺(tái)的長(zhǎng)、寬均超長(zhǎng), 在建筑允許的情況下, 結(jié)合下

10、部車輛段使用功能和上部物業(yè)開發(fā)的布置, 每隔80m左右設(shè)置伸縮縫, 將結(jié)構(gòu)劃分為若干區(qū)塊。伸縮縫主要沿垂直于線路方向設(shè)置, 咽喉區(qū)處平行于線路方向設(shè)置變形縫較困難, 因此, 超長(zhǎng)現(xiàn)象不可避免, 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中還需采取相應(yīng)的措施。 針對(duì)超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)會(huì)由于混凝土收縮、溫度應(yīng)力等在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生較大的裂縫, 在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中采取設(shè)置若干后澆帶的方法,防止裂縫的大面積開展。在施工期間將結(jié)構(gòu)分為40m左右的區(qū)域, 待大部分混凝土收縮完成后( 約兩個(gè)月) , 再將后澆帶封閉, 并在結(jié)構(gòu)受力允許的情況下采用強(qiáng)度等級(jí)相對(duì)低的混凝土, 以減少混凝土的收縮量。同時(shí), 對(duì)施工過(guò)程中混凝土的養(yǎng)護(hù)、拆模時(shí)間等均作詳細(xì)的要求; 在結(jié)構(gòu)配

11、筋上適當(dāng)增加通長(zhǎng)鋼筋, 盡量采用直徑細(xì)、間距密的布筋方法, 以減少可能出現(xiàn)的溫度、收縮裂縫寬度, 必要時(shí)亦可結(jié)合采用預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)來(lái)減小裂縫出現(xiàn)的數(shù)量和寬度。 2.5 上蓋平臺(tái)物業(yè)開發(fā)布置原則 平臺(tái)以下的咽喉區(qū)柱網(wǎng)布置不規(guī)則, 局部柱網(wǎng)受線路限界的限制, 跨度較大。同時(shí)由于線路彎曲, 列車進(jìn)出頻繁, 軌道摩擦的噪音及振動(dòng)均較大, 因此, 此處平臺(tái)上部不宜開發(fā)居住建筑, 宜作為平臺(tái)上的小區(qū)綠地或布置低矮的配套建筑, 在跨度較大部位, 宜在平臺(tái)上設(shè)置較大的天窗。不但解決了結(jié)構(gòu)布置的困難, 也改善了下部車輛段的采光和通風(fēng)條件。 杭州為6度抗震設(shè)防區(qū)( 設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.05g) , 按規(guī)范要求,

12、框架結(jié)構(gòu)的限制高度為60m, 但是由于本工程的特殊性, 底部車輛段層高較大, 上部住宅框架大部分柱均不能直接落地, 需要轉(zhuǎn)換, 結(jié)構(gòu)豎向剛度變化較大, 如果結(jié)構(gòu)高度過(guò)大, 不但對(duì)結(jié)構(gòu)抗震不利, 也同時(shí)會(huì)增加基礎(chǔ)的負(fù)擔(dān)、轉(zhuǎn)換大梁的截面尺寸及配筋, 使得底部框架、上部框架的設(shè)計(jì)較為困難,也會(huì)使結(jié)構(gòu)不適用、不經(jīng)濟(jì)。結(jié)合該地區(qū)航空限高45m的規(guī)劃要求, 本工程上部物業(yè)結(jié)構(gòu)層數(shù)( 平臺(tái)以上開發(fā)) 定為6層, 結(jié)構(gòu)總高度( 包括平臺(tái)兩層) 不大于45m。 上蓋平臺(tái)柱網(wǎng)尺寸為 8.4m1 2.0m, 上部住宅設(shè)計(jì)時(shí)的進(jìn)深宜與下部12m一致, 并布置在與下部對(duì)應(yīng)的一個(gè)跨內(nèi) ( 即12m內(nèi)) , 主要是減少轉(zhuǎn)換大梁的數(shù)量, 達(dá)到盡量節(jié)省的目的。3 結(jié)語(yǔ) 車輛段的上蓋物業(yè)平臺(tái)屬于帶轉(zhuǎn)換層的多塔樓結(jié)構(gòu), 其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中