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        南坪中心交通樞紐工程地下結(jié)構(gòu)布置設(shè)計(jì)

        2012-08-11 07:10:28強(qiáng),
        關(guān)鍵詞:南坪天棚剪力墻

        李 強(qiáng), 羅 嬰

        (1.重慶市交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院,重慶401121;2.林同棪國(guó)際工程咨詢(中國(guó))有限公司,重慶401121)

        0 前 言

        南坪中心交通樞紐工程位于重慶南坪轉(zhuǎn)盤至農(nóng)機(jī)路口道路的道路紅線范圍內(nèi),呈南北走向,現(xiàn)狀道路中部略高,最高點(diǎn)標(biāo)高為303.85m,兩端略低,農(nóng)機(jī)路口最低點(diǎn)的標(biāo)高為298.18m,南坪轉(zhuǎn)盤最低點(diǎn)的標(biāo)高292.73m,南坪轉(zhuǎn)盤處為下穿立交,沿線兩側(cè)各有一公交停車港.重慶輕軌三號(hào)線在本工程范圍內(nèi)采用下穿的形式.南坪轉(zhuǎn)盤處商業(yè)繁榮,人流量大,為了促進(jìn)轉(zhuǎn)盤周邊商業(yè)發(fā)展,合理解決轉(zhuǎn)盤接點(diǎn)交通問(wèn)題,南坪轉(zhuǎn)盤地下結(jié)構(gòu)布置是本工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)重點(diǎn)之一.輕軌車站是本工程最重要的結(jié)構(gòu)空間,設(shè)計(jì)中必須首先滿足輕軌車站運(yùn)營(yíng)的功能要求.另外,農(nóng)機(jī)路口左轉(zhuǎn)匝道也伴隨輕軌車道,地下汽車道而行,使得整個(gè)工程包含了轉(zhuǎn)盤,輕軌車站,地下公交車站,左轉(zhuǎn)匝道和商業(yè)空間而成為一個(gè)綜合性的復(fù)雜結(jié)構(gòu).

        地下結(jié)構(gòu)工程的一個(gè)重要課題就是地下結(jié)構(gòu)與地層相互作用問(wèn)題.據(jù)對(duì)我國(guó)工程質(zhì)量事故的統(tǒng)計(jì)表明,有70%~80%的事故是由地基基礎(chǔ)造成的.原因是在土和結(jié)構(gòu)組成的體系中,土本身的性質(zhì)極其復(fù)雜,加上受到測(cè)試和土工試驗(yàn)技術(shù)的限制,難以為設(shè)計(jì)與施工提供精確可靠的計(jì)算依據(jù)[1].所以本工程設(shè)計(jì)荷載的確定直接影響結(jié)構(gòu)的安全和可靠.

        1 設(shè)計(jì)參數(shù)

        (1)荷載確定

        輕軌車站段的荷載確定.頂層荷載:2m厚土重40 kN/m2,消防汽車35kN/m2,板重12.5kN/m2;地下一層荷載:活荷載3.5kN/m2,板重12.5kN/m2;地下二層(含夾層)荷載:輕軌列車荷載35kN/m2,兩層板,板重分別為12.5kN/m2和37.5kN/m2.

        南坪轉(zhuǎn)盤段的荷載確定.頂層荷載:1m厚土重20 kN/m2,消防汽車35kN/m2,板重12.5kN/m2;地下一層荷載:活荷載3.5kN/m2,板重12.5kN/m2[3].

        (2)其他計(jì)算參數(shù)確定

        除輕軌車站地下一、二層扁柱采用C60混凝土外,其余結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ)混凝土強(qiáng)度等級(jí)均采用C40.梁、柱主筋采用普通熱軋HRB335鋼筋,箍筋和板筋為 HRB235和 HRB335鋼筋[4].鋼筋保護(hù)層厚度:梁、柱為35mm,墻、板為25mm.

        場(chǎng)地類別二類,地震設(shè)防烈度6度,框架和剪力墻抗震等級(jí)四級(jí)[5].結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)1.0.

        2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)建模及計(jì)算

        本工程豎向結(jié)構(gòu)為墻和柱(在局部位置為減小梁跨度還采取了加設(shè)斜撐的構(gòu)造措施),水平結(jié)構(gòu)有兩種方案,第一種是常用的市政隧道工程設(shè)計(jì)的方式:滿鋪1500mm厚的鋼筋混凝土厚板,此方案的優(yōu)點(diǎn)是:結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單,施工較簡(jiǎn)單,建筑空間效果好;缺點(diǎn)是:結(jié)構(gòu)自重太大,板與墻、板與柱間的節(jié)點(diǎn)處理和建筑空間高度有變化時(shí)的處理都較復(fù)雜,造價(jià)太高.第二鐘是建筑工程設(shè)計(jì)的方式:采用梁板式結(jié)構(gòu)(最大梁高1500mm,最大板厚500mm),其優(yōu)點(diǎn)是:結(jié)構(gòu)傳力體系明確,節(jié)點(diǎn)構(gòu)造簡(jiǎn)明,重量較輕,造價(jià)較低;缺點(diǎn)是:結(jié)構(gòu)空間直觀效果較復(fù)雜,構(gòu)件種類較多,施工比純板式結(jié)構(gòu)復(fù)雜一些.由于工程已確定采用明挖的施工方式,經(jīng)過(guò)分析比較,本工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用了第二種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案,水平結(jié)構(gòu)為梁板式結(jié)構(gòu).

        結(jié)構(gòu)計(jì)算采用PKPM計(jì)算系列程序,計(jì)算模型為三層(局部二層)框架剪力墻結(jié)構(gòu),在電算分析中采用模擬施工加載模式進(jìn)行計(jì)算.本工程地下結(jié)構(gòu)可分為兩段進(jìn)行布置和計(jì)算:以輕軌車站為重點(diǎn)的K0+520~K1段和以南坪轉(zhuǎn)盤為重點(diǎn)的K1~K1+400段,下面重點(diǎn)介紹輕軌車站和南坪轉(zhuǎn)盤的結(jié)構(gòu)布置情況.

        2.1 輕軌車站段地下結(jié)構(gòu)計(jì)算模型

        該段地下結(jié)構(gòu)為三層框架剪力墻結(jié)構(gòu).在PKPM的模塊PMCAD建立結(jié)構(gòu)計(jì)算的三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)層,即:地下二層摟面結(jié)構(gòu)布置、地下一層摟面結(jié)構(gòu)布置和地下一層天棚結(jié)構(gòu)布置,三層結(jié)構(gòu)在輕軌車站段的結(jié)構(gòu)平面布置情況如圖1、圖2和圖3所示.

        考慮到輕軌和建筑的要求,地下一、二、三層結(jié)構(gòu)的層高分別取7.5m,8.2m和7.5m.

        經(jīng)試算,按照荷載和層高的要求,地下一層天棚結(jié)構(gòu)的梁截面尺寸選用800×1500mm、1200×1500mm和1500×1500mm三種形式;地下一層摟面結(jié)構(gòu)的截面尺寸選用500×1500mm和800×1500mm兩種形式;地下二層摟面結(jié)構(gòu)的截面尺寸選用800×1500mm、1000×1500mm和1500×1500mm三種形式.

        為滿足建筑美觀和設(shè)備用房布置要求,輕軌車站段地下一層和二層柱子截面采用500×1000mm扁柱形式,而其它柱子截面尺寸均采用1000×1000 mm;各層板厚均為500mm,邊墻厚1000mm.

        地下結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)形式為墻下條形基礎(chǔ)和柱下獨(dú)立基礎(chǔ)[2],持力層為中風(fēng)化巖石面,基礎(chǔ)布置如圖4所示.

        墻下條基寬1800mm;獨(dú)基截面采用2100×2100mm、2900×2900mm和3700×3700mm三種形式.基礎(chǔ)高度1500mm.

        輕軌車站段橫斷面如圖5所示[6]:東側(cè)E軸到H軸范圍是三層三跨框架剪力墻結(jié)構(gòu),跨度分別為13800mm,10400mm,13800mm,梁高1500mm.西側(cè)H軸到J軸間是獨(dú)立的下穿匝道,為剪立墻結(jié)構(gòu),跨度為9320mm,梁高1500mm.

        2.2 南坪轉(zhuǎn)盤段地下結(jié)構(gòu)計(jì)算模型

        該段地下結(jié)構(gòu)為二層框架剪力墻結(jié)構(gòu).在PKPM的模塊PMCAD建立結(jié)構(gòu)計(jì)算的兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)層,即:地下一層摟面層結(jié)構(gòu)布置和地下一層天棚結(jié)構(gòu)布置,南坪轉(zhuǎn)盤段的結(jié)構(gòu)平面布置情況如圖6和圖7所示.

        考慮到交通和商業(yè)建筑的要求,地下一、二層結(jié)構(gòu)的層高分別取10.4m和8.92m.

        經(jīng)試算,按照荷載和層高的要求,地下一層天棚結(jié)構(gòu)和地下一層摟面結(jié)構(gòu)的縱向梁截面尺寸選用800×1500mm,橫向梁選用800×1200mm,在異形預(yù)留洞四周布置的梁截面尺寸為1000×1500mm.

        為滿足建筑美觀和設(shè)備用房布置要求,南坪轉(zhuǎn)盤段地下一層和二層柱子截面尺寸采用1000×1000mm;地下一層天棚板厚800mm,地下一層摟面板厚500mm;邊墻厚1000mm.

        地下結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)形式為墻下條形基礎(chǔ)和柱下獨(dú)立基礎(chǔ)[2],持力層為中風(fēng)化巖石面,基礎(chǔ)布置圖如圖8所示.

        墻下條基寬1500mm;獨(dú)基截面采用1900×1900mm、2200×2200mm、3300×3300mm 和4000×4000mm四種形式.基礎(chǔ)高度1500mm.

        南坪轉(zhuǎn)盤段橫斷面如圖2~圖9所示[6]:A軸到M軸范圍是二層七跨框架剪力墻結(jié)構(gòu),由左到右跨度分別為4000mm,11250mm,13800mm,10400 mm,13800mm,11250mm,4000mm,層高由下到上分別為7350mm,10100mm,柱斷面為1000×1000mm,梁高1500mm,板厚500mm.

        2.3 計(jì)算及結(jié)果

        經(jīng)PKPM程序計(jì)算,梁、板、墻、柱、基礎(chǔ)均滿足規(guī)范要求.

        3 結(jié) 論

        經(jīng)反復(fù)調(diào)試和計(jì)算,結(jié)構(gòu)布置最終滿足了規(guī)范和結(jié)構(gòu)功能的要求,同時(shí)可得到如下結(jié)論:

        (1)結(jié)構(gòu)布置中遇到上層柱支撐在下層梁上的情況,梁受力過(guò)大,可設(shè)置斜撐將梁跨中的集中荷載傳到上層梁柱接點(diǎn)上,從而達(dá)到結(jié)構(gòu)安全可靠的目的.

        (2)本工程結(jié)構(gòu)形式為地下框架剪力墻結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)施工方式為明挖施工后填堆,是安全、合理和可靠的.

        (3)在使用PKPM計(jì)算程序建模時(shí)應(yīng)將結(jié)構(gòu)在地下實(shí)際承受的垂直荷載和水平荷載考慮周全,這是決定工程安全和工程造價(jià)的關(guān)鍵.

        [1] 江國(guó)斌.地下結(jié)構(gòu)與地層相互作用理論及其應(yīng)用[J].力學(xué)與實(shí)踐,1998,20(1).

        [2] 中華人民共和國(guó)建設(shè)部.建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50007-2002)[S].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2002.

        [3] 中華人民共和國(guó)建設(shè)部.建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范(GB50009-2001[S]).北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2002.

        [4] 中華人民共和國(guó)建設(shè)部.混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50010-2002)[S].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2002.

        [5] 中華人民共和國(guó)建設(shè)部.建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50011-2001)[S].中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2002.

        [6] 任國(guó)雷,等.南坪中心交通樞紐工程初步設(shè)計(jì)第四冊(cè)[Z].林同棪國(guó)際(重慶)工程咨詢有限公司,2006.

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