(中鐵二局勘測設(shè)計院有限公司,四川 成都 610000)
因城市用地日益緊張,為了減少地鐵建設(shè)產(chǎn)生的費用,在地鐵車輛基地設(shè)計時,都會考慮地鐵上蓋的相關(guān)物業(yè)開發(fā)。由于地鐵建筑和地鐵上蓋物業(yè)開發(fā)不能同步實施,因此形成設(shè)計和施工技術(shù)相關(guān)方面的難題。該文通過對該行業(yè)內(nèi)的市場調(diào)研和計算分析來解決豎向構(gòu)件設(shè)計難的問題。
目前國內(nèi)地鐵車輛基地的物業(yè)開發(fā)建筑,主要集中柱網(wǎng)規(guī)整區(qū)域,如運用庫、聯(lián)合檢修庫進行高層物業(yè)開發(fā)[1]。柱網(wǎng)規(guī)整區(qū)域均為框架結(jié)構(gòu),在其屋頂層構(gòu)預(yù)留開發(fā)。目前依據(jù)《高層混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ 3—2010中規(guī)范指定高度進行預(yù)留設(shè)計[2]。如7度區(qū)按50 m,扣除近期地鐵建筑部位,其上部仍能再次修建10層~13層建筑。如遠、近期業(yè)設(shè)計單位能在各方協(xié)調(diào)下同步施工,結(jié)合場段區(qū)域,部分區(qū)域可以按框架-剪力墻結(jié)構(gòu)預(yù)留物業(yè)開發(fā),建筑高度可達到120 m,上蓋層可修建層數(shù)達到30層~34層。上蓋物業(yè)開發(fā)可以減少地鐵公司的投資、節(jié)約國家土地資料、方便城市人員出行。
地鐵建筑受到開通時間的限制,設(shè)計施工工期都非常緊張。在進行地鐵近期設(shè)計時,不能更好地結(jié)合上蓋業(yè)態(tài)、規(guī)劃等要求進行最優(yōu)化的平面布置。上蓋物業(yè)開發(fā)建筑因政府規(guī)劃和開發(fā)單位等等因素未能及時確定,造成此類建筑不能同步實施,部分區(qū)域形成設(shè)計難題。
針對該類建筑特點,結(jié)構(gòu)就需要滿足近期設(shè)計、遠期設(shè)計需求。近期、遠期設(shè)計技術(shù)的要點是解決豎向交界位置豎向受力構(gòu)件框架柱出屋面柱頭設(shè)計。
地鐵建筑是保證地鐵運行需求的單層建筑,也被定義為近期建筑。圖1為車輛基地近期工藝層局部建筑剖面圖。
遠期建筑是指物業(yè)開發(fā)建筑,其位于車輛基地工藝層上部。一般有一層車庫轉(zhuǎn)換層,轉(zhuǎn)換層上進行住宅、辦公等開發(fā)。
近期、遠期設(shè)計框架柱在出近期屋面位置預(yù)留框架柱部分,簡稱柱頭。柱頭設(shè)計的難題主要體現(xiàn)在預(yù)留柱頭的高度、鋼筋接頭方式、鋼筋接頭百分比如何控制以及柱頭耐久性設(shè)計[3]。作者經(jīng)過反復(fù)項目調(diào)查、分析得出框架柱出屋面做法更加適合項目的柱頭預(yù)留做法,如圖2所示。
通過力學(xué)分析、結(jié)合結(jié)構(gòu)模型可以得出框架柱中柱位置X、Y方向的軸力較大、彎矩較??;角柱在地震和風荷載工況彎矩較大、軸線較小[4]。框架柱接頭位置宜在應(yīng)力較小位置,即距離屋面較高位置。
轉(zhuǎn)換層以及上部建筑樓層,因為豎向荷載變小,層高減小,柱截面尺寸應(yīng)減小來滿足結(jié)構(gòu)需求。因為不能同時進行設(shè)計,現(xiàn)在擬定采用下層截面才可以滿足后期設(shè)計需求。
3.2.1 施工角度連接方式分析
柱頭預(yù)留鋼筋連接方式為綁扎搭接、機械連接和焊接連接。依據(jù)混凝土規(guī)范中“8.4.2 軸心受拉及小偏心受拉桿件的縱向受力鋼筋不得采用綁扎搭接?!盵4]由此得出鋼筋應(yīng)采用機械接頭或焊接接頭。經(jīng)市場調(diào)研發(fā)現(xiàn),大直徑鋼筋接頭主要采用機械連接很少的焊接接頭方式。這種方式因為焊接接頭質(zhì)量不容易保證,施工復(fù)雜、綜合成本高、影響工期;而機械接頭可以很好的解決上述問題,綜合成本低。因此推薦采用機械連接。
3.2.2 規(guī)范角度調(diào)查分析
圖1 傳統(tǒng)車輛基地近期工藝層局部建筑剖面圖
柱頭設(shè)計可以參考國內(nèi)相關(guān)規(guī)范,依據(jù)如下:1)依據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》2015版本中8.4.1條“混凝土構(gòu)件中受力鋼筋的連接接頭宜設(shè)置在受力較小處”。條文解釋的具體內(nèi)容是“接頭設(shè)置在受力較小處;限制鋼筋在構(gòu)件同一跨度或同一層高內(nèi)的接頭數(shù)量;避開結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵受力部位,如柱端、梁端的箍筋加密區(qū),并限制結(jié)構(gòu)面積百分率等”。2)依據(jù)混凝土規(guī)范中11.4.14條“框架柱箍筋加密區(qū)長度,應(yīng)取柱截面長邊尺寸(或圓形截面直徑)、柱凈高的1/6和500 mm中的最大值”。3)力學(xué)角度、規(guī)范可以得出鋼筋不能再同一連接區(qū)段內(nèi)進行100%的連接,依據(jù)《鋼筋連接技術(shù)規(guī)程》中4.0.3條鋼筋機械連接區(qū)段長度用按35d計算。已建項目和在建模擬分析,這個區(qū)段長度一般為865 mm~1 120 mm。
3.2.3 分析問題解、決問題和市場調(diào)研
柱頭的出屋面高度,主要制約因素為上蓋首層高度、柱截面尺寸和鋼筋直徑。具體分析如下:1)鋼筋直徑,通過模擬分析沿用近期工藝層框架柱鋼筋直徑可以滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計需求。2)柱截面尺寸受制于上蓋物業(yè)開發(fā)。經(jīng)分析和調(diào)查,這個可以通過有沿用近期柱截面,滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計需求。3)鋼筋接頭位置、鋼筋接頭批次問題。經(jīng)反復(fù)查閱國家規(guī)范在《鋼筋機械連接技術(shù)規(guī)程》中4.0.3條中2款“接頭宜避開有抗震設(shè)防要求的框架的梁端、柱端箍筋加密區(qū);當無法避開時,應(yīng)采用Ⅱ級或Ⅰ接頭,且接頭面積百分率不應(yīng)大于50%?!币虼私鉀Q鋼筋接頭位置和鋼筋接頭批次問題。4)耐久性問題。目前上蓋物業(yè)開發(fā)時間,大約在下層竣工驗收后的3~5年就開始設(shè)計施工。近期框架柱頭在露天環(huán)境,有些項目柱頭埋置在景觀綠化的覆土里面。出屋面柱頭由于周邊是回填土包裹的露天環(huán)境,依據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GB 50010—2010)(2015版)中表5.3.2條應(yīng)按二 a環(huán)境進行耐久性設(shè)計。5)物業(yè)開發(fā)首層建筑一般設(shè)置汽車庫轉(zhuǎn)換層。在汽車庫層樓面位置設(shè)置300 mm~500 mm厚度覆土層,在覆土層內(nèi)設(shè)置排水溝,通過排水溝解決樓面清洗積水、建筑外圈飄雨積水問題。因此柱頭對應(yīng)區(qū)域做法一般同近期工藝層設(shè)計施工。此部分截面不影響上層使用需求,同時滿足結(jié)構(gòu)安全和耐久性。6)框架柱頭,對應(yīng)區(qū)域按近期、遠期分析,一般近期考慮1.0 m~1.8 m的覆土。從美觀角度一般建議柱頭在上述區(qū)間內(nèi)。經(jīng)過對規(guī)范理解以及市場調(diào)研發(fā)現(xiàn)有表1的多種做法。
通過分析上述6種方案,共同認為下部500 mm同下層柱混凝土,通過對比分析方案6更加適用。但是通過具體項目調(diào)查發(fā)現(xiàn)部分柱頭出現(xiàn)裂縫,耐久性差影響美觀。通過表1分析,大家認同下部500 mm同下層柱混凝土,通過對比分析,,表1的第6個方案更加適用。但是通過具體項目調(diào)查發(fā)現(xiàn)部分柱頭出現(xiàn)裂縫,耐久性差、影響美觀。
綜上所述,可以在方案6外部100 mm寬C15混凝土內(nèi)設(shè)置抗裂鋼筋網(wǎng),這樣更為合理。后期項目盡量按該文圖2類型出屋面柱頭進行推廣。結(jié)構(gòu)在車輛基地設(shè)計中要綜合考慮近期、遠期時間差對結(jié)構(gòu)設(shè)計安全性、耐久性和可操作性問題。重點是解決面框架柱頭的此類問題。
圖2 出屋面柱頭預(yù)留做法
表1 出屋面框架柱頭的不同做法