城市轨道交通某停车场结构设计总结及建议

2015-02-18江胜学

福建建筑 2015年2期

江胜学

(中铁第四勘察设计院集团有限公司湖北武汉430063)

引言

近年来，随着科技水平和人们生活质量的不断提高，私家车辆越来越多，尤其是像北京、上海等大城市，这就使得交通拥挤变得越来越严重，因此，为了缓解地面交通的压力，大规模发展城市轨道交通成为交通发展的趋势［1］。对于城市轨道交通车辆基地和停车场设计总结，在车辆工艺、轨道、建筑功能和总图布置等方向已有研究，结构方向研究较少。高莉萍［2］阐述了车辆段停车列检库工艺设计特点。武江虹［3］叙述了车辆段和停车场轨道设计及设计标准。肖俊［4］阐述了列检库列检位检查坑的优化设计。乔艺［5］总结了地铁车辆段与停车场建筑规划和设计。朱蓓玲［6］探讨了地铁车辆段和停车场选址的关键要素和分布合理性。本文主要对武汉市轨道交通1号线东延长线汉口北停车场(见图1)进行结构设计技术总结，供其他后续轨道交通车辆维修基地和停车场结构设计时提供参考。

1 工程概况

城市轨道交通停车场主要功能是承担地铁车辆的运用、停放、列检及周月检等工作。一般有以下几个建筑单体组成:综合楼、运用库、洗车库、变电所、污水处理站、人行天桥和门卫。综合楼用于日常办公和食住等功能;运用库用于地铁车辆停放和检修保养等功能;洗车库用于地铁车辆清洗;变电所负责给整个停车场供电;污水处理站主要处理停车场内污水净化排放;人行天桥用于工作人员跨轨道通行，车辆正常运营时，行人不能随意穿越轨道。

场地地质概况由上至下主要有以下土层:新填土4～5m深，高压缩性;淤泥0.4～5.5m深，fak=50kPa，高压缩性;粘土0.6～7.4m深，fak=65kPa，高压缩性;淤泥质土1～8.7m深，fak=55kPa，高压缩性;粉质粘土1～7.2m深，fak=200kPa，中压缩性;强风化泥质砂岩未揭穿，fak=300kPa，低压缩性。

图1 汉口北停车场效果图

2 主要单体结构设计总结

停车场内房屋结构安全等级为二级，结构设计使用年限为50年。根据《建筑工程抗震设防分类标准》GB50223－2008，除变电所为重点设防类外，其余均为标准设防类建筑［7］。根据《建筑抗震设计规范》GB50011－2010，本实例工程属于抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度0.05g，地震设计分组为第一组［8］，结合地方管理规定和场地地震安全性评价报告，场区特征周期0.35s，地震影响系数最大值0.0765，场地土类别为Ⅲ类。

工程材料选择:主体结构混凝土等级采用C30，地下室结构采用P6抗渗等级防水混凝土，二次浇捣构件(如构造柱和圈梁等)混凝土等级采用C25，钢梁钢柱采用Q235B钢材。

主要建筑单体结构布置和基础选型如下:

综合楼建筑面积约7000m2，总高度为22.35m，五层钢筋混凝土框架结构，局部有地下室，柱网布置开间7.8m，进深7.2m，抗震等级四级，主要柱截面600×600，主要梁截面300×700。选用直径500预应力混凝土管桩桩承台基础，持力层粉质粘土。

洗车库和污水处理站为一层钢筋混凝土框架结构，局部两层，抗震等级四级，主要柱截面500×500，主要梁截面300×800。选用直径400预应力混凝土管桩桩承台基础，持力层粉质粘土。

变电所为两层钢筋混凝土框架结构，其中一层为半地下室电缆夹层，抗震等级三级，主要柱截面400×400，主要梁截面300×900。选用直径400预应力混凝土管桩桩承台基础，持力层粉质粘土。

人行天桥独柱钢筋混凝土框架结构，柱网布置跨度7m+13m+12m+8.5m，抗震等级四级，主要柱截面500×1200，主要梁截面400×1200。选用直径600钻孔灌注桩桩承台基础，持力层粉质粘土。

3 结构设计难点分析

(1)根据场地地质概况的描述，本场地淤泥及淤泥质土较厚，新填土达4m深，场地地面沉降不稳定，柱下基础和库房内无砟整体现浇道床，对基础沉降极其严格，选用何种加固处理措施，是结构设计难点之一。

针对本场地特征，结构设计时比选以下加固方案(见表1):

表1 结构设计加固方案

结合单体柱底力和工程特点，沉降要求严，工期要求紧，建议柱下基础和轨道道床下选用预应力混凝土管桩方案。

(2)运用库为大跨度工业厂房，采用何种结构体系，是本工程结构设计难点之二。

针对本工程运用库跨度28m，结构设计比选以下结构体系方案(见表2):

追至古代，古籍只说孔子不撤姜食，不曾说他吃辣椒。在楚辞中“椒”字最多，离骚中有“杂申椒与菌桂兮”，有“怀椒醑而要之”，九歌中“奠桂酒兮椒浆”，“椒”字不少。但根据具体描述，古代的“椒”从来不是现代人舌尖上的辣椒。辣椒在中国作为食品，起于何时？

表2 结构体系加固方案

考虑施工周期和经济指标，本工程采用钢梁钢柱门式刚架结构体系。

(3)刚架梁梁连接节点计算时，高强螺栓计算中和轴位置的确定是本工程结构设计难点之三。

查阅相关资料，中和轴位置的确定有两种假定:①中和轴在受压翼缘中心，假定模型:在弯矩作用下，把梁根部截面弯矩简化为作用于梁上、下翼缘的力偶，同时把梁受拉翼缘和端板作为独立的T形连接件看待，忽略腹板的扶持作用。此假定螺栓受力与端板厚度关系很大，设计计算较为繁琐;②中和轴在端板形心，假定模型:高强螺栓外拉力总是小于预拉力，在连接受弯矩而使螺栓沿栓杆方向受力时，被连接构件的接触面一直保持紧密贴合，认为中和轴在螺栓群的形心轴上。根据《端板连接高强度螺栓群中和轴位置研究》试验论文结果，螺栓群中和轴介于其端板形心与受压翼缘内侧中心线之间，当所受弯矩越小，则中和轴越接近端板形心轴，越大则越接近受压翼缘［9］。

计算结果表明，假定二计算得出梁截面高度和螺栓受拉力要比假定一结果大，根据本工程计算弯矩大小，偏安全考虑，建议中和轴位置按端板形心计算。

4 配合施工遇到的问题分析

结合配合施工中出现的问题，分析问题原因和解决措施，提出结构设计优化建议。

(1)围墙开裂。分析原因:新填土4m高，围墙距离护坡边仅1m，施工工期较紧，施工单位无法用大型机械分层碾压，填土密实度达不到设计要求。解决措施:①围墙基础选用刚性较大条形基础，防止不均匀沉降，此方案施工较快，造价便宜。②选用换填处理或水泥搅拌桩加固围墙基础下新填土，减小不均匀沉降量，此方案施工周期较长，造价偏贵。综上所述，本工程选用第一种解决措施。

(2)运用库库内柱式检查坑，轨道下混凝土短柱出现偏柱、歪柱等现象。分析原因:短柱设计由结构和轨道两个专业，施工也分别由两家单位施工。解决措施:①混凝土短柱设计为钢柱，直接安装。②混凝土短柱由一家施工单位施工。建议日后设计采用第一种解决措施。

(3)人行天桥柱下管桩无法施工。分析原因:人行天桥跨轨道设置，场地内轨道区域下被地路专业设计水泥搅拌桩加固。解决措施:①天桥柱下基础改为钻孔灌注桩;②检验水泥搅拌桩加固后地基承载力，如不够采用，采用CFG桩加固后采用柱下独立基础。结合现场工期需要，本工程采用钻孔灌注桩基础方案。

综上所述，结构设计时，充分运用结构设计难点分析结果，指导结构设计;配合施工时，遇到以上问题，经分析原因，采取我们选用的处理措施，得到明显改善效果，保质保量，按时完成土建施工。目前，本工程已投入使用2年，没有出现任何问题，得到业主单位一致认可。

5 结构设计建议

(1)运用库库房内轨道道床为无砟整体现浇道床，对基础沉降极其严格，铁路规范要求控制在20mm以内，如果道床下地质情况不好，建议采用预应力混凝土管桩桩筏基础。

(2)运用库为一层钢结构工业厂房，采用何种结构形式，需根据结构计算和经济比较。结合本工程实例，试算比较后，得出如下经验:柱跨28m，采用混凝土柱+钢梁排架结构和钢梁钢柱门式刚架结构较经济，综合考虑施工工期，选钢梁钢柱门式刚架较适用。

(3)刚架梁梁连接节点设计时，综合考虑各种因素，高强螺栓群计算中和轴宜选端板形心。

(4)场地平整有大量新填土，新填土下有较厚的淤泥和淤泥质土，计算单桩承载力时一定要考虑桩侧负摩阻力。

(5)结合配合施工中的问题，建议结构设计时改进以下措施:①场地内高填方区围墙应做刚性较大的条形基础，以避免围墙不均匀沉降开裂;②运用库库内柱式检查坑，轨道下混凝土短柱出现偏柱、歪柱等现象，影响传力和结构安全，建议混凝土短柱设计为钢柱，直接安装即可;③被其他专业加固的场地区域，柱下基础结构设计时，建议选用钻孔灌注桩。