地铁上盖物业开发结构形式对比与研究

雷海明

(中铁第五勘察设计院集团有限公司，北京 102600)

1 工程概况

项目位于贵阳市云岩区贵遵高速公路与三桥北路交叉口南侧地块内，为轻轨2#线三桥站上盖物业。2#线一期穿过该地块在地下设置地铁三桥站，车站为地下四层13 m岛式站台，有效站台长120 m，标准段宽22.3 m，车站总长142.5 m，总建筑面积13 559 m2。车站共设2个出入口，2组风亭，2个出地面消防专用通道。车站1#排风亭与商业合建出地面，新风亭位于小区中间绿化范围内，1#出入口与酒店合建。2#风亭组位于车站南端，垂直穿两层地下车库设置为组合风亭。上盖物业开发项目拟建2栋26层住宅楼、1栋13层酒店及部分商业用房。

2 结构设计原则及重难点

2.1 结构设计原则

(1)基础置于中风化白云岩与中风化灰质岩中，地基承载力特征值0.5 MPa。

(2)主要构件(即构成主体承重框架且不易维护的构件)的设计使用年限为100年。

(3)主体结构及其相连的重要构件，其安全等级为一级，相应结构重要性系数取1.1；其他次要构件的安全等级为二级，相应结构重要性系数取1.0。

(4)抗震设防烈度为6°。主体结构构件及节点均按抗震等级三级采取抗震措施(抗震墙抗震等级按二级)，次梁、构造柱、过梁、圈梁等次要构件均按四级采取抗震构造措施[1]。

(5)车站结构按甲类人防工程设计。防核武器抗力等级为6级，防常规武器抗力等级为6级。

(6)车站结构中主要构件的耐火等级为一级。

(7)钢筋混凝土构件(不含临时构件)正截面的裂缝控制等级为三级，即允许出现裂缝。最大计算裂缝宽度允许值：防水混凝土为0.3 mm并不得贯通；内部构件为0.3 mm[2]。

2.2 结构设计重难点

(1)物业开发项目与地铁车站结合，一体化计算和设计是该工程的重难点。

(2)物业开发地下室可分为车站区域和非车站区域，两者之间的不均匀沉降是该工程结构设计的难点。

(3)物业开发建筑与车站建设时序是该工程必须考虑的重点，如节点预留和抗浮设计等。

(4)该工程周边环境复杂，紧邻高速公路，场地范围内坡度变化较大，围护设计和物业开发地下室的抗滑移验算等是该工程的一个难点。

(5)该工程结构平面和竖向均不规则，抗震计算和构造是该工程的一个重点内容。

(6)该工程塔楼部分混凝土结构超长设置(不设缝)为一个难点。

2.3 结构设计参数

(1)采用的混凝土等级。①高层住宅：地下负二层～地上六层：墙、柱为C40，梁、板为C30(地下负二层～地下负一层为C35)；其余层墙、柱为C35、梁、板均为C30；②酒店：地下负二层～地上二层：柱为C50，梁、板为C35，其余层柱C40(地上二层～地上四层柱为C45)、梁、板均为C30；③地库及商铺：柱为C50，梁、板为C35；④地下室外墙采用C35，筏板基础采用C35。垫层采用C20。

钢筋强度等级。该工程钢筋均采用HRB400级钢筋。

3 基础形式对比

按照地勘报告，地下二层底基础置于中风化白云岩与中风化灰质岩中，地基承载力特征值500 kPa。基础可以采用筏板基础或者桩基础。

3.1 筏板基础

初步设计时，地库基础拟采用柱下500 mm厚筏板基础+下柱墩+抗拔锚杆，建筑外墙下设基础梁；高层住宅拟采用1 500 mm厚(南侧)、1 300 mm厚(北侧)筏板基础。

经计算，地库筏板基底压力最大为434 kPa，高层住宅筏板基底压力最大为486 kPa，均可以满足地基承载力要求。

3.2 桩基础

地库拟采用桩基础[3]+单桩承台+防水板的基础形式，住宅拟采用1300 mm大直径桩基础+筏板的基础形式，桩基均嵌入持力层泥质白云岩。

经计算，地库单桩竖向承载力特征值为4 300 kN，住宅单桩竖向承载力特征值为5 700 kN，均满足工程要求。

3.3 两种基础经济性的对比

不考虑上部结构仅对比基础，桩基础与筏板基础对比，两者均有筏板且厚度相差不大，两种基础筏板的差别仅为配筋率，所以筏板的造价对比相差不大。差别主要为桩基础，对比来看，桩基础的经济性较差。

3.4 两种基础形式对地铁基坑及车站侧墙的影响

由于考虑施工时序的问题，存在地铁车站主体或附属的基坑较物业部分晚的可能性，需对比两种基础形式对基坑的稳定性影响。根据岩质部分剖面边坡稳定性计算结果，筏板基础的边坡稳定系数为0.64，桩基础的边坡稳定系数则为1.02，虽然两者都小于1.35，但筏板基础的下滑力明显要大于桩基础。下滑力水平分量施加于地铁主体结构侧墙，并将滑体等效为侧压力对侧墙进行受力验算，筏板基础时主体侧墙根部的裂缝为0.45 mm，桩基础时的裂缝则为0.21 mm，从安全性考虑，筏板基础对车站主体基坑及主体侧墙的影响要较桩基础大。

3.5 基础方案确定

由于项目位于位于贵阳向斜盆地西侧抬升地段，岩体完整性较差，有存在溶洞的可能性，并结合当地经验，考虑到尽可能减小上部物业结构对地铁车站的影响，经过专家评审一致认定该工程采用桩基础较为合适。

4 地库、裙房结构形式对比

4.1 无梁楼盖(板柱剪力墙)

项目初步设计阶段，由于此处场地受限原因以及结构嵌固深度的缘故，地下室层高受限，故考虑地下结构采用板柱剪力墙形式，水平受力体系采用厚板+暗梁的结构形式，竖向受力体系采用柱帽+框架柱+部分剪力墙。

此方案可满足较低层高的地下车库，但由于地势原因，地下室的侧向受力不均匀，因此对于无梁楼盖来说水平受力构件较少，计算时侧向刚度相比典型的有梁体系明显偏小，且由于车站附属结构的存在及施工时序的问题，无梁楼盖系统不能很好的与既有的附属结构进行有效连接。另一个原因则是地库属于超长结构，无梁楼盖体系如预留贯通式后浇带，会极大地减弱其整体受力性能。

4.2 框架结构

由于无梁楼盖体系在该工程中存在的一些缺点，后续工作中地库结构形式仍采用典型的框架结构体系。地下结构层高最终定为3.900 m和4.100 m，梁高则根据荷载、相关规范及计算结构进行控制，虽然其层高较高，但由于工程特点，有梁体系可以灵活处理施工时序问题及与车站附属结构的连接问题。例如，车站需要提前开通，其上部的物业开发还未施工，车站的附属结构需要先于物业提早完成，此时附属结构预留钢筋待后期施工接驳即可，对于结构的整体受力影响不大，而无梁楼梯在接驳处的抗剪问题较大。

4.3 两种结构形式经济性对比

从降低层高来说，无梁楼盖有较大的优势，但其结构板的厚度及配筋率明显要增大，再有需要设置暗梁，与典型框架结构在经济性上差距不大。

5 地上结构形式对比

5.1 带转换层结构形式

项目初期由于方案需求及业主的相关要求，地上结构考虑采用带转换层结构形式，转换层设置于地下室顶板，采用厚板转换，其上部采用剪力墙结构，地下部分采用部分剪力墙+部分框架柱的结构形式。根据计算结果，在所有参数满足相关规范的前提下，转换处板厚需要取至1 600 mm，地下框支柱跨取8.1 m，并在对应的上部结构对应四角设置350 mm厚的剪力墙，上部结构采用200 mm厚的剪力墙。经建模计算，结构计算的相关指标均能满足相关规范要求，但此方案涉及到超限审查问题，且工程造价相对较高。

5.2 剪力墙结构形式

初步设计阶段及施工图阶段，随着项目的不断深入，后期由于工程造价及工期因素，建筑方案作出相应调整，地上结构采用剪力墙结构。-1层、-2层剪力墙厚度为250 mm，以上采用200 mm厚剪力墙，地下与车库连接部分设置框架柱，经建模计算其各项计算结构均满足相关规范要求。

5.3 地上结构形式经济性对比

如选择剪力墙结构形式，工程总量42 232.840 m2，估算总额22 365.34万元，技术经济指标0.53万元/m2。如选择厚板转换层结构形式，工程总量43 850.2 m2，估算总额27 157.17万元，技术经济指标0.62万元/m2。

对比两种结构形式的造价估算，采用带转换层的结构形式时，综合造价每平米比普通剪力墙结构形式超出900元/m2，经济性显而易见。

6 变形缝的讨论

6.1 伸缩缝

地库南北方向长约110 m，东西方向长约90 m，所以两个方向均超相关规范的规定，均需设置变形缝或采取其他有效措施。但由于施工工筹考虑先施工地铁附属结构，且部分附属结构在地库内顶出，间接充当了变形缝的效果，并考虑采取设置温度后浇带，再采取低收缩混凝土添加剂、增配构造钢筋、划分先后施工区段等有效措施，设计单位认为能有效解决结构超长问题，可不设伸缩缝。毕竟大面积的伸缩缝都是防水的薄弱点。

图1 沉降云图

6.2 沉降缝

地库中间三跨位于地铁车站主体结构上方，此部分地库柱传力于车站的框架柱，与车站结构变形协调，由于车站的卸荷作用，此部分沉降可忽略不计。其他区域采用桩基础，其沉降计算见图1。云图中的沉降最大值为2.1 mm，最小沉降值为-0.2 mm，对于横、纵向均较长的地库结构，不均匀沉降可忽略不计。从沉降验算结果看，整体结构(地库+主楼+裙楼)的沉降均较小，并且在可控范围内，也不存在不均匀沉降的风险，因此可不设置沉降缝。

6.3 “塔楼偏置”

根据相关规范要求，当单塔或多塔与大底盘的质心偏心距大于底盘相应边长20%时，即为“塔楼偏置”，属于超限高层结构，若要消除超限情况，则需要在裙房设置变形缝。

该工程偏心距计算方法根据相关文献及规范，采用裙房屋面以上层多塔的合质心与裙房屋面层的刚心(考虑上部竖向构件传下来后的轴力)在相应方向上的距离作为偏心距判别标准。

大底盘的刚心为：“Xm=29.34 m，Ym=708.78 m，相邻层的上部多塔综合质心：Xm=38.72 m，Ym=717.72 m。Xm为刚度中心在X轴坐标，Ym为刚度中心在Y轴坐标，质心(重心)同理。

计算偏置情况：X向：(38.72-29.34)/97.9=9.58%<20%；Y向：(717.72-708.78)/118=7.78%<20%。

从“塔楼偏置”一项来看，该工程裙房无需设置变形缝。

7 优缺点分析与总结

7.1 基础

从经济性方面来看筏板基础的方案要明显优于桩基础，但由于该工程岩层特性导致上部结构对于地铁车站侧压力偏大，处于安全考虑该工程选择桩基础方案，后续地铁上盖物业开发应在方案初期就考虑到上部物业结构对地铁车站的影响，对地铁车站结构做相应加强处理后，本文认为在相同地质条件下，上部物业结构可优先采用筏板基础形式。

7.2 地库及裙楼

板柱-剪力墙结构(无梁楼盖)工程应用上也非常成熟，对于降低楼层高度、设备安装均有其独特的优势，但近几年无梁楼盖的事故率相对较高，对于其工程安全性信心不足，亦考验施工单位的技术水平，所以该工程地库及裙楼最终采用了典型的梁柱框架体系。

7.3 上部结构

带转换层结构在低烈度地区应用成熟，其对转换层上下结构空间的利用为最优方案，但其经济性明显比典型的剪力墙或框架-剪力墙结构差，再由于该工程为地铁车站上盖结构，其重要性等级与地铁车站相同，所以在对比了经济性、安全性和可实施性等方面条件后，该工程采用了地上剪力墙结构形式，地下部分框剪结构形式。

8 结束语

以实际工程设计为例，简要对比了设计工程中应用到的各个结构设计方案，并讨论了变形缝的设置问题，并给出相应的理由与结论，而地铁上盖物业开发结构的选型还应根据地质情况、周边环境、施工条件、经济环保等因素与地铁车站结合起来综合分析确定。