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摘要：地鐵車輛段蓋板和上蓋物業(yè)開發(fā)建設(shè)的不同步，以及建筑市場需求的不斷變化導(dǎo)致開發(fā)方案存在調(diào)整的可能性，從而引發(fā)結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工方面的諸多難點問題。本文基于國內(nèi)某地鐵車輛段上蓋物業(yè)開發(fā)項目，分析了此類項目設(shè)計和施工過程中可能遇到的問題，并提出相應(yīng)的處理措施，可以用于同類項目參考。

關(guān)鍵詞：上蓋開發(fā)；TOD；加固；梁柱節(jié)點；承載力

1研究背景與項目概況

1.1研究背景

隨著建筑行業(yè)和軌道交通行業(yè)的發(fā)展，以公共交通為導(dǎo)向的綜合開發(fā)模式（TOD模式）近年來在國內(nèi)地鐵車輛段建設(shè)中興起。對于結(jié)構(gòu)設(shè)計而言，此類項目存在以下特點[1]：①為滿足地鐵車輛段停車檢修等工藝要求，車輛段首層的結(jié)構(gòu)計算高度一般在10m以上，車輛段蓋板上下層高變化較大，底部容易出現(xiàn)薄弱層和軟弱層在同一層的結(jié)構(gòu)特征，對結(jié)構(gòu)抗震極為不利；②車輛段咽喉區(qū)柱網(wǎng)布置往往極不規(guī)則，且容易形成大跨度柱網(wǎng)；③上部物業(yè)多為小開間布置，上部結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件無法完全落地，需通過轉(zhuǎn)換的方式處理；④由于地鐵車輛段建設(shè)周期長，為了順應(yīng)建筑市場的需求，實現(xiàn)開發(fā)利益的最大化，上蓋開發(fā)方案往往存在一定的時效性，地鐵車輛段蓋板與綜合開發(fā)建設(shè)的不同步可能導(dǎo)致開發(fā)方案在車輛段施工完成后修改，從而造成開發(fā)階段預(yù)留的設(shè)計和施工條件的不確定性；⑤車輛段蓋板結(jié)構(gòu)長度通常遠(yuǎn)超規(guī)范要求的最大伸縮縫長度，需解決混凝土溫度應(yīng)力問題和收縮徐變的影響，防止大面積大體積混凝土的開裂。

1.2項目概況

本文基于目前在建并且已部分建成的廣州地鐵八號線白云湖車輛段上蓋開發(fā)項目進(jìn)行分析。該項目首層為地鐵車輛段，建筑層高8.5m，二層為停車庫，開發(fā)業(yè)態(tài)為超高層住宅、多層學(xué)校、配套商業(yè)等。基礎(chǔ)采用承臺樁基和樁筏基礎(chǔ)，住宅采用部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)，多層建筑采用全轉(zhuǎn)換框架結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)換層設(shè)置在二層，車輛段的基礎(chǔ)和8.5m蓋板于2016年開始施工，目前已經(jīng)施工完畢，車輛段已經(jīng)運(yùn)營，同時為上蓋開發(fā)預(yù)留設(shè)計條件。2019年，基于房地產(chǎn)市場需求，設(shè)計單位對原開發(fā)方案進(jìn)行了調(diào)整，從而導(dǎo)致已施工基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)承載力局部無法滿足新的開發(fā)方案要求，需對既有結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整和改造。本項目的設(shè)計難點在于最大限度滿足新方案要求且車輛段首層不具備結(jié)構(gòu)加固條件的情況下，結(jié)構(gòu)需完成上部超高層剪力墻和多層框架的轉(zhuǎn)換，施工難點在于不影響蓋下車輛段正常運(yùn)營的前提下，進(jìn)行復(fù)雜的轉(zhuǎn)換層和上部結(jié)構(gòu)施工。通過一系列計算手段、抗震措施及施工工藝措施，本項目2019年順利通過了抗震超限審查，并完成了一期二期工程的施工圖設(shè)計，目前部分超高層已經(jīng)結(jié)構(gòu)封頂。由于項目復(fù)雜，設(shè)計和施工過程遇到了諸多難題，本文對項目實施過程中遇到的部分問題進(jìn)行分析總結(jié)，并提出了相應(yīng)的處理措施。

2基礎(chǔ)設(shè)計難點及處理措施

項目開發(fā)階段對建筑方案作的調(diào)整包括建筑平面布局、層數(shù)、在總平面中定位等調(diào)整，從而不可避免的導(dǎo)致部分樁的單樁承載力、承臺和筏板的承載力無法滿足規(guī)范要求，根據(jù)相關(guān)加固規(guī)范，常規(guī)的處理措施包括增大基礎(chǔ)截面、補(bǔ)樁等，但本項目因車輛段已處于運(yùn)營狀態(tài)，首層不具備加固條件，所以項目從減荷載和轉(zhuǎn)移荷載的角度采取了以下處理措施：①減少覆土厚度或置換輕質(zhì)覆土材料。由于園林景觀和室外管線的需求，蓋上往往存在較厚的覆土層，在方案能夠接受的范圍內(nèi)，調(diào)整室外管線路由，適當(dāng)減少超載位置的覆土厚度或換填更為輕質(zhì)的覆土材料能夠有效降低結(jié)構(gòu)的負(fù)荷，但因此也可能引起樓板局部的錯層，為使水平荷載作用能夠有效通過錯層結(jié)構(gòu)傳遞，錯層部位的框架梁端應(yīng)設(shè)置豎向加腋。②局部采用鋼結(jié)構(gòu)。鋼結(jié)構(gòu)具有材料強(qiáng)度高、自重輕、施工周期短、適應(yīng)大跨度等優(yōu)點，受車輛段咽喉區(qū)軌道的影響，咽喉區(qū)柱網(wǎng)布置不規(guī)則且跨度大，按混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計時，咽喉區(qū)基礎(chǔ)局部位置承載力不足，為了滿足新方案需求，設(shè)計時局部采用了實腹鋼結(jié)構(gòu)，利用鋼結(jié)構(gòu)自重輕且適應(yīng)大跨度的特點，降低結(jié)構(gòu)自重，有效解決了樁基承載力問題。③斜撐導(dǎo)荷。斜撐能夠?qū)雾數(shù)牟糠重Q向荷載和水平荷載傳遞至與撐底相連的柱，從而達(dá)到降低撐頂附近框架柱柱底荷載或減小撐頂梁跨度的目的。另一方面，本項目斜撐未預(yù)留主筋，為了降低施工難度，避免在鋼筋密集的節(jié)點區(qū)域進(jìn)行大鋼筋植筋施工，可采用圖2所示的加腋節(jié)點，其中抗剪鋼筋通過植筋的方式植入框架梁端，面積可偏保守的假設(shè)斜撐軸力的水平分量全部由抗剪鋼筋承擔(dān)求得，此外，應(yīng)根據(jù)框架梁端鋼筋的密集程度和框架梁截面尺寸，合理選擇抗剪鋼筋直徑，防止因梁端鋼筋密集而影響植筋質(zhì)量。

3上部結(jié)構(gòu)設(shè)計難點及處理措施

3.1轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)設(shè)計計算措施與建議

上蓋開發(fā)項目最關(guān)鍵的設(shè)計難點是轉(zhuǎn)換層的設(shè)計，常用的轉(zhuǎn)換層布置方式包括局部轉(zhuǎn)換（如部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)、局部轉(zhuǎn)換框架結(jié)構(gòu)等）和全部轉(zhuǎn)換（如隔震轉(zhuǎn)換、厚板轉(zhuǎn)換等）。根據(jù)項目荷載預(yù)留和結(jié)構(gòu)布置特征，本項目沿用原方案的轉(zhuǎn)換方案，對超高層剪力墻結(jié)構(gòu)選擇較常用的部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)，對多層框架結(jié)構(gòu)則采用全轉(zhuǎn)換框架結(jié)構(gòu)。現(xiàn)方案住宅大部分豎向構(gòu)件不能直接落地，為了減少二次轉(zhuǎn)換，項目充分利用了原結(jié)構(gòu)方案在順車輛段軌道方向布置的落地剪力墻作為豎向轉(zhuǎn)換構(gòu)件。設(shè)計時基于“強(qiáng)轉(zhuǎn)換弱上部”的結(jié)構(gòu)概念設(shè)計理念，對結(jié)構(gòu)做了一系列超限分析，包括多遇地震、設(shè)防地震、罕遇地震的等效彈性分析和多遇地震的靜力彈性時程分析，罕遇地震和極罕遇地震的動力彈塑性時程分析，對關(guān)鍵部位進(jìn)行了專項分析與加強(qiáng)，加強(qiáng)措施包括加強(qiáng)關(guān)鍵部位的構(gòu)件尺寸、配筋、材料強(qiáng)度、采用型鋼混凝土、既有結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)等，復(fù)核了已經(jīng)施工的首層蓋板的承載力和變形，通過以上措施確保了結(jié)構(gòu)的安全可靠。對于車輛段上蓋開發(fā)結(jié)構(gòu)，一般建議將轉(zhuǎn)換層設(shè)置在二層蓋板以上。與首層蓋板轉(zhuǎn)換相比，二層蓋板轉(zhuǎn)換一方面能夠避免在首層蓋板施工階段預(yù)留上蓋開發(fā)建筑的豎向構(gòu)件，從而提高開發(fā)階段方案變化的靈活性，另一方面也可作為上蓋開發(fā)的地下車庫，提高蓋上結(jié)構(gòu)利用率和經(jīng)濟(jì)效益。同時，對于結(jié)構(gòu)概念設(shè)計指標(biāo)計算而言，轉(zhuǎn)換層作為上下部結(jié)構(gòu)的過渡層，通過合理設(shè)置轉(zhuǎn)換層層高及豎向構(gòu)件的尺寸，能夠減輕甚至消除因底層層高過高引起的底層薄弱的影響，從而提高結(jié)構(gòu)的整體抗震性能。此外，建議有條件的情況下，在首層蓋板順股道方向設(shè)置適量剪力墻，也是解決底層軟弱層和薄弱層問題的有效措施，同時還能減小首層豎向構(gòu)件的尺寸，為車輛段工藝設(shè)計提供更多空間。

3.2已施工梁配筋不足

開發(fā)方案調(diào)整導(dǎo)致房間布局、功能、層高的變化，上部結(jié)構(gòu)質(zhì)量的變化導(dǎo)致地震響應(yīng)與原方案的不一致，這些因素都可能引起已經(jīng)施工的梁配筋不足。對于梁配筋不足，常用的處理措施有增大截面法、外包型鋼、粘貼鋼板或纖維布補(bǔ)強(qiáng)等[3][4]，但因項目不具備首層加固的條件，無法完全采用常規(guī)加固方式，本項目采取以下措施：①調(diào)整梁端負(fù)彎矩調(diào)幅系數(shù)；②蓋板板頂加固。根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ3的規(guī)定，豎向荷載作用下，考慮框架梁端塑性變形內(nèi)力重分布，對梁端負(fù)彎矩乘以調(diào)幅系數(shù)進(jìn)行調(diào)幅，現(xiàn)澆框架梁端負(fù)彎矩調(diào)幅系數(shù)可取0.8~0.9[5]。對于已施工的框架梁，當(dāng)跨中鋼筋配置不足時，梁端負(fù)彎矩調(diào)幅系數(shù)可以取規(guī)范規(guī)定的大值，減少跨中正彎矩，同時增大梁端負(fù)彎矩，以減少跨中配筋，增加支座配筋，當(dāng)支座實際配筋不足時，可以采用在蓋板板頂梁端粘貼鋼板或碳纖維布等方式加固。當(dāng)調(diào)幅的方式仍然無法解決梁配筋不足的問題時，可以考慮采用在梁頂面加大截面形成疊合梁的方式處理。3.3柱鋼筋預(yù)留不足柱鋼筋預(yù)留不足包含兩種情況：蓋下已施工的柱實際配筋小于計算配筋、蓋上未施工的柱預(yù)留的插筋少于計算配筋。對于已施工柱配筋不足，常規(guī)措施不具備施工條件時，可以從減荷載和轉(zhuǎn)移荷載兩方面進(jìn)行處理，處理方式仍然包括減少覆土、換填、斜撐導(dǎo)荷、采用自重輕的結(jié)構(gòu)類型等。對于插筋預(yù)留不足，由于節(jié)點區(qū)域鋼筋較密，柱主筋直徑大，規(guī)范要求的植筋深度大，植筋施工非常困難，本項目采取的主要措施為：①按柱受力情況分段配筋；②加大柱底截面。軟件計算時，柱的計算配筋通常按柱頂柱底控制內(nèi)力分別計算后取包絡(luò)值，事實上，當(dāng)柱底插筋預(yù)留不足，但柱的計算配筋由柱頂截面內(nèi)力控制時，設(shè)計時可以按照柱頂柱底實際控制內(nèi)力分段配筋，即將柱下半段按照柱底控制內(nèi)力配筋，上半段按照柱頂控制內(nèi)力配筋，通過這種方式可以避免在梁柱節(jié)點區(qū)域植筋施工。當(dāng)柱底計算配筋較大，采用前述方式插筋仍然不足時，可以采用加大柱底截面的方式處理，其目的是增加可植筋范圍，同時將大直徑鋼筋等效換成小直徑鋼筋，從而減少植筋深度，降低植筋難度，大柱腳可以作為柱主筋的錨固端。

3.4轉(zhuǎn)換構(gòu)件剪壓比超限的調(diào)整

轉(zhuǎn)換梁作為轉(zhuǎn)換構(gòu)件，直接承受被轉(zhuǎn)換豎向構(gòu)件傳遞的彎矩和剪力，構(gòu)件截面尺寸通常與建筑高度成正比，當(dāng)轉(zhuǎn)換梁跨高比達(dá)到一定數(shù)值時，框支梁轉(zhuǎn)變?yōu)樯钍軓潣?gòu)件，其破壞機(jī)理由受彎破壞轉(zhuǎn)變?yōu)榧羟衅茐模孛娲笮∮墒軓澘刂妻D(zhuǎn)變?yōu)榭辜艚孛婵刂啤σ恍╉椖康挠嬎惆l(fā)現(xiàn)，對于框支轉(zhuǎn)換超高層建筑，在模型調(diào)整過程中，框支梁梁端剪壓比超限是這類項目出現(xiàn)最多的一類問題，特別是存在較多二次轉(zhuǎn)換的框支剪力墻結(jié)構(gòu)，框支主梁需承擔(dān)框支次梁傳遞的荷載，對梁截面的需求更大，剪壓比問題尤為突出。另一方面，考慮建筑、設(shè)備專業(yè)的需求及結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性，梁截面尺寸一般受限。針對轉(zhuǎn)換梁剪壓比超限問題，根據(jù)相關(guān)規(guī)范的抗剪截面計算公式，可采取的處理措施主要包括提高混凝土強(qiáng)度、增大截面尺寸、采用型鋼混凝土、梁內(nèi)增設(shè)抗剪鋼板等。經(jīng)驗計算表明，采用增加梁寬的方式，梁截面面積增加的幅度通常比增加梁高更顯著，因此通過增加梁寬解決剪壓比問題比增加梁高更有效，當(dāng)梁寬大于柱寬時，通過在柱頂增設(shè)柱帽可以有效解決梁內(nèi)鋼筋錨固的問題。而采用型鋼混凝土或梁內(nèi)設(shè)置抗剪鋼板則是充分利用鋼板較高的抗剪強(qiáng)度，規(guī)范表明，同截面尺寸的型鋼混凝土構(gòu)件抗剪能力遠(yuǎn)強(qiáng)于普通混凝土構(gòu)件。此外采用殼元梁模擬梁單元也是解決剪壓比超限問題的一種方式，殼元梁能夠較為準(zhǔn)確的模擬墻與梁的變形協(xié)調(diào)，分析梁沿高度方向的應(yīng)力變化，與傳統(tǒng)桿單元模擬梁計算相比，轉(zhuǎn)換梁采用殼元更合理。

4上部結(jié)構(gòu)施工難點及處理措施

4.1梁柱節(jié)點鋼筋密集

梁柱節(jié)點區(qū)域鋼筋密集是設(shè)計過程中容易被忽視的問題，現(xiàn)行《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB50010關(guān)于鋼筋間距的規(guī)定雖然考慮了對混凝土澆筑質(zhì)量的影響[2]，但對于一些配筋率較大的構(gòu)件，按照規(guī)范規(guī)定的最小鋼筋間距排布鋼筋仍然可能導(dǎo)致節(jié)點鋼筋密集，普通混凝土難以澆筑密實的現(xiàn)象（圖3）。對于有抗震要求的、荷載需求較大的混凝土結(jié)構(gòu)，特別是高烈度地區(qū)的混凝土結(jié)構(gòu)，節(jié)點區(qū)域鋼筋交匯，且構(gòu)件本身計算配筋大，縱筋根數(shù)和層數(shù)多，箍筋肢數(shù)多、肢距小，且加密配置，再加上現(xiàn)場施工誤差，將可能導(dǎo)致節(jié)點區(qū)域混凝土澆筑難以達(dá)到理想的密實狀態(tài)，嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的抗震性能，形成安全隱患。對于此類節(jié)點，梁柱主筋可以按照規(guī)范要求采用并筋，同時嚴(yán)格限制混凝土粒徑、和易性等參數(shù)，施工過程加強(qiáng)振搗，或采用如自密實混凝土等流動性高的特殊混凝土。此外，當(dāng)涉及植筋施工時，梁柱節(jié)點鋼筋密集也將影響施工質(zhì)量，對于重要的非懸挑構(gòu)件，當(dāng)鋼筋直徑較大時，在節(jié)點區(qū)域植筋難以達(dá)到計算要求的深度，所以本項目較多的采用了14mm以下的小直徑鋼筋等效替換大直徑鋼筋，保證植筋能夠穿過鋼筋間隙達(dá)到設(shè)計深度，從而保證植筋施工質(zhì)量。

4.2塔吊的安裝

首層蓋板作為上蓋開發(fā)的施工場地，施工車道、材料堆場、塔吊等荷載的預(yù)留也存在很大的不確定性。項目原方案設(shè)計時預(yù)留了充足的塔吊施工荷載，但由于建筑總平面和房間布局的調(diào)整，大部分預(yù)留的塔吊位置無法滿足現(xiàn)方案的施工要求。為解決塔吊安裝問題，結(jié)合建筑總平面和豎向構(gòu)件的布置，選擇插筋富余較大的豎向構(gòu)件在車輛段蓋板上布置十字交叉塔吊基礎(chǔ)梁，并在設(shè)計階段進(jìn)行整體建模分析，充分考慮基礎(chǔ)梁在施工過程各個工況下的受力情況，同時對與基礎(chǔ)梁相連的框架柱進(jìn)行箍筋加密與縱筋加強(qiáng)，通過以上措施確保了塔吊的安全。

5結(jié)語

以上分析了廣州地鐵白云湖車輛段上蓋開發(fā)項目在設(shè)計和施工過程遇到的結(jié)構(gòu)問題，并提出了相應(yīng)的解決措施，為同類項目設(shè)計和施工提供了新的思路。地鐵車輛段上蓋開發(fā)是國內(nèi)TOD模式的一種發(fā)展趨勢，由于軌道交通和上蓋開發(fā)建設(shè)的不同步，為了順應(yīng)建筑市場需求，開發(fā)方案調(diào)整在所難免，也給設(shè)計和施工制造了新的難題，提出了新的挑戰(zhàn)，如何安全合理的設(shè)計施工此類項目是值得每個參與項目的人員深入思考的問題。

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作者:鄧季坤 單位:中鐵上海設(shè)計院集團(tuán)有限公司