車輛段、停車場(chǎng)大蓋結(jié)構(gòu)選型研究

李琳楨

（中國(guó)鐵路設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司華南分公司 深圳 518052）

0 引言

隨著軌道交通項(xiàng)目的發(fā)展，地鐵的車輛段、停車場(chǎng)等建設(shè)得日益增多。已建成的車輛段、停車場(chǎng)大蓋基本都為混凝土結(jié)構(gòu)，但不同項(xiàng)目具體的結(jié)構(gòu)形式又有所區(qū)別。例如柱有采用混凝土柱、型鋼混凝土柱、鋼管混凝土柱等。同時(shí)，各種不同結(jié)構(gòu)形式的車輛段、停車場(chǎng)大蓋，工程造價(jià)指標(biāo)也有所差異。故在初步設(shè)計(jì)時(shí)通常需要針對(duì)未確定的上蓋條件的各種情況進(jìn)行分析比較，以確定經(jīng)濟(jì)合理的結(jié)構(gòu)形式。

目前，針對(duì)車輛段大蓋主要的研究方向集中在上部開發(fā)方案相對(duì)確定的情況下，如何快速選出安全、經(jīng)濟(jì)、合理、適用的結(jié)構(gòu)體系［1，2］。而缺少在上部開發(fā)方案未定時(shí)的相關(guān)研究。

基于此，本文旨在項(xiàng)目初步設(shè)計(jì)階段，上部開發(fā)方案未定或暫時(shí)無概念方案的情況下，如何根據(jù)假定條件去選擇大蓋的結(jié)構(gòu)形式，以穩(wěn)定初步設(shè)計(jì)同時(shí)滿足后期建設(shè)條件。通過計(jì)算分析、對(duì)比歸納總結(jié)的方式確定不同條件下車輛段、停車場(chǎng)大蓋的合理結(jié)構(gòu)形式。為后續(xù)的工程建設(shè)提供結(jié)構(gòu)選型依據(jù)，節(jié)約后續(xù)項(xiàng)目結(jié)構(gòu)選型研究工作時(shí)間，確保后續(xù)工程項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)合理。

1 車輛基地大蓋結(jié)構(gòu)的相關(guān)參數(shù)

1.1 影響車輛基地大蓋結(jié)構(gòu)的主要因素

車輛基地大蓋作為蓋上開發(fā)建設(shè)的基底平臺(tái)，大蓋結(jié)構(gòu)形式主要受蓋下柱網(wǎng)尺寸、蓋上開發(fā)的荷載條件影響。即影響車輛基地大蓋結(jié)構(gòu)的主要因素為橫向跨度、縱向柱距、上蓋開發(fā)條件［3］。其中深圳地鐵部分車輛段、停車場(chǎng)調(diào)研情況如表1所示［4-5］。

表1 深圳地鐵部分車輛段、停車場(chǎng)調(diào)研情況Tab.1 Survey of Some Car Depots and Parking Lots of Shenzhen Metro

橫向柱距是指車輛基地運(yùn)用庫、檢修庫垂直股道方向的柱距。該方向柱距主要受車輛基地的股道布置影響。以停車列檢庫為例，根據(jù)《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范：GB 50157—2013》第27.3.14 條，列檢庫內(nèi)股道的最小線間距為4.9 m，股道中心線到旁邊柱邊的最小距離為2.95 m。橫向柱距與股道的關(guān)系如表2所示。已有研究表明，既有車輛段、停車場(chǎng)主要采用橫向跨兩股道和三股道兩種形式，根據(jù)柱子尺寸不同，具體柱距數(shù)值稍有偏差。本文研究統(tǒng)一選取橫向跨兩股道柱距為12.5 m、橫向跨三股道柱距為17.5 m。具體橫跨股道數(shù)與柱距對(duì)應(yīng)關(guān)系如表2所示。

表2 橫跨股道數(shù)與橫向柱距對(duì)應(yīng)關(guān)系Tab.2 The Corresponding Relationship between the Number of Crossings and the Transverse Column Distance

縱向柱距是指車輛基地運(yùn)用庫、檢修庫順股道方向的柱距。該方向柱距一般不受車輛基地的工藝布置限制，可以根據(jù)蓋上條件適當(dāng)調(diào)整。已有研究表明，大部分車輛基地的縱向柱距選擇為6.0 m、7.5 m、9.0 m，也有部分車輛基地縱向柱距結(jié)合上蓋物業(yè)開發(fā)配套小汽車庫的停車位設(shè)置取值為8.4 m、12.4 m。本文選取縱向柱距分別為7.5 m、9.0 m、10.5 m進(jìn)行對(duì)比分析。

上蓋條件即車輛基地大蓋上方的荷載條件。車輛基地大蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)需根據(jù)蓋上的開發(fā)方案，確定荷載條件，進(jìn)行計(jì)算分析。本文研究選取覆土1.5 m，上蓋開發(fā)建筑總高50 m，上蓋開發(fā)建筑總高90 m，上蓋開發(fā)建筑總高120 m四種上蓋條件進(jìn)行對(duì)比分析。

1.2 車輛段、停車場(chǎng)大蓋的主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限、抗震等級(jí)是車輛段、停車場(chǎng)大蓋最重要的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。一般房屋的設(shè)計(jì)使用年限為50年，但由于車輛基地大蓋的建設(shè)與蓋上物業(yè)開發(fā)的實(shí)施不同期［6］，因此車輛段大蓋的設(shè)計(jì)使用年限可考慮蓋上物業(yè)開發(fā)滯后建設(shè)的年限，適當(dāng)延長(zhǎng)。抗震等級(jí)與結(jié)構(gòu)體系、建設(shè)地點(diǎn)的抗震設(shè)防烈度、建筑高度等有關(guān)。而車輛基地大蓋與蓋上物業(yè)開發(fā)分期建設(shè)時(shí)，可根據(jù)不同使用階段分別設(shè)計(jì)，分段考慮設(shè)計(jì)工作年限及受荷條件［7］。

本文以深圳地區(qū)為例，車輛段、停車場(chǎng)大蓋結(jié)構(gòu)體系為框架結(jié)構(gòu)，對(duì)應(yīng)不同的上蓋條件，設(shè)計(jì)使用年限與抗震等級(jí)，大蓋荷載取值如表3、表4所示。

表3 上蓋條件與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)應(yīng)關(guān)系Tab.3 Corresponding Relationship between Top Cover Conditions and Technical Standards

表4 上蓋條件與大蓋荷載條件對(duì)應(yīng)關(guān)系Tab.4 Corresponding Relationship between Upper Cover Conditions and Large Cover Load Conditions

2 車輛段、停車場(chǎng)大蓋結(jié)構(gòu)選型研究

本章節(jié)通過利用PKPM、MIDAS 等結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件［7-9］，針對(duì)在上蓋覆土1.5 m、上蓋開發(fā)高度50 m、90 m、120 m 四種開發(fā)條件，橫向柱距12.5 m、17.5 m兩種情況，縱向柱距7.5 m、9.0 m、10.5 m 三種情況。三種因素組合的不同工況下進(jìn)行建模分析計(jì)算，得出柱子截面預(yù)估尺寸及造價(jià)估算指標(biāo)，為后續(xù)的工程建設(shè)提供結(jié)構(gòu)選型依據(jù)，節(jié)約項(xiàng)目結(jié)構(gòu)選型研究工作時(shí)間，確保后續(xù)工程的結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)合理。不同上蓋開發(fā)條件下的模型如圖1所示。

圖1 模型軸測(cè)示意圖Fig.1 Model Axonometric Diagram

依據(jù)建模計(jì)算［10］，在初期方案研究時(shí)可根據(jù)上蓋條件、柱網(wǎng)情況選取柱子截面尺寸（適用于抗震設(shè)防烈度為7 度0.1g地區(qū)）。柱子截面預(yù)估尺寸選用如表5所示。同時(shí)，根據(jù)上蓋條件、柱網(wǎng)情況對(duì)應(yīng)的土建工程量，可參考確定大蓋結(jié)構(gòu)（不含基礎(chǔ)）的估算指標(biāo)如表6所示。

表5 柱子截面預(yù)估尺寸選用Tab.5 Column Section Estimated Size Selection

表6 大蓋結(jié)構(gòu)（不含基礎(chǔ)）估算指標(biāo)參考Tab.6 Reference for Estimation Index of Large Cover Structure（Excluding Foundation）

3 結(jié)語

本文通過對(duì)已有車輛段、停車場(chǎng)大蓋結(jié)構(gòu)的分析對(duì)比，選取大蓋結(jié)構(gòu)常用的橫向跨度、縱向柱距、上蓋開發(fā)條件，通過建模分析了車輛段、停車場(chǎng)大蓋的主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及綜合經(jīng)濟(jì)性等。研究表明，隨著橫向跨股道、縱向柱距及上蓋開發(fā)的高度的增加，柱子截面預(yù)估尺寸不斷增大。當(dāng)采用橫向跨三股道、縱向柱距為10.5 m、上蓋開發(fā)高度為120 m 時(shí)，柱子截面預(yù)估尺寸為2 200 mm×3 500 mm；混凝土、鋼筋、鋼材用量約為0.90 m3/m2，165 kg/m2，90 kg/m2。研究為后續(xù)的工程設(shè)計(jì)與建設(shè)提供結(jié)構(gòu)選型依據(jù)。