地鐵上蓋物業開發框架柱頭設計

（中鐵二局勘測設計院有限公司，四川 成都 610000）

0 前言

因城市用地日益緊張，為了減少地鐵建設產生的費用，在地鐵車輛基地設計時，都會考慮地鐵上蓋的相關物業開發。由于地鐵建筑和地鐵上蓋物業開發不能同步實施，因此形成設計和施工技術相關方面的難題。該文通過對該行業內的市場調研和計算分析來解決豎向構件設計難的問題。

1 物業開發問題產生的原因

目前國內地鐵車輛基地的物業開發建筑，主要集中柱網規整區域，如運用庫、聯合檢修庫進行高層物業開發[1]。柱網規整區域均為框架結構，在其屋頂層構預留開發。目前依據《高層混凝土結構技術規程》JGJ 3—2010中規范指定高度進行預留設計[2]。如7度區按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、近期業設計單位能在各方協調下同步施工，結合場段區域，部分區域可以按框架-剪力墻結構預留物業開發，建筑高度可達到120 m，上蓋層可修建層數達到30層～34層。上蓋物業開發可以減少地鐵公司的投資、節約國家土地資料、方便城市人員出行。

地鐵建筑受到開通時間的限制，設計施工工期都非常緊張。在進行地鐵近期設計時，不能更好地結合上蓋業態、規劃等要求進行最優化的平面布置。上蓋物業開發建筑因政府規劃和開發單位等等因素未能及時確定，造成此類建筑不能同步實施，部分區域形成設計難題。

針對該類建筑特點，結構就需要滿足近期設計、遠期設計需求。近期、遠期設計技術的要點是解決豎向交界位置豎向受力構件框架柱出屋面柱頭設計。

2 遠期和近期建筑定義

2.1 近期建筑

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。

2.2 遠期建筑

遠期建筑是指物業開發建筑，其位于車輛基地工藝層上部。一般有一層車庫轉換層，轉換層上進行住宅、辦公等開發。

2.3 柱頭

近期、遠期設計框架柱在出近期屋面位置預留框架柱部分，簡稱柱頭。柱頭設計的難題主要體現在預留柱頭的高度、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計[3]。作者經過反復項目調查、分析得出框架柱出屋面做法更加適合項目的柱頭預留做法，如圖2所示。

3 分析

3.1 力學、計算模型分析

通過力學分析、結合結構模型可以得出框架柱中柱位置X、Y方向的軸力較大、彎矩較小；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力較小位置，即距離屋面較高位置。

轉換層以及上部建筑樓層，因為豎向荷載變小，層高減小，柱截面尺寸應減小來滿足結構需求。因為不能同時進行設計，現在擬定采用下層截面才可以滿足后期設計需求。

3.2 連接方式分析研究

3.2.1 施工角度連接方式分析

柱頭預留鋼筋連接方式為綁扎搭接、機械連接和焊接連接。依據混凝土規范中“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。”[4]由此得出鋼筋應采用機械接頭或焊接接頭。經市場調研發現，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量不容易保證，施工復雜、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 規范角度調查分析

圖1 傳統車輛基地近期工藝層局部建筑剖面圖

柱頭設計可以參考國內相關規范，依據如下：1）依據《混凝土結構設計規范》2015版本中8.4.1條“混凝土構件中受力鋼筋的連接接頭宜設置在受力較小處”。條文解釋的具體內容是“接頭設置在受力較小處；限制鋼筋在構件同一跨度或同一層高內的接頭數量；避開結構的關鍵受力部位，如柱端、梁端的箍筋加密區，并限制結構面積百分率等”。2）依據混凝土規范中11.4.14條“框架柱箍筋加密區長度，應取柱截面長邊尺寸（或圓形截面直徑）、柱凈高的1/6和500 mm中的最大值”。3）力學角度、規范可以得出鋼筋不能再同一連接區段內進行100%的連接，依據《鋼筋連接技術規程》中4.0.3條鋼筋機械連接區段長度用按35d計算。已建項目和在建模擬分析，這個區段長度一般為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構設計需求。2）柱截面尺寸受制于上蓋物業開發。經分析和調查，這個可以通過有沿用近期柱截面，滿足結構設計需求。3）鋼筋接頭位置、鋼筋接頭批次問題。經反復查閱國家規范在《鋼筋機械連接技術規程》中4.0.3條中2款“接頭宜避開有抗震設防要求的框架的梁端、柱端箍筋加密區；當無法避開時，應采用Ⅱ級或Ⅰ接頭，且接頭面積百分率不應大于50%。”因此解決鋼筋接頭位置和鋼筋接頭批次問題。4）耐久性問題。目前上蓋物業開發時間，大約在下層竣工驗收后的3～5年就開始設計施工。近期框架柱頭在露天環境，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境，依據《混凝土結構設計規范》（GB 50010—2010）（2015版）中表5.3.2條應按二 a環境進行耐久性設計。5）物業開發首層建筑一般設置汽車庫轉換層。在汽車庫層樓面位置設置300 mm～500 mm厚度覆土層，在覆土層內設置排水溝，通過排水溝解決樓面清洗積水、建筑外圈飄雨積水問題。因此柱頭對應區域做法一般同近期工藝層設計施工。此部分截面不影響上層使用需求，同時滿足結構安全和耐久性。6）框架柱頭，對應區域按近期、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間內。經過對規范理解以及市場調研發現有表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查發現部分柱頭出現裂縫，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查發現部分柱頭出現裂縫，耐久性差、影響美觀。

4 結論

綜上所述，可以在方案6外部100 mm寬C15混凝土內設置抗裂鋼筋網，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。結構在車輛基地設計中要綜合考慮近期、遠期時間差對結構設計安全性、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 出屋面柱頭預留做法

表1 出屋面框架柱頭的不同做法