城市軌道交通運營控制結構設計

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1工程概況

根據功能組成及規劃條件，某城市軌道交通運營控制中心為集中式的控制中心，規模按6條軌道交通線路(1～6號線)的控制中心(OCC)及線網指揮協調中心(TCC)考慮。控制中心出地面后分為主塔、裙樓。裙樓地上5層，高度22．85m，主要功能為OCC的設備用房及控制大廳，框架結構;主樓地上11層，高度54．15m，主要為TCC，ACC等中心和管理辦公用房，框剪結構。室內外高差0．45m，設置1層地下室，地下室層高6．89m(純地下室4．80m、夾層2．09m)，地上層高4．5m，4．2m。純地下室頂板(無上部結構)覆土1．74m。地下室最大長度為171m，最大寬度為71m。為減小溫度應力影響，出地面后主樓與裙樓之間設置一道變形縫，兼作抗震縫，縫寬150mm。主樓縱向尺寸100m，橫向尺寸30m;裙樓縱向尺寸150m，橫向尺寸21m，長寬比7．1。

2主要設計

標準設計使用年限100年，結構安全等級為一級。建筑抗震設防類別為乙類(重點設防類)。抗震設防烈度為7度，設計基本地震加速度0．15g，設計地震分組為第二組，場地類別為Ⅱ類。按照GB50011—2010建筑抗震設計規范，其震動反應譜特征周期為0．40s，水平地震影響系數最大值為0．168。按照當地規定，軌道交通項目應當進行地震安全性評價;根據本項目《工程場地地震安全報告》。小震計算采用安評報告提供參數與抗震規范參數的包絡值計算。

3主體結構體系及難點處理

3．1單跨結構及處理

主樓采用框架—剪力墻形式，裙樓采用框架結構。裙樓4層、5層控制中心大廳由于建筑使用功能限制，需抽掉??軸部分柱，形成大空間方便使用，使得結構出現單跨結構:屋頂連續梁10根，單跨梁6根?！督ㄖ拐鹪O計規范》6．1．5條“甲、乙類建筑以及高度大于24m的丙類建筑，不應采用單跨框架結構”。故裙房頂層大跨度單跨框架結構的豎向構件采取性能化設計，即斜截面承載力中震彈性、正截面承載力中震不屈服。同時考慮到裙樓體型復雜，采用了兩個不同力學模型的結構分析軟件進行整體計算。計算結果表明，PKPM與YJK計算主要參數近似，且均滿足規范要求。性能化構件配筋計算見表3。計算表明，中震不屈服時，斜截面箍筋加密區基本無變化，非加密區;中震彈性時，斜截面箍筋加密區和非加密區都增加，非加密區增加一半。中震不屈服時，正截面縱筋較小震彈性增加2．2倍;中震彈性時，正截面縱筋較小震彈性增加2．8倍。

3．2走廊及處理

建筑功能需要，OCC控制大廳在4層、5層通高設置，且5層需要設置參觀走廊，即4層頂板大范圍開洞。故一般的樓板剛性假定不成立，設計中應考慮樓板削弱產生的不利影響，采用了樓板彈性膜假定計算。同時走廊對主體結構的影響采取PK單榀模型核算，在構造上適當加強。

3．3懸挑及處理

主樓、裙樓存在懸挑結構，最大懸挑5．2m，裙樓頂層存在18m大跨結構。在地震工況計算時，考慮豎向地震作用，并驗算結構變形。

4地基基礎設計

4．1基礎設計

本工程裙樓、純地下室基礎采用樁基+防水板，主樓基礎采用樁筏，樁基為水下灌注樁?？紤]到場地鉆孔遇孤石比例達32．2%，樁采用沖孔灌注樁基礎。工程樁坐落在瑏瑧-2散體狀強風化花崗巖，防水板坐落在瑏瑡-1殘積砂質粘性土。建筑地基基礎設計等級為甲級。

4．2沉降計算

由于變形縫自地下室頂以上貫通，地下室及基礎連成一體，故必須對基礎整體沉降、差異沉降進行合理的協調控制，以滿足整體地基基礎變形要求。通過樁基布置及調整，計算表明主樓最大沉降46mm，裙樓最大沉降44mm，純地下室最大沉降32mm。最大差異沉降0．00575，滿足規范要求。從施工角度出發，沿主樓、裙樓外輪廓設置沉降后澆帶，待兩側結構封頂，根據沉降觀測結果，確定后澆帶封灌時間，并不少于兩個月;以減少地基基礎的不均勻沉降，同時加強整個建筑的沉降觀測等。

4．3抗浮設計

抗浮設計水位標高為室外標高以下0．5m，即基礎底標高以上6．3m，需要考慮地下水浮力對結構不利影響。以純地下室為例，考慮到結構自重、地下室頂覆土、基礎板上回填，抗浮系數為1．00＜1．05，不滿足抗浮要求?？紤]到工程樁對抗浮的要求，抗浮系數為1．15＞1．05，滿足抗浮要求。同時工程樁單樁豎向抗拔承載力特征值按照抗浮計算需要確定，在確保安全的前提下，以方便試樁及節約造價。

5超長設計

運營控制中心由主樓和裙樓兩部分組成，地下室最大長度為171m，最大寬度為71m。為減小溫度應力影響，出地面后主樓與裙樓之間設置一道變形縫，兼作抗震縫，縫寬150mm。主樓縱向尺寸100m，橫向尺寸30m;裙樓縱向尺寸150m，橫向尺寸21m。因建筑功能、工藝需要，主樓、裙樓結構不能再增設變形縫。為解決結構超長、溫度應力及混凝土收縮對結構的不利影響，結構設計采取以下結構措施:

1)縱向結構梁采用預應力混凝土梁，考慮到施工方便，框架梁施加緩粘結預應力。樓板、屋面板采用無粘結預應力，施加溫度預應力。

2)加強梁、板內溫度抗裂構造鋼筋。適當增加通長鋼筋，盡量采用直徑細、間距密的布筋方法，以減小可能出現的溫度、收縮裂縫寬度。

3)混凝土原材料應采用低收縮、低水化熱水泥(例如粉煤灰水泥等)，采用碎石骨料;頂底板均采用補償收縮混凝土;同時應嚴格控制混凝土外加劑的品種、質量和劑量，嚴格控制水灰比不大于0．5。

4)設置沉降后澆帶、溫度收縮后澆帶，后澆帶寬度0．8m～1．0m，溫度收縮后澆帶內的混凝土在兩側結構完成兩個月后澆筑，澆筑時應用高一強度等級的微膨脹混凝土澆筑?？刂坪鬂矌Х夤鄷r間，應盡量選擇溫度較低時進行后澆帶的澆筑。

5)適當延長養護時間，使結構緩慢降溫，以防溫度驟變、溫差過大引起裂縫;基礎部分及早回填保濕保溫，以減少溫度收縮裂縫;頂板保水養護時間不少于14d。

6)屋面設建筑保溫層，建筑物周邊建筑圍護墻封閉，減小室內外溫差對結構的不利影響。

6結語

本工程結構設計中，結合場地環境、建筑方案、周邊結構特點，針對性解決本工程設計難點問題，采取了相應的結構措施，工程達到了安全可靠、經濟合理。

作者：李寶雄 張雪濤 谷宇春 單位：北京城建設計發展集團股份有限公司