地铁综合商业建筑设计难点

【摘 要】西安地铁一号线河站综合出入口建筑造型复杂,各方面限制条件多,设计难点较多.对该项目的结构设计难点问题进行了总结和阐述,比如不规则建筑造型的结构设计处理办法；施工过程中遇到的难题,比如工期相对紧张,后浇带设置影响工期.设计中针对以上难点采取了相应的措施,既满足了结构安全,也达到了建筑效果要求.

【关 键 词】不规则建筑造型；抗拔桩；梁上柱；后浇带

1.工程概况

西安地铁一号线河站综合出入口物业开发项目位于半坡立交南侧地块内.基地北侧为半坡立交,西侧为规划楼及水岸东方售楼中心,南侧为水岸东方住宅小区.用地范围内为地铁一号线河站,自西向东贯穿基地.由于该地块为规划城市绿地,为了不改变地块属性,因此,该方案设计为城市绿色建筑,采用坡地建筑形式,使建筑自然的融合在该环境中.本工程总用地面积16219.89m2,总建筑面积20282.41m2,其中地下5854.57m2,地上14427.84m2,建筑基底面积3694.52m2,容积率0.36.建筑室内设计标高为405.401m,总高度为11.25m.地下三层,地上二层.停车总数为150辆,其中地面46辆,地下94辆.

拟建场地现为地铁施工工地,地形平坦,地面高程介于404.50~404.53m之间.地铁车站主体施工完毕,III号出入口基坑已开挖至坑底,部分主体已施工.根据本次勘察揭露并结合《西安市地铁一号线一期工程详细勘察阶段河东站岩土工程勘察报告》,拟建场地各层土的岩性特征及埋藏条件在此不详述.详勘期间场地地下水位埋深介于5.10-9.70m,属于潜水类型.历史最高水位398.00m,设计抗浮水位402.00,设计抗渗水位为400m.

2.结构设计难点分析

2.1高水位地下建筑抗浮设计

本建筑紧邻河河道,地下三层,地上二层.设计抗浮水位在地下3m左右.本工程的抗浮设计内容如下：

1.上部恒荷载

G等于268134kN

2.筏板恒载（自重+土重+板面恒载）

G等于60367.6kN

3.G总

G总等于等于328501.6kN

4.抗浮设计水位

设计抗浮水位为402.00m,筏板底标高390.594m.

5.浮力

F浮等于ρgV等于1000Kg/M3*10N/Kg*S(筏板面积)*h等于548066.4kN

6.抗浮验算

(1)计算抗浮力

G/S大于等于K,K（地下结构抗浮安全系数,取1.05）

计算抗浮力G等于548066.4*1.05-0.9*328501.6等于279818.3kN

(2)单桩（抗拔桩）抗浮力计算

采用扩底钻孔灌注桩,桩径采用1m,,扩底端直径1.3m,桩长10米.

(3)钻孔选取

在河东站补勘（KC-5车站补勘平面图）中河站物业地下外轮廓范围内选取钻孔为XZ5-18、XZ5-19、XZ5-61、XZ5-67.根据横断面图表示,桩长10米范围内,基本均为卵石土、粗砂、粉质粘土,三种土的钻孔灌注桩的极限摩阻力标准值qsik分别为160Kpa、95Kpa、75Kpa,钻孔灌注桩的极限端阻力标准值分别为2000Kpa、1600Kpa、800Kpa,经对比XZ5-67钻孔桩径范围内只含有粉质粘土,所以单桩抗拔承载力计算值最小,本着最不利原则,经过分析选取XZ5-67钻孔为计算的依据.

(4)抗拔桩承载力计算

抗拔桩总抗浮力等于229*1267.5等于290257.5kN,大于计算抗浮力G等于279818.3,满足抗浮需求.

2.2非规则建筑造型对应的结构处理办法

2.2.1地下部分

由于建筑地下部分紧邻西安地铁一号线河站,收到车站风亭以及扩大段的影响,在紧邻车站一侧形成了一条不规侧的外轮廓线,另外临近半坡立交一侧,也因收到道路的影响,整个建筑的地下平面为一个极不规则的图形.

结构设计针对此难点,采用统一的解决方案,就是在边缘及拐角处设置异性柱,将原本是地下室侧墙和柱重合的部分用异形柱代替.这样一来,结构上不再出现难处理的墙柱交合的节点,亦不会出现非直角拐弯的墙体.保证了结构的安全性和施工期间的可操作性.

2.2.2地上部分

地上建筑部分为两层,其中首层为跨车站上部结构,正立面造型在平面上的组成有两条不规则的直线以及一道弧线组.这一建筑造型的要求,使得结构在定位柱子的时候产生一定的困难.针对这个难点问题,结构统一采用梁上生柱的方法解决.定位时,梁上升柱均体现在梁平面图中,使得结构图纸的层次分明,施工时亦不会出现错楼的情况.地上二层为错层结构,错层位置亦需要通过设置梁上住的方法来解决转交处的结构变换问题.

当然外立面的精细处理最终还是通过建筑外立面装修来实现,玻璃幕墙的使用能够试这一问题得到简化.

2.kpm建模难点分析

上文提到,地上二层为错层结构,仅在建筑的西北角有局部错层,初步建模的时候,设计人将错层部分单独设置为一层,导致结构计算结果出现结构位移超限的情况.而通常针对多层结构,应将其与上一层结构设置为一层,绘图前再通过单独计算,进行梁柱的配筋设计.

3.施工阶段难点分析

3.1地下部分后浇带影响工期

由于地铁一号线2013年9月通车在即,河综合出入口作为河站唯一具有开通可行性的出入口,它的工期将有可能影响到一号线的通车,因此,综合出入口是否能按期完工,具有很大的社会影响力.

地下部分的底板以及各层楼板,按照混凝土结构规范8.1.1的要求,应在结构长度不超过55m的情况下,设置后浇带,并且,后浇带的施工,应在两边结构施工完成后60天后,方可施工.面对如此紧张的工期要求,后浇带的操作方案无法按规范要求实施.针对,这一问题,设计人做出了如下分析：1为了对抗混凝土不均匀收缩,产生不良裂缝的问题,施工过程中采用分段施工的方法,并使用微膨胀混凝土作为普通混凝土的替代材料.这样一来,就解决了,施工阶段以及后期使用阶段,混凝土膨胀开裂的问题.2温度作用使得混凝土不均匀收缩,产生不良裂缝.这一问题又分为两个阶段：首先是施工阶段,整个地下结构的施工工期计划为2013年6月至2013年9月底,按照以往日常生活的经验,这三个月的温差不会超过10度,因此,对混凝土的收缩变形产生的影响并不强烈,因此,施工阶段的温度效应可忽略不计；其次是后期使用阶段,地下室底板以及地面以下各层楼板均位于地表以下2m以外的范围内,温度作用对其影响并不大,而地下部分的顶板,由于计算时考虑了汽车消防荷载的作用,配筋相对已经加强,足以抵抗西安市冬季最低和夏季最高的最大温差（查规范为46度）.

因此,综上所述,结构设计建议取消后浇带的施工,并采取分段施工及采用微膨胀混凝土替代材料的施工方法来代替后浇带的设置.

4.结论

地铁综合商业建筑从建筑设计到结构设计到施工的过程中,通常会受到既有建筑,道路或者功能性要求的限制,因此,此类建筑的综合性很大,需要设计人全方位的考虑问题,并积极采取办法解决相应的难点问题.笔者希望此文能对后续的地铁设计从业人员有所启发,在设计工作中取得更好的成果.

【参考文献】

[1]中国建筑科学研究院.GB50010-2010混凝土结构设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2011.

[2]李国胜.多高层建筑基础及地下室结构设计(附实例)[M].北京：中国建筑工业出版,2011.

作者简介：吕娉霏,现在中铁第一勘察设计院集团工作.