地铁上盖物业开发框架柱头设计

（中铁二局勘测设计院有限公司，四川 成都 610000）

0 前言

因城市用地日益紧张，为了减少地铁建设产生的费用，在地铁车辆基地设计时，都会考虑地铁上盖的相关物业开发。由于地铁建筑和地铁上盖物业开发不能同步实施，因此形成设计和施工技术相关方面的难题。该文通过对该行业内的市场调研和计算分析来解决竖向构件设计难的问题。

1 物业开发问题产生的原因

目前国内地铁车辆基地的物业开发建筑，主要集中柱网规整区域，如运用库、联合检修库进行高层物业开发[1]。柱网规整区域均为框架结构，在其屋顶层构预留开发。目前依据《高层混凝土结构技术规程》JGJ 3—2010中规范指定高度进行预留设计[2]。如7度区按50 m，扣除近期地铁建筑部位，其上部仍能再次修建10层～13层建筑。如远、近期业设计单位能在各方协调下同步施工，结合场段区域，部分区域可以按框架-剪力墙结构预留物业开发，建筑高度可达到120 m，上盖层可修建层数达到30层～34层。上盖物业开发可以减少地铁公司的投资、节约国家土地资料、方便城市人员出行。

地铁建筑受到开通时间的限制，设计施工工期都非常紧张。在进行地铁近期设计时，不能更好地结合上盖业态、规划等要求进行最优化的平面布置。上盖物业开发建筑因政府规划和开发单位等等因素未能及时确定，造成此类建筑不能同步实施，部分区域形成设计难题。

针对该类建筑特点，结构就需要满足近期设计、远期设计需求。近期、远期设计技术的要点是解决竖向交界位置竖向受力构件框架柱出屋面柱头设计。

2 远期和近期建筑定义

2.1 近期建筑

地铁建筑是保证地铁运行需求的单层建筑，也被定义为近期建筑。图1为车辆基地近期工艺层局部建筑剖面图。

2.2 远期建筑

远期建筑是指物业开发建筑，其位于车辆基地工艺层上部。一般有一层车库转换层，转换层上进行住宅、办公等开发。

2.3 柱头

近期、远期设计框架柱在出近期屋面位置预留框架柱部分，简称柱头。柱头设计的难题主要体现在预留柱头的高度、钢筋接头方式、钢筋接头百分比如何控制以及柱头耐久性设计[3]。作者经过反复项目调查、分析得出框架柱出屋面做法更加适合项目的柱头预留做法，如图2所示。

3 分析

3.1 力学、计算模型分析

通过力学分析、结合结构模型可以得出框架柱中柱位置X、Y方向的轴力较大、弯矩较小；角柱在地震和风荷载工况弯矩较大、轴线较小[4]。框架柱接头位置宜在应力较小位置，即距离屋面较高位置。

转换层以及上部建筑楼层，因为竖向荷载变小，层高减小，柱截面尺寸应减小来满足结构需求。因为不能同时进行设计，现在拟定采用下层截面才可以满足后期设计需求。

3.2 连接方式分析研究

3.2.1 施工角度连接方式分析

柱头预留钢筋连接方式为绑扎搭接、机械连接和焊接连接。依据混凝土规范中“8.4.2 轴心受拉及小偏心受拉杆件的纵向受力钢筋不得采用绑扎搭接。”[4]由此得出钢筋应采用机械接头或焊接接头。经市场调研发现，大直径钢筋接头主要采用机械连接很少的焊接接头方式。这种方式因为焊接接头质量不容易保证，施工复杂、综合成本高、影响工期；而机械接头可以很好的解决上述问题，综合成本低。因此推荐采用机械连接。

3.2.2 规范角度调查分析

图1 传统车辆基地近期工艺层局部建筑剖面图

柱头设计可以参考国内相关规范，依据如下：1）依据《混凝土结构设计规范》2015版本中8.4.1条“混凝土构件中受力钢筋的连接接头宜设置在受力较小处”。条文解释的具体内容是“接头设置在受力较小处；限制钢筋在构件同一跨度或同一层高内的接头数量；避开结构的关键受力部位，如柱端、梁端的箍筋加密区，并限制结构面积百分率等”。2）依据混凝土规范中11.4.14条“框架柱箍筋加密区长度，应取柱截面长边尺寸（或圆形截面直径）、柱净高的1/6和500 mm中的最大值”。3）力学角度、规范可以得出钢筋不能再同一连接区段内进行100%的连接，依据《钢筋连接技术规程》中4.0.3条钢筋机械连接区段长度用按35d计算。已建项目和在建模拟分析，这个区段长度一般为865 mm～1 120 mm。

3.2.3 分析问题解、决问题和市场调研

柱头的出屋面高度，主要制约因素为上盖首层高度、柱截面尺寸和钢筋直径。具体分析如下：1）钢筋直径，通过模拟分析沿用近期工艺层框架柱钢筋直径可以满足结构设计需求。2）柱截面尺寸受制于上盖物业开发。经分析和调查，这个可以通过有沿用近期柱截面，满足结构设计需求。3）钢筋接头位置、钢筋接头批次问题。经反复查阅国家规范在《钢筋机械连接技术规程》中4.0.3条中2款“接头宜避开有抗震设防要求的框架的梁端、柱端箍筋加密区；当无法避开时，应采用Ⅱ级或Ⅰ接头，且接头面积百分率不应大于50%。”因此解决钢筋接头位置和钢筋接头批次问题。4）耐久性问题。目前上盖物业开发时间，大约在下层竣工验收后的3～5年就开始设计施工。近期框架柱头在露天环境，有些项目柱头埋置在景观绿化的覆土里面。出屋面柱头由于周边是回填土包裹的露天环境，依据《混凝土结构设计规范》（GB 50010—2010）（2015版）中表5.3.2条应按二 a环境进行耐久性设计。5）物业开发首层建筑一般设置汽车库转换层。在汽车库层楼面位置设置300 mm～500 mm厚度覆土层，在覆土层内设置排水沟，通过排水沟解决楼面清洗积水、建筑外圈飘雨积水问题。因此柱头对应区域做法一般同近期工艺层设计施工。此部分截面不影响上层使用需求，同时满足结构安全和耐久性。6）框架柱头，对应区域按近期、远期分析，一般近期考虑1.0 m～1.8 m的覆土。从美观角度一般建议柱头在上述区间内。经过对规范理解以及市场调研发现有表1的多种做法。

通过分析上述6种方案，共同认为下部500 mm同下层柱混凝土，通过对比分析方案6更加适用。但是通过具体项目调查发现部分柱头出现裂缝，耐久性差影响美观。通过表1分析，大家认同下部500 mm同下层柱混凝土，通过对比分析，,表1的第6个方案更加适用。但是通过具体项目调查发现部分柱头出现裂缝，耐久性差、影响美观。

4 结论

综上所述，可以在方案6外部100 mm宽C15混凝土内设置抗裂钢筋网，这样更为合理。后期项目尽量按该文图2类型出屋面柱头进行推广。结构在车辆基地设计中要综合考虑近期、远期时间差对结构设计安全性、耐久性和可操作性问题。重点是解决面框架柱头的此类问题。

图2 出屋面柱头预留做法

表1 出屋面框架柱头的不同做法