地铁车辆段TOD上盖开发结构预留研究

文／胡鑫 广州地铁设计研究院股份有限公司 广东广州 510000

1、TOD上盖开发结构预留特点

TOD上盖开发结构预留的特点集中体现在以下几个方面：

1.1 开发时序及上盖方案的不确定性

按正常程序，地铁在建设完成所需的预置平台之后，平台再造出来的用地经过“招、拍、挂”流程出让，由开发商再次深入进行物业开发的设计。开发商本应较早地介入项目，进行策划，为地铁建设提供资料输入，对经济性进行把控，而目前车辆段TOD上盖物业开发在建设时序上往往滞后于地铁建设，车辆段设计大多是以地铁建设为主导，为了保证地铁通车的工期，在未取得各部门审批许可的条件下先行确定物业开发条件，以满足车辆段开工建设的需要[1]。在后期物业方案稳定的过程中，输入条件需要进行数次修改。对此，需要在盖下结构设计时进行一定的包容性设计，为后续上盖物业开发调整方案留有一定的调整余地。

1.2 盖下设计时需提前考虑远期物业开发荷载的预留

车辆段设计阶段，需根据上盖物业开发的要求，做好结构荷载预留的条件，包括施工材料设备运输通道、转换层施工荷载、塔吊等吊装设备基础荷载等。

当车辆段两层盖板分期实施时，恒载需结合一期建筑屋面做法及二期建筑楼面做法，取不利工况进行设计。另由于二层盖板施工过程中不能影响车辆段运营，首层盖板的施工通道布置要考虑上层盖板的施工顺序，且应在首层盖板充分考虑施工荷载的预留设计。

当首层盖板与二层盖板同期实施时，首层不应考虑施工荷载，但顶层盖板仍应考虑预留塔吊荷载等。

1.3 结构接口预留应考虑远期TOD上盖物业开发的可实施性

车辆段属于工业建筑，上盖物业开发属于民用建筑，考虑两者间管理界限的清晰，车辆段与上盖物业的交通组织需分开各自单独考虑。因此，上盖物业与地铁如何衔接是在地铁车辆段TOD上盖中重点要研究的技术内容。在车辆段设计中，需结合物业开发方案，预留接至盖上的交通设施设置的条件，包括设施的位置、后期物业开发施工时的可实施性等。因车辆段在设计、施工过程中，物业开发方案有继续调整的可能，原预留条件一旦成形则无法更改，所以上盖预留结构接口条件等研究需在车辆段设计阶段提前落实稳定。

1.4 结构预留设计存在结构超限工作的前置性

TOD上盖开发通常均存在结构超限情况，其主要原因包括以下2点：

（1）上盖物业大多为小开间轴线布置的住宅与办公楼等，柱网及开间尺寸大部分为3.3～5.4m×5.1～6m，由于建筑功能的要求，盖下一般设有停车场、列检库、运用库等，因此盖下结构均是柱网较大的厂房，柱网尺寸一般为 7.2～8.4m×12～18m。在结构设计中，由于上盖物业与下层厂房的柱网难以保证对齐，上部楼层的竖向构件不能直接连续贯通落地，需要在结构改变的位置布置水平转换构件即转换层来完成对上、下不同柱网，不同开间的结构转换，并合理解决竖向结构的突变使得竖向抗侧力构件不连续问题，同时由于盖上结构的抗侧力构件不能直接落地，因此盖上与盖下结构存在刚度突变与承载力突变，这样会直接导致结构出现软弱层与薄弱层并存的问题。

车辆段上盖超限不规则项通常集中体现在以下几项：扭转不规则、凹凸不规则、楼板不连续、刚度突变、构件间断、承载力突变。

（2）根据已建成TOD上盖物业的车辆段使用来看，伸缩缝处是建筑防水的最薄弱环节，而且由于建筑功能要求，这类建筑要求尽量少设缝，这样必然会出现大底盘多塔楼问题，以及大底盘与上盖结构底层的形心存在较大偏心的问题，即塔楼偏置问题，塔楼偏置会导致结构在地震作用下发生较大的扭转效应，影响结构的安全以及非结构构件的正常使用。

由上述可知，带上盖车辆段结构存在转换层、竖向刚度突变、多塔、塔楼偏置等诸多复杂因素。作为超限高层结构，结构设计时应增加抗震性能设计，在盖下设计阶段需提前进行结构超限预审查工作，以保证盖下结构预留的合理性和可靠性。

2、TOD上盖开发结构预留重难点

2.1 结构体系布置方案的确定及要求

由于车辆段功能的要求，车辆段多为高大空间，一般停车列检库，结构层的层高约为10～11m，检修库更是达到了约14m，而上盖开发标准层的层高一般为3m，小汽车库最高约6m，上下层层高相差大，造成结构刚度的突变，容易在首层同时形成薄弱层及软弱层。另外车辆段由于受轨道、行车及检修等功能限制，对限界要求严格，造成上部物业开发的结构竖向构件无法直接落地，尤其是垂直轨道方向的剪力墙基本无法落地，存在较多的上部竖向构件转换甚至二次转换的情况。

因此，设计时应在满足建筑功能要求的基础上，选用合适的结构体系和结构类型，具体原则如下：

（1）上盖塔楼剪力墙、柱转换方案，应根据各个车辆段的具体情况制定转换方案，原则上在不影响车辆段使用要求时，上盖塔楼的剪力墙尽量落地，能不转换则不转换，能少转换则少转换。当上盖塔楼的剪力墙、柱无法避开车辆段的轨道、库房、消防车道等使用功能，必须进行竖向结构的转换时，尽量采用低位转换，因为从土建成本考虑，在首层盖板转换的土建成本要比在二层盖板转换的低。但考虑到车辆段使用空间的净高要求、综合管线布置等要求，往往不允许在首层盖板进行结构转换，此时只能在二层盖板进行结构转换。上部物业开发方案的灵活可调性及对车辆段影响最小化的角度出发，二层盖板进行转换更为适宜。

（2）充分考虑项目车辆基地盖板及上盖物业在开发、设计、施工等各阶段的有效衔接和使用的经济性，合理利用地形条件制定相关技术措施。

（3）除满足建筑要求外，剪力墙、柱布置应做到经济合理，结构侧向刚度不得过大，剪力墙、柱轴压比在满足规范要求前提下尽量均匀且不得过小，尽量接近规范上限，尽量少采用短肢剪力墙，以免增加配筋量。

（4）大跨度的屋盖视实际需要可采用钢结构、组合结构、预应力混凝土等。

（5）盖板宜优先选用单向板结构体系，次梁垂直轨道方向。

（6）咽喉区盖板应尽量加大柱距，减少框架柱数量，尽量满足咽喉区行车瞭望安全距离要求。

（7）多塔楼结构宜按整体模型和塔楼分开的模型分别计算。当塔楼周边的裙楼超过两跨时，分塔楼模型宜至少附带两跨的裙楼结构。

2.2 结构荷载预留应全面考虑各工况条件进行综合分析

除特别规定外，荷载应按现行荷载规范取值。结构设计对承载力极限状态和正常使用状态分别进行（效应）组合，并应取各自最不利的效应组合进行包络设计，并考虑活载不利布置。施工荷载（塔吊荷载及施工车道荷载除外）及调蓄蓄水荷载分项系数取1.0。

首层盖板（远期为上盖物业车库层），结构设计应按照两个阶段的工况进行包络设计：

2.2.1 临时屋面阶段

荷载类型：临时屋面附加恒载、温度荷载、消防车荷载、施工荷载、调蓄蓄水荷载（可不与施工荷载组合）、风荷载、地震荷载、盖下车辆基地荷载要求（如风机、天车、综合支吊架、接触网）等。

受力模型：单层盖板。

2.2.2 使用阶段

荷载类型：车库层楼面附加恒载、温度荷载、车库楼面活载、消防车荷载、施工荷载（如后续建设需要）、上盖物业预留荷载、风荷载、地震荷载、盖下车辆基地荷载要求等；

受力模型：包含远期上盖开发部分的完整模型，建议在塔楼内额外考虑一层架空层荷载（用于处理覆土盖板处的室内外高差）。

2.3 盖板结构分缝设置原则

（1）有上盖高层建筑的盖板，在满足盖下需求的前提下，应结合上盖高层建筑布置分缝，尽量避免塔楼严重偏置，且分缝应考虑盖下库房布置位置，尽量避免分缝位于库房及单体内。同时盖板分缝后的单个结构单元内应尽量保证上盖建筑结构形式一致、建筑高度相近。

（2）盖板变形缝的设置，根据混凝土结构设计规范，框架结构露天工况的伸缩缝最大间距为35m，盖板若按此构造规范进行变形缝的留设会出现大量的变形缝，导致土建的成本增加，建议通过计算合理进行变形缝的设置，即通过温度应力的分析计算来指导变形缝的设置，避免变形缝设置过多所带来的使用不便及成本增加的不利影响。盖板分缝间距建议取150～200m。且应按规范要求设置后浇带，设置间距可取30～40m，带宽 800～1000mm，钢筋采用搭接接头，后浇带混凝土宜滞后45d以上浇筑。

（3）对于变形缝处，尽量不要布置双柱，采用两边向变形缝悬挑的形式，如果悬挑跨度太大，考虑变形缝接水槽施工不便的问题，建议变形缝双柱净距取800mm。变形缝处双柱宜采用同类型柱，应尽量避免一侧为方柱、一侧为圆柱。

3、TOD上盖开发不同结构预留体系对比分析

根据对全国各地铁车辆段TOD上盖开发项目的统计，其结构体系主要有以下几种预留方案：（1）框架结构。（2）剪力墙结构。（3）部分框支剪力墙结构。（4）层间隔震结构。（5）全框支剪力墙结构。

3.1 框架结构

在工艺及限界允许范围布置框架转换柱，上盖建筑采用框架结构托柱转换，无须设置落地剪力墙。一般在上盖开发强度较低，开发高度能满足框架结构A级高度情况下，结构体系可采用框架结构。如盖上的公共建筑部分，包括学校、幼儿园等。转换形式一般为托柱转换，而此类结构体系满足高规中框架结构的对应要求，结构设计相对简单，缺点是当上盖为住宅或公寓时，框架结构的梁柱会影响上盖的使用效果。

3.2 剪力墙结构

轨道间预留约30m宽白地范围，以布置高层建筑，在此范围内不布置列车轨道。此布置方法在增加少量用地的情况下解决了高层建筑与轨道在空间上的矛盾，可不用进行转换，所有墙柱全部落地。该方案优点是经济性好，不用转换，且户型基本不受轨道影响，可灵活布置。缺点是会占用车辆段用地面积，轨道布置需避开塔楼投影范围。

3.3 部分框支剪力墙结构

下图中阴影部分为工艺及限界允许范围，尽量在每条线路之间均设置可布置结构柱（墙）位置，中间为列车位置，布置的基本思路是使电梯间形成的核心筒直接落地，其余剪力墙尽可能多的落地，上部住宅剪力墙仅个别需要转换，这样，上盖开发高层建筑基本能满足部分框支剪力墙结构的各项要求，可按高规的部分框支剪力墙结构进行设计。该方案优点是适应于高强度的车辆段上盖开发，结构设计相对常规，缺点是轨道对上部户型影响较大，只有特定的户型，才能满足极少转换的要求，二级开发建筑方案灵活性大大降低。

3.4 层间隔震结构

一般在车辆段盖板顶部设置隔震层，将车辆段上盖结构与盖板采用隔震支座连接。该结构形式优点：（1）转换层上、下部结构由隔震层分开成为两个相对独立的结构体，不会因为结构刚度突变产生应力集中给结构造成不利影响，因此隔震层以下框支层的刚度可适当降低，提供更大的建筑空间，底部大空间的布置可更灵活。（2）上部结构地震反应减小，同时隔震层上部结构抗震措施可降低一度，节约工程造价。缺点：（1）增加了一个隔震层（约1.5m），结构多一层梁板。（2）隔震层上下的设备管线等需采取相应的措施，如需采用柔性连接。

目前设防烈度为 8 度的地区，车辆段上盖多采用隔震结构，如北京的五路车辆段上盖、西平府车辆段上盖。7 度区也有采用隔震结构的案例，如徐州杏山子车辆段上盖等。然而，在低烈度区，由于隔震结构经济性不明显，甲方往往不愿意采用隔震结构的形式。

3.5 全框支剪力墙结构

在多数情况下，车辆段布置不能完全满足采用部分框支剪力墙结构的条件，且随着市场对上盖住宅品质追求逐渐提升，而部分框支剪力墙结构存对二级开发户型灵活性限制等缺点，渐渐难以满足车辆段上盖开发的需求。全框支剪力墙结构体系[2]应运而生，该结构体系上盖塔楼剪力墙全部在盖板顶转换，盖下全部采用框支柱。此种结构形式优点：（1）因为无剪力墙落地，所以对盖下建筑、工艺及轨道的布置影响更小。（2）二级开发时的盖上户型不受已经施工的落地剪力墙限制，可以灵活地调整，若采用厚板转换，则建筑户型调整的灵活性更高。缺点：（1）全框支剪力墙结构为现行国家规范所列体系之外的一种新结构，设计分析较为复杂，但已纳入广东省高层建筑混凝土结构技术规程中[3]。（2）需保证盖下竖向构件及转换层具有足够的刚度和强度，框支柱、转换梁（厚板）截面较大，经济性略差。

全框支剪力墙结构转换层可采用梁式转换、厚板转换、桁架转换或箱式转换。

3.6 不同结构预留体系对比

几种车辆段TOD上盖开发结构预留体系对比及适用情况如表1所示：

表1 车辆段TOD上盖开发结构预留体系对比表

结语：

综上所述，地铁车辆段TOD上盖开发结构预留，涉及上部建筑与下部建筑的相互衔接关系，体现在对整体结构的布置和计算进行全面考量，以保证下部结构预留的合理性，以及后续上盖开发的可实施性。在工程项目前期设计阶段统筹结构预留工作，可以为整个项目带来更大的自由度，对于控制整个工程项目开发成本具有重要的意义。