某大型商业结构位于地铁车辆段结构顶盖上部,属于地铁上盖物业。该大型商业结构基底面积约21 908m²,总建筑面积约12.3万m²,其主要由一个高层办公塔楼和商业裙房组成,建筑效果图如图1所示。商业地下室总体为4层,局部为3层,办公塔楼地下室主要用于车库。办公塔楼地面以上23层,结构高度为93.4m,标准层层高为3.9m,标准层平面尺寸为42.6m×38.5m。商业裙房地面以上5层(图2),结构总高度为22.6m,其中地面层层高为5.6m,地上1层层高为6.0m,其余各层层高均为5.4m。

　　 本工程结构设计使用年限为50年,建筑结构安全等级为二级,防火等级为一级,设防烈度为7度,设计基本地震加速度值为0.1g,水平地震影响系数最大值:多遇地震下为0.08,罕遇地震下为0.5。场地类别为Ⅲ类,设计特征周期为0.40s。设计地震分组为第二组,办公塔楼抗震设防分类为丙类,裙房抗震设防分类为乙类 ^[1,2],地基基础设计等级为甲级,混凝土结构环境类别地下室临水面和露天混凝土结构为二类b组,室内潮湿环境为二类a组,其余均为一类。50年重现期基本风压为0.60kPa,用于位移控制;塔楼承载力设计时按50年重现期基本风压的1.1倍采用;10年重现期基本风压为0.45kPa,用于舒适度控制;地面粗糙度类别为C类。本工程所在地50年一遇的基本雪压为0.2kPa ^[3,4]。

　　 本工程建于地铁车辆段结构顶盖上部,用地条件如图3所示。

　　 在地铁上盖结构体系中,上盖物业的结构柱应与地铁车辆段结构柱上下对齐,以减轻上盖物业对地铁车辆段结构的影响 ^[5,6]。然而为了满足上盖物业的结构设计要求,本设计中也存在上盖物业结构柱不能完全与地铁车辆段结构柱上下对齐的情况。

　　 该商业结构柱网设计以地铁车辆段结构柱网为参照,通过合理布置,在总计82个商业结构柱中,有约75%的结构柱能与地铁车辆段结构柱上下基本对齐,其余商业结构柱与地铁车辆段结构柱不能对齐。

　　 本研究基于该工程上盖物业结构柱不能完全与地铁车辆段结构柱上下对齐的情况,对上下结构间接驳问题进行研究分析,提出合理的处理方案。

　　 为了解决商业结构与地铁车辆段结构间接驳问题,经过分析研究,提出了该项目的结构间接驳的处理方案 ^[7]:1)在与地铁车辆段结构柱基本对齐位置设置独立基础将荷载传递给下方地铁车辆段结构柱,不考虑与下部车辆段结构顶盖共同受力;2)商业结构柱与地铁车辆段结构柱偏心值在0～1.50m时,商业结构采用独立基础,偏心值在1.50～2.0m时,将柱帽进行连接形成条形基础,条形基础宽6 000mm,长15 000mm,高1 750mm;条形基础与地铁车辆段顶盖结构梁形成叠合构件,与下部车辆段顶盖结构梁共同受力,考虑叠合构件叠合面处产生的水平剪力; 3)商业结构柱作用于柱帽之外时,在条形基础之间的位置设置转换梁,商业结构柱荷载直接作用于转换梁,再将荷载传于两侧条形基础,转换梁为高1 650mm、宽2 000mm的宽扁梁,下方设置100mm间隙与地铁车辆段结构顶盖脱离,避免转换梁因受荷产生的形变对车辆段结构顶盖产生影响 ^[8]。转换梁与车辆段结构顶盖间铺设聚苯板。转换层主要节点大样如图4所示。

　　 地铁设计时,车辆段结构顶盖预留荷载为150kPa,车辆段结构柱的承载力满足上方商业结构的荷载要求。但是未与下方车辆段结构柱对齐的商业结构柱的集中力会对下方车辆段上盖的结构梁产生一个较大的弯矩。为了进一步研究地铁车辆段的结构梁上盖能否承受因偏心集中力产生的弯矩,本文作了以下分析研究。

　　 采用ANSYS 15.0软件,在上部商业结构设计荷载作用下,分别对商业结构柱与地铁车辆段结构柱偏心值取1.00,1.50,2.00m时的基础进行研究和分析,三种ANSYS独立基础受力模型及分析结果见图5～7。

　　 根据图5～7独立基础的力流分析结果,当荷载作用点逐渐向地铁车辆段结构柱中心靠拢时,地铁车辆段结构顶盖的最大变形和最大应力均逐渐变小,当商业结构柱与地铁车辆段结构柱偏心值1.50m以内时,下方车辆段结构梁配筋能够满足该偏心作用产生的弯矩与其他荷载在不同组合工况下的要求。在此类情况下可直接采用独立基础。

　　 对于上下结构柱偏心值为1.50～2.00m时,采用独立基础时下方车辆段顶盖结构梁无法承担偏心作用产生的弯矩,此时将柱帽进行扩展连接,基础形式变为条形基础,其与地铁车辆段顶盖结构梁形成叠合构件。条形基础的标准尺寸为宽6 000mm,长15 000mm,高1 750mm。ANSYS 15.0软件对条形基础情况下商业结构柱偏心为1.50m时的受力模型及其分析结果如图8所示,当上部商业结构基础形式为条形基础时,因上下结构柱偏心1.5m对车辆段结构梁产生的应力应变影响小于上部商业结构采用独立基础且同等偏心值的车辆段结构梁应力应变情况。按照此类模型计算得到的车辆段顶盖结构梁承载力满足上方商业结构柱在各种工况下对车辆段顶盖结构梁的承载力的相关要求。

　　 根据ANSYS 15.0软件力流分析结果,不同基础形式与商业结构柱偏心值下,地铁车辆段结构梁最大变形和最大应力如表1所示。由表1可以看出,上部商业结构基础形式为独立基础时,商业结构柱与地铁车辆段结构柱偏心距离越小,地铁车辆段结构顶盖梁的最大变形和最大应力越小。以1.50m偏心值为临界值,当偏心距离大于1.5m时,上部商业结构基础形式调整为条形基础,相对于独立基础,减轻了上部商业结构对地铁车辆段结构梁的影响。

　　 当商业结构柱与地铁车辆段结构柱偏心值为1.50～2.0m时,由条形基础与地铁车辆段顶盖结构梁组成的叠合构件需考虑下部车辆段顶盖参与受力,分析研究叠合面处的水平剪力 ^[9]。

　　 采用YJK 2.0.0软件对地铁车辆段结构柱网和商业结构柱进行分析,得到最大偏心值为2.00m,取上部商业结构所有工况产生的最大承载力设计值20 000kN,并采用ANSYS 15.0软件建立模型。结果显示条形基础与地铁车辆段顶盖结构梁组成的叠合构件的叠合面处最大水平剪应力为1.20MPa。通过计算,叠合构件叠合面单位长度(1m)的水平剪力设计值为1 560kN。叠合面最大剪应力计算结果如图9所示。

　　 根据《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010) ^[10]对叠合梁受剪承载力的规定,叠合梁受剪承载力V应满足下式:

　　 $V\le 1.2f{}_{\text{t}}bh{}_0+0.85f{}_{\text{y}\text{v}}\frac{A{}_{\text{s}\text{v}}}{s}h{}_0(1)$

　　 式中:V为剪力设计值;f_t为混凝土轴心抗拉强度设计值;b为截面宽度;h₀为截面有效高度;f_yv为横向钢筋的抗拉强度设计值;A_sv为配置在同一截面内箍筋全部截面面积;s为箍筋间距。

　　 经计算分析,当混凝土抗剪贡献度为0时,采用HRB400箍筋,条形基础四周结构板范围内箍筋间距为300mm,地铁车辆段结构梁范围内箍筋间距为200mm,地铁车辆段结构柱范围内布设12根直径为16mm的钢筋;当混凝土抗剪贡献度为30%时,结构范围内箍筋面积相对混凝土抗剪贡献度为0时箍筋面积减少50%;当混凝土抗剪贡献度为60%时,不需要布设箍筋。经过研究分析,该叠合构件抗剪力全部由箍筋(植筋)承担,箍筋(植筋)的布筋示意图如图10所示。

　　 该大型商业结构属于地铁上盖物业,通过设置独立基础,以及在柱间设置条形基础和水平转换构件的形式解决了上部商业结构和地铁车辆段结构竖向构件转换和连接问题,降低了上部商业结构对地铁车辆段结构的影响。

　　 采用ANSYS 15.0软件建模,并通过力流分析得到了竖向构件偏心临界值为1.50m,以该临界值

　　 判定基础形式,分别采用了独立基础和条形基础。条形基础与地铁车辆段顶盖结构梁形成叠合构件,并布设箍筋与地铁车辆段顶盖相连,考虑叠合构件叠合面处的水平剪力,叠合构件的叠合面剪力将全部由所布设箍筋承担。根据验证,上部商业结构在不同基础形式下的设计值均能满足规范的相关要求。同时保证了地铁车辆段结构与商业结构的安全可靠,为类似项目的设计研究提供了一定的指导意义。