地铁车辆段物资总库结构设计

地铁车辆段物资总库结构设计
马浩佳
(中铁第四勘察设计院集团有限公司城地院武汉430063)
【摘要】以徐州市轨道交通3号线一期工程银山车辆段物资总库为工程案例，从结构建模、基础设计、上部结构设计、牛腿及吊车梁布置四个方面，对物资总库结构设计的关键技术进行了总结，相关结构设计 经验及建议可供类似钢筋混凝土厂房结构设计参考。

【关键词】地铁车辆段钢筋混凝土厂房吊车结构设计
Structural Design of Main Storehouse in Metro Depot
MA Hao-jia
(China Railway SIYUAN Survey and Design Group Co.,LTD.?Wuhan430063)【Abstract】Combined with the case of main storehouse in Xinshan depot of the first-stage construction of Xuzhou Metro Line3 ,the key technologies of structural design of main storehouse were summarized in this pa­per from four aspects:structural modeling,foundation design,superstructure design,bracket and crane beam ar­rangement.Relevant experience and suggestions can be referred to structure design of similar reinforced concrete factory.
【Key words】metro depot;reinforced concrete factory;crane;structure design.
i引言
地铁车辆段作为城市轨道交通的重要组成部分，主要承担车辆停放及日常保养、车辆检修、列车 救援、设备维修、材料供应、以及技术培训等功能，具有总占地面积大、段内单体多、库内设备复杂多 样等特点。

地铁车辆段内主要包括运用库、检修库、材料棚、调机与工程车库、综合楼、牵引混合变电所、物资总库、危险品库、动调试车间、洗车库、污水处 理站、门卫等单体。

其中，物资总库主要承担地铁 系统材料、配件、设备和机具及劳保用品等的采购、存放、发放任务和管理工作[1]。

物资总库一般为主库一层、辅跨两层的钢筋混凝土框架结构厂房，厂房内设有吊车，是地铁 车辆段内比较有代表性的钢筋混凝土厂房。

本 文以徐州市轨道交通3号线一期工程银山车辆段物资总库为工程案例，从结构建模、基础设计、上部结构设计、牛腿及吊车梁布置四个方面，对 物资总库结构设计的关键技术进行了总结，相关 结构设计经验及建议可供类似钢筋混凝土厂房结构设计参考。

2工程概况
徐州3号线一期工程正线起于下淀站，经过金 山桥片区、老城区、翟山片区及铜山新区，终于创业 园站。

线路长18.13km，设站16座，其中换乘站共 5座。

银山车辆段位于线路南端，连霍高速公路以 南、银山路以西、万达路以北地块内。

银山车辆段 效果图如图1所示。

图1银山车辆段效果图
本工程物资总库总建筑面积3664.96m2,主库 一层、辅跨两层，建筑高度14.8m(室外地面至女儿 墙顶高度)。

结构形式为钢筋混凝土框架结构。

物 资总库效果图如图2所示。

图2物资总库效果图
物资总库结构安全等级为二级，结构设计使用 年限为50年，建筑抗震设防类别为标准设防类(丙 类)[2]。

本工程抗震设防烈度7度，设计基本地震加 速度值0.10g，设计地震分组为第三组，场地类别 为II类，特征周期Tg=0.45s，多遇地震水平地震影 响系数最大值0.08 [3]。

本工程50年重现期基本风 压为0.35kN/m2,地面粗糙度类别为B类；50年重 现期基本雪压为〇.35kN/m2。

根据地勘报告，拟建场地土层主要为全新统人 工填土 (约 0.5m)、第⑤3a-4 层黏土 (11.7m~14.2m)，基岩主要为寒武系沉积岩灰岩，局部为燕山早期侵 入岩，该地层岩性及整体性状区域稳定性较好。

寒 武系灰岩为可溶岩，经揭示，拟建场地岩溶强发育，小型溶蚀裂隙多沿节理面发育，溶槽、溶洞发育不规则，多为部分充填，少量为全填充。

⑤3a-4层黏土层 为硬塑黏土，地基承载力特征值fak=280kpa，且土层 分布均匀，厚度较厚，因此本工程基础持力层为⑤3a-4层黏土层，基础形式采用柱下钢筋混凝土 条形基础，主库自动化立体仓储区域由机械专业提 资荷载为10kN/mA2,此区域采用500厚筏板基础。

3结构设计关键技术总结
3.1结构建模
物资总库主库为单层结构，A〜B轴为大件物品 存放区，屋面采用结构找坡，找坡坡度3%，屋面标 高10.500m〜10.950m;B〜D轴为自动化立体仓储 区，屋面标髙13.000m~13.405m，两者屋面扣除梁高 后，净高差1.6m。

该区域设有一台5t电动单梁式 吊车，吊车跨度13.5m，吊车梁跨度6m，轨顶标高 7.2m。

物资总库主库剖面图如图3所示。

物资总库辅跨为两层，一层设置值班室、配电 间、控制室、仪器仪表间、电子电器间、劳保用品间、楼梯间等；二层设置主任室、会议室、财务室、计调 室、办公室、备品间、储运室、卫生间、楼梯间等。

辅 跨一层结构板面标高5.050m，屋面采用结构找坡，屋面标髙10.500m~10.770m。

辅跨出屋面设有两个 楼梯间，楼梯间屋面标高14.500m。

物资总库辅跨 剖面图如图4所示。

本工程建模时，推荐采用如下建模方式：
(1)由于主库两个屋面高差、主库大屋面与辅 跨屋面净高差较小，建议辅跨屋面和主库两个屋面 合并建模，否则会出现整体指标层间刚度比、受剪承载力比超限导致地震内力放大过多的异常情况。

由于主库在10.500标高没有楼板，因此在10.500m 标高增加一个标准层，与实际情况不符。

(2)主库设有吊车，吊车轨顶标髙介
于
图5a 1层结构模型
(基础顶~5.050〇1)
图5b 2层结构模型
(5.050m ~ 屋面）
图 5c 3 层结构模型（10.500m ~14.500m )
5.050m ~10.500m 之间。

YJK 1.9.3之前的版本吊车荷载必须施加在楼层层顶处,为此需在牛腿面标高 处建一个吊车层。

由于增加的吊车层层高较低，而 1层层高较高，这样会导致层间刚度比、受剪承载力 比等整体指标失真的异常情况。

最新的YJK 1.9.3 可以在楼层半高处施加吊车荷载，无需再建吊车层。

(3)
本工程结构超过55m ，计算配筋时需考虑
温度作用，全楼设置弹性膜。

弹性膜真实地计算平 面内刚度，不考虑平面外刚度，除板柱结构、厚板转 换体系外均可采用弹性膜进行计算。

弹性板6真 实地计算楼板平面内和平面外的刚度，从力学模型 的角度看，弹性楼板6相对最符合楼板的真实受力 情况，可以应用于任何工程。

但从工程设计的角度 看，在采用弹性楼板6假定时，部分竖向楼面荷载 将通过楼板的面外刚度直接传递给竖向构件，导致 梁的弯矩减少，相应的配筋也会减少。

弹性板6主 要适用于板柱结构和板柱-抗震墙结构。

弹性板3 假定楼板平面内无限刚，程序仅真实地计算楼板平 面外刚度,弹性板3主要适用于厚板转换体系。

(4)
本工程采用弹性膜计算时，不应勾选“梁与
弹性板变形协调”和“弹性板与梁协调时考虑梁向 下相对偏移”两个参数。

当采用弹性板3或弹性板 6,发挥板面外刚度的作用，以使梁与板共同工作时， 才可勾选这两个参数，可减少梁的受力和配筋。

(5)
当楼梯采用板式楼梯且与结构刚接,或者采
用梁式楼梯时，结构计算时应考虑楼梯构件的影响。

本工程各层结构模型如图5a -5c 所示。

3.2基础设计
本工程场地内岩溶强发育，地基基础设计等级 为乙级。

考虑到浅层存在较厚的工程力学性质较 好的⑤3a -4层黏土层，并且本工程设有吊车，为保 证吊车能够平稳运行，本工程柱下采用钢筋混凝土 条形基础，可有效控制相邻柱基的沉降差。

本工程主库区域框架柱截面尺寸800mm X 800mm ,框架柱计算髙度14.4m ,计算时假定柱底嵌 固，但是由于框架柱计算高度较高，实际受力状态 不可能达到柱底完全嵌固的状态。

本文建议条形 基础除应按地基梁建模进行配筋外，尚应按照同等 截面的独立基础进行建模，验算基础零应力区，控 制零应力区面积不超过基础底面积的15%。

边跨条形基础柱底弯矩较大，如果没有基础拉 梁拉结顧弯矩无餅衡，条形基础受到较大扭矩， 但是软件在进行基础设计时并未考虑条形基础受到 的扭矩作用。

因此，本文建议边跨条形基础如无基 础拉梁拉结，条基板应设置成偏心条基板，条基板形 心宜和基础受到的合力作用点重合，如图6所示。

T J B =1(14B )200/300
B :tt12@150/tt1g150
■
■
.
■
图6
偏心条基板
3.3上部结构设计
前文提到，由于结构计算时假定柱底嵌固，但 是实际受力状态不可能达到柱底完全嵌固的状态。

当主库区域边跨柱柱底发生转动时，柱底弯矩将 减小，边跨柱柱顶及与之相连的屋面梁弯矩将增 大。

因此结构设计时需考虑此种情况，本文建议 主库区域边跨框架柱及与之相连的框架梁配筋应适当增大。

设计时可取横向一榀框架进行平面框架计算，边跨柱配筋取平面计算结果和三维计算结果包络。

对于设有牛腿的吊车柱，咨询及强审均建议采 用箍筋全长加密构造。

3.4牛腿及吊车梁布置
牛腿截面尺寸需要根据计算确定，一般根据工 程经验，对于常规5t或10t吊车，牛腿宽度可取 400mm,牛腿外边缘高度取400mm,牛腿总高度取 700mm。

牛腿大样及预埋件大样如图7、8所示。

275275
牛JI400宽
图7牛腿大样
100 320 100100 200 100
m t g
1:401:40
图8预埋件大样
关于牛腿设计，需要注意以下几点：
(1)牛腿面标髙确定。

牛腿面标髙=轨顶标髙- 轨道联结高度-吊车梁高度-吊车梁下垫板厚度[4][5]。

G)预埋件锚固长度按照受压锚筋锚固长度即 可，当锚筋采用HPB300级钢筋时末端应设有弯勾气 个别设计者按照受拉锚筋确定锚固长度，其值大于 牛腿外边缘高度，与牛腿大样不一致，属于典型的 设计错误。

(3)吊车梁下垫板长度应大于吊车梁下翼缘宽 度、螺母长度、2倍螺母中心至垫板边缘距离三者之 和，螺母与吊车梁下翼缘之间应留有空隙焊接吊车 梁与垫板。

吊车梁的选用，应根据吊车梁跨度，吊车跨度，起重量、吊车类型（梁式吊车或桥式吊车)，按照国 家标准图集《实腹式钢吊车梁吊车梁》03SG520-1选 用。

需要特别注意的是，本工程端跨的吊车梁与国 标图集中的端跨吊车梁有所不同，柱距没有内退 600,因此不能直接选用，需对端跨吊车梁进行修 改,主要调整边跨吊车梁的长度、支座位置、车档位 置、腹板加劲肋的位置。

边跨吊车梁端部构造如图 9所示。

紐柱
\
_
200800800
p G D L6-2B改
/
—
牛腿面标高
<
—
i
—
牛m钱
厂
400,200200
图9边跨吊车梁端部构造
4结语
本文以徐州市轨道交通3号线一期工程银山 车辆段物资总库为工程案例，从结构建模、基础设 计、上部结构设计、牛腿及吊车梁布置四个方面，对 物资总库结构设计的关键技术进行了总结，相关结 构设计经验及建议可供类似钢筋混(下转第56页
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由表3可知，方案一在运营安全性、换乘便捷 性、对铁路运营影响性等方面均有较大优势，因此 本次研究推荐方案一，即智轨系统由沔州大道引入 仙桃站场西侧，与仙桃站平行高架布局。

5结语
综合以上分析，从审批流程、系统运能、技术成 熟度、运营及安全性、建设条件适用行等方面考虑， 仙桃站引入的中运量交通系统推荐采用智轨系统。

引入方案由沔州大道引入仙桃站，位于大福支线站
场西侧，与仙桃站平行高架布局。

参考文献
[1] 中铁第四勘察设计院集团有限公司.仙桃站区概念规
划方案[R ]•武汉：中铁第四勘察设计院集团有限公司，2018.
[2] 中铁第四勘察设计院集团有限公司.仙桃高铁站预留 中运量交通制式分析评估报告[R ].武汉:中铁第四勘察设计 院集团有限公司，2018.
[3] 夏春生.新型中运量城市公共交通系统的分析与实践 [•1].城市轨道交通研究.2018(5):95~100.
[4] 周庆瑞•新型城市轨道交通[M ]•北京：中国铁道出版 社，2005.
收稿日期:2018-11-13
(上接第39页)凝土厂房结构设计参考。

本文的主 要结论及建议如下：
(1)
对于错层屋面，当高差较小时，建议合并一 个标准层建模；对于有吊车的房屋，建议计算整体 指标时，不建吊车层;计算配筋时建吊车层，薄弱层 放大系数设为1。

(2)
当条形基础无基础拉梁拉结以平衡柱底弯
矩时，建议按照同等截面的独立基础进行建模，验
算基础零应力区，边跨条形基础板宜做成偏心条基 板，以平衡柱底弯矩的影响；
(3) 边跨柱柱底不能达到完全嵌固状态，边跨 框架柱及与之相连的框架梁配筋应适当增大。

(4) 对于设有牛腿的吊车柱，建议采用箍筋全
长加密构造。

(5)牛腿设计时需注意牛腿面标高的确定、预 埋件锚固长度、吊车梁下垫板长度等易错点；端跨
的吊车梁与国标图集中的端跨吊车梁有所不同，需 对端跨吊车梁进行修改。

参考文献
[1] GB 5〇l 57_2013,地铁设计规范[S ].北京：中国建筑 工业出版社，2013.
[2] GB 50223-2008.建筑工程抗震设防分类标准[S ].北
京：中国建筑工业出版社，2008.
[3] GB 50011-2010•建筑抗震设计规范[S ].北京：中国
建筑工业出版社,2016.
收稿日期:2018-12-4。