深圳地铁2号线蛇口西车辆段保障性住房结构大跨转换梁方案选型分析
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
（China Construction （ShenZhen） Design International Co.，Ltd. ShenZhen 518048，China）
Abstract：In large-span design conditions，the frame-transfer beam structure type selection process is to design an important part. In this paper，the Metro Line 2 in Shenzhen Shekou West depot large span transition structure，analysis of frame-transfer beams component strength，deformation，construction feasibility and other aspects of economic indicators，and ultimately determine the type of project transfer beam structure.
5 转换梁强度、变形和经济、可行性分析
5.1 分析条件 ⑴ 构件选择 在方案阶段选取结构转换层中跨度最大， 构件
内力最大的转换梁进行应力分析，梁跨度为 21.6m。 ⑵ 荷载选择 结构设计采用结构设计软件 SATWE 进行整体
结构建模，选取相应构件设计内力包络值进行分析， 通过模型分析， 该转换构件支座位置最大弯矩 69312kN·m，剪力 28868kN，跨中弯矩 57188kN·m。 5.2 型钢混凝土梁分析
下沉广场
地百度文库
铁
15600 31500
19800
停 车 场
地
铁
休 闲 广 场
下沉广场
（三号平台）
大 南 山
天 桥
图 2 建筑立面图
构方式，其特点在于：下部为地铁车辆段的运营区域， 对于结构竖向构件的位置和截面均有严格的限制； 而在库上设计的 10 栋保障性住房墙柱均难以落地， 形成了大范围的竖向构件转换关系。
摘 要：框支转换梁在大跨度设计条件下，结构型式的选取是方案设计过程中的一个重要环节，文中结合深圳地铁 2 号线 蛇口西车辆段大跨度转换结构，分析了框支转换梁的构件强度、变形、施工可行性及经济性等方面的指标，最终确定了该项目转 换梁的结构型式。
关键词：大跨度转换梁； 型钢转换梁； 预应力转换梁； 经济性
由表 3 可见， 预应力混凝土梁比型钢混凝土梁 造价节省约 43%。
2000×2500 型钢梁 17000
栓钉 7f 19@150
400
600
600 400
150
150
150
150
150
150 150
150
16.700
150
梁顶纵筋（34 32 24/10）
梁腰筋 （22 25@100 对称布置）
2500
⑶ 型钢转换梁平面布置及配筋（如图 5）
5.3 预应力混凝土梁分析
⑴ 预应力混凝土梁平面布置
沿 长 跨 方 向 （17、21m）设 置 4 道 单 向 预 应 力 密
肋转换主梁，沿短跨方向（9m）设置转换次梁。 预应
力梁平面、预应力束形及配筋如图 6 所示。
訷 跨中型钢第 3 主应力 图 4 应力云图
Large-span Transfer Beam Selection Analysis of Shenzhen City Metro Line 2 Shekou West Depot Affordable Housing Structure
Liang Hao Liu Weifeng Shao Jianwei Song Baodong
图 6 预应力转换梁平面布置、预应力束形及配筋
表 2 各转换梁构件跨中裂缝宽度（mm）
裂缝宽度 按程序计算 按预应力
分析
承载力配筋 配筋方案
4 结构型式分析
4.1 塔楼的结构型式 ⑴ 建筑方案考虑建筑物总高 55m，库上 13 层，
层高 2.9m，建筑高度已达到框架结构 A 级高度限制，
故塔楼拟采用框架-剪力墙结构。 ⑵ 本工程为大范围转换结构，在方案设计时根
据 JGJ 3-2002 《高 层 建 筑 混 凝 土 结 构 技 术 规 程 》 4.4.3 条规定， 我们制定满足规范要求的设计方案， 保证结构上下刚度连续，避免出现抗震薄弱层。经试 算运用库 9m×（17m~21.35m） 柱网中，1 层柱截面为 3000×2000，2 层柱截面 2200×1300。 4.2 转换梁的结构形式
目由 1～3 号平台组成，如图 1～2 所示。 1 号 平 台 由 4 座 分 别 为 7、13、17、27 层 的 高 层
住宅和小区幼儿园组成， 建筑单体通过+8.0m 结构 板与地铁车辆段分隔， 并在+12.2m 平台种植绿化， 住宅出绿化平台后设 7m 层高架空转换层。
2 号平台由下部地铁运用库及平 台 上 部 10 栋 保障性住房组成。 地铁运用库层高 10.5m，库顶为上 部物业的停车场，停车场层高 6.2m（结 构 板 标 高 ）， 屋面为物业用绿化层平台，考虑 0.9~1.1m 高覆土和 消防车道，此绿化平台为框支梁转换结构；绿化平台 上部有 10 栋公共廉租房物业，均为 13 层，层高 2.9m， 距地总高 55.0m，采用框架剪力墙结构。 运用库柱子 排列较规整，横向柱距 9.0m，纵向柱距主要为 17.0m， 其中最大跨度21.6m，柱截面为 3000×2000，该 10 栋 塔楼平面形状大多为 L 型或凹槽形，较复杂的平面 均用抗震缝划分为平面形状较规整的多塔建筑。
⑴ 构件分析所用软件为 ANSYS11.0，所用单元 为 Solid45、Solid95， 构件材料的力学性能根据实际
9
2011 年 7 月 第 7 期
广东土木与建筑
JUL 2011 No．7
訳 支座第 1 主应力
訴 支座第!1!主!应力!?
訵 支座 Von-mises 应力
图 3 构件简图
构件所用材料相关参数
第7期 2011 年 7 月
广东土木与建筑 GUANGDONG ARCHITECTURE CIVIL ENGINEERING
No．7 JUL 2011
深圳地铁 2 号线蛇口西车辆段保障性住房 结构大跨转换梁方案选型分析
梁 灏 刘伟峰 邵建伟 宋宝东
（中建国际（深圳）设计顾问有限公司 深圳 518048）
进行设置，对构件所施加
均布面荷载来分析构件
单元应力的大小，构件简 图如图 3。
訶 跨中型钢第 1 主应力
⑵ 由分析结果可
见，结构支座处主要由型钢承受荷载。 在图 4 主应
力图中，型钢翼缘上部拉应力约 228MPa，型钢翼缘
和混凝土结合局部位置应力约 240MPa； 型钢翼缘
下部压应力约 230MPa， 型钢翼缘和混凝土结合局
面筋详见配筋图
8 32
KZL3（8A）（1300×2800） Φ14@100(8) 3×12Φs15.2 14 32;20 32 N32 20
1400
平直段 0.12L0
反弯点 预应力束 （f1，f2，f3）
反弯点 0.12L0 平直段
预应力波纹管
f1 f2
f3
腰筋
L0 2
L0 2
L0
L
底筋详见配筋图 1100
栓钉 7f 19@150
图 5 型钢转换梁平面布置及配筋
10
2011 年 7 月 第 7 期
梁 灏等： 深圳地铁 2 号线蛇口西车辆段保障性住房结构大跨转换梁方案选型分析
10 32 28 32 14/14
KZL1（1100×2800）
Φ14@100(6) 6×12Φs15.2 14 32;28 32 12/16 N32 18
⑴ 隔墙材质及容重：采用加气混凝土砌块，容 重控制 11.0kN m3；
⑵ 根据 GB 50009-2001）（2006 版）《荷载规范》 选用使用活荷载。
⑶ 风荷载：基本风压采用 50 年重现期的风压 值，W=0.75kN m2。
⑷ 地震作用：抗震设防烈度 7 度，抗震设防类 别丙类，设计基本地震加速度 0.1g，建筑场地类别为 Ⅱ类 场 地 ，第 一 组 ，Tg =0.35。
Keywords：large-span transfer beam； type steel ransfer beam； prestressed concrete transfer beam； economy feasibility
1 项目概况
深圳地铁 2 号线蛇口西车端段上盖物业项目， 位于大南山脚下，南临兴海大道，北靠大南山，处于 大南山、小南山、赤湾山环抱之中。 蛇口西车辆段占 地 18.4 公顷，整个基地大致为西北东南向的长方形， 场地 平 整 ，用 地 标 高+18.0m~+20.5m，北 高 南 低 ，主 要用于地铁车辆的检修与停放，主要包括运用库、物 资库、联合检修库、综合办公楼等功能用房。 整个项
訸 跨中型钢 Von-mises 应力
⑵ 主要预应力梁参数、配筋结果及变形控制值 （见表 1）
表 1 主要预应力梁参数及配筋结果
梁类型
截 面 （mm） BH
普通 预应力 预应 总配筋率 钢筋 根数 力度 （%）
17m 转换 1000 2500 14 根 32 36 根 0.62 1.3
21m 转换 1100 2800 28 根 32 72 根 0.62 2.0
⑴ 转换梁设计条件 考虑转换梁最大跨度达到 21.6m， 物业车库层 高 6.2m，建筑能允许的最大梁高为 2.8m。 因车辆段 属于耐火要求较高的建筑物， 因此业主希望采用混 凝土构件，避免纯钢结构的设计。 ⑵ 转换梁型式 考虑转换梁的强度、变形的要求，转换梁的型式 拟采用：型钢混凝土梁、预应力混凝土梁。 下面将重点论证型钢混凝土梁和预应力混凝土 梁的分析比较。
部位置应力约 240MPa。 型钢其他部分应力较低，均
在 200MPa 以下，型钢翼缘周围的混凝土由于在梁端
弯矩和剪力联合作用，应力处于较高水平，混凝土上、
下部应力约为 25MPa。
结构跨中主要承受弯矩作用，且跨中弯矩小于支
座弯矩。 在主应力图中，结构总体应力水平都不高，型
钢翼缘下部拉应力最大值 112MPa，满足要求。
图 1 项目整体设计效果图
8
2 项目特点 本工程 2 号平台采用的是目前国内较少见的结
2011 年 7 月 第 7 期
梁 灏等： 深圳地铁 2 号线蛇口西车辆段保障性住房结构大跨转换梁方案选型分析
JUL 2011 No．7
兴 海兴 高海 架大
道
19800 23100
51400
宅
间
绿
运
地
用
库
（二号平台）
预应力可以在转换梁内产生等效反向荷载，抵 消原一部分竖向荷载，有效提高转换梁的构件刚度。 通过将预应力等效荷载作为恒载反向输入模型中对
比，17m 和 21m 转换梁的弹性挠度由原来的 6，11mm 分别降至 4，8mm，降幅约为 20%～30%。
转换梁构件预应力梁裂缝控制等级为三级，最大 缝宽控制为 0.2mm，各转换梁构件裂缝宽度见表 2。 5.4 型钢混凝土梁、预应力混凝土梁经济分析
28 32 14/14
18 32 16/2
KZL1
箍筋
KZL2（8A）（2200×2800）
Φ14@100(12) 3×12Φs15.2 14 32;32 32 16/16 N32 20
8 32
KZL1 拉接筋
KZL1
留设水平施工缝位置
18 32 16/2
施工缝构造筋
1400
2800
JUL 2011 No．7
2200
500×1000 400×900
3500×2200 800×1500 2900×2200 1700×2200
9000
2000×2500 型钢梁
拉筋 f 8@400（水平） 腹板开洞 f 13
梁箍筋（Φ14@100（8））
KZXL 中的型钢 H2200×1200×32×50
150
梁底纵筋 （42 32 12 30）
同时车辆段是一个多系统、多专业、多单位、多 作业面、时间性强、协调面宽的系统工程，土建施工 环节又与轨道铺设互为制约。 当地铁开始运营后， 土建施工不能影响地铁的正常行驶。
3 结构设计条件
3.1 主要设计参数确定 本项目位于深圳市南山区，根据 GB 50011-2001
《建筑抗震设计规范》抗震设防类别为丙类，《深圳地 铁 2 号线工程详勘阶段蛇口西车辆段岩土工程勘察 报 告 》（2007-11-18）场 地 类 别 为Ⅱ类 ，地 面 粗 糙 度 为 C 类。 3.2 荷载
Abstract：In large-span design conditions，the frame-transfer beam structure type selection process is to design an important part. In this paper，the Metro Line 2 in Shenzhen Shekou West depot large span transition structure，analysis of frame-transfer beams component strength，deformation，construction feasibility and other aspects of economic indicators，and ultimately determine the type of project transfer beam structure.
5 转换梁强度、变形和经济、可行性分析
5.1 分析条件 ⑴ 构件选择 在方案阶段选取结构转换层中跨度最大， 构件
内力最大的转换梁进行应力分析，梁跨度为 21.6m。 ⑵ 荷载选择 结构设计采用结构设计软件 SATWE 进行整体
结构建模，选取相应构件设计内力包络值进行分析， 通过模型分析， 该转换构件支座位置最大弯矩 69312kN·m，剪力 28868kN，跨中弯矩 57188kN·m。 5.2 型钢混凝土梁分析
下沉广场
地百度文库
铁
15600 31500
19800
停 车 场
地
铁
休 闲 广 场
下沉广场
（三号平台）
大 南 山
天 桥
图 2 建筑立面图
构方式，其特点在于：下部为地铁车辆段的运营区域， 对于结构竖向构件的位置和截面均有严格的限制； 而在库上设计的 10 栋保障性住房墙柱均难以落地， 形成了大范围的竖向构件转换关系。
摘 要：框支转换梁在大跨度设计条件下，结构型式的选取是方案设计过程中的一个重要环节，文中结合深圳地铁 2 号线 蛇口西车辆段大跨度转换结构，分析了框支转换梁的构件强度、变形、施工可行性及经济性等方面的指标，最终确定了该项目转 换梁的结构型式。
关键词：大跨度转换梁； 型钢转换梁； 预应力转换梁； 经济性
由表 3 可见， 预应力混凝土梁比型钢混凝土梁 造价节省约 43%。
2000×2500 型钢梁 17000
栓钉 7f 19@150
400
600
600 400
150
150
150
150
150
150 150
150
16.700
150
梁顶纵筋（34 32 24/10）
梁腰筋 （22 25@100 对称布置）
2500
⑶ 型钢转换梁平面布置及配筋（如图 5）
5.3 预应力混凝土梁分析
⑴ 预应力混凝土梁平面布置
沿 长 跨 方 向 （17、21m）设 置 4 道 单 向 预 应 力 密
肋转换主梁，沿短跨方向（9m）设置转换次梁。 预应
力梁平面、预应力束形及配筋如图 6 所示。
訷 跨中型钢第 3 主应力 图 4 应力云图
Large-span Transfer Beam Selection Analysis of Shenzhen City Metro Line 2 Shekou West Depot Affordable Housing Structure
Liang Hao Liu Weifeng Shao Jianwei Song Baodong
图 6 预应力转换梁平面布置、预应力束形及配筋
表 2 各转换梁构件跨中裂缝宽度（mm）
裂缝宽度 按程序计算 按预应力
分析
承载力配筋 配筋方案
4 结构型式分析
4.1 塔楼的结构型式 ⑴ 建筑方案考虑建筑物总高 55m，库上 13 层，
层高 2.9m，建筑高度已达到框架结构 A 级高度限制，
故塔楼拟采用框架-剪力墙结构。 ⑵ 本工程为大范围转换结构，在方案设计时根
据 JGJ 3-2002 《高 层 建 筑 混 凝 土 结 构 技 术 规 程 》 4.4.3 条规定， 我们制定满足规范要求的设计方案， 保证结构上下刚度连续，避免出现抗震薄弱层。经试 算运用库 9m×（17m~21.35m） 柱网中，1 层柱截面为 3000×2000，2 层柱截面 2200×1300。 4.2 转换梁的结构形式
目由 1～3 号平台组成，如图 1～2 所示。 1 号 平 台 由 4 座 分 别 为 7、13、17、27 层 的 高 层
住宅和小区幼儿园组成， 建筑单体通过+8.0m 结构 板与地铁车辆段分隔， 并在+12.2m 平台种植绿化， 住宅出绿化平台后设 7m 层高架空转换层。
2 号平台由下部地铁运用库及平 台 上 部 10 栋 保障性住房组成。 地铁运用库层高 10.5m，库顶为上 部物业的停车场，停车场层高 6.2m（结 构 板 标 高 ）， 屋面为物业用绿化层平台，考虑 0.9~1.1m 高覆土和 消防车道，此绿化平台为框支梁转换结构；绿化平台 上部有 10 栋公共廉租房物业，均为 13 层，层高 2.9m， 距地总高 55.0m，采用框架剪力墙结构。 运用库柱子 排列较规整，横向柱距 9.0m，纵向柱距主要为 17.0m， 其中最大跨度21.6m，柱截面为 3000×2000，该 10 栋 塔楼平面形状大多为 L 型或凹槽形，较复杂的平面 均用抗震缝划分为平面形状较规整的多塔建筑。
⑴ 构件分析所用软件为 ANSYS11.0，所用单元 为 Solid45、Solid95， 构件材料的力学性能根据实际
9
2011 年 7 月 第 7 期
广东土木与建筑
JUL 2011 No．7
訳 支座第 1 主应力
訴 支座第!1!主!应力!?
訵 支座 Von-mises 应力
图 3 构件简图
构件所用材料相关参数
第7期 2011 年 7 月
广东土木与建筑 GUANGDONG ARCHITECTURE CIVIL ENGINEERING
No．7 JUL 2011
深圳地铁 2 号线蛇口西车辆段保障性住房 结构大跨转换梁方案选型分析
梁 灏 刘伟峰 邵建伟 宋宝东
（中建国际（深圳）设计顾问有限公司 深圳 518048）
进行设置，对构件所施加
均布面荷载来分析构件
单元应力的大小，构件简 图如图 3。
訶 跨中型钢第 1 主应力
⑵ 由分析结果可
见，结构支座处主要由型钢承受荷载。 在图 4 主应
力图中，型钢翼缘上部拉应力约 228MPa，型钢翼缘
和混凝土结合局部位置应力约 240MPa； 型钢翼缘
下部压应力约 230MPa， 型钢翼缘和混凝土结合局
面筋详见配筋图
8 32
KZL3（8A）（1300×2800） Φ14@100(8) 3×12Φs15.2 14 32;20 32 N32 20
1400
平直段 0.12L0
反弯点 预应力束 （f1，f2，f3）
反弯点 0.12L0 平直段
预应力波纹管
f1 f2
f3
腰筋
L0 2
L0 2
L0
L
底筋详见配筋图 1100
栓钉 7f 19@150
图 5 型钢转换梁平面布置及配筋
10
2011 年 7 月 第 7 期
梁 灏等： 深圳地铁 2 号线蛇口西车辆段保障性住房结构大跨转换梁方案选型分析
10 32 28 32 14/14
KZL1（1100×2800）
Φ14@100(6) 6×12Φs15.2 14 32;28 32 12/16 N32 18
⑴ 隔墙材质及容重：采用加气混凝土砌块，容 重控制 11.0kN m3；
⑵ 根据 GB 50009-2001）（2006 版）《荷载规范》 选用使用活荷载。
⑶ 风荷载：基本风压采用 50 年重现期的风压 值，W=0.75kN m2。
⑷ 地震作用：抗震设防烈度 7 度，抗震设防类 别丙类，设计基本地震加速度 0.1g，建筑场地类别为 Ⅱ类 场 地 ，第 一 组 ，Tg =0.35。
Keywords：large-span transfer beam； type steel ransfer beam； prestressed concrete transfer beam； economy feasibility
1 项目概况
深圳地铁 2 号线蛇口西车端段上盖物业项目， 位于大南山脚下，南临兴海大道，北靠大南山，处于 大南山、小南山、赤湾山环抱之中。 蛇口西车辆段占 地 18.4 公顷，整个基地大致为西北东南向的长方形， 场地 平 整 ，用 地 标 高+18.0m~+20.5m，北 高 南 低 ，主 要用于地铁车辆的检修与停放，主要包括运用库、物 资库、联合检修库、综合办公楼等功能用房。 整个项
訸 跨中型钢 Von-mises 应力
⑵ 主要预应力梁参数、配筋结果及变形控制值 （见表 1）
表 1 主要预应力梁参数及配筋结果
梁类型
截 面 （mm） BH
普通 预应力 预应 总配筋率 钢筋 根数 力度 （%）
17m 转换 1000 2500 14 根 32 36 根 0.62 1.3
21m 转换 1100 2800 28 根 32 72 根 0.62 2.0
⑴ 转换梁设计条件 考虑转换梁最大跨度达到 21.6m， 物业车库层 高 6.2m，建筑能允许的最大梁高为 2.8m。 因车辆段 属于耐火要求较高的建筑物， 因此业主希望采用混 凝土构件，避免纯钢结构的设计。 ⑵ 转换梁型式 考虑转换梁的强度、变形的要求，转换梁的型式 拟采用：型钢混凝土梁、预应力混凝土梁。 下面将重点论证型钢混凝土梁和预应力混凝土 梁的分析比较。
部位置应力约 240MPa。 型钢其他部分应力较低，均
在 200MPa 以下，型钢翼缘周围的混凝土由于在梁端
弯矩和剪力联合作用，应力处于较高水平，混凝土上、
下部应力约为 25MPa。
结构跨中主要承受弯矩作用，且跨中弯矩小于支
座弯矩。 在主应力图中，结构总体应力水平都不高，型
钢翼缘下部拉应力最大值 112MPa，满足要求。
图 1 项目整体设计效果图
8
2 项目特点 本工程 2 号平台采用的是目前国内较少见的结
2011 年 7 月 第 7 期
梁 灏等： 深圳地铁 2 号线蛇口西车辆段保障性住房结构大跨转换梁方案选型分析
JUL 2011 No．7
兴 海兴 高海 架大
道
19800 23100
51400
宅
间
绿
运
地
用
库
（二号平台）
预应力可以在转换梁内产生等效反向荷载，抵 消原一部分竖向荷载，有效提高转换梁的构件刚度。 通过将预应力等效荷载作为恒载反向输入模型中对
比，17m 和 21m 转换梁的弹性挠度由原来的 6，11mm 分别降至 4，8mm，降幅约为 20%～30%。
转换梁构件预应力梁裂缝控制等级为三级，最大 缝宽控制为 0.2mm，各转换梁构件裂缝宽度见表 2。 5.4 型钢混凝土梁、预应力混凝土梁经济分析
28 32 14/14
18 32 16/2
KZL1
箍筋
KZL2（8A）（2200×2800）
Φ14@100(12) 3×12Φs15.2 14 32;32 32 16/16 N32 20
8 32
KZL1 拉接筋
KZL1
留设水平施工缝位置
18 32 16/2
施工缝构造筋
1400
2800
JUL 2011 No．7
2200
500×1000 400×900
3500×2200 800×1500 2900×2200 1700×2200
9000
2000×2500 型钢梁
拉筋 f 8@400（水平） 腹板开洞 f 13
梁箍筋（Φ14@100（8））
KZXL 中的型钢 H2200×1200×32×50
150
梁底纵筋 （42 32 12 30）
同时车辆段是一个多系统、多专业、多单位、多 作业面、时间性强、协调面宽的系统工程，土建施工 环节又与轨道铺设互为制约。 当地铁开始运营后， 土建施工不能影响地铁的正常行驶。
3 结构设计条件
3.1 主要设计参数确定 本项目位于深圳市南山区，根据 GB 50011-2001
《建筑抗震设计规范》抗震设防类别为丙类，《深圳地 铁 2 号线工程详勘阶段蛇口西车辆段岩土工程勘察 报 告 》（2007-11-18）场 地 类 别 为Ⅱ类 ，地 面 粗 糙 度 为 C 类。 3.2 荷载