穆 亮 楊 光
(中鐵一院集團(tuán)山東建筑設(shè)計(jì)院有限公司,264200,威海//第一作者,工程師)
城市軌道交通建設(shè)對(duì)城市發(fā)展的帶動(dòng)作用日益凸顯,其沿線的土地價(jià)值升值較快。傳統(tǒng)的城市軌道交通車輛基地存在占地面積大、建筑密度低、用地強(qiáng)度小、對(duì)周邊地塊嚴(yán)重分割等明顯弊端,使車輛基地上蓋物業(yè)開發(fā)的建設(shè)意義及經(jīng)濟(jì)價(jià)值越發(fā)突出,同時(shí)也契合我國(guó)集約用地的發(fā)展理念。
城市軌道交通車輛基地綜合開發(fā)模式有兩種:
(1) 地面式車輛基地物業(yè)開發(fā)。此種模式主要是將車輛基地布置在地面上,通過對(duì)各種廠房及庫(kù)房進(jìn)行整合,形成整體平臺(tái),做為物業(yè)開發(fā)的建設(shè)用地。車輛基地工作空間與上蓋物業(yè)通過平臺(tái)結(jié)構(gòu)板及圍墻徹底隔離,以便于管理。車輛基地位于地面,生產(chǎn)貨運(yùn)流線組織便捷,且工程量相對(duì)較少。通過模擬微地形處理將車輛基地上蓋邊緣與城市空間的結(jié)合部層次化、豐富化、多元化[1]。實(shí)施案例如:青島大田路車輛基地,深圳前海車輛基地等。
(2) 地下式車輛基地物業(yè)開發(fā)。此種模式是將車輛基地的主要大型工藝廠房布置在地下,一些人員集中的辦公空間及火災(zāi)危險(xiǎn)性高的廠房、倉(cāng)庫(kù)布置于地上。這種車輛基地開發(fā)模式充分利用地下空間,結(jié)合軌道交通地下正線布置,減少出入段線拉坡需求,避免設(shè)置地面U型槽,從而保證在工藝生產(chǎn)的同時(shí)將地面城市空間還給公眾,極大地節(jié)約了城市土地,保留了原有城市空間尺度與脈絡(luò)。實(shí)施案例如:青島靈山衛(wèi)車輛基地,深圳中心公園車輛基地等。
由于上蓋物業(yè)開發(fā)的引入,使得車輛基地的設(shè)計(jì)變得異常復(fù)雜。筆者主要以地面式車輛基地為研究對(duì)象,從消防設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、預(yù)留接口設(shè)計(jì)3個(gè)方面,闡述自己的理念及觀點(diǎn),提出設(shè)計(jì)過程中的一些注意事項(xiàng)。
(1)車輛基地內(nèi)按同一時(shí)間內(nèi)發(fā)生1次火災(zāi)工況進(jìn)行消防設(shè)計(jì)。
(2)做為“上民用+下工業(yè)”的建筑綜合體,消防設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于保持兩者的獨(dú)立性,減少相互影響,采取有效的防火分隔措施。
(3)車輛基地和上蓋物業(yè)均應(yīng)設(shè)置不少于2條與外界城市道路相連通的消防車道,且均應(yīng)滿足大型消防車通行的要求。
(4)上蓋物業(yè)以設(shè)有消防車道的蓋板為地面層,計(jì)算建筑的層數(shù)及高度,按照現(xiàn)行GB 50016—2014《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》進(jìn)行消防設(shè)置。
(5)蓋下車輛段消防設(shè)計(jì)的難點(diǎn)在于建筑物的定性,防火分區(qū)面積的設(shè)定以及人員疏散方式。通過前期規(guī)劃設(shè)計(jì),為蓋下車輛基地爭(zhēng)取盡量多的直接對(duì)外的開敞空間,以提高蓋下疏散及救援環(huán)境;應(yīng)提高蓋下耐火等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)和主要受力構(gòu)件的耐火極限;庫(kù)內(nèi)應(yīng)設(shè)置機(jī)械排煙、自動(dòng)噴淋及自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng),提高消防救援設(shè)施的標(biāo)準(zhǔn)。
(1)轉(zhuǎn)換層及其以下結(jié)構(gòu)組成剛度相對(duì)較大的平臺(tái),與上蓋物業(yè)共同形成大底盤多塔結(jié)構(gòu)體系,應(yīng)盡量使上部結(jié)構(gòu)的綜合質(zhì)心與底盤結(jié)構(gòu)質(zhì)心接近。
(2)盡量降低轉(zhuǎn)換層設(shè)置高度,應(yīng)將轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)布置在大底盤內(nèi),調(diào)整轉(zhuǎn)換層上下樓層的剪切剛度,宜盡量接近。
(3)應(yīng)保證轉(zhuǎn)換層樓蓋的剛度,盡量減少樓蓋削弱。樓蓋應(yīng)滿足上部結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件傳來的水平力,并傳遞到下部結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件上去。
(4)抗震設(shè)計(jì)中需加強(qiáng)的部分應(yīng)包括底部及轉(zhuǎn)換層以上1~2層的樓板、剪力墻和柱。結(jié)構(gòu)的延性耗能機(jī)制宜呈現(xiàn)在加強(qiáng)部位以上的結(jié)構(gòu)中[2]。
(1)結(jié)構(gòu)預(yù)留應(yīng)采取安全、經(jīng)濟(jì)、可靠、便于施工的原則,宜適當(dāng)考慮上蓋物業(yè)的調(diào)整,具有一定的包絡(luò)性。
(2)設(shè)備預(yù)留設(shè)計(jì)應(yīng)遵循靈活可變?cè)瓌t,同時(shí)兼顧經(jīng)濟(jì)性及節(jié)省能源原則,使得系統(tǒng)具有高度安全及可靠性,能靈活適應(yīng)不同功能區(qū)域運(yùn)作變化的需求。
車輛基地上蓋物業(yè)開發(fā)是將車輛基地的廠房與物業(yè)開發(fā)的汽車庫(kù)、住宅、商業(yè)用房上下疊加建造?,F(xiàn)行國(guó)家規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)對(duì)此類工業(yè)與民用組合建筑的防火設(shè)計(jì)尚無明確規(guī)定,無設(shè)計(jì)依據(jù)可循。由于蓋上平臺(tái)占地面積較大,而平臺(tái)下車輛基地范圍直接對(duì)外的空間有限,自然通風(fēng)和采光條件差,火災(zāi)救援及人員疏散比較困難,因此導(dǎo)致設(shè)計(jì)復(fù)雜。
一是借鑒相關(guān)規(guī)范,如GB 50016—2014《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》,《地鐵設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(報(bào)批稿);二是結(jié)合國(guó)內(nèi)外已建成類似工程的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn);三是進(jìn)行消防性能優(yōu)化專項(xiàng)設(shè)計(jì)。
以車輛基地蓋板作為設(shè)計(jì)界面,界面上下劃分上蓋物業(yè)開發(fā)與蓋下車輛基地,通過蓋板進(jìn)行完全防火分隔,蓋上、蓋下消防獨(dú)立且互不影響。上蓋物業(yè)開發(fā)與車輛基地分別設(shè)置消防車道、人員疏散口、消防設(shè)施,各類管線不宜穿越蓋板,如圖1所示。
圖1 消防設(shè)計(jì)原則示意圖
上蓋物業(yè)按GB 50016—2014《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》中民用建筑部分要求執(zhí)行;蓋下車輛基地定性為工業(yè)建筑(單、多層廠房、倉(cāng)庫(kù)),按GB 50016—2014《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》中廠房、倉(cāng)庫(kù)部分要求執(zhí)行。
上蓋物業(yè)消防控制中心與蓋下車輛基地消防控制中心各自獨(dú)立,并保證發(fā)生火災(zāi)時(shí)實(shí)現(xiàn)火災(zāi)信息共享,從而有效提高預(yù)警報(bào)警能力,為快速撲救提供保障。
上蓋物業(yè)開發(fā)的消防車道及救援場(chǎng)地設(shè)置在蓋上平臺(tái),此平臺(tái)為開敞的室外空間,可視為上蓋物業(yè)建筑的地面層。蓋板上平臺(tái)建筑密度不宜大于30%,以確保足夠的開敞空間作為人員疏散的安全區(qū),以滿足人員疏散、滯留和等待救援的需求。蓋上平臺(tái)通向地面標(biāo)高的城市道路車行出入口不應(yīng)小于2條,且每條寬度不宜小于7 m,同時(shí)均勻布置人行出入口,使人員可以最終到達(dá)地面標(biāo)高的城市道路[3]。
蓋下車輛基地在工藝廠區(qū)內(nèi)設(shè)環(huán)行消防車道,至少設(shè)置2個(gè)出入口與地面標(biāo)高的城市道路連通,且每條寬度不宜小于7 m。蓋下消防車道頂部盡可能加大敞開范圍,滿足自然通風(fēng)和排煙的要求,建議開敞率原則上不小于25%。對(duì)于地下式車輛基地消防車道,應(yīng)在消防車道與運(yùn)用庫(kù)、檢修庫(kù)等建筑之間設(shè)置防火隔墻。防火隔墻上應(yīng)設(shè)置供消防人員出入的通道,通道處應(yīng)設(shè)甲級(jí)防火門等進(jìn)行分隔。蓋下消防車道的頂棚、墻面、地面裝修材料均為A級(jí),車道范圍內(nèi)不得擺放任何可燃物,不得用于除人員和車輛通行以外的其他用途。
地面式車輛基地防火間距及防火分區(qū)可按GB 50016—2014《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》中關(guān)于地上廠庫(kù)、倉(cāng)庫(kù)的相關(guān)規(guī)定來設(shè)計(jì)。地下式車輛基地內(nèi)的運(yùn)用庫(kù)、檢修庫(kù)等廠房,可參照《地鐵設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(報(bào)批稿)規(guī)定的8 000 m2控制(需設(shè)置自動(dòng)滅火系統(tǒng));咽喉區(qū)視為無人區(qū)、無可燃物,按照構(gòu)筑物設(shè)計(jì),不劃分防火分區(qū),只劃分防煙分區(qū);輔助邊跨設(shè)置獨(dú)立的防火分區(qū)。
對(duì)于人員相對(duì)集中的廠房輔助邊跨應(yīng)盡量靠近蓋板邊緣設(shè)置,以減小消防疏散距離。地面式車輛基地工藝廠房通向蓋下消防車道的出口可視為安全出口,數(shù)量不得少于2個(gè);蓋下人員由室內(nèi)經(jīng)蓋下消防車道最終疏散到蓋外。地下式車輛基地的人員直接通過廠房?jī)?nèi)的封閉樓梯間或防煙樓梯間疏散到地面層;或通過設(shè)置在蓋下消防車道通向地面的出入口進(jìn)行疏散;亦可采用下沉式廣場(chǎng)等開敞空間進(jìn)行疏散,廣場(chǎng)內(nèi)引入消防車道并設(shè)置水泵接合器等消防設(shè)施。
人員到安全出口的距離應(yīng)按照GB 50016—2014《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》表3.7.4控制,地下車輛基地疏散距離可參照北京市DB-11-995—2013《城市軌道交通工程設(shè)計(jì)規(guī)范》第24.2.58條規(guī)定,車輛段基地地下停車列檢庫(kù)室內(nèi)至疏散樓梯間或其他安全出口的距離不應(yīng)超過120 m。
結(jié)構(gòu)構(gòu)件的耐火極限應(yīng)在一級(jí)的基礎(chǔ)上相應(yīng)提高,采取加厚鋼筋保護(hù)層厚度等措施,保證結(jié)構(gòu)柱的耐火極限不小于4 h、蓋板及蓋板梁的耐火極限不小于3 h。同時(shí)蓋下結(jié)構(gòu)承重構(gòu)件強(qiáng)度需滿足蓋上消防車的通行要求。
除咽喉區(qū)及不宜用水保護(hù)或滅火的場(chǎng)所外,蓋下其余位置均設(shè)自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng),庫(kù)房區(qū)域采用快速響應(yīng)噴頭,按照“非倉(cāng)庫(kù)類高大凈空建筑”考慮噴水強(qiáng)度和作用面積。咽喉區(qū)內(nèi)部不設(shè)置室內(nèi)消火栓,沿咽喉區(qū)外消防車道布置距離適當(dāng)加密的室外消火栓。
咽喉區(qū)宜采用自然排煙,且自然排煙有效面積不應(yīng)小于5%;當(dāng)確有困難無法自然排煙時(shí)應(yīng)設(shè)置機(jī)械排煙。蓋下車輛基地?zé)o法自然排煙的廠房、庫(kù)房采取機(jī)械排煙、補(bǔ)風(fēng),補(bǔ)風(fēng)量為排煙量的50%,煙氣結(jié)合蓋上建筑排出室外或直接排放到蓋板邊緣。消防車道頂部蓋板設(shè)自然排煙口,自然排煙口距最不利點(diǎn)距離不大于30 m。
設(shè)置于蓋上平臺(tái)的蓋下進(jìn)風(fēng)、排風(fēng)、排煙口的邊緣與上蓋民用建筑的防火間距建議按照13 m控制,宜采用頂部進(jìn)排風(fēng)方式,避免蓋板上下的相互影響。例如,青島靈山衛(wèi)車輛基地、青島海洋大學(xué)車輛基地及青島遼陽東路車輛基地均采用上述原則及措施。
車輛基地依據(jù)線路布置可分為引導(dǎo)區(qū)、咽喉區(qū)和庫(kù)區(qū)3個(gè)部分。引導(dǎo)區(qū)的用地特點(diǎn)為帶狀,垂直線路方向?qū)挾容^小,通常無法進(jìn)行上蓋物業(yè)開發(fā);咽喉區(qū)部分線路道岔集中布置,結(jié)構(gòu)柱位置、構(gòu)件尺寸等都嚴(yán)格受限,一般結(jié)合建筑布局蓋上布置綠地或其他荷載較輕的開發(fā)模式;庫(kù)區(qū)上方為物業(yè)開發(fā)的重點(diǎn)部分。車輛基地上蓋物業(yè)開發(fā)結(jié)合周圍環(huán)境、城市規(guī)劃、經(jīng)濟(jì)收益等通常采用多層建筑(7層以下)、小高層建筑(7~11層)和高層建筑(11層以上)[4],具體如圖2~圖4所示。
圖2 厚板式轉(zhuǎn)換示意圖
上蓋物業(yè)為多層建筑時(shí),多采用框架結(jié)構(gòu)形式。上蓋物業(yè)框架柱宜結(jié)合場(chǎng)庫(kù)區(qū)內(nèi)柱位置布置(庫(kù)區(qū)內(nèi)受工藝、限界等專業(yè)限制,垂直線路方向柱位通常調(diào)節(jié)能力較差),應(yīng)盡量減少需轉(zhuǎn)換的豎向構(gòu)件。當(dāng)豎向構(gòu)件不能連續(xù)時(shí),可采用轉(zhuǎn)換梁、桁架梁或厚板等轉(zhuǎn)換形式。例如,青島靈山衛(wèi)車輛基地,將7層框架結(jié)構(gòu)地鐵綜合樓布置于庫(kù)區(qū)上方,采用轉(zhuǎn)換梁形式完成轉(zhuǎn)換。
圖3 梁式轉(zhuǎn)換示意圖
圖4 預(yù)留核心筒示意圖
上蓋物業(yè)為小高層建筑時(shí),多采用剪力墻結(jié)構(gòu)。受庫(kù)區(qū)功能限制,上蓋物業(yè)剪力墻均不能落地,此種結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜,不能滿足規(guī)范要求,需進(jìn)行結(jié)構(gòu)超限審查[5]。轉(zhuǎn)換形式通??刹捎每蛑ЫY(jié)構(gòu)或桁架轉(zhuǎn)換。例如,青島海洋大學(xué)車輛基地,將11層剪力墻結(jié)構(gòu)住宅及地下式物業(yè)車庫(kù)布置于庫(kù)區(qū)上方,所有剪力墻均不落地,采用全框支結(jié)構(gòu)體系在物業(yè)車庫(kù)頂完成轉(zhuǎn)換。
上蓋物業(yè)為高層建筑時(shí),多采用框架核心筒或剪力墻結(jié)構(gòu)。因上蓋物業(yè)結(jié)構(gòu)荷載較大和抗震設(shè)計(jì)要求,核心筒無法完成轉(zhuǎn)換,必須落地,周圍框架可進(jìn)行轉(zhuǎn)換,庫(kù)區(qū)建筑布置時(shí)應(yīng)結(jié)合核心筒位置設(shè)計(jì)。當(dāng)高層建筑采用剪力墻結(jié)構(gòu)時(shí),建筑宜采用平面呈長(zhǎng)方形的布局,總平面布置時(shí),各單體宜沿線路方向呈帶狀分布,所有剪力墻全部落地,結(jié)構(gòu)不需轉(zhuǎn)換。例如,重慶大竹林車輛基地,將18層剪力墻筒體結(jié)構(gòu)住宅布置于庫(kù)區(qū)上方,采用核心筒落地,外圍豎向構(gòu)件采用梁式轉(zhuǎn)換。
3.2.1 合理的豎向剛度分布
轉(zhuǎn)換層上下的結(jié)構(gòu)質(zhì)量中心宜接近重合,轉(zhuǎn)換層上下層的側(cè)向剛度比不宜大于2,豎向剛度宜連續(xù),避免突變。因車輛基地層高通常高于住宅、商業(yè)類建筑,結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)時(shí)不宜照搬規(guī)范,對(duì)薄弱層的加強(qiáng)應(yīng)有針對(duì)性。
3.2.2 合理的轉(zhuǎn)換構(gòu)件選擇
結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換構(gòu)件可采用轉(zhuǎn)換梁、桁架、空腹桁架、箱形結(jié)構(gòu)、斜撐、厚板等,轉(zhuǎn)換構(gòu)件的選擇應(yīng)結(jié)合上部荷載條件及功能要求。厚板式轉(zhuǎn)換雖然對(duì)上部結(jié)構(gòu)適應(yīng)性較強(qiáng),利于建筑外立面造型,但其傳力路徑不明、結(jié)構(gòu)概念不清晰、抗震性能差,應(yīng)慎重采用。
3.2.3 精確的結(jié)構(gòu)計(jì)算
對(duì)于復(fù)雜的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu),需采用不同的力學(xué)模型進(jìn)行對(duì)比計(jì)算,輔以靜力或動(dòng)力彈塑性分析,找到結(jié)構(gòu)薄弱位置,對(duì)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)可采用有限元或試驗(yàn)等方法深化研究。對(duì)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)構(gòu)件提出性能優(yōu)化目標(biāo),例如轉(zhuǎn)換梁、框支梁、轉(zhuǎn)換柱等宜滿足設(shè)防地震工況下的抗剪彈性、抗彎彈性,以及罕遇地震工況下的抗剪彈性、抗彎不屈服等指標(biāo),保證關(guān)鍵結(jié)構(gòu)構(gòu)件不發(fā)生脆性破壞。
3.2.4 恰當(dāng)?shù)臉?gòu)造性措施
結(jié)構(gòu)構(gòu)件的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)和有針對(duì)性的構(gòu)造措施是安全性的重要保障,對(duì)復(fù)雜的轉(zhuǎn)換構(gòu)件應(yīng)采用有限元分析方法,提高設(shè)計(jì)精度。
3.2.5 結(jié)構(gòu)抗浮
部分車輛基地采用地下式。對(duì)于地下水位較高的地區(qū),底板水浮力較大,可能存在結(jié)構(gòu)不滿足抗浮的要求。車輛基地占地面積較大,平面基本呈方形,利用圍護(hù)結(jié)構(gòu)通常亦不滿足結(jié)構(gòu)抗浮要求??刹捎眯顾疁p壓方式,降低底板水壓力,解決結(jié)構(gòu)局部抗浮,甚至整體抗浮不滿足要求的問題,亦可合理利用水資源。對(duì)比傳統(tǒng)的抗拔樁、增加上部自重等方式,大幅降低工程造價(jià),經(jīng)濟(jì)性較好。
上蓋物業(yè)開發(fā)受規(guī)劃、市場(chǎng)、開發(fā)主體等影響很大,可能存在與車輛基地設(shè)計(jì)不能同步進(jìn)行的情況,即使同步設(shè)計(jì),亦會(huì)存在不同步施工的情況;后期因外部因素上蓋物業(yè)還可能進(jìn)行重新調(diào)整設(shè)計(jì)。因此,經(jīng)濟(jì)、合理、有一定適應(yīng)性的結(jié)構(gòu)與設(shè)備預(yù)留接口是設(shè)計(jì)需考慮的重要因素之一。
結(jié)構(gòu)預(yù)留接口設(shè)計(jì)需在一定的既定條件下開展,當(dāng)已知上蓋物業(yè)開發(fā)為多層建筑時(shí),可考慮以下預(yù)留方法:①將轉(zhuǎn)換層置于結(jié)構(gòu)第2層,僅施工第1層車輛基地部分,對(duì)可能的上蓋部分進(jìn)行包容性設(shè)計(jì),加強(qiáng)轉(zhuǎn)化范圍內(nèi)的構(gòu)件強(qiáng)度,使得后期上蓋物業(yè)開發(fā)調(diào)整具有一定的靈活性,但第2層柱位已確定,該層建筑布置受限。②采用厚板轉(zhuǎn)換形式,上蓋物業(yè)在厚板上后續(xù)施工。③結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)宜留有后續(xù)加強(qiáng)的可能性,例如留有體外預(yù)應(yīng)力等加強(qiáng)措施的施工條件。當(dāng)已知上蓋物業(yè)開發(fā)為高層建筑時(shí),可考慮以下預(yù)留方法,即設(shè)計(jì)中應(yīng)確定核心筒、落地剪力墻的位置,對(duì)周圍底層框架柱及周邊框架梁進(jìn)行加強(qiáng),從而使后續(xù)上蓋物業(yè)有一定的調(diào)整能力。
針對(duì)地下式車輛基地因不同步施工引起的結(jié)構(gòu)抗浮問題,通過采用泄水減壓方法,并使泄水量具有一定的調(diào)節(jié)能力,來提高結(jié)構(gòu)在上部荷載未施加的工況下的抗浮能力,為分步施工提供可能性,避免僅靠自重抗浮引起的投資。
設(shè)備預(yù)留應(yīng)從軌道交通運(yùn)營(yíng)安全及管線安裝維修方便等方面考慮,在蓋板上預(yù)留共用管廊供上蓋物業(yè)開發(fā)管線使用,亦可在車輛基地廠房上設(shè)有物業(yè)車庫(kù)層兼作為管線轉(zhuǎn)換層。物業(yè)開發(fā)管線不應(yīng)穿越車輛段,以蓋板為界,將上蓋物業(yè)與蓋下車輛基地完全隔離。
對(duì)于上蓋物業(yè)開發(fā)建設(shè)方或業(yè)態(tài)功能不能同步確定的項(xiàng)目,以上預(yù)留方式為后續(xù)建設(shè)提供了一定的靈活性和前瞻性。
城市軌道交通上蓋物業(yè)開發(fā)已成為國(guó)內(nèi)城市軌道交通建設(shè)的共識(shí),是城市軌道交通建設(shè)和城市發(fā)展的必然趨勢(shì)。筆者從消防設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、預(yù)留接口設(shè)計(jì)角度分析了部分設(shè)計(jì)要點(diǎn),可為后續(xù)城市軌道交通上蓋物業(yè)開發(fā)的設(shè)計(jì)提供參考。