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摘要:城市地鐵車輛段或停車場(chǎng)占地面積大,在土地資源緊張的情況下,對(duì)其進(jìn)行上蓋物業(yè)開發(fā)有一定現(xiàn)實(shí)意義。但是因物業(yè)位于停車場(chǎng)上方,振動(dòng)源產(chǎn)生的振動(dòng)通過結(jié)構(gòu)傳入上蓋建筑內(nèi),對(duì)環(huán)境和人員產(chǎn)生一定影響。對(duì)這種影響進(jìn)行試驗(yàn)和理論分析,得出相關(guān)規(guī)律并據(jù)此采取規(guī)劃布置和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)措施,降低振動(dòng)造成的影響。
關(guān)鍵詞:地鐵;車輛段;停車場(chǎng);結(jié)構(gòu);振動(dòng)
地鐵的車輛段、停車場(chǎng)(以下稱段場(chǎng))一般布置在城市的郊區(qū),段場(chǎng)面積一般有20hm2~30hm2,是地鐵工程的重要組成部分。在城市土地資源緊張的情況下,對(duì)地鐵段場(chǎng)上部空間進(jìn)行開發(fā)是必要的。國(guó)內(nèi)多個(gè)城市已經(jīng)進(jìn)行了車輛段上蓋大平臺(tái)的商業(yè)開發(fā),在段場(chǎng)大平臺(tái)上興建住宅及配套社會(huì)車輛停車場(chǎng)及其他商業(yè)建筑等。地鐵段場(chǎng)上蓋綜合開發(fā),是在地鐵段場(chǎng)的上部設(shè)計(jì)建造一個(gè)大面積的鋼筋混凝土平臺(tái),平臺(tái)以下是地鐵段場(chǎng),以上進(jìn)行綜合開發(fā),開發(fā)內(nèi)容包括住宅、醫(yī)院、學(xué)校、商業(yè)建筑、體育館、公園、綠地等。但是,在地鐵段場(chǎng)上方進(jìn)行物業(yè)開發(fā),也存在一些缺點(diǎn),首先是投資巨大,其次是車場(chǎng)內(nèi)的振動(dòng)和噪聲對(duì)上方物業(yè)有不利影響。段場(chǎng)內(nèi)存在多種振源,產(chǎn)生的振動(dòng)沿著鋼軌、道床、結(jié)構(gòu)向上傳播,給人們的生產(chǎn)生活和周邊環(huán)境帶來不利影響。解決段場(chǎng)振動(dòng)產(chǎn)生的問題成為影響上蓋物業(yè)開發(fā)的關(guān)鍵因素。對(duì)于段場(chǎng)上蓋物業(yè)的減振研究及相關(guān)減振措施,已有眾多學(xué)者提出大量成果,但大部分都是集中在車輛、軌道等方面,本文從物業(yè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和規(guī)劃布置方面的減振做一些探索。
1上蓋物業(yè)的振動(dòng)問題
1.1計(jì)算分析
由地鐵誘發(fā)的大地振動(dòng)響應(yīng)及對(duì)上蓋物業(yè)的影響是十分復(fù)雜的,當(dāng)前研究手段主要是采用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)分析,同時(shí)也可進(jìn)行仿真模擬,建立三維仿真模型進(jìn)行計(jì)算分析,計(jì)算結(jié)果作為實(shí)測(cè)分析的必要補(bǔ)充和驗(yàn)證。謝偉平[1]建立了武漢某車輛段上蓋物業(yè)精細(xì)化有限元模型,計(jì)算分析上蓋物業(yè)的振動(dòng)響應(yīng)。計(jì)算結(jié)果表明:車輛進(jìn)出段場(chǎng)引起上蓋建筑物的振動(dòng)頻率較高,房間內(nèi)樓板鉛垂向Z振級(jí)隨著高度的增加先減小后增大。汪益敏[2]分析和評(píng)價(jià)了地鐵車輛段列車運(yùn)行造成的環(huán)境振動(dòng)影響,對(duì)廣州地鐵3號(hào)線廈滘車輛段試車線臨近地面及建筑物振動(dòng)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)。研究結(jié)果表明:當(dāng)車輛段試車線列車正常運(yùn)行時(shí),臨近地面豎向振動(dòng)明顯大于水平振動(dòng),在距離軌道0m~30m范圍之內(nèi),受影響的建筑物內(nèi)部的振動(dòng)超過相關(guān)國(guó)家振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)。
1.2上蓋物業(yè)的振動(dòng)影響因素
上蓋物業(yè)建筑本身既是振動(dòng)的受體,又是振動(dòng)的傳播介質(zhì)。研究表明,建筑物的結(jié)構(gòu)形式、高度、基礎(chǔ)形式等很多因素都會(huì)對(duì)建筑物的振動(dòng)產(chǎn)生影響。魏龍[3]通過計(jì)算分析,研究了地鐵引起的上部結(jié)構(gòu)物的振動(dòng)影響因素。1)建筑物的樓板厚度。從圖1曲線可以看出,建筑物樓板厚度的變化對(duì)樓層振動(dòng)的影響較大,樓板厚度與各樓層豎向加速度振動(dòng)級(jí)相關(guān),厚度每增加0.1m,振動(dòng)等級(jí)減小約2dB,這是由于增大了樓板厚度相當(dāng)于增大了結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和剛度,減弱了振動(dòng)強(qiáng)度。 2)基礎(chǔ)樁徑。從圖2曲線可以看出,建筑物基礎(chǔ)樁徑與各樓層振動(dòng)等級(jí)相關(guān),樁徑每增加0.1m,加速度振動(dòng)等級(jí)減小約0.2dB。3)結(jié)構(gòu)形式。吳凱[4]探討了鄰近地鐵不同結(jié)構(gòu)形式的振動(dòng)特征,建筑結(jié)構(gòu)形式的不同直接導(dǎo)致了荷載傳遞路線的改變,受到振動(dòng)響應(yīng)也不同。針對(duì)地鐵運(yùn)營(yíng)振動(dòng)對(duì)地鐵沿線不同結(jié)構(gòu)形式,對(duì)各類結(jié)構(gòu)形式的振動(dòng)定性分析如下:a.框架結(jié)構(gòu)建筑振動(dòng)響應(yīng)研究表明,振動(dòng)峰值隨著建筑物高度的增加而減小,且柱的振動(dòng)衰減要比周邊構(gòu)件更加顯著。b.砌體結(jié)構(gòu)樓板振動(dòng)隨層高而增大,振動(dòng)主要為10Hz~25Hz的低頻振動(dòng)。c.框剪結(jié)構(gòu)是框架結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)兩種體系的結(jié)合,廣泛地應(yīng)用于各類房屋建筑。上蓋物業(yè)的建筑物一般采用框架結(jié)構(gòu)或框剪結(jié)構(gòu)。實(shí)踐表明,相同體量的框架結(jié)構(gòu)和框剪結(jié)構(gòu),后者的抗振效果好一些。
2上蓋物業(yè)減振措施
2.1前期規(guī)劃
1)建筑規(guī)劃布局。在地鐵段場(chǎng)前期規(guī)劃設(shè)計(jì)階段,充分考慮段場(chǎng)上蓋物業(yè)開發(fā)的范圍、形式和規(guī)模,合理布局段場(chǎng)和上蓋物業(yè)的關(guān)系,在保證段場(chǎng)功能的前提下,通過合理的總體建筑規(guī)劃布局,降低上蓋物業(yè)的振動(dòng)影響。舉例來說,南昌地鐵蛟橋停車場(chǎng)在建設(shè)前,上蓋物業(yè)的開發(fā)納入了整體的規(guī)劃設(shè)計(jì)中。地鐵停車場(chǎng)至上蓋平臺(tái)之間,段場(chǎng)本身的高度有三層樓高,減輕了地鐵線發(fā)出的振動(dòng)對(duì)上部建筑的影響。我國(guó)香港地鐵將軍澳車輛段的上蓋開發(fā),車輛段內(nèi)地面至上蓋之間高度大于10m,鋼筋混凝土大平臺(tái)的厚度為2m,這樣的建筑布局和大面積、大厚度的鋼筋混凝土平臺(tái),顯著降低了下部段場(chǎng)對(duì)上部物業(yè)結(jié)構(gòu)的振動(dòng)影響。另外,上蓋開發(fā)為醫(yī)院、養(yǎng)老院等對(duì)振動(dòng)噪聲有高標(biāo)準(zhǔn)要求的建筑,這些建筑不要直接布置在緊鄰大平臺(tái)的正上方,以減小振動(dòng)的直接影響。2)減小試車線長(zhǎng)度。根據(jù)汪益敏[2]的實(shí)測(cè),當(dāng)車輛段試車線列車高速運(yùn)行時(shí),引發(fā)的地面豎向振動(dòng)明顯大于水平振動(dòng),加速度級(jí)的大小與車輛的速度直接相關(guān)。試車線越長(zhǎng),列車的速度越高,振動(dòng)加速度級(jí)越大。因此,從控制振動(dòng)的角度出發(fā),進(jìn)行上蓋物業(yè)開發(fā)的段場(chǎng),試車線的長(zhǎng)度應(yīng)該進(jìn)行合理控制,必須使上蓋物業(yè)的振動(dòng)達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。
2.2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)措施
1)設(shè)置減振溝。在地表層段場(chǎng)內(nèi)軌道兩側(cè)設(shè)計(jì)減振溝,隔斷車輛、軌道的振動(dòng)由基礎(chǔ)或土體向豎向承載柱傳播,對(duì)上蓋建筑物的振動(dòng)控制有明顯的作用。王藝臻[5]分析了隔振溝的深度、寬度、位置以及溝內(nèi)填充條件等因素的隔振效果。研究表明,隨著溝深的增加,各層垂向振動(dòng)有明顯衰減,溝深度的增加可以增強(qiáng)減振效果,溝寬度在1m時(shí)隔振效果最好。隔振溝靠近建筑物時(shí)隔振效果更好,隔振溝設(shè)置在地表時(shí)隔振效果最好。2)設(shè)置隔振樁。所謂隔振樁,就是在振源和保護(hù)目標(biāo)之間建造一排或幾排混凝土或其他材料的樁,研究表明,隔振樁的排列形式和其相對(duì)位置對(duì)振動(dòng)傳遞的影響較大。無論是建筑物的橫向振動(dòng)還是垂直振動(dòng),隨著隔振樁排數(shù)的增加,建筑結(jié)構(gòu)振動(dòng)總體呈衰減趨勢(shì)。關(guān)于樁的位置,排樁鄰近建筑物時(shí)減振效果較好。同時(shí)隨著樁徑的增大,建筑物橫向振動(dòng)和垂向振動(dòng)的最大振級(jí)逐漸減小。3)在建筑物基礎(chǔ)上設(shè)置隔振支座。一般用橡膠隔振支座進(jìn)行柱底隔振,彈簧橡膠支座的隔振原理是在建筑物底部設(shè)置橡膠支座,對(duì)下方基礎(chǔ)傳來的振動(dòng)起到緩沖作用。橡膠支座的優(yōu)點(diǎn)是成本較低,也容易施工,有一定減振效果,缺點(diǎn)是使用壽命只有20年~30年,一旦達(dá)到使用壽命或損壞,減振效果消失,其更換比較麻煩。4)在結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層設(shè)置減振器。地鐵段場(chǎng)蓋下由于使用功能的需求,建筑物的結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu),其柱網(wǎng)間距較大,而上部物業(yè)建筑一般柱網(wǎng)間距較小,且蓋上建筑剪力墻無法落地,需在蓋上設(shè)置結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層。夏靖[6]提出,將轉(zhuǎn)換層的梁上下分成兩個(gè)部分,在上部混凝土梁內(nèi)設(shè)置減振器,落在轉(zhuǎn)換層的下梁,實(shí)際應(yīng)用情況表明,這種措施具有較好的減振效果,同時(shí)施工方便,造價(jià)較低,施工后的維護(hù)、更換都比較方便。5)合理選擇結(jié)構(gòu)形式。根據(jù)前文論述,不同的結(jié)構(gòu)形式對(duì)振動(dòng)的響應(yīng)是不同的。在常用的砌體結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)和框剪結(jié)構(gòu)中,在受力、經(jīng)濟(jì)等條件允許的情況下,建議選擇框剪結(jié)構(gòu)作為上蓋物業(yè)的結(jié)構(gòu)形式,以提高建筑的抗振性能。
3結(jié)語
地鐵段場(chǎng)的上蓋開發(fā)在很多情況下是必要的,相關(guān)案例也越來越多。但是要解決段場(chǎng)內(nèi)的振動(dòng)對(duì)上部物業(yè)的不利影響是一個(gè)復(fù)雜的問題。本文對(duì)傳統(tǒng)的車輛、軌道減振領(lǐng)域以外的減振方法進(jìn)行了總結(jié)和分析,在建筑規(guī)劃和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面提出了一些具體方法,有些方法已經(jīng)在實(shí)際工程中得到了應(yīng)用,取得了良好的效果。
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[4]吳凱,賈慧娟,陳曦,等.地鐵運(yùn)行激勵(lì)下鄰近建筑結(jié)構(gòu)振動(dòng)的影響因素及評(píng)價(jià)指標(biāo)研究[J].建筑結(jié)構(gòu),2020,47(4):3-4.
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作者:楊洪杰 宋衛(wèi)華 單位:上海申通軌道交通研究咨詢有限公司