云巴項目高架車站及車輛基地建筑物設(shè)計使用年限及結(jié)構(gòu)安全等級研究

歐練文

(中國鐵路設(shè)計集團有限公司廣東分公司， 518052， 深圳∥工程師)

云巴作為一種新型的小運量膠輪有軌電車系統(tǒng)，可以作為地鐵等大運量城市軌道交通系統(tǒng)的有效補充，其有助于緩解城市交通擁堵，提升城市出行效率，減小城市建設(shè)成本。目前，云巴項目在系統(tǒng)配置和主要技術(shù)標準上的國家規(guī)范仍未制定，在設(shè)計過程中缺少可供依托的依據(jù)，因此，本文擬在參考目前既有的城市軌道交通設(shè)計規(guī)范、部分已運營的城市軌道交通線路實際建設(shè)情況，以及部分省市膠輪有軌電車系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范的基礎(chǔ)上，結(jié)合目前在建云巴項目的實際設(shè)計標準，探討云巴項目中高架車站及車輛基地的設(shè)計使用目標年限及結(jié)構(gòu)安全等級。

1 城市軌道交通高架車站及車輛基地設(shè)計使用年限

設(shè)計使用年限是指設(shè)計規(guī)定的結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件不需要大修即可按預定目的使用的年限[1-2]。根據(jù)建筑物在重要性上的差異，可將房屋建筑的設(shè)計使用年限劃分為5年、25年、50年、100年。

1.1 城市軌道交通高架車站、車輛基地設(shè)計使用年限的相關(guān)規(guī)定

與城市軌道交通高架車站及車輛基地結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限有關(guān)的設(shè)計規(guī)范條款如表1所示。這些條款對城市軌道交通高架車站及車輛基地的設(shè)計使用年限作了強制性規(guī)定：高架車站的結(jié)構(gòu)使用年限為100年；車輛基地的結(jié)構(gòu)使用年限為50年。但是，對于高架車站的鋼屋蓋、出入口，以及車輛?？寇噲龆右陨系慕ㄖ铮?guī)范上并沒有對其結(jié)構(gòu)使用年限作強制性要求。因此，在城市軌道交通的實際建設(shè)工程中，不同的結(jié)構(gòu)可能會存在不同的設(shè)計使用年限。

表1 城市軌道交通設(shè)計規(guī)范對高架車站及車輛基地設(shè)計使用年限的相關(guān)規(guī)定Tab.1 Relevant provisions on the designed service life of elevated stations and vehicle bases in urban rail transit design codes

1.2 設(shè)計使用年限在地鐵工程項目上的應用分析

本文選取了部分已運營的城市軌道交通線路，這些線路高架車站的設(shè)計使用年限及結(jié)構(gòu)安全等級如表2所示。

表2 部分城市軌道交通線路高架車站的設(shè)計使用年限及結(jié)構(gòu)安全等級Tab.2 Designed service life and structure safety grade of elevated stations of some urban rail transit lines

表2所列的5條城市軌道交通線路，其車輛基地設(shè)計的使用年限均為50年，結(jié)構(gòu)安全等級均為二級。除北京地鐵S1線車輛基地外，剩余4條線路均采用了“一層停車”的設(shè)計方案，即：城市軌道交通車輛停放在地面軌道上，車輛跟房屋建筑結(jié)構(gòu)是分離的，相當于橋-建分離結(jié)構(gòu)。

北京地鐵S1線和深圳地鐵10號線的車輛基地均采用了“二層停車”的設(shè)計方案。深圳地鐵10號線車輛基地的設(shè)計方案為：城市軌道交通車輛停放在二層樓面的軌道上，車輛跟房屋建筑是合建的，相當于橋-建合一結(jié)構(gòu)?；诖嗽O(shè)計方案，該車輛基地聯(lián)合檢修庫的設(shè)計使用年限為100年，結(jié)構(gòu)安全等級為一級；基地內(nèi)其余普通房屋的設(shè)計使用年限為50年，結(jié)構(gòu)安全等級為二級。

從上述案例可以看出：

1) 高架車站主體結(jié)構(gòu)的設(shè)計使用年限均為100年，結(jié)構(gòu)安全等級均為一級。

2) 不同項目高架車站鋼屋蓋的設(shè)計使用年限和結(jié)構(gòu)安全等級不完全統(tǒng)一，其主要原因為：對于使用年限為50年、結(jié)構(gòu)安全等級為二級的線路，設(shè)計者認為車站鋼屋蓋為普通屋頂，屋蓋若發(fā)生損壞并不影響整條線的正常運營，且站臺層的可用區(qū)域有限、須容納的乘客較少，結(jié)構(gòu)安全等級設(shè)為二級即可滿足要求；對于使用年限為100年、結(jié)構(gòu)安全等級為一級的線路，設(shè)計者認為車站鋼屋蓋與車站主體一起受力，設(shè)計使用年限需一致；而使用年限為100年、結(jié)構(gòu)安全等級為二級的線路，在設(shè)計時取了前面兩種情況的區(qū)間值。

3) 高架車站出入口設(shè)計使用年限與高架車站鋼屋蓋設(shè)計使用年限一致。對于使用年限為50年、結(jié)構(gòu)安全等級為二級的線路，設(shè)計者認為某個出入口拆建并不影響車站其他出入口的正常運營。

4) 車輛基地中，大部分建筑為普通房屋及構(gòu)筑物，因此其設(shè)計使用年限設(shè)為50年；檢修庫內(nèi)股道若位于地面層，其房屋建筑設(shè)計要求與普通建筑一致；股道若位于二層樓面，其房屋建筑的設(shè)計使用年限為50年，結(jié)構(gòu)安全等級為二級。但深圳地鐵10號線涼帽山車輛段雙層聯(lián)合檢修庫采用了設(shè)計使用年限為100年、結(jié)構(gòu)安全等級為一級的設(shè)計標準，這是因為設(shè)計者考慮到房屋建筑內(nèi)存在大量檢修設(shè)備，若房屋建筑損壞或大修，將嚴重影響正常的運營，因此將其設(shè)計使用年限及結(jié)構(gòu)安全等級提高。

基于云巴項目與地鐵高架車站的運行特點有部分類同之處，上述地鐵高架車站的規(guī)定對云巴項目的設(shè)計使用年限及結(jié)構(gòu)安全等級具有一定的參考價值。

2 膠輪有軌電車系統(tǒng)高架車站及車輛基地設(shè)計使用年限的相關(guān)規(guī)定

目前，部分省市頒布了膠輪有軌電車交通系統(tǒng)在設(shè)計或技術(shù)上的地方標準，這些地方標準中對膠輪有軌電車系統(tǒng)高架車站及車輛基地的設(shè)計使用年限要求如表3所示。由表3可知：膠輪有軌電車系統(tǒng)高架車站主體結(jié)構(gòu)的設(shè)計使用年限為100年，車站雨棚、出入口及車輛基地的設(shè)計使用年限并沒有明確規(guī)定，這對于云巴項目的設(shè)計使用年限的參考作用有限。

表3 部分省市膠輪有軌電車系統(tǒng)對高架車站及車輛基地設(shè)計使用年限的規(guī)定Tab.3 Regulation of ruhber-tired tram system on designed service life of elevated stations and vehicle bases in certain provinces and cities

3 兩種設(shè)計使用年限下建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計要求的對比

由上文可知，在城市軌道交通項目中，標志性建筑和特別重要的建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計使用年限一般為100年，普通房屋和構(gòu)筑物的設(shè)計使用年限為50年。設(shè)計使用年限的不同，對結(jié)構(gòu)參數(shù)取值及結(jié)構(gòu)受力分析的影響很大。100年和50年兩種不同設(shè)計使用年限下建筑物結(jié)構(gòu)的設(shè)計要求對比如表4所示。

表4 兩種設(shè)計使用年限下建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計要求的對比Tab.4 Comparison of building structure design requirements between designed service lives of 100 and 50 years

由表4可知，設(shè)計使用年限為100年的建筑，其結(jié)構(gòu)受力為設(shè)計使用年限50年的建筑的1.1倍。結(jié)合GB 50009—2012《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》3.2.2條和3.2.3條公式可知，100年建筑的結(jié)構(gòu)構(gòu)件相較于50年建筑的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，其內(nèi)力增大不小于1.1倍。地震作用下，設(shè)計使用年限100年建筑的抗震設(shè)防烈度相對于50年建筑提高一級，結(jié)合GB 50011—2010《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》中5.4.1條、6.2.2條、6.2.4條和6.2.5條公式可知，相對于設(shè)計使用年限為50年的建筑物，設(shè)計使用年限為100年的建筑物，其內(nèi)力增大約1.1倍，因而結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸及工程造價費用需要相應提高。

深圳某云巴項目車站的造價對比分析如表5所示。對比該站主體部分材料造價可以看出，設(shè)計使用年限為100年的車站造價是設(shè)計使用年限為50年的車站造價的1.17倍。

表5 深圳云巴某項目車站主體部分材料造價對比Tab.5 Cost comparison of certain material in the main structure of a skyshuttle project station in Shenzhen

4 建議

綜上所述，結(jié)合目前在建云巴項目的實際設(shè)計標準，本文提出云巴項目高架車站、車輛基地建筑物的設(shè)計使用年限及結(jié)構(gòu)安全等級建議如下：

1) 高架車站主體結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限設(shè)為100年，結(jié)構(gòu)安全等級設(shè)為一級。

2) 高架車站鋼屋蓋的覆蓋范圍較小、可容納乘客較少，發(fā)生損壞時不影響整條線的正常運營，車站鋼屋蓋的設(shè)計使用年限可設(shè)為50年，結(jié)構(gòu)安全等級設(shè)為二級。

3) 一般情況下，高架車站至少有2個及以上出入口，部分出入口的檢修和拆建不影響車站的正常運營，車站出入口的設(shè)計使用年限可設(shè)為50年，結(jié)構(gòu)安全等級設(shè)為二級。

4) 云巴項目車輛基地的人員較少，股道較多，某條股道的維修一般不影響剩余股道的正常運營，車輛基地建筑物的設(shè)計使用年限可設(shè)為50年，結(jié)構(gòu)安全等級設(shè)為二級。對于與線路運營控制中心合建于停車列檢庫內(nèi)的建筑物，其設(shè)計使用年限可設(shè)為50年，結(jié)構(gòu)安全等級設(shè)為二級，并需提高線路運營控制中心局部構(gòu)件的抗震措施。