刘 曦

（中铁二院工程集团有限责任公司建筑工程设计研究院， 四川 成都 610031）

0 引言

随着近年来城市轨道交通的飞速发展，地铁越来越方便人们的生活，与此同时地铁与其他建构筑物为了实现“无缝”对接，例如高铁、机场、城市综合体等，就会出现地铁顶板直接与上部建构筑物相连，但由于建筑使用功能的要求，上部结构柱网往往与地铁柱网不能统一，随之而来需要在地铁顶板或中板层设置转换结构来进行功能的转换及荷载的传递。高层结构中转换形式较多，例如转换梁、转换厚板。本文通过一工程实例来详细介绍地下工程转换梁的设计。

1 工程实例

本工程为某地铁车站顶板上盖为大型交通枢纽换乘中心，地铁处于地下三层，上部结构轴网为8.4x8.4米，由于地铁使用功能要求，柱距较上部结构大，轴网为12m×12m，同时与上部建筑平面成45°斜交，故在地铁顶板范围内存在大量需要转换的上部结构柱，转换层轴网见图1。圆柱为停车场框架柱，方柱为地铁车站框架柱，两侧墙体为地下车站侧墙，中间墙体为地铁车站中隔墙，剖面图见图2。

（1）结构方案

由于上部结构停车场功能与地铁功能的差别，地铁由于地铁建筑、线路、限界的要求，框架柱的位置不能灵活布置，同时在垂直线路方向上限制柱宽；常规地铁车站为纵梁单向板体系，即延线路方向设置纵向梁，但由于该工程上部需转换的框架柱较多，需横向设置主要转换梁，纵向设置次要转换梁，作为拉结作用，形成交叉梁，增加结构冗余度，系，将上部结构荷载向地铁外墙及中隔墙刚度大的构件传递，此种结构布置方式力传递直接合理。

图1 转换层柱网

图2 地铁转换层剖面示意图

（2）MidasGEN有限元分析转换梁受力

转换梁采用杆单元模拟，地铁侧墙及中隔墙均采用板单元模拟，侧墙及底板均采用弹簧约束，约束刚度均根据地勘提供值确定。

图3 地铁转换层局部MidasGEN模型

1）上部结构框架柱在地铁侧墙正上方

当转换柱在地铁侧墙上，应尽量保证地铁侧墙厚度大于上部结构柱截面，保证上部结构柱钢筋锚固；若上部结构框架柱混凝土强度高于地

铁侧墙混凝土强度等级或上部结构柱底轴力较大，须验算此处局部受压强度，在上部结构柱下对应的墙内设置暗柱可满足局部受压的要求；

图4 地铁侧墙板面剪力图FXX

图 3中箭头示意处为上部框架柱在侧墙正上方，地铁侧墙顶部不设置转换梁转换，由于上部结构柱底弯矩较小，地铁侧墙平面外受弯矩作用较小，在地铁侧墙在上部结构柱下设置暗柱以增加配筋改善侧墙受力。

2）转换梁一端与地铁侧墙刚接局部处理

转换梁一端与地铁侧墙刚接，此处墙体与框架梁刚接处面外弯矩较大，可根据有限元分析结果设置扶壁柱或暗柱，参照地上结构设计规范设计原则，在《高层建筑混凝土结构技术规程 JCJ3-2010》7.1.6条中剪力墙面外有楼面梁刚接时设置扶壁柱或暗柱，一般在地铁车站结构设计中，设置扶壁柱会影响限界要求，故设置暗柱合理。地铁车站墙厚较厚且为面外为主要受力方向，暗柱高度取墙厚，宽度可按实际计算确定，但截面大小不小于上部结构框架柱截面。地铁外墙墙厚1000mm，暗柱尺寸采用2000x1000mm，即暗柱宽度采用两倍墙厚。

图5 地铁侧墙板面外弯矩图MXX

图 4中侧墙顶部与转换梁及次梁刚接处面外弯矩较大，在此处增设暗柱增加配筋以满足侧墙裂缝要求。

3）转换梁设计要点

《高规》中建议转换梁转换梁截面高度不宜小于计算跨度的1/8，本设计由于地铁站台层建筑限高，根据上部结构柱底轴力计算，标准组合最大轴力值11000KN，12米、10米跨度转换梁截面尺寸均采用1000x2000mm。为避免形成梁比柱宽即扁梁的节点形式，转换柱截面沿转换梁宽方向均采用 1000mm宽，如若无法避免采用扁梁，需对框架节点处加强构造并验算节点核心区抗剪承载力。

承载力使用状态下，转换梁截面大小是由剪压比控制，对于地下结构的转换梁剪压比控制为0.2，适当提高混凝土强度等级对转换梁的设计是可取的。同时转换梁跨高比较小，易形成深受弯构件或深梁。根据《混规》G.0.13，深受弯构件的纵向受力钢筋、箍筋及纵向构造钢筋的构造与一般梁相同，但其界面下部1/2高度范围内和中间支座上部1/2高度范围内布置的纵向构造钢筋宜较一般梁适当加强。设计时可通过加强转换梁的腰筋来满足规范的要求。

4）转换梁抗震等级确定

本工程位于抗震设防烈度6度区，根据《城市轨道交通结构抗震设计规范》，地铁抗震设防类别为乙类，上部结构停车楼地上五层，地下两层，地下两层抗震等级为三级，地铁车站位于地下三层，抗震等级设定为三级较为合理。

5）转换梁正常使用极限状态验算

地下结构对裂缝控制较严，一般迎土侧裂缝控制为0.2mm，背土侧为0.3mm；挠度按一般受弯构件控制，由于地下结构转换梁挠度对上部结构受力有影响，应加强对挠度控制，参照《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》中的规定，连续梁边跨挠度不应大于跨度1/800，中间梁跨度不应大于跨度的1/700。

3 结束语

通过对本工程的分析设计，对地下结构存在转换梁设计的工程提出一些建议：

（1）地下工程转换梁设计可参照地上结构转换梁，其抗震等级相比地上结构可适当降低，方案设计时宜考虑双向布置，增加结构冗余度，其构造可参照地上结构转换梁；但相比地上结构，平面应变受力状态的地铁车站结构转换梁对地下结构整体影响较小。

（2）地下结构转换梁应适当提高混凝土等级来满足剪压比的限值，同时适当提高挠度限值以减小对上部结构的影响，挠度限制可参照铁路相关规范。

（3）地下结构应注重构造，在侧墙及中隔墙转换梁支座处设置暗柱暗梁来改善局部应力集中；适当增加楼板厚度提高转换梁承载能力。

（4）地下结构转换梁一般截面较大，属于大体积混凝土，且与上部结构刚接，建筑平面不规则，受力情况复杂，后期的混凝土收缩及温度应力不容忽视，应加强混凝土养护及采取后浇带及跳仓法等方法控制混凝土开裂。

（5）组合结构在地上结构中已广泛使用，未来对地下结构中的组合结构加强应用和研究，减小钢筋混凝土构件截面，提高地下空间的使用效率。

[1]中华人民共和国住建部. 混凝土结构设计规范(GB50010-2010)[S]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2010.

中华人民共和国住建部. 地铁设计规范(GB50157-2013)[S]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2013.

中华人民共和国住建部. 高层建筑混凝土结构技术规程(JGJ3-2010)[S]. 北京:中国建筑工业出版社, 2010.

中华人民共和国住建部. 城市轨道交通结构抗震设计规范（GB50909-2014）[S].北京: 中国计划出版社, 2014.

傅学怡.带转换层高层建筑结构设计建议[J]. 建筑结构学报, 1999, 20(2): 28-42.