叶志雄 刘智 张峰

(中铁第四勘察设计院集团有限公司 湖北武汉 430063)

1 工程概况

厦门BRT同安枢纽站位于同安中心城区，环城西路与凤岗路交叉口东北侧。项目占地面积17 354m2，总建筑面积为41 164m2，地上3层(不含夹层)，地下1层。地上3层建筑集BRT车辆停车、检修、保养和BRT管理配套等功能为一体，可停放41辆18m长的BRT车辆；地下1层为185个社会停车位、民防设施等，是一个大型交通配套综合枢纽工程。该项目与BRT高架桥相连，如图1所示。

该建筑总长度168.5m，宽度为61m，主要轴网尺寸为8.5m×8.5m，梁最大跨度为25.5m，建筑高度22.60m。主体采用钢筋混凝土框架结构，基础采用钻孔灌注桩+承台基础。

2 结构设计标准与方案

该建筑地下1层为社会停车库，地上3层包括屋面都是BRT停车库，采用预应力混凝土框架结构，中部设一条抗震缝，设缝后结构长度分别为118.5m、50m。该结构采用技术标准如下：

(1)主体结构设计基准期50年，设计使用年限为50年，设计耐久年限50年，结构安全等级为二级。

(2)抗震设防类别：结构抗震设防类别为乙类。所在地区的抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度0.15g；设计地震分组为第二组，场地类别为Ⅱ类，特征周期为0.40s，多遇地震水平影响系数最大值 0.12。抗震措施按 8度考虑。

(3)结构抗震等级：一般结构抗震等级为二级。大跨度框架梁、柱抗震等级为一级。地下室框架抗震等级为二级。

(4)基本风压：W0=0.80kN/m2(重现期 50 年)。地面粗糙度：B类。

(5)地下室底板、地下室外墙、屋面板等的裂缝控制等级为三级，裂缝控制宽度为0.2mm。大跨度预应力梁的裂缝控制等级为三级，裂缝控制宽度为0.1mm。其它一般混凝土构件裂缝控制等级为三级，裂缝控制宽度为0.3mm。

(6)该工程地基基础设计等级为乙级，桩基设计等级为乙级。

该工程采用混凝土框架结构，主要信息如下：

地下一层：层高4.75m，地下室外墙、底板、顶板、梁采用C35，柱子采用C40混凝土。底板典型尺寸8.5m×8.5m，不设次梁，板厚450mm；地下室外墙厚400mm。柱子截面尺寸主要有1200mm×1500mm，1000mm×1000mm，600mm×600mm，只到地面的柱子下设抗拔桩。

地面层：梁板采用C35混凝土，梁跨8.5m，板跨4.25m，主梁截面400mm×1200mm，次梁截面300mm×1000mm；停车库采用双向板，板厚200mm。

地面二层：层高6.8m，梁板采用C40混凝土，梁最大跨度25.5m，截面1000mm×2000mm。停车库采用双向板，板厚200mm。

地面三层：层高6.8m，梁板采用C40混凝土，梁最大跨度25.5m，截面1000mm×2000mm。停车库采用双向板，板厚200mm。该层设有BRT始发站台，右下角部接对接BRT桥梁。

屋面层：层高6.8m，梁板采用C40混凝土，梁最大跨度25.5m，截面1000mm×2000mm。停车库采用双向板，板厚200mm。

该工程场地土自上而下各土层分别为：(2)淤泥质土、(3)1粉质粘土、(3)2中砂、(4) 卵石、(5) 残积砂质粘性土、(6) 全风化花岗岩、(7)1散体状强风化花岗岩、(7)2碎块状强风化花岗岩、(8)中风化花岗岩。其中(7)2层和(8)层力学强度高，工程性能好，其岩石饱和抗压强度标准值分别为7.5MPa、42.5MPa。

根据该工程地质状况，采用直径1000mm、1200mm、1400mm钻(冲)孔灌注桩，端承摩擦型桩。桩端持力层为(8)中风化花岗岩，或者(7)2碎块状强风化花岗岩。桩身进入持力层(7)2强风化花岗岩深度为3m，进入(8)中风化花岗岩为1m。单桩承载力分别为6000kN、9500kN、13 000kN，柱下多是单桩或两桩。

3 结构设计的重点和关键

该工程体量较大，每层都是车库或者回车场，车辆荷载动荷载较大，坡道关系复杂，结构设计的难点主要有活荷载等效及折减、大跨度预应力梁设计、超长混凝土结构设计等[1]。

3.1 活荷载等效及折减

房屋建筑结构计算时，对于车辆荷载产生的作用，是按照《建筑结构荷载规范》GB 50009附录C的相关规定，将车辆荷载折算成楼面等效活荷载进行结构分析。在等效荷载的计算时，将车辆的动荷载、振动等作用考虑在1.3的动力系数中[2]。

根据车辆专业提资，满载时BRT车辆重29.5t，按三轴布置，P=100kN，荷载图式如图2所示。

图2 BRT车辆活载图式

BRT车辆荷载按照荷载规范进行等效，需考虑车辆最不利的行驶、停放位置，考虑车辆的动力冲击作用。借助工具箱进行有限元计算，得到各种情况下楼板、梁最大弯矩、剪力，然后根据以下两个公式，分别得到楼板、梁的等效荷载值。

式中：S为梁间距，L为梁跨度。

在确保安全的基础上尽量经济，楼板计算采用一个等效荷载值，梁、柱计算采用另一个等效荷载值。另外，对行驶消防车辆的车道，还需考虑消防车荷载，如表1所示。基础设计时，不考虑活荷载的折减，不考虑消防车荷载。

表1 车辆等效荷载

3.2 大跨预应力梁设计

该项目二层、三层、屋面层局部都采用大跨度预应力梁，梁最大跨度为25.5m，梁截面为1000×2000，柱子截面为1200×1500。预应力梁采用φs15.2低松弛钢绞线，强度标准值fptk=1860MPa。该工程预应力施加的原则是，恒载作用下大跨度混凝土梁处于全截面受压状态。经过反复试算，中部梁主要用4束13φs15.2；边跨梁主要用3束14φs15.2、3束12φs15.2等，其中二层楼面预应力筋布置如图3所示。

所有预应力钢筋线型为基本线形 C4，基本线型参数k1=k3=0.15，k2=0.5，e1=e3=250，e2=400(表示方法参见06SG429)。

图3 二层楼面预应力筋布置

预应力梁尽量采用两端张拉，抗震缝两侧采用单端张拉。预应力采用三维模型计算，并用工具箱复核预应力度、配筋率、受压高度比、配筋量比值等构造要求。预应力设计的参数如下：

(1)预应力筋：φs15.2低松弛钢绞线，强度标准值fptk=1860MPa，满足《预应力混凝土用钢绞线》GB/T5224，并按有关规定进行抽检和验收。

(2)锚具：张拉端采用夹片锚具；固定端采用挤压锚具。该工程采用 Ⅰ类锚具，应满足《预应力筋用锚具、夹具和连接器应用技术规程》JGJ85及《预应力筋用锚具、夹具和连接器》GB/T14370中的各项要求。锚具中锚环、喇叭管与螺旋筋配套使用，以保证张拉端及固定端的混凝土局部承压强度。

(3)孔道埋管：选用圆形镀锌金属波纹管。

(4)张拉控制应力为 0.75fptk，并采用超张拉法减少预应力损失，从应力为 0开始张拉至 1.03倍张拉控制应力。要求有粘结筋同一孔应整束同时张拉，不得采用单根张拉法。

3.3 超长混凝土结构设计

由于受坡道、楼扶梯的影响，该项目结构地上部分只能设1道抗震伸缩缝，设缝后结构长度分别为118.5m、50m。由于结构超长，结构设计时采取如下措施：

(1)地上结构采用微膨胀混凝土。要求混凝土的限制膨胀率为0.02%～0.04%，膨胀剂的掺量应经试验决定。

(2)长118.5m地上部分采用2道膨胀加强带。加强带掺高性能混凝土膨胀剂，要求混凝土的限制膨胀率为0.035%～0.045%。膨胀加强带做法如图4所示。

图4 膨胀加强带做法

膨胀加强带的施工要求：以加强带划分的每个区均一次连续浇完，先浇筑带外小膨胀混凝土(掺入约8%)，浇至加强带时改用高膨胀混凝土(掺入约12%)。该处混凝土强度等级比两侧混凝土高一级，加强带两侧挂上密孔钢丝网(5mm×5mm)，阻止砼通过，加强带应在其两侧混凝土浇筑完毕 2周后浇筑。

(3)地下室不设缝，设置3道混凝土后浇带，将结构分成若干部分，每个部分长度在40m～50m，后浇带采用比相应结构部位高一级的微膨胀混凝土浇注，在其相邻构件浇筑不少于2个月后进行封闭，并控制封带时的温度。

(4)考虑温度作用进行结构计算。梁柱计算温差为±15℃，砼构件温度效应折减系数0.3；结构板计算考虑的温差为±25℃，结构合拢温度控制在 15℃～20℃。结构板的温度作用计算用PMSAP完成，应力集中部位加密楼板钢筋。

通过以上设计措施，可以减少因温度作用和混凝土收缩所造成的裂缝。对建设完成的同安枢纽站，在经历一个夏天之后，对大跨梁、楼板进行裂缝观测，均没有发现明显裂缝，表明设计所采用的措施是合适的。

3.4 局部夹层的计算处理

该项目层高6.8m，地上部分在建筑两头设有办公夹层，夹层层高3.4m。因夹层面积相对于整层面积较小，局部夹层对抗震不利。结构设计采取如下措施：

(1)尽量减少夹层梁板刚度。夹层梁板混凝土强度设为C35，板厚一般取100mm。

(2)整体抗震指标计算时，夹层不建入模型，当成荷载输入。该模型各项指标计算结果均按规范要求从严控制。

(3)建立带夹层的计算模型，该模型里的夹层定义为弹性楼板，结构整体计算指标也按规范要求进行控制，调整结构布置，使得各项指标计算结果满足规范要求。

(4)柱子配筋时，按带夹层模型、不带夹层模型进行包络设计，按包络计算结果进行柱子配筋。

3.5 抗震伸缩缝做法

该枢纽站地上部分中部设一道抗震伸缩缝，缝宽150mm。该缝大部分是位于车道下，BRT车辆频繁从伸缩缝上压过，因此不能采用通常的建筑楼面伸缩缝做法，需按桥梁伸缩缝进行设计。据对厦门市几个已建BRT枢纽站调查显示，采用梳齿式桥梁伸缩缝装置，非常容易压坏。因此，该项目设计采用GQF-F及SSFB型伸缩缝，改伸缩缝做法如图5所示。

图5 厦门BRT同安枢纽站鸟瞰图

伸缩缝两侧采用钢纤维混凝土现浇，钢纤维掺量为体积率1.0%，满足《钢纤维混凝土》JG/T 472的相关要求。

4 路面铺装层做法

BRT枢纽站的楼面、屋面均用于行驶BRT车辆及消防车，结构板面上有一层铺装层，该层需要按桥梁铺装层进行设计[3]。桥面铺装层直接承受行车荷载和环境因素的作用。其主要作用如下：

(1)保护主体混凝土结构梁板构件，防止车轮或履带直接磨耗结构板。

(2)提高路面平整度，提高行车舒适性。

(3)分散车轮集中荷载并参与结构板的受力，提高结构主体在车辆动荷载作用下的耐疲劳性能，减少车辆的动力冲击作用对主体的影响。

(4)铺面是一个可替换部分，即便压坏了，容易更换维修，而不伤到主体结构。提高整个建筑结构的使用年限。

路面铺装层设计时，同时考虑 BRT车辆刹车和启动时产生的剪应力、垂直应力和路面受力位置集中等因素，因此要求 BRT路面结构材料应具有更高的剪切模量、抗压模量和弹性恢复性能。由于早期对 BRT体系研究和认识不足，初期的 BRT车道路面铺装都是采用普通铺装方案，我国的大部分 BRT系统在通车后不久，车辆在车站定点停靠位置处都出现了严重的早期路面病害[4]。

施有志，饶健辉[5]以已建厦门BRT枢纽站屋顶停车场通车后产生的铺面病害为例，深入分析病害产生的各种原因，并提出了6种处治方案，建立有限元模型，分析面层材料及厚度对结构竖向位移和层底弯拉应力的影响，从而选出较优方案。研究表明，如果以结构竖向位移值作为指标，推荐4块板钢筋纤维混凝土路面0.14m。如果以层底弯拉应力作为指标，推荐2块板连续配筋混凝土面层0.18m。

在调查研究厦门BRT前埔枢纽站屋顶停车区路面病害处治设计的基础上，充分吸取经验，结合施工工艺以及工程造价综合考虑，该项目面层结构形式采用 180mm厚C40钢筋连续混凝土板+防水层的方案。

在主体结构设计时，路面铺装层只能当成荷载考虑，由于该铺面的偏厚，恒载较大，导致主体结构梁柱截面加大或者配筋量增多。路面铺装层是否有更合理做法值得继续研究。

5 施工技术要求

该枢纽站结构设计复杂，施工难度也较大，为确保质量和安全，其施工技术要求如下：

(1)在施工前，施工单位应严格按建质[2009]87 号文件规定，编制高大模板工程安全专项施工方案，并组织专家论证审查。

(2)预应力筋进场时，应作预应力筋的相关力学性能检测。张拉设备在使用前应经有资质单位进行标定，未经标定不得使用。

(3)穿过膨胀加强带的预应力筋应待后浇带封闭，且混凝土应达到设计强度的 100%后方可张拉预应力筋。预应力梁的侧模及非预应力楼板底模(不含梁底模)应在张拉前全部拆除。

(4)预应力张拉时，选取框架梁 3根实测预应力筋与孔道壁之间的摩擦系数及锚具变形和钢筋内缩值，并将实测的结果报设计院进行复核验算，以便根据实测结果调整张拉力。实测结果表明，实测值与计算理论取值相差不大。

(5)预应力张拉应选择合理的施工顺序，尽量减少预应力张拉引起的结构次应力[6-7]。该工程为多层多跨施加预应力，对张拉施工顺序要求如下：

①优先选择数层浇筑，逆向张拉，即整体浇筑完成，先张拉屋面，然后逐层往下张拉。

②每层先张拉中间梁的预应力筋，保证混凝土构件中部先施加完整的预压应力，使应力值能够完全达到设计应力值，后张拉周边的梁。

③每根预应力梁内预应力筋需对称张拉，先梁侧后梁中，先上面一排，后下面一排。

④每层张拉可分2批。第一批先张拉第一排预应力筋；整层第一排预应力筋张拉后，再张拉第二排预应力筋。

(6) 对大体积或超长混凝土工程应制定施工技术方案中，做好入模混凝土温度控制、浇筑后的混凝土温度控制及拆除模板后的养护等措施，并组织实施。

6 结论

目前，厦门BRT同安枢纽站已经顺利完工并通过竣工验收，建成效果较好。对该项目的结构设计总结如下：

(1)多层停车场枢纽站设计时，车辆荷载进行合理等效，既能保证结构安全，又有利于降低工程造价。

(2)大跨度部分采用预应力框架梁，提高了梁的承载能力，满足了停车场BRT车辆荷载要求，同时空间上也满足了18m长BRT车辆的使用要求。

(3)超长结构考虑温度应力计算，地上采用膨胀加强带，有效地控制了超长结构混凝土裂缝开展，加快了施工进度，取得了很好的社会效益和经济效益。

(4)BRT停车场路面铺装层受力特殊，需要按桥梁规范进行设计，否则容易出现病害。枢纽站内车道范围的抗震伸缩缝，不能采用常规的建筑楼面缝做法，需要按桥梁伸缩缝进行设计。

(5)设计时明确预应力张拉试验、预应力张拉顺序、超长混凝土配比、入模温度控制、养护等施工技术要求，是设计成果得以实现的重要保证。