建筑结构论文
摘 要： 城市地铁车辆段或停车场占地面积大，在土地资源紧张的情况下，对其进行上盖物业开发有一定现实意义。但是因物业位于停车场上方，振动源产生的振动通过结构传入上盖建筑内，对环境和人员产生一定影响。对这种影响进行试验和理论分析，得出相关规律并据此采取规划布置和结构设计措施，降低振动造成的影响。
关键词： 地铁; 车辆段; 停车场; 结构; 振动;
Abstract： Urban subway depot or parking lot covers a large area,under the situation of land resource shortage,it is of certain practical significance to carry out the property development. However,as the property is located above the parking lot,the vibration generated by vibration sources is transmitted into the roof building through the structure,which has a certain impact on the environment and people. Based on the experiment and theoretical analysis of the influence,relevant laws are obtained and the measures of planning arrangement and structural design are taken to reduce the influence caused by vibration.
Keyword： subway; depot; parking lot; structure; vibration;
地铁的车辆段、停车场(以下称段场)一般布置在城市的郊区，段场面积一般有20 hm2～30 hm2，是地铁工程的重要组成部分。在城市土地资源紧张的情况下，对地铁段场上部空间进行开发是必要的。国内多个城市已经进行了车辆段上盖大平台的商业开发，在段场大平台上兴建住宅及配套社会车辆停车场及其他商业建筑等。
地铁段场上盖综合开发，是在地铁段场的上部设计建造一个大面积的钢筋混凝土平台，平台以下是地铁段场，以上进行综合开发，开发内容包括住宅、医院、学校、商业建筑、体育馆、公园、绿地等。
但是，在地铁段场上方进行物业开发，也存在一些缺点，首先是投资巨大，其次是车场内的振动和噪声对上方物业有不利影响。段场内存在多种振源，产生的振动沿着钢轨、道床、结构向上传播，给人们的生产生活和周边环境带来不利影响。解决段场振动产生的问题成为影响上盖物业开发的关键因素。
对于段场上盖物业的减振研究及相关减振措施，已有众多学者提出大量成果，但大部分都是集中在车辆、轨道等方面，本文从物业结构设计和规划布置方面的减振做一些探索。
1 、上盖物业的振动问题
1.1、 计算分析
由地铁诱发的大地振动响应及对上盖物业的影响是十分复杂的，当前研究手段主要是采用现场实测分析，同时也可进行仿真模拟，建立三维仿真模型进行计算分析，计算结果作为实测分析的必要补充和验证。
谢伟平[1]建立了武汉某车辆段上盖物业精细化有限元模型，计算分析上盖物业的振动响应。计算结果表明:车辆进出段场引起上盖建筑物的振动频率较高，房间内楼板铅垂向Z振级随着高度的增加先减小后增大。汪益敏[2]分析和评价了地铁车辆段列车运行造成的环境振动影响，对广州地铁3号线厦滘车辆段试车线临近地面及建筑物振动进行了现场实测。研究结果表明:当车辆段试车线列车正常运行时，临近地面竖向振动明显大于水平振动，在距离轨道0 m～30 m范围之内，受影响的建筑物内部的振动超过相关国家振动标准。
1.2、 上盖物业的振动影响因素
上盖物业建筑本身既是振动的受体，又是振动的传播介质。研究表明，建筑物的结构形式、高度、基础形式等很多因素都会对建筑物的振动产生影响。魏龙[3]通过计算分析，研究了地铁引起的上部结构物的振动影响因素。
1)建筑物的楼板厚度。从图1曲线可以看出，建筑物楼板厚度的变化对楼层振动的影响较大，楼板厚度与各楼层竖向加速度振动级相关，厚度每增加0.1 m，振动等级减小约2 d B，这是由于增大了楼板厚度相当于增大了结构的质量和刚度，减弱了振动强度。
图1 建筑竖向振动加速度级与楼板厚度的关系
2)基础桩径。从图2曲线可以看出，建筑物基础桩径与各楼层振动等级相关，桩径每增加0.1 m，加速度振动等级减小约0.2 dB。
图2 建筑竖向振动加速度级与桩径的关系
3)结构形式。吴凯[4]探讨了邻近地铁不同结构形式的振动特征，建筑结构形式的不同直接导致了荷载传递路线的改变，受到振动响应也不同。针对地铁运营振动对地铁沿线不同结构形式，对各类结构形式的振动定性分析如下:
a．框架结构建筑振动响应研究表明，振动峰值随着建筑物高度的增加而减小，且柱的振动衰减要比周边构件更加显着。
b．砌体结构楼板振动随层高而增大，振动主要为10 Hz～25 Hz的低频振动。
c．框剪结构是框架结构和剪力墙结构两种体系的结合，广泛地应用于各类房屋建筑。上盖物业的建筑物一般采用框架结构或框剪结构。实践表明，相同体量的框架结构和框剪结构，后者的抗振效果好一些。
2、 上盖物业减振措施
2.1、 前期规划
1)建筑规划布局。在地铁段场前期规划设计阶段，充分考虑段场上盖物业开发的范围、形式和规模，合理布局段场和上盖物业的关系，在保证段场功能的前提下，通过合理的总体建筑规划布局，降低上盖物业的振动影响。
举例来说，南昌地铁蛟桥停车场在建设前，上盖物业的开发纳入了整体的规划设计中。地铁停车场至上盖平台之间，段场本身的高度有三层楼高，减轻了地铁线发出的振动对上部建筑的影响。
我国香港地铁将军澳车辆段的上盖开发，车辆段内地面至上盖之间高度大于10 m，钢筋混凝土大平台的厚度为2 m，这样的建筑布局和大面积、大厚度的钢筋混凝土平台，显着降低了下部段场对上部物业结构的振动影响。
另外，上盖开发为医院、养老院等对振动噪声有高标准要求的建筑，这些建筑不要直接布置在紧邻大平台的正上方，以减小振动的直接影响。
2)减小试车线长度。根据汪益敏[2]的实测，当车辆段试车线列车高速运行时，引发的地面竖向振动明显大于水平振动，加速度级的大小与车辆的速度直接相关。试车线越长，列车的速度越高，振动加速度级越大。因此，从控制振动的角度出发，进行上盖物业开发的段场，试车线的长度应该进行合理控制，必须使上盖物业的振动达到相关标准。
2.2 、结构设计措施
1)设置减振沟。在地表层段场内轨道两侧设计减振沟，隔断车辆、轨道的振动由基础或土体向竖向承载柱传播，对上盖建筑物的振动控制有明显的作用。王艺臻[5]分析了隔振沟的深度、宽度、位置以及沟内填充条件等因素的隔振效果。研究表明，随着沟深的增加，各层垂向振动有明显衰减，沟深度的增加可以增强减振效果，沟宽度在1 m时隔振效果最好。隔振沟靠近建筑物时隔振效果更好，隔振沟设置在地表时隔振效果最好。
2)设置隔振桩。所谓隔振桩，就是在振源和保护目标之间建造一排或几排混凝土或其他材料的桩，研究表明，隔振桩的排列形式和其相对位置对振动传递的影响较大。无论是建筑物的横向振动还是垂直振动，随着隔振桩排数的增加，建筑结构振动总体呈衰减趋势。关于桩的位置，排桩邻近建筑物时减振效果较好。同时随着桩径的增大，建筑物横向振动和垂向振动的最大振级逐渐减小。
3)在建筑物基础上设置隔振支座。一般用橡胶隔振支座进行柱底隔振，弹簧橡胶支座的隔振原理是在建筑物底部设置橡胶支座，对下方基础传来的振动起到缓冲作用。橡胶支座的优点是成本较低，也容易施工，有一定减振效果，缺点是使用寿命只有20年～30年，一旦达到使用寿命或损坏，减振效果消失，其更换比较麻烦。
4)在结构转换层设置减振器。地铁段场盖下由于使用功能的需求，建筑物的结构采用钢筋混凝土框架结构，其柱网间距较大，而上部物业建筑一般柱网间距较小，且盖上建筑剪力墙无法落地，需在盖上设置结构转换层。夏靖[6]提出，将转换层的梁上下分成两个部分，在上部混凝土梁内设置减振器，落在转换层的下梁，实际应用情况表明，这种措施具有较好的减振效果，同时施工方便，造价较低，施工后的维护、更换都比较方便。
5)合理选择结构形式。根据前文论述，不同的结构形式对振动的响应是不同的。在常用的砌体结构、框架结构和框剪结构中，在受力、经济等条件允许的情况下，建议选择框剪结构作为上盖物业的结构形式，以提高建筑的抗振性能。
3、 结语
地铁段场的上盖开发在很多情况下是必要的，相关案例也越来越多。但是要解决段场内的振动对上部物业的不利影响是一个复杂的问题。本文对传统的车辆、轨道减振领域以外的减振方法进行了总结和分析，在建筑规划和结构设计方面提出了一些具体方法，有些方法已经在实际工程中得到了应用，取得了良好的效果。
参考文献
[1] 谢伟平．地铁车辆段上盖物业车致振动分析[J]．振动与冲击，2016(8):110-115.
[2] 汪益敏．地铁车辆段试车线列车振动影响的试验研究[J]．华南理工大学学报，2014(12):1-8.
[3] 魏龙．地铁列车运行诱发的振动对环境的影响研究[D]．兰州:兰州交通大学，2016
[4] 吴凯，贾慧娟，陈曦，等．地铁运行激励下邻近建筑结构振动的影响因素及评价指标研究[J]．建筑结构，2020,47(4):3-4.
[5] 王艺臻．城市轨道交通地下线诱发邻近建筑物振声特性及控制方法研究[D]．北京:北京交通大学，2019:3-4.
[6] 夏靖．车辆段上盖结构振动控制关键技术研究[D]．青岛:青岛理工大学，2017.