3.4.2 车辆段综合枢纽的结构设计及实施案例
1.转换形式
结合既有车辆段上盖开发案例，转换形式主要有梁式转换、厚板转换、桁架转换。
1）梁式转换
一般在上部结构竖向受力构件处设置大梁以承受上部结构传来的荷载，实际工程中梁式转换层的应用形式多种多样：从跨数上可分为单跨、双跨、多跨；从上部墙体布置上可分为满跨和不满跨、开洞和不开洞、开门洞和开窗洞；从转换功能上可分为托墙和托柱；从转换构件材料上可分为钢筋混凝土、预应力钢筋混凝土、钢结构等。
（1）优点。
梁式转换具有传力路径清晰快捷、施工方便、构造简单、工作可靠等特点。高烈度区及跨度较大的转换梁可采用型钢组合梁结构。
（2）缺点。
当转换梁跨度很大且承托层数较多时，由转换梁承托上部框架柱传递下来的竖向荷载会很大，致使转换梁的截面尺寸过大。
2）厚板式转换
厚板式转换是在上部建筑物下设置厚板来实现荷载传力。
（1）优点。
厚板式转换能更好地实现建筑功能，也适用于后期开发方案存在较大调整的工程。
（2）缺点。
厚板式转换传力路径复杂，经济性也相对较差。
3）桁架式转换
桁架式转换是由梁式转换变化而来的，整个转换层由多榀桁架组成承重结构，桁架的上下弦杆分别设在转换层的上下楼面的结构层内，层间设有腹杆。
（1）优点。
以弯曲变形为主，兼有桁架的受力特性（即除承受弯矩和剪力外，还承受轴力）。在荷载作用下，空腹桁架受力均匀、传力明确、结构合理且经济性良好，而且其抗侧刚度较好，有较大的耗能能力，抗震性能好。
（2）缺点。
设计复杂，施工难度大，在实际中很少用到。
2.基础设计
下面以成都市崔家店停车场为例，对城市轨道交通车辆段综合枢纽的基础设计进行研究。
（1）工程概况。
成都地铁7号线崔家店停车场是亚洲最大的地下二层地铁停车场，可同时停放72组列车，是地铁7号线系统的运用、列检、材料和后勤保障基地。地铁停车场为地下2层钢筋混凝土结构（含夹层），双层停车，层高约9.4 m。其中主要区块CBD（central business district，中央商务区）南北向总长度495 m，东西向长度183 m，建筑面积共1.77×105 m2。各区共上盖20个塔楼，包括地铁运行控制中心（OCC，operation control center）和物业住宅，塔楼高度约38 m。
停车场和OCC设计使用年限为100年，物业住宅设计使用年限为50年。工程位于Ⅱ类场地，抗震设防烈度为7度。
设计条件：上盖物业与OCC分期实施。
（2）基础结构设计。
崔家店停车场的结构体系为框架结构，结构类型为大底盘+多塔结构（转换）。
基础形式为钻孔灌注桩基础+防水底板，基坑坑底标高为-19 m，底板厚度为1 m，并设置抗拔桩以抵抗地下室水浮力。
崔家店停车场取消结构分缝，各区之间不设抗震缝，地铁停车场顶板作为上部各塔楼的嵌固端。需要满足以下条件：①嵌固端必须是地下室顶板，使得整个结构基本形成一个封闭的地下室；②嵌固端不能开大洞，洞口宽度小于楼板有效宽度的30%；③地上一层的侧向刚度不宜大于相关范围地下一层侧向刚度的50%。
这种结构方案的优点如下：①结构体系明确，受力简单；②降低地震作用和抗震等级，地铁停车库作为地下室考虑，地震作用有较大程度的降低，转换梁柱的抗震等级可由特一级降为一级，地铁停车库二层的抗震等级可由一级降为二级，并减少配筋；③顶部作为嵌固端后，整体结构可不按转换结构考虑，把构件定义为转换构件即可；④结构位移角减小，可减少钢支撑或消能减震元件的数量，取得较大的经济性；⑤停车场侧向土压力和侧向水压力平衡，刚度对称，防水容易；⑥顶板设置为嵌固端后，嵌固端以下不再属于多塔结构，分期开发导致的塔楼偏置问题也不复存在。
但是这种结构方案会存在结构超长的问题，因此需采取以下加强措施。①设置后浇带。后浇带间距为40 m左右，采用微膨胀混凝土，养护时间不少于28 d，并尽可能推迟后浇带封闭时间。②施加预应力。楼板采用无黏结预应力筋，长边方向预应力筋间距为300 mm；短边方向间距为400 mm。
（3）构件。
①超长方向梁两侧腰筋间距不应大于200 mm，腰筋配筋率不小于梁宽与梁腹板高度乘积的0.15%。②加强边柱配筋，加强墙体与基础底板、楼板连接处的配筋。③基础底板、楼板和外墙钢筋配置宜细而密，各层板的面层双向钢筋配筋率应大于0.3%。④楼板后浇带部分的配筋率应比其他部位增加一倍。⑤降温或收缩容易引起洞口角部产生较大的拉应力，因此，在楼板洞口周边配置加强钢筋。
（4）材料。适当降低混凝土强度等级，地下室顶板混凝土强度等级由C40降为C35。采用混凝土60 d的后期强度作为混凝土强度评定、工程交工验收及混凝土配合比设计的依据。
（5）围护和保温隔热措施。地下室顶面覆土或采取保温隔热措施；上部结构屋顶采用保温隔热措施。
这种结构方案还存在双层楼板开洞率过大的问题，因此需采取以下加强措施。①中庭大洞口宽度21 m，建筑在紧邻中庭的狭长形综合楼范围内分割多个功能房间，可根据该区域的房间布置，在洞口周边设置一定数量的L形、U形、T形剪力墙，以降低嵌固端开长洞带来的不利影响。②中庭连板区域的楼板加厚至400 mm，板配筋加强为φ14@100，可以更有效传递两侧的土压力和水压力。③中庭紧邻的板带沿洞口方向加强配筋，加强洞口区域框架梁和封边梁扭筋。
该工程竣工投入使用后，未发现肉眼可见裂缝，结构变形微小，室内也无地下水渗漏现象。
3.预留设计
下面以北京市北安河车辆段为例，对城市轨道交通车辆段综合枢纽的预留设计进行研究。
1）北安河车辆段上盖物业开发项目的决策历程
北京地铁16号线北安河车辆段的项目地址确定后，面临了一个近年来国内车辆段建设必然会遇到的问题：是否需要考虑车辆段上盖物业开发。这一问题在规划理论中一直存在矛盾：其一，车辆段作为有粉尘和噪声污染的生产性市政配套用地，应远离市区，不应具备城市服务配套功能；其二，对车辆段上盖物业而言，只需将已划拨的市政设施用地进行立体钉桩，就可额外获得一块具有居住属性的建设用地；其三，一旦出现居住功能，反过来需要增加相应的配套设施与社区服务。
政府或轨道投资单位在对车辆段进行综合利用时有两种补救性的规划策略：一是置入式方法，即在车辆段选址阶段就将车场工艺用地选择在已完成控制性详细规划编制的街区内，以便于充分利用既有规划内的各种城市资源及配套设施；二是补齐式方法，即增加车辆段开发的落地区，以便于增设相应的教育、卫生、商业等服务功能。这两种方法都是搁置矛盾、以发展为导向的城市建设方式。
北安河车辆基地采用补齐式方法。该车辆段在选址之初并没有考虑综合开发，是典型的由工程可行性驱动场站规划的例子。该工程选址位于北京市海淀区北安河组团东部，具体位置在北清路南侧、西六环的西南角。因为这一地区属于北京市西部的生态涵养区，距西山风景区仅1 km，在北京地铁16号线工程可行性研究之初主要考虑如何消减体量和控制规模，以尽可能减少对周边造成的影响。北安河车辆基地的开发契机源于16号线由地面架空线改为地下线后新增的30亿元工程资金投入，对车辆段进行上盖物业开发以平衡资金的源动力，推动了包括规划编制、工程设计在内的一系列调整。
经深入研究与评估，该项目有4个开发依据：①在16号线的末端设置居住社区，可调和因城市轨道交通客流潮汐性特征造成的线路运力浪费，在上行始发站配置进城客流，有助于提高上行列车的车厢满载率；②由于有后续开发带来的资金保障，对车辆段出入段和咽喉区加盖并进行覆土绿化得以实施，可改善轨道、道床、接触网等工业特征的设施对西山鸟瞰观感造成的不利影响；③对利用车辆段开发形成的落地区进行配套设置，既能满足自身区域的服务需求，又能为车辆段北侧的大公村社区提供商业配套；④可为东侧的稻香湖科创社区提供居住产品的供应，以实现职住平衡。这些依据在经充分沟通后，得到了相关区、市主管部门及有关实施企业的认可。
确立规划的基本逻辑后，为了解决上文的第一个矛盾，该项目确立了首要控制性原则，即尽可能减少工业建筑对居住社区的影响，减少其在生态敏感区的存在感，形成景观和谐的库区。同时，该项目在推进过程中遵循了由区政府作为主体对开发规模提出主张、建设单位组织和开展研究、市规划部门审批并上报的政府主导型决策流程。经过前期研究并得到审批部门的认可后，北安河车辆段综合开发项目的目标逐渐明确，其设计围绕用地优化、上盖物业预留体系打造、基础设施设计优化三方面依次展开。下面仅阐述上盖物业预留体系打造这一方面。
2）上盖物业预留体系
车辆段一级开发的本质是在停车列检库、架修库上完成地坪再造的过程，最终将架空的屋面层作为地坪进行立体钉桩，通过招标、拍卖、挂牌（以下简称“招拍挂”）方式完成土地出让，继而进行车辆段的二级开发。
在允许车辆段上盖物业进行一级开发和二级开发联动的城市，其上盖物业开发预留只需在一级开发阶段按潜在二级开发商要求提前进行二级设计、完成楼座位置预留，并进行相应的结构选型、计算。车辆段开发的工作重点实际上是二级开发阶段的前置，主要关注交通流线、业态布局、户型设计等常规居住区设计专项。在此前提下进行上盖物业开发，从工程造价的角度看是最经济的，但因缺乏市场化竞争，车辆段开发的社会效益、土地溢价未必能达到最优。因此，北京非政策性的上盖物业开发项目通常都采取一级开发和二级开发分离的模式。
在一、二级开发分离的模式下，车辆段上盖物业开发的难点在于对未来上盖物业的二级开发业态进行合理的结构预留及建立小市政系统。常见的场景是：在一级开发阶段按改善型户型进行布局与户型设计并预留了结构，待该土地在3～4年后上市时，市场风向变成大户型需求，届时所有的预留不仅失效，而且需要在车场已投入运营的条件下进行艰难改造，之前的预留结构反过来影响了户型改造。车辆段第二代上盖物业开发的五路停车场、郭公庄停车场、平西府车辆段都采取了限定性预留加“招拍挂”方式推进项目，最终在二级开发商拿地后都遇到了预留不匹配、不充分的问题。因此，北安河车辆段上盖物业开发在考虑如何进行预留时就充分吸取了第二代车辆段上盖物业开发的教训，建立了全新的逻辑模型，并依此搭建上盖物业预留体系。
（1）建立全新的预留目标。
图3.24 北安河车辆段上盖物业开发的灵活预留体系示意图
上盖物业预留体系首先应确立合理、可行的目标，将一、二级开发工作重点分开，在已有的限制条件下争取最大的灵活性，以避免本阶段信息不充分对未来造成的不利影响。五路停车场上盖物业开发和平西府车辆段上盖物业开发在二级开发阶段都修改了户型，因为预留限制无法实现产品的最优，进而造成了货值损失。如图3.24所示，在一、二级开发分离的模式下，在进行第三代车辆段上盖物业开发的设计时，将预留目标由设计户型并准确预留调整为研究适应性最大的产品体系，并为该产品搭配适应性最大的结构体系，为该产品体系预留最大荷载条件，以达成“万能平台”的目标。当然，这种“万能”会有一些基本的限定，如只对符合开发条件位置的列检库柱网进行结构预加强，将其作为未来的上部基础。当类似的开发区域被小幅限定后，可以使一级开发投资下降一个数量级。
（2）构建预留方法。
在结构与设备走廊的限制条件下，首先应建立一个广大的户型库，通过户型比选建立基本单元模数范围，继而研究模数体系的可变性，建立扩大模数系统，利用该系统进行户型至楼座的预设计。这一过程能够得到适应性户型的控制数据，其中最重要的是得到提供给小户型的限定要求。小户型是荷载最大的形式，确定小户型的限定要求可为结构预留提供限值。其次，应确定1个组合单元的长度。结构可以接受的地坪板设缝长度在50 m以下，在此前提下通过组合比选，最终将基本结构的留洞跨度设定在12 m。
12 m跨长的布局具有布局灵活性和结构合理性，设定跨距的实质是判定核心筒与预留梁的最小冲突位置。以12 m作为一个开发单元面的宽度，相应户型能构建3个高品质的南向居住单元，保证大三居、小四居的设计可能性。如果面宽超过12 m但增幅小于6 m，虽然一梯两户的品质可以再提高，但不足以成模数地增加南向居住单元的最小数量，非6 m倍数的面宽组合会造成纯小户型布局的较大浪费，而更大户型的需求则可以利用1/2模数不断升级。在最基本的24 m两跨范围内，可实现一梯三户（房型可为三居室、两居室、两居跃层）和一梯四户（房型可为两居室、一居室）的灵活布局，加上扩大模数后则能基本覆盖产品需求。
（3）竖向关系设计。
车辆段库区由运用库和联合检修库两大部分构成，其中，运用库的高度约为10 m。为解决上盖物业的停车问题，通常将汽车库设置于运用库之上。为避免二级开发阶段上盖施工影响运用库安全，通常在一级开发阶段建成上盖的汽车库，并将此作为出让条件随上盖物业开发一并出让。北安河车辆段首次在联合检修库上尝试上盖物业开发，联合检修库的高度超过12 m，为保证二级开发阶段施工不对车辆段造成干扰，对未布置天车区域的顶板采取局部降板措施以加设汽车库，12 m面宽区域内采用双板的剖面形式。由此，上盖物业开发的整体策略研究应按不同库区分别进行。
（4）预留措施要点。
北安河车辆段上盖物业开发在借鉴北京地铁第一、二代车辆段上盖物业开发经验的基础上，对于一定会出现的二级调整和二次施工条件有了明确的把握，并在一级开发阶段进行了弹性预留。当结构不能直接设置落地基础时，车辆段的上盖开发大多采用高位结构转换的方式，在上部结构与作为基础的梁之间设置橡胶隔震垫，以确保上部结构满足抗震规范的要求。但二级开发方案与预留结构之间产生的差异，往往会造成预留隔震措施的浪费。
为了避免这一情况，北安河车辆段上盖物业开发的构造设计策略包括：①为避免再次出现第二代车辆段上盖物业开发时所有结构板和隔震垫产生的拆改困难、预留结构缺乏保护产生老化等问题，此次一级开发对包括隔震垫、上部转换梁、下部结构等局部加强部位均不实施，只实施预留节点，以保证预留的最大灵活性，避免预留浪费，同时，在可能设置核心筒的位置均做了降板处理；②为了保护汽车库库顶预留洞，设计时采用了更便宜的波纹板做遮盖；③采取降板措施，以避免出现重力流管线高度不足及穿板漏水的问题。
4.节点设计
下面针对实际车辆段工程中组合结构框架节点设计普遍遇到的问题做一定的说明和探讨。
1）车辆段组合结构的使用概况
车辆段场区建筑主要由库区主体（一般包括运用库和联检库）、咽喉区、出入段线以及场区附属用房等部分组成。使用功能上，首层库区、咽喉区、出入段线及附属用房是地铁运营所需用房；二层受上盖开发政策要求大多设置小汽车车库层（个别为配套商业或设备夹层）；三层及以上为上盖开发部分，大多为住宅塔楼，个别为商业办公楼等。
此类建筑通常体型较为复杂，规则性较差，且涉及抗震超限问题，设计中常常需要对下部库区结构进行抗震性能化设计。由于车辆段主体建筑的梁柱断面尺寸一般受到工艺、限界等限制，为了提高梁柱截面的承载能力且不过多地增大梁柱断面尺寸，下部库区结构通常采用型钢混凝土、钢管混凝土等组合结构。以北京为例，已建成的平西府车辆段、东小营车辆段、北安河车辆段、郭公庄车辆段均采用了组合结构梁柱构件。归纳起来组合结构梁柱构件主要用于以下概况：①梁柱转换构件，因转换结构构件较重要，抗震性能指标要求较高，故转换梁柱通常采用组合结构；②荷载较大或跨度较大部位的梁柱构件，普通混凝土梁柱构件在断面受限的情况下，不能满足此处的承载要求；③预留钢柱头部位，当上盖开发建筑为钢结构时，需要为后期开发预留钢结构柱头，形成组合结构；④因施工困难而采取的调整；⑤对于上盖开发塔楼的建筑，组合结构构件布置于塔楼下部，用于控制柱子断面。表3.13总结了车辆段项目组合结构构件的设置位置、设置原因及相关联的组合结构连接节点。
表3.13 车辆段项目组合结构构件的设置位置、设置原因及相关联的组合结构连接节点
2）基础节点组合结构设计
（1）型钢混凝土柱或钢管混凝土柱与承台的连接。
车辆段主体建筑一般无地下室，首层库区框架柱与桩基承台基础相连，型钢混凝土柱与承台的连接做法如图3.25所示，钢管混凝土柱与承台的连接做法如图3.26所示。
图3.25 型钢混凝土柱与承台的连接
图3.24中框架柱型钢钢骨（或钢管）插入承台后，在承台内部，柱钢骨（或钢管）至周边各基桩中心连线之间配置外伸型钢。实际工程中，钢骨如为十字型钢，可将十字型钢钢骨各翼缘板之间增设缀板形成封闭的多边形，外伸型钢与十字型钢翼缘或缀板连接。采用此种连接方式的主要目的有两个。
图3.26 钢管混凝土柱与承台的连接
①减小承台厚度。按照《组合结构设计规范》（JGJ 138—2016），型钢（或钢管）需插入承台不小于2.5D（D为型钢的长边尺寸或圆钢管外径）。如柱根弯矩较大，还需根据柱根弯矩计算确定插入深度，插入深度一般较大。采用型钢混凝土柱与承台的连接方式可适当减小型钢插入深度，相应减小承台高度。采用图3.25所示连接方法后，参照钢筋机械锚固的相关规定和原理，型钢（或钢骨）插入承台的竖直段长度可以满足《组合结构设计规范》（JGJ 138—2016）计算所得插入深度的60%，且不小于1.5D即可。
②有效传递竖向力至桩基。型钢（或钢管）柱的竖向轴力较大，当为多桩承台基础时，采用型钢混凝土柱与承台的连接方式可将框架柱的竖向荷载经外伸型钢横梁传递至桩基，传力路径明确。
此外，根据现行标准图集《型钢混凝土组合结构构造》（04SG523）、《型钢混凝土结构施工钢筋排布规则与构造详图》（12SG904—1）和《钢管混凝土结构构造》（06SG524）的要求，为了吊装和就位过程中型钢构件的有效固定，埋入式柱脚均需设置安装螺栓。实际设计中，在承台基础垫层之上铺设钢结构支架，如图3.24（b）所示，该支架在承台混凝土未凝结之前起固定支撑型钢（或钢管）的作用。
（2）框架柱根部与承台连接部位设置柱墩。
车辆段工程通常在框架柱根部与承台连接部位设置柱墩。为满足柱墩作为上部结构嵌固部位的条件，一般认为柱墩在计算方向上的线刚度应至少为上部框架柱线刚度的10倍，即按照K墩/K柱≥10的要求来确定柱墩的截面尺寸。上述做法的目的是：设置柱墩后，首层柱计算高度可从柱墩顶面算起，减小了首层层高，有利于结构抗震计算，更有利于满足首层柱型钢（或钢管）的插入深度要求。型钢（或钢管）的插入深度可从柱墩顶面开始计算，相当于增大了承台的厚度。
3）组合结构节点核心区的梁柱连接设计
（1）型钢（钢管）混凝土框架柱与普通钢筋混凝土框架梁的连接。
为避免连接套筒正反扣难以施工的问题，对型钢混凝土柱与普通钢筋混凝土梁的连接，施工方通常采用钢牛腿+钢筋焊接的连接方式，即梁柱节点核心区处，在型钢翼缘外焊接钢牛腿，钢筋混凝土梁的上下铁钢筋分别与钢牛腿的上下翼缘焊接。现行技术标准和图集所示的梁柱连接大样存在以下3点问题：①只考虑了梁上铁和下铁钢筋为单排钢筋的情形；②按图集中的做法梁下铁钢筋全部仰焊；③柱纵筋在节点核心区处被牛腿切断，如何实现柱纵筋的竖向有效传力，图集未予明确。
针对上述3方面的问题，考虑对图集所示节点做如下调整和改进，如图3.27所示。
图3.27 改进后的型钢混凝土柱与钢筋混凝土梁连接节点剖面
对梁上铁和下铁为两排钢筋的情形，考虑采取将钢牛腿翼缘“弯折”的方式，两层钢筋分别焊接在弯折前后的翼缘板上。此种连接方式要求钢牛腿翼缘板承受两层钢筋总拉力，按式（3.21）复核。
式中：fy——钢筋抗拉强度设计值；As1——第1排钢筋的总截面面积；As2——第2排钢筋的总截面面积；f——钢板抗拉强度设计值；bf——型钢翼缘宽度；tf——型钢翼缘厚度。
此外，将钢牛腿弯折的翼缘做成“一顺边”的形式，上、下铁钢筋均在翼缘板上面施焊，可有效避免仰焊问题。
当型钢混凝土柱纵筋较少时，可将柱钢筋尽量布置在角部以保证柱钢筋贯通，但当某些柱配筋较大时，柱纵筋在钢牛腿翼缘宽度范围内不可避免地被切断。实际设计中考虑在钢牛腿上翼缘上方以及下翼缘下方与柱纵筋对应位置分别设置两块搭筋钢板，分别焊接上柱下插的纵筋和下柱上插的纵筋。此外，为了保证上下柱纵筋的传力连续，在钢牛腿上下翼缘之间与柱纵筋对应位置，即钢牛腿腹板两侧设置两块加劲钢板，以传递上、下柱纵筋的拉力（图3.28）。
图3.28 采用双层搭筋板的型钢混凝土柱与钢筋混凝土梁连接节点剖面
此处需要说明的是：①当节点上端无钢筋时（如上柱为钢管混凝土柱或无柱），搭筋板可采用双层而不必弯折（见图3.27）；②设计中尽量避免出现梁3排及以上钢筋的情形，当不得不出现3排钢筋时，要让其位于框架梁两侧并穿过节点核心区；③钢牛腿翼缘弯折后，因其在梁纵筋拉力作用下有被拉直的趋势，故需要保证牛腿腹板与翼缘的可靠连接且需控制腹板间距，必要时可采用双腹板等措施；④设计标准和图集中提供了套筒、搭接等多种梁钢筋连接方式，操作中可根据钢筋数量采用多种连接方式的组合，可更好地满足设计和施工的要求；⑤对于钢管混凝土柱与普通钢筋混凝土梁的连接，因无柱钢筋，故较型钢混凝土柱简单，此处不再赘述。
（2）型钢（钢管）混凝土框架柱与型钢混凝土框架梁的连接。
当为型钢（钢管）混凝土框架柱与型钢混凝土框架梁连接时，同样存在柱纵筋在节点核心区处被牛腿切断的问题，但处理方式有以下几点区别。对框架梁两排钢筋的情形，不同于混凝土梁，型钢混凝土梁的内置型钢是参与受力的，不能随意改变型钢截面尺寸。实际中考虑在梁上、下部分别另设弯折搭筋板，将梁上、下铁钢筋焊接在弯折搭筋板上，为保证搭筋板的稳定性，通过设置加劲竖腹板将其与型钢梁焊接。此外，为保证柱纵向钢筋传力连续，除在原型钢梁上、下翼缘之间设置加劲钢板外，尚应在翼缘板与弯折搭筋板之间对应位置设置加劲竖腹板，如图3.29所示。
图3.29 型钢混凝土柱与型钢混凝土梁连接节点剖面
（3）组合结构梁柱连接中需要特别注意的问题。
①梁端钢牛腿范围内箍筋的处理。
对梁端钢牛腿长度范围内的箍筋设置，可以适当减少箍筋肢数，原理是钢牛腿的腹板可代替部分箍筋承担梁端剪力作用但计算中未予考虑，减小的箍筋肢数按式（3.22）计算。
式中：n——减少的箍筋肢数；fyv——箍筋抗拉强度设计值；As1——单肢箍筋的截面积；f——型钢的抗拉强度设计值；h——型钢梁高；tf——型钢翼缘厚度；tw——型钢腹板厚度。
当计算发现确需多肢箍时（如4肢箍或6肢箍），因施工工序原因，在钢牛腿范围内除最外层闭合套容易实现外，内层箍筋套均不容易操作，考虑其作用主要是满足梁端截面抗剪及箍筋肢距的要求，可按图3.30方式操作。
图3.30 多肢箍情况下梁端钢牛腿范围内钢筋排布剖面
②关于梁端设置双腹板的利弊分析。
《组合结构设计规范》（JGJ 138—2016）规定，钢管混凝土柱的钢牛腿应承担梁端全部剪力作用。其原因是该处为钢管与混凝土两种材料的交界位置，抗剪受力尤为不利，计算和构造上均应予以加强。此外，对于型钢混凝土梁柱，当型钢梁钢骨或混凝土梁端钢牛腿翼缘较宽时，翼缘悬挑长度有时不满足《组合结构设计规范》（JGJ 138—2016）宽厚比的规定。上述两种情况下，设计时可考虑采用双腹板的连接方式，如图3.31所示。
图3.31 双腹板情况下钢牛腿范围内钢筋排布剖面
根据实际工程经验，可知双腹板的设置对节点核心区的受力和施工是各有利弊的。如前所述，设置“双腹板”的优点是其在计算上满足了梁端牛腿抗剪的要求，构造上牛腿翼缘板外挑长度满足宽厚比的相关规定。但此种做法的缺点也较为突出，主要体现在施工方面：a.由于核心区范围内的柱箍筋以及框架梁中的预应力钢筋在此位置需开孔穿过，双腹板的设置导致核心区开孔数量显著增加，施工难度显著增大；b.双腹板的设置使工字型牛腿断面转化为箱形断面，箱体内部混凝土不易浇筑振捣，不但影响工期而且影响混凝土浇筑质量。
权衡利弊，建议在实际工程中，尽量不设双腹板；计算和构造要求设双腹板时，也不必刻意回避，但要注意腹板间的净距不宜过小，以免施工困难。
③关于梁腰筋搭筋板的设置问题。
设置梁端腰筋搭筋板时钢牛腿范围内钢筋排布剖面如图3.32所示。显然，其缺点与“双腹板”的两个问题一致，而且在型钢梁或牛腿翼缘不必太宽的情况下，为了焊接腰筋搭筋板而将翼缘加宽，有点得不偿失。设计的原则：尽量不设腰筋搭筋板，只有当梁两侧腰筋为受扭钢筋而非构造防裂钢筋，且不能穿越核心区或在核心区锚固时，才考虑设置腰筋搭筋板。实际工程中，同时满足上述条件，即确需设置腰筋搭筋板的情况很少。
图3.32 设置梁端腰筋搭筋板时钢牛腿范围内钢筋排布剖面
4）组合结构节点核心区的上、下柱连接设计
（1）上下组合结构柱的断面选型。
当首层柱断面与2层柱断面尺寸相当时，首层及2层柱均可采用型钢混凝土柱。此时需要注意以下几点。①柱纵筋应尽可能布置在柱四角位置，目的是使更多的柱纵筋贯穿核心区。②应特别注意控制柱纵筋的数量，尽量减少柱纵筋的配置，避免出现双排柱纵筋的情形（可采用单排角部并筋）。原因是当框架柱纵筋较多时，被核心区钢牛腿切断的柱纵筋增多，不利于节点传力。③应尽量控制断面尺寸变化，尽量做到不变或少变断面尺寸，否则首层与2层柱纵筋不能位于同一竖向平面上，导致核心区传力板倾斜放置才能与上、下柱纵筋对齐，加大了节点的复杂程度和施工难度。
当首层柱断面较2层柱断面大时，可将2层设计为钢管混凝土柱，外层钢管不变径或少变径下插至首层混凝土柱中，即在首层形成型钢混凝土柱。针对节点上柱无钢筋的情形，梁钢筋搭筋板可为双层而不必弯折。首先，车辆段一般首层较2层高很多，首层断面比2层大，有利于下部两层刚度比的合理计算；其次，此种情况下柱纵筋仅在首层顶核心区锚固即可，不需要和上柱纵筋相互传力连接，即将核心区的加劲钢板由“传力连接”变为“锚固连接”。
当2层为混凝土柱时，情况基本同型钢混凝土，只是不存在柱内型钢，此处不再赘述。
（2）不同形式的组合结构柱在核心区的过渡连接。
对于不同形式的型钢混凝土柱，目前现行技术标准和图集的连接方式有以下4种：①十字型钢之间的连接；②方管型钢之间的连接；③十字型钢和方管型钢之间的转换；④圆管型钢之间的连接。情形①、②、④均为同类型钢骨之间的转换，较易实现。对于情形③，规范给出了“梁下穿袖”的连接方式，如图3.33所示。
图3.33 标准图集十字型钢转方管型钢过渡节点剖面
此种连接方式通常穿袖范围内全熔透，对接焊缝焊接困难（大于焊枪长度，无法施焊）。实际情况中，有时将此穿袖范围转移到梁柱核心范围内进行过渡，即将十字型钢深入核心区范围并通过角部焊接4个角钢将十字型钢围合成田字形，利用核心区范围内的加劲隔板充当穿袖范围的封端板。此种操作的好处是可在田字格内部的对接焊缝全部焊接完成后，再封闭四块角钢，实现内部焊缝的全熔透对接。缺点是焊缝较多，且因焊接次序和工艺的限制，最后一块角钢只能采用部分熔透焊缝，如图3.34所示。
图3.34 改进十字型钢转方管型钢过渡节点剖面
现行技术标准和图集并未给出十字型钢或方管型钢与圆管型钢连接的做法，原因是此过渡节点较为复杂且不易保证连接质量，设计中应尽可能避免十字型柱或方管柱与圆管柱的连接。当确需此种连接转换时，建议：先在梁下或核心区将十字型钢转换为“田”字形，再在楼面框架梁的上铁隔板处设置转换端板，然后将圆管柱等强对接焊在端板上，且核心区田字格的中部十字加劲肋应深入圆柱内不小于500 mm且不小于1倍的上柱直径，如图3.35所示。
采取田字转换且加劲肋深入上柱内一定长度的做法，其目的是确保圆柱在核心区的可靠刚性连接。由于设置柱脚外加劲肋突出2层楼面建筑面层的做法，一般建筑专业不能接受，而核心区的田字转换段类似于埋入式钢柱脚的深靴梁作用，在一定程度上弥补了不能设置外加劲肋的不足。此外，十字型加劲肋板深入圆柱内部，也是对处于复杂应力状态下的2层柱根部予以一定程度的加强。
图3.35 十字型钢转圆管型钢过渡节点（单位：mm）
钢管混凝土柱有以下两种变换方式：①方钢管混凝土柱之间的连接；②圆钢管混凝土柱之间的连接。转换方式同型钢混凝土柱，此处不再赘述。对于钢管混凝土结构，应避免圆管与方管之间的转换。
（3）不同尺寸的组合结构柱在核心区的过渡连接。
对于不同尺寸的型钢混凝土柱及钢管混凝土柱，目前现行规范和图集推荐的连接方式主要有转换隔板和变径两种方式。当首层与2层型钢尺寸相同或变化很小时（一般不超过100 mm，即单侧不超过50 mm），可通过设置转换隔板的方式进行过渡，如图3.36所示。当首层与2层型钢尺寸有一定差距时，可采取锥管变径的方式在节点核心区内实现过渡，如图3.37所示。
图3.36 标准图集转换隔板过渡连接剖面
图3.37 规范变径过渡连接剖面
实际工程中，还可能存在上下柱的型钢尺寸差距很大，按规范规定的1∶6锥管变径在梁高范围内不能完成过渡的情形。此时如再按变径方式处理，则变径段将突出核心区，建筑专业通常不能接受，因此，推荐“穿袖”的方式加以解决（十字型钢除外），即利用核心区框架梁上下部的加劲横隔板作为端板，上下柱在核心区高度范围内互插，如图3.38所示。
图3.38 断面尺寸变化较大时“穿袖”过渡连接剖面
（4）组合结构柱核心区箍筋的设计构造与施工处理。
实际工程中，由于节点核心区高度范围内，板件数量较多，节点构造较为复杂，此位置柱箍筋的施工较为困难。虽然现行《组合结构设计规范》（JGJ 138—2016）规定核心区柱箍筋配置原则上与柱箍筋加密区的要求相同，但同时也补充说明核心区柱箍筋的构造措施可给予一定放松，原因是核心区钢板件较多，计算中大多未考虑其有利作用，即实际情况比计算有利很多。根据实际工程经验，认为：①核心区范围内的柱箍筋在满足设计标准最小配筋率的情况下，应尽量减小箍筋肢数和直径，但箍筋竖向间距需按柱箍筋加密区的要求配置，不宜加大；②除最外层箍筋需满足封闭箍筋的要求外，中间箍筋均可用拉筋绑扎；③为进一步方便施工，对于最外层封闭箍筋可根据现场情况采取分段焊接的方式，对方形柱（如库区），可考虑采用4根L形箍筋，穿过梁端牛腿腹板开孔并在方形柱角部焊接，如图3.39所示，对圆形柱（如咽喉区），可将箍筋拆分为4段，每段两端与柱纵筋传力钢板焊接，即利用传力钢板闭合成环，如图3.40所示。
图3.39 方形柱核心区柱箍筋排布平面
5）梁托柱转换连接
（1）梁托柱节点的选型。
车辆段项目经常涉及梁托柱转换情形，其节点形式主要分为以下两种：①转换梁为混凝土梁，梁上柱为混凝土柱；②转换梁为型钢混凝土梁，梁上柱为钢管混凝土柱。
梁托柱节点之所以只归纳为上述两种形式，其原因主要是考虑施工：当转换梁采用型钢混凝土梁，梁上柱采用混凝土柱或型钢混凝土柱时，由于转换梁型钢的存在，在转换梁混凝土未浇筑前，梁上柱的钢筋不便在节点区插筋锚固。
（2）梁托柱节点设计和构造。
图3.40 圆形柱核心区柱箍筋排布平面
本小节第5）点第（1）点所述情况①较易实现，对于情况②，以工字型钢混凝土梁托圆钢管混凝土柱的情况为例加以说明。设计中采取如下处理措施。首先，为满足柱钢管与梁上翼缘的可靠连接，梁上翼缘必须有足够的支撑宽度。实际设计中转换梁采用水平向鱼腹型钢梁的形式。其次，因整体结构传力途径为梁上柱传递至转换梁，故该节点采用梁贯通型，并在型钢梁腹板两侧设置加劲肋。最后，为方便钢结构加工焊接，此节点核心区横隔板采用外环方式。梁上柱节点详图如图3.41所示。
上述连接方式需特别注意两点。①应严格控制梁上柱的截面尺寸并适当增加鱼腹型转换梁的梁宽，其目的是尽量增加转换梁上铁的贯通钢筋。当转换梁梁宽与梁上钢管柱尺寸相当时，梁上铁钢筋几乎全部被钢管打断，不能贯通，对于转换梁这类重要的受力构件显然不能满足要求，设计中应避免此种不利情形的出现。②在上柱钢管断面范围内，转换梁箍筋无法做成封闭箍筋。实际中采用U形箍筋在节点核心区锚固连接。
6）二层预留钢柱头时相关节点做法
（1）二层为混凝土框架柱时钢柱头的预留。
车辆段下盖一般设计施工至2层顶面，对于上盖开发为钢管混凝土或钢结构的建筑，下盖施工时需在2层柱顶预留钢结构柱头，以方便后期上盖施工连接。由于车辆段工程梁柱截面尺寸均较大，节点核心区钢构件均较重，施工总包方大多不能配备吊运重型钢构件的塔吊设备。所以考虑施工因素，下盖两层建筑的钢构件需要在首层顶板封闭前，在场区地面通过履带式起重机等一次架设完成，除非考虑履带式起重机等上2层结构楼面，此方式会造成2层楼面梁板尺寸及配筋加大很多，从而带来不必要的浪费。
图3.41 梁上柱节点详图
1—型钢钢骨；2—横向加劲肋；3—U形箍筋搭筋板；4—次梁；5—转换梁；6—加劲肋板；7—梁上柱；8—搭筋环板；9—梁上钢管混凝土柱；10—转换梁型钢钢骨；11—U形箍筋；12—转换梁下铁钢骨；13—次梁钢骨外环连接板；14—次梁下铁钢筋外环连接板
当需要在场区地面将下盖两层钢结构一次架设完成时，若结构2层为钢筋混凝土柱，则2层顶的预留钢柱头会因无型钢构件支撑而无法架设就位。此时，可采取以下施工措施：当结构首层为混凝土柱时，先施工首层柱至首层顶梁下皮，在该位置埋设钢柱脚并施作临时钢柱至二层节点核心区位置，在地面通过履带式起重机将2层顶钢柱头节点吊装就位至临时钢柱顶，再依次封闭首层顶及2层顶梁板结构，如图3.42、图3.43所示。当结构首层为型钢混凝土时，可将临时钢柱与首层型钢钢骨拼接，现场在地面一次起吊就位即可。
图3.42 预留钢柱头节点剖面（一）（单位：mm）
Ln——所在柱网净跨度；D——钢管外径
图3.43 临时钢柱首层顶柱脚节点剖面
这里需要注意以下6个问题。①在满足压杆长细比和稳定要求的前提下，设计中应尽量减小临时钢管的断面尺寸。原因是2层柱浇筑混凝土后，临时钢管将永久地留在2层结构柱中，而2层结构本身设计为钢筋混凝土柱，若钢管尺寸较大，则与原设计不符。②因临时钢柱尺寸较小，应采取相应施工措施，如采取临时支撑、拉纤等方式确保2层临时钢柱在施工工况下的稳定。③受临时钢柱的影响，首层顶梁钢筋在核心区位置不能全部贯通，但实际中因首层梁柱截面尺寸均较大，临时钢柱截面尺寸较小，梁的大部分钢筋均可贯通，少量未贯通钢筋直锚长度大多也可满足要求，依照边框架梁钢筋锚固的相关规定，此时梁钢筋在临时钢柱边弯折锚固即可。④因临时钢柱永久存在于主体结构框架柱中，所以当首层顶梁柱节点核心区因抗剪需要而配置较多的箍筋时，为便于核心区施工，此时可将2层钢筋混凝土柱改为型钢混凝土柱重新核算，即计入临时钢柱的有利作用，利用该钢骨代替一部分核心区箍筋进行抗剪，可大大减小核心区箍筋的肢数和直径。允许此操作的原因是核心区钢结构板件较多（加劲板、横隔板等），实际情况较计算模型有利很多。⑤由于临时钢管断面尺寸较钢柱头节点钢管断面小很多，相互连接可采用穿袖的方式处理，互插长度应满足楼面梁顶面以下不小于2.0D，且梁底面以下不小于1.0D（D为钢管外径）的要求。⑥因2层顶位置作为上部钢管柱的嵌固部位，故有必要采取适当的构造加强措施确保上柱的嵌固稳定。实际中，通常的做法是在2层顶楼面梁内设置一定长度的嵌固钢牛腿，嵌固钢牛腿的长度可取不小于相应柱网净跨度的1/4。为保证柱根部的有效嵌固，此节点位置梁柱连接可另设梁纵筋搭筋板而不利用此钢牛腿连接梁钢筋，梁纵筋搭筋板通过加劲竖腹板与嵌固钢牛腿相连。
突出屋面预留钢柱头的具体做法为：①将钢柱头伸出2层结构顶板顶面以上1.3 m左右，以利于后期钢柱焊接施工；②对外露钢构件涂刷防腐涂料，暂不进行防火处理；③不论上盖开发框架柱是钢管混凝土柱还是钢管柱，均在预留柱头内灌注混凝土，以对上部结构柱根部进行构造加强；④在钢柱头顶设置封端板并与钢管柱可靠焊接，后期钢柱连接时，可将钢柱头端面除锈、刨平，上部钢柱直接与钢管柱头对接连接，封端板做加劲隔板即可。
此外，也可将临时钢柱改为格构柱的形式，即围绕框架柱四角设置4肢角钢组成格构临时钢柱，从地面向上贯穿首层顶板通至2层顶钢柱头位置，如图3.44、图3.45所示。该方式的优点是消除了临时钢柱永久留在框架柱结构中的影响，缺点是格构柱角钢需要落至首层且需在承台中预埋钢柱脚或与承台外伸型钢焊接，4肢角钢施工后还需要割除。此外，尚需在2层柱头位置设置支撑架托以保证柱头节点承托于格构柱4肢角钢之上。此种做法的施工工艺较为复杂。
（2）二层为混凝土梁上柱时钢柱头的预留。
与本小节第6）点第（1）小点所述情形类似，此种情况同样需设置临时钢柱以支撑2层顶柱头节点。但更为不利的是，梁上柱一般不在框架柱轴网位置，即此位置首层并无框架柱，故此时临时钢柱需要落于地面且需施作钢柱临时基础（无承台基础）。此外，由于首层此位置无框架柱，施工完成后，首层临时钢柱必须拆除。实际中，为方便首层临时钢柱拆除，也为尽量节省材料，首层考虑采用可拆卸钢柱结构。
图3.44 预留钢柱头节点剖面（二）（单位：mm）
Ln—所在柱网净跨度；D—钢管外径
图3.45 格构临时钢柱剖面
因转换梁下铁不能切断，故需在首层临时钢柱顶采用“箱笼”转换方式，即采用上下两层钢板夹住中间若干条纵向肋板的方式，确保梁下铁钢筋连续穿过。此外，箱笼将混凝土梁下表面模板夹在其中，并以对拉螺栓紧固。施工中采取必要措施确保螺栓拧紧，并确保螺栓孔位置处未凝结混凝土浆液不渗漏。具体做法如图3.46所示。
图3.46 “箱笼”转换节点剖面
待混凝土浇筑并养护完成后，模板及其以下首层临时钢柱部分便可随对拉螺栓松开而拆卸下来。同理，临时钢柱也可采用类似本小节第6）大点第1）小点所述格构柱的方式处理。总体来讲，此种情况施工措施最为复杂，设计中应尽量控制和减少此种情况的出现。
5.抗震超限设计
下面以广州市新城停车场为例，阐述城市轨道交通车辆段综合枢纽的抗震设计和超限设计的流程及方法。
1）工程概况
广州市新城停车场位于番禺区石碁镇镇中心南面区域，规划范围东西两侧与中部（东西向）均有河涌水系。与河涌相隔的东西两侧除小部分工业区外，均为大片农田与村庄居住建筑。规划范围北侧以居住区与部分工业区为主，南侧为金龙城财富广场。
停车场工程项目规划总用地面积187546.2 m2，总建筑面积673208.7 m2；计算容积率建筑总面积456711.7 m2，上盖物业开发包括高层住宅、多层住宅等，另盖板范围还有小学、中学、幼儿园等上盖建筑。
目前该项目为一级开发阶段，二级开发上盖建筑方案未确定，因此，盖下需预留远期上盖建筑能调整户型和布置的条件，其中，1区15.5 m盖板上按4栋100 m高度的高层住宅预留（总高120 m），塔楼位置及数量确定，标准层户型未定；3区、4区15.5 m盖板上按25 m高度的小学预留（总高50 m），位置、户型和塔楼数量未定；3区10.0 m盖板上按10 m高度的幼儿园预留（总高20 m，未超限），位置、户型和塔楼数量未定；7区、9区按25.2 m盖板上25 m高度中学预留（总高50 m），位置、户型和塔楼数量未定；10区、11区、12区按25.2 m盖板上8栋25 m高度多层住宅预留（总高50 m），塔楼数量确定，位置和户型未定。
1区四栋高层住宅上盖总建筑面积为78224 m2（不含车库）+14220 m2（库房区车库）=92444 m2，无地下建筑；3区小学地上总建筑面积为11340 m2（不含车库）+12924 m2（库房区车库）=24264 m2，无地下建筑；7区中学地上总建筑面积为9603 m2（不含车库）+10469 m2（库房区车库）=20072 m2，无地下建筑；11区三栋多层住宅地上总建筑面积为15444 m2（不含车库）+9603 m2（库房区车库）=25047 m2，无地下建筑。
1区、3区至6区按两层盖板设计，7区、9区按四层盖板设计（局部3层），10区至12区按三层盖板设计。1区为库房区，按总高度120 m，二层盖板上34层住宅预留荷载进行框支转换设计；3区为库房区，4区为咽喉区，按总高度50 m，二层盖板上5层小学预留荷载进行全框支转换设计，采用框架结构。7区、9区为双层车辆段过渡区，按总高度50 m，四层盖板上6层中学预留荷载进行全框支转换设计，采用框架结构；10至12区为双层检修库，按总高度50 m，三层盖板上8层住宅预留荷载进行全框支转换设计，采用全框支剪力墙结构。墙柱截面的大小及位置主要考虑盖板上下结构受力及站场轨道等专业的限制。1区至7区、9区前期施工至8.5 m盖板，10区至12区前期施工至18.2 m盖板，预留墙、柱钢筋，并进行保护（上盖施工时凿除低标号混凝土用接驳器连接既有纵筋继续施工），远期再进行上盖物业施工。
2）超限分析
下面仅以3区为例，进行超限分析。
（1）设计条件。
①结构使用年限、安全等级及抗震设防标准。
根据《建筑结构可靠性设计统一标准》（GB 500068—2018）规定，本工程的结构设计使用年限为50年，3区小学建筑结构安全等级为一级，结构重要性系数为γ=1.1。车辆段设计使用年限为50年，按设计使用年限为100年的要求进行耐久性设计。
根据《建筑工程抗震设防分类标准》（GB 50223—2008）第3.0.3条和6.0.11条、《建筑抗震设计规范》（GB 50011—2010）第3.1.1条、《高层建筑混凝土结构技术规程》（DBJ 15—92—2013）第3.9.1条规定，3区小学抗震设防类别为重点设防类，即乙类建筑，按本地区抗震设防烈度确定其地震作用，并按本地区抗震设防烈度提高一度的要求加强抗震措施。
根据地质详勘报告，本场地3区的场地类别为Ⅲ类。根据《建筑抗震设计规范（2016年版）》（GB 50011—2010），抗震设防烈度为7度，设计地震分组为第一组，设计基本地震加速度为0.10g。地基基础设计等级为甲级。3区小学结构分类等级详见表3.14。
表3.14 3区小学结构分类等级
②抗震等级。
3区小学（框架结构）建筑高度等级为A级。构件的抗震等级按广东省《高层建筑混凝土结构技术规程》（DBJ/T 15—92—2013）第3.9.3和第3.9.4条规定采用，详见表3.15。
表3.15 3区小学构件抗震等级表
续表
注：乙类建筑按高于本地区抗震设防烈度1度的要求加强抗震措施；根据广东省《高层建筑混凝土结构技术规程》（DBJ/T 15—92—2021）将体型收进部位上下各2层塔楼周边竖向构件抗震等级提高一级。
③地震作用参数。
根据地质报告，场地土类别为Ⅲ类。本工程抗震设防烈度为7度，设计地震分组为第一组，设计基本地震加速度为0.10g。根据广东省《高层建筑混凝土结构技术规程》（DBJ 15—92—2013）第4.3.7条规定，地震反应谱参数值详见表3.16。
表3.16 地震反应谱参数值
注：Tg为特征周期，Xmax为地震影响系数最大值；ξ为阻尼比。
④风荷载。
根据广东省《建筑结构荷载规范》（DBJ 15—101—2014），番禺区新城停车场位置50年重现期的基本风压为W0=0.60 k N/m2，风荷载起算高度为室外地面。地面粗糙度类别为B类。舒适度验算时采用10年重现期的风压0.30 k N/m2。各塔楼风压放大系数及体型系数取值见表3.17。
表3.17 风荷载参数取值
⑤楼面、屋面荷载。
根据本工程的特殊性及功能的要求，除以下表所列的荷载取值外，其余按广东省规范《建筑结构荷载规范》（DBJ 15—101—2014）取值。具体数值见表3.18。
表3.18 荷载表
注：地下室顶板的施工荷载与覆土荷载两者选取较大者进行计算。
外墙/内墙材料蒸压加气混凝土砌块，墙厚200 mm（100 mm），墙体容重11.2 k N/m3（外墙）、8.4 k N/m3（内墙），强度A7.5（高层外围护墙）、A5.0（非高层外围护墙，厨房、卫生间隔墙，地下室、架空层隔墙）、A3.5（内间隔墙）。砌筑砂浆强度WM-M5.0。
内墙面层0.5 k N/m2，外墙面层0.55 k N/m2。
200 mm厚砖墙面荷载：3.27 k N/m2（外墙），2.68 k N/m2（内墙）。100 mm厚内墙面荷载：1.84 k N/m2；
考虑隔墙与剪力墙厚度相同，输入线荷载时，按建筑平面取实际墙体厚度计算。
落地玻璃门（窗）：0.7 k N/m2。
8.5 m盖板：恒荷载为4=k N/m2，活荷载为4=k N/m2（注：塔楼区域采用不落地支架施工，上部施工荷载按0.4 k N/m3+转换层梁板钢筋混凝土自重，参考荷载18～30 k N/m2；非塔楼区域施工荷载按13 k N/m2计。消防车荷载按《建筑结构荷载规范》（GB 50009—2012）取值。
15 m盖板：塔楼区域按总高39.5 m（从地面算起）全转换（转换层以上5层）塔楼建模，塔楼区域外恒荷载按实际覆土，活荷载为4=k N/m2。消防车荷载按《建筑结构荷载规范》（GB 50009—2012）取值。
（2）结构体系分析。
①结构主受力体系。
结构总高度37.42 m，裙房2层，顶面标高16.22 m，裙房以上5层，共7层。
由于首层为列车停车场，部分竖向受力构件需进行转换，根据建筑功能要求及结构受力特点，采用带转换框架结构体系，转换层设置在覆土层（裙房2层处）。地震荷载及风荷载产生的水平剪力主要由框支柱、框架柱承担，各主要受力分体系简述如下。
a.竖向承载体系：带转换框架结构体系。
b.抗侧力体系：塔楼抗侧刚度由框架柱提供，建筑底部抗侧刚度主要由原有框架柱及钢筋混凝土框支柱提供，框架柱通过框架梁之间的刚性连接亦提供部分抗侧刚度。
c.水平承载体系：采用普通现浇钢筋混凝土梁板体系。
②结构计算嵌固端。
本工程结构计算嵌固端设置在基础顶面。
③水平楼盖体系。
本工程裙楼和塔楼均采用普通钢筋混凝土梁板式楼盖系统（表3.19）。
表3.19 主楼盖形式
本工程主要构件截面见表3.20。
表3.20 主要构件截面（单位：mm）
④结构总平面及整体剖面。
3区小学为带大底盘结构。转换竖向构件面积及转换比见表3.21。
表3.21 转换竖向构件面积及转换比
注：塔楼指裙楼大底盘以上的楼层。
（3）结构超限类型和程度。
结构超限类别和程度按《住房城乡建设部关于印发〈超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点〉的通知（建质〔2015〕67号）进行判定。
①高度超限判别。
根据广东省《高层建筑混凝土结构技术规程》（DBJ/T 15—92—2013）第3.3.1条钢筋混凝土高层建筑的最大适用高度，本工程3区小学塔楼高度未超限（判别标准见表3.22）。
表3.22 房屋高度类别判别表
②结构规则性判别。
a.平面凹凸不规则情况判别。
3区小学三层结构平面布置图如图3.47所示，3区小学不属于平面凹凸不规则（判别标准见表3.23）。
图3.47 3区小学三层结构平面布置图
表3.23 平面凹凸不规则情况判别标准
b.楼板局部不连续情况判别。
楼板局部不连续情况判别标准见表3.24。
表3.24 楼板局部不连续情况判别标准
c.平面扭转不规则情况判别。
平面扭转不规则情况判别标准见表3.25。
表3.25 平面扭转不规则情况判别标准
注：括号内的数字为结构计算模型楼层号。
d.竖向不规则情况判别。
（a）侧向刚度不规则判别。
侧向刚度规则情况判别标准见表3.26。
表3.26 侧向刚度规则情况判别标准
注：括号内的数字为计算楼层号，下同。
（b）竖向抗侧力构件连续性判别及楼层承载力突变判别。
竖向抗侧力构件连续性判别及楼层承载力突变判别标准见表3.27。
表3.27 竖向抗侧力构件连续性判别及楼层承载力突变判别标准
注：楼层承载力比通过增加柱竖向钢筋及剪力墙水平钢筋调整至0.8。
e.局部不规则情况判别。
局部不规则情况判别标准见表3.28。
表3.28 局部不规则情况判别标准
③超限情况总结。
根据《住房城乡建设部关于印发〈超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点〉的通知》（建质〔2015〕67号），本工程3区小学结构类型超过现行规范的适用范围，并存在以下5项不规则项：
a.扭转不规则。
b.楼板不连续。
c.刚度突变、尺寸突变（体型收进）。
d.构件间断。
e.局部不规则。
按照《住房城乡建设部关于印发〈超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点〉的通知》（建质〔2015〕67号），本工程3区小学塔楼高度未超限。
（4）超限设计对策。
①超限设计的计算措施。
针对本工程超限情况，采取了以下计算手段及加强措施。
a.采用两个不同的弹性分析程序YJK系列软件与MIDAS Gen软件进行分析对比，互相校核结果，确保结构整体计算指标准确可靠。
b.采用弹性时程分析法进行多遇地震下补充计算，输入两组人工波和五组天然波，结构地震效应取多组时程曲线的平均值与振型分解反应谱法计算结果的较大值。
c.按照广东省标准《高层建筑混凝土结构技术规程》（DBJ/T 15—92—2013）的性能执行标准进行性能设计，根据抗震中不同构件的重要性及其作用，将构件分为关键构件、普通构件和耗能构件，并按C级性能目标，框支框架及相关范围（包括裙楼范围）加强为B级性能目标，分别对其在不同强度地震作用下进行相关计算，并根据计算结果采取相应的加强措施。
d.罕遇地震作用下，采用PKPM-SAUSAGE进行动力弹塑性分析，验证结构能否满足大震阶段的抗震性能目标，并寻找薄弱楼层与薄弱构件，针对薄弱部位制定相应的加强措施。
②抗震性能目标。
根据本工程结构构件重要性及可靠性要求，定义框支柱、裙楼柱、框支梁、转换层楼板为关键构件，其余竖向构件为普通竖向构件，框架梁为耗能构件。
根据本工程的抗震设防类别、设防烈度、结构类型、超限情况和不规则性，按照广东省《高层建筑混凝土结构技术规程》（DBJ/T 15—92—2013）第3.11节，设定本结构的抗震性能目标为性能C级，框支框架及相关范围（包括裙楼范围）加强为B级，不同构件性能水准及其预期的震后性能状况见表3.29和表3.30。
表3.29 不同构件性能水准
表3.30 不同构体性能水准预期的震后性能状况
a.不同地震水准下的计算分析。
（a）小震。
目标为第1性能水准，采用YJK程序按规范方法进行计算和设计，结果满足现行规范标准的相关规定，则可保证结构在小震作用下“完好、无损坏”的性能目标。
（b）中震。
目标为第2性能水准，采用YJK程序进行等效弹性分析，根据广东省《高层建筑混凝土结构技术规程》（DBJ/T15—92—2013）第3.11.5条第2款规定，构件设计按以下标准：
结构构件的抗震承载力符合式（3.23）的要求：
式中：SGEk为重力荷载代表值作用下的效应标准值；η为构件重要性系数，关键构件取1.1，一般竖向构件取1.0，水平耗能构件取0.9；
和
分别为水平和竖向大震作用计算的构件内力标准值；ξ为承载力利用系数，压、剪取0.67，弯、拉取0.77；Rk为按材料强度标准值计算的构件承载力。
目标为第3性能水准，采用YJK程序进行等效弹性分析，根据广东省《高层建筑混凝土结构技术规程》（DBJ/T15—92—2021）第3.11.3条第3款规定，构件设计按以下标准：
结构构件的抗震承载力符合式（3.23）的要求，η为构件重要性系数，关键构件取1.1，一般竖向构件取1.0，水平耗能构件取0.9；ξ为承载力利用系数，压、剪取0.74，弯、拉取0.87。
（c）大震。
目标为第3性能水准，采用YJK进行大震等效弹性计算，确保竖向构件受剪截面满足要求。根据广东省《高层建筑混凝土结构技术规程》（DBJ/T15—92—2013）第3.13.3条第3款规定，第3性能水准结构，大震下竖向构件的受剪截面按式（3.24）控制：
式中：VGEk为重力荷载代表值作用下的构件剪力标准值
为大震作用计算的构件剪力标准值；ξ为剪压比，取ξ=0.133；fck为混凝土轴心抗压强度标准值；b为矩形截面宽度；h0为截面有效高度。
目标为第4性能水准，采用PKPM-SAUSAGE软件进行动力弹塑性分析，控制整体结构的弹塑性位移角满足剪力墙结构1/150、框架结构1/63的要求；采用YJK进行大震等效弹性计算，确保竖向构件受剪截面满足要求。根据广东省《高层建筑混凝土结构技术规程》（DBJ/T15—92—2013）第3.11.3条第4款规定，第4性能水准结构，大震作用下竖向构件的受剪截面按式（3.24）控制，其中，剪压比为0.15。
b.性能设计的计算参数取值（表3.31）。
表3.31 性能设计的计算参数取值
注：其他参数同小震弹性计算取值。
（5）针对超限情况采取主要措施及结论。
①超限情况。
本工程的结构布置简洁，传力路线明确、直接，理论计算的各项指标均能满足规范的要求。本工程3区小学的结构类型超过现行规范的适用范围，并存在以下不规则项。
a.扭转不规则。
b.楼板不连续。
c.刚度突变、尺寸突变（体型收进）。
d.构件间断。
e.局部不规则。
②加强措施。
针对本工程超限情况的计算分析及构造加强措施如下。
a.采用两个不同的弹性分析程序YJK系列软件与MIDAS Gen软件进行分析对比，互相校核结果，确保结构整体计算指标准确可靠。
b.采用弹性时程分析法进行多遇地震下补充计算，输入2组人工波和5组天然波，结构地震效应取多组时程曲线的平均值与振型分解反应谱法计算结果的较大值。
c.按照广东省《高层建筑混凝土结构技术规程》（DBJ 15—92—2013）的性能执行标准进行性能设计，根据抗震中不同构件的重要性及其作用，将构件分为关键构件、普通构件和耗能构件，并按C级性能目标分别对其在不同强度地震作用下进行相关计算，并根据计算结果采取相应的加强措施；考虑增加结构底盘安全度，对框支框架及相关范围裙楼柱性能目标加强为B级。
d.应用PKPM-SAUSAGE软件进行罕遇地震作用下的动力弹塑性分析，验证结构能否满足大震阶段的抗震性能目标。
e.针对平面不规则的措施：已加强外围框架柱及外围框架梁，提高结构的整体抗扭性能。加厚楼板弱连接处板厚度，楼板厚度采用150 mm，并进行双层双向配筋，增强楼板的抗剪承载力及延性，保证水平力能可靠传递，提高结构整体性。
f.针对停车场层（转换层下一层，即3区小学首层）刚度突变的措施：保证转换层下一层具有足够的侧向刚度，该层层间位移角在抗震设防烈度作用下可满足不大于1/500的要求，基本处于弹性状态，在罕遇地震作用下弹塑性位移角可满足不大于1/150的需求；控制底部关键构件中、大震剪压比，以提高竖向构件延性。
g.针对尺寸突变的措施：对于体型收进部位（转换层）上、下各2层塔楼周边的竖向构件，抗震等级提高一级。
h.针对竖向构件不连续的措施：施工图阶段对关键构件按小震、中震及大震计算结果包络配筋，对框支柱及转换层进行应力分析并以应力校核配筋，加强构造措施，达到小震、中震完全弹性，大震受剪弹性、压弯不屈服的性能目标。适当加强转换层楼板及转换层上下两层楼板，转换层楼板厚度不小于200 mm，配筋不小于0.30%（双向双层），转换层上下两层楼板厚度不小于150 mm，配筋不小于0.25%（双向双层）。
i.针对楼板不连续的措施：对有效楼板宽度小于50%和楼板大开洞的楼层进行设防烈度地震作用下的楼板应力分析，并控制楼板弱连接位置处的板厚至少为150 mm，施工图阶段控制楼板最小配筋率为0.25%（双层双向拉通），在洞口附近附加钢筋避免应力集中；加强弱连接部位及洞口周边的梁，梁截面高度不小于1/10跨度，梁纵筋全截面配筋率不小于3.0%（拉通）。加强楼板和弱连接位置梁，以保证水平力的可靠传递，提高结构的整体性。
j.针对局部不规则：3区小学裙楼存在个别框架柱转换，已将相关柱设定为关键构件，验算小、中、大震作用下的性能，并在施工图阶段进行包络设计。
上述抗震措施从计算分析和抗震构造措施两方面入手，对结构的重要部位、薄弱部位进行了加强，可满足本工程提出的抗震性能目标。
③结论。
综上所述，本工程着重概念设计，结构体系选择恰当，结构布置、构件截面取值合理，结构位移符合规范要求，剪重比适中，结构具有良好的耗能机制。针对超出规范限值的情况，已按规范要求做出相应的补充分析和加强构造处理，能满足现行规范“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震设防要求。