地铁停车库上盖物业开发.doc

（论文）第一章 绪 论地铁车辆段是地铁车辆停放、检查、整备、运用和修理的管理中心所在地，通常位于线路的起点或终点附近。若运行线路较长，为了利于运营管理和减轻车辆的检查和清洗工作量，还会在线路的另一端设停车场，负责部分车辆的停放、运用、检查、整备和救援等工作。1.1 研究背景传统地铁车辆段由于其占地面积大、建筑密度低、用地强度小等特点，与日益紧张的城市土地资源之间产生了难以调和的矛盾。地铁建设结合周边区域进行综合开发，是地铁与城市发展的必然，对地铁及城市发展均有重大意义。通过对地铁停车库上盖物业开发工程的研究，能够提出较为可行的方案解决相关问题，从而真正做到保证地铁安全施工、安全运营、带动城市发展、发挥城市公共客运交通骨干作用的作用，同时，进行地铁停车库上盖建筑的物业开发，不仅可以协调停车库与周边用地的关系，减少地铁停车库对城市的分割作用，而且可以盘活周边地块，带来巨大商机。据不完全统计，目前国内已经有北京、上海、成都、深圳、长沙、宁波等多个城市开展地铁车辆段上盖物业开发的研究及相关工作，部分城市的地铁车辆段上盖物业开发已经进入实施阶段。1.2 地铁车辆基地综合开发现状1.2.1地毯模式此种模式主要是将地铁车辆段及综合基地布置在地面，水平展开，通过对众多功能库房进行整合，形成连成一体的平台，作为开发物业的建设用地。这种开发模式并不强调对车辆段及综合基地进行压缩，而是从上盖物业开发与周边环境融合的角度出发，对上盖交通流线、建筑布局、管线排布进行合理组织，同时上盖物业开发面积在满足规划要求的前提下尽可能提高，以获取最大利益。高架地铁站点与基地上部开发结合紧密，步行人流组织做到无风雨通行；车辆段及综合基地工作空间与上盖物业通过平台结构板与围墙彻底隔离，便于管理；车辆基地位于地面，生产货运流线组织便捷，生产部门呈水平联系，符合传统运营习惯；车辆段及综合基地结构体系位于地面，施工不太复杂。这种开发模式多使用在山地、丘陵等对地形高差变换容忍度较大的城市，如重庆、香港等地区。在这类城市中，通过模拟微地形处理将车辆基地上盖边缘与城市空间的结合部层次化、丰富化、多元化。以香港为例，香港作为一个国际化大都市，为了解决城市用地问题，从20世纪60年代开始已进行地铁车辆基地地毯式开发模式的研究，历经半个世纪，现已形成了第三代日出康城，该项目在设计时将城市道路以微地形的形式引入到车辆基地上盖，通过景观、绿化、台地等手段，将车辆基地硕大的边缘弱化，形成丰富的城市空间，改善了第一、二代车辆基地固有的缺陷。它的总占地面积是34万m的建筑，上盖及周边布置的高层的塔楼，并配备了汽车夹层，上层物业开发这个布置的比较早。图1.1 香港柴湾物业开发1.2.2地下掩土模式为了尽可能规避其对城市空间与交通产生的负面影响，这种开发模式将地铁车辆段及综合基地的主要大型厂房布置在地下，一些人员集中的辅助办公空间布置在地上。地面置换出的剩余城市空间则依据不同的需求布置相应的建筑功能，形成与周边环境一致的城市形态。这种车辆基地开发模式充分利用地下空间，结合地下线，减少出入段线的拉坡需求，避免了地面U 型槽的出现，从而保证在地铁生产工艺的同时将地面城市空间还给公众，极大地节约了城市土地，保留了原有城市空间尺度与脉络。所以通常被运用到位于城市核心地段的地铁车辆段及综合基地，或因城市发展而渐渐陷入城市核心的车辆段及综合基地的建设和改造工程中。例如日本光丘车辆段、英国的怀特镇（White City）车辆段、新加坡的金泉（Gimcheon）车辆段等都采用这种开发模式，仅在上部布置的物业形态有所区别。然而，因大量空间位于地下，这种开发模式对地质条件要求相对较为严格，如因地下水位过高，将会导致建设成本的大量增加；其次，由于位于地下，车辆段自然采光与通风条件较差，运营模式因空间局限受到一定限制；同时，下沉车辆基地对周边市政管线敷设带来不便，地下消防扑救，防灾应急等问题也需要重点考虑。因此，我国地铁车辆基地若要采用这种开发模式，尚需更多地借鉴国外同类车辆基地的建设经验。作为在怀特镇车辆段上部开发的建筑群，韦斯特菲尔德（Westfield）商场是英国第三大、伦敦第一大的零售商业综合体，总建筑面积约15万m，共计270个铺位，同时具备4500个小汽车停车位。围绕整个商业综合体，配套建设了伦敦地上铁的谢菲尔德布什（Shepherds Bush）站、伦敦地下铁中央线的谢菲尔德布什站、怀特镇站、伦敦地下铁哈默史密斯与城市线的谢菲尔德布什市场（Shepherds Bush Market）站、伍德巷站，以及新的公交总站、人行系统等，相关市政接驳设施共计花费了2. 7亿英镑。据韦斯特菲尔德集团估算，新的商业约有60%的购物人群会利用公共交通到此购物或休闲娱乐。整个怀特镇开发，总共耗资16亿英镑，完成后的商业街，以韦斯特菲尔德商场为核心，形成了多业态，综合性的城市副中心。图1.2 韦斯特菲尔德商场鸟瞰1.2.3高架模式城市内通常由于用地紧张，高架线路衔接落地车辆段及综合基地。在难以满足线网的坡度要求时，采用高架车场的建设模式，使得正线轨顶标高同库内规定标高基本一致。当车辆段及综合基地布置在地面以上10 m左右时，城市利用车场下部空间布置大量商业以及生活配套设施，上部则布置住宅或酒店式公寓等居住性质的建筑物，相邻地铁高架站点成为物业开发提供便捷的交通出行方式，商业、居住等物业形态也为末端站点带来稳定的客流来源，同时围绕地铁高架站点组织相应的城市其他交通设施，形成完善的接驳出行系统。此种车辆基地开发模式克服了地毯模式对城市地面交通的影响，也避免了地下掩土模式造价高的缺陷，保证了车辆段及综合基地的自然通风、采光条件优化等工作环境；利用其下部空间进行商业开发，将可达性最强的地面空间归还给城市，将原来孤立于城市的地铁厂区转变成为一个宜人的商业购物贸易区；通过结合相邻地铁站点，形成无缝衔接的交通接驳，形成高密度的商业开发。但是，由于高架开发模式是在地面之上若干层修建建筑综合体，出于城市空间形态与尺度的考虑，这种开发模式多用于较小型的停车场，以保证街区尺度符合城市发展的要求；同时高架咽喉区下部，将会形成一个采光条件较差的城市空间，景观绿化较难存活，需结合相应的市政交通设施进行布置。因此，在选用这种开发模式的同时，需要首先考虑车辆段及综合基地设置的规模和功能是否适合。2004年，我国在武汉首次尝试了高架停车场的建设，2009年，南京地铁1号线南延大学城停车场，将高架停车场的建设与周边用地进行统一规划、设计、建设，从而开创了我国高架停车场综合物业开发的先河，成为高架开发模式的典型案例。由于地铁站点与地铁停车场的引入，原有规划布局及相关指标有了较大的调整，容积率及用地功能都发生了变化。在新的规划中，要求对地铁停车场用地进行土地的综合利用，在其上建设相应的住宅及商业配套设施。整个停车场远期配属车辆34列，总用地面积13.7万m，总建筑面积为36.8万m。其中地铁停车场总建筑面积约6万m，综合商业约8万m，上盖住宅约8万m，落地住宅开发16万m。该地块配套建设1个地铁站点，100个P+R停车位，8个到发车位的公交始发站，30个出租车停靠位。地铁接驳其他交通换乘距离不大于150m，高架地铁站厅与商业二层形成无缝衔接，并通过商业步行系统与南侧住宅小区形成紧密联系。图1.3 大学城停车场开发剖面1.3 研究现状缪东1（2013）分析了轨道交通车辆段及综合基地的功能和配置要求。其中强调由于城市轨道交通的特点，车辆段的设置一般均建设在城市边缘或城郊结合部。但随着城市的快速发展，城市用地依旧非常紧张。因此，车辆段的设置规模和总平面布置应符合城市整体规划要求，在满足工程地质水文条件、供电供水条件的情况下，应尽量结合周边规划要求、道路规划要求，合理的进行总平面布置，在遵循工艺优先原则的前提下，尽量减少工艺占地规模。当用地靠近规划道路或其他规划目标时，应考虑让出具有升值潜力的地块，以供商业开发或其他建设项目。胡兴为2（2013）研究了深圳地铁塘朗车辆段上盖物业D区结构设计，深圳地铁塘朗车辆段上盖物业D 区下部为深圳地铁5 号线塘朗车辆段停车列检库，上部为13 层住宅，采用框支剪力墙结构，为平面及竖向均不规则的超限高层结构。为保证结构的抗震性能，采用抗震性能设计方法，对不同构件提出合理的抗震性能目标，采用多个软件对结构各抗震设防阶段进行分析。忻鼎康等3（2003）采用预应力技术来减少地铁车站结构变形裂缝在我国尚属首次尝试。探讨了结构计算分析所需土体约束条件、混凝土收缩和温度体荷载，给出了复合双墙地铁车站节段的ANSYS 程序有限元计算分析和预应力筋合理布置的建议。对于课题研究提供有效的参考，在结构分析过程中和建立计算模型时，必须确定一系列力学和物理参数，主要的有土体对顶板、底板和连续墙的约束条件，节段间的约束条件等。沈健，王敬4（2011）介绍了北京地铁8号线*车辆段上盖物业开发的主要设计方案，并以此为例，对地铁车辆段上盖物业开发设计要点进行了梳理和分析，提出了地铁车辆段上盖物业开发设计的一般流程、注意事项及相关建议。要点如下：明确设计思路、理清设计流程，综合评估、合理确定上盖开发范围，物业开发商业部分与车辆段的设计界面划分，上盖物业与盖下车辆段实现物理界面划分，通风与采光，消防设计，上盖开发车辆段的轨道减振设计。传统地铁车辆段由于其占地面积大、建筑密度低、用地强度小等特点，与日益紧张的城市土地资源之间产生了难以调和的矛盾。因此在进行车辆段物业开发规划、设计时，应充分注意上述设计要点，使其既能满足运营的需要，又能充分考虑盖下人员的工作环境及未来上盖物业开发的需要。甘宁5（2013）根据各大城市合理解决紧缺土地资源、建设集约型城市及交通便捷城市的要求，城市轨道交通的发展突飞猛进，轨道交通在解决城市扩张带来的交通不便的问题的同时也会随之带来负面的影响。成都轨道交通7 号线的车辆基地成为全国首例地下两层的地铁停车库的上盖开发项目。它的出现是城市高密度发展具有代表性的案例，它也将成为中国以后轨道交通车辆基地的大规模用地的综合开发的趋势，它能充分发挥轨道交通对城市建设的带动作用，为城市建设增光添彩。李妍、耿传智6（2013）研究了地铁停车场上盖开发的轨道结构选型，在市区建设大型轨道交通停车场会使交通更加便捷，促进经济发展，但同时会带来振动噪声污染，如果采取有效的减振降噪措施会大大减少不利影响。从轨道结构方面来说，大量的地铁振动实验数据表明，在时域内，浮置板轨道在隧道壁振动比弹性扣件轨道降低约15 dB，比弹性支承块轨道降低1014dB。说明浮置板轨道隔振效果明显。浮置板到隧道壁的振动插入损失约40dB；浮置板轨道与弹性扣件轨道比较，在10100Hz，降低13dB以内，在100Hz以上降低30dB，在40Hz内，弹性支承块轨道与弹性扣件比较并无隔振效果；在50Hz以上减振10dB以上。浮置板减振轨道相比弹性扣件和弹性支承块轨道拥有更好的减振性能，能改善停车场上盖物业的开发质量，增加开发形式，因此使用浮置板减振轨道非常适用于综合性停车场的开发。夏梦丽7（2012）首先从国内外轨道交通车辆基地综合开发的现状及实例调研分析其复合功能组成、实体要素、空间要素及整体模式，然后借鉴先进立体化设计理论及成功案例梳理并推导立体化要素的构成和组成特点，随后结合轨道交通车辆基地综合开发的实际案例，分析总结空间形态要素整合方法。核心部分讨论了轨道交通车辆基地立体空间组织的实体要素及空间要素，包括地上、地面、地下三个城市界面中形态丰富、聚集多义性的公共空间节点，及其空间组织结构。最后论文总结和展望轨道交通车辆基地综合开发空间形态未来发展的趋势。车辆基地综合开发的城市设计中与城市空间相互延伸与扩展，通过在综合开发中引入商业步行街，通过中庭结合交通换乘及大型商业，将城市广场设置于车辆基地的屋顶平台，多样化空间元素的导入，不仅构成综合开发的整体空间，并且形成城市公共空间的活力元素。同时，车辆基地综合开发空间结构通过组织多元化的空间元素，将车辆基地综合开发，转化为集聚多种空间层次、多种空间要素复合的动态开放系统，积极融入城市空间环境系统。赵宏康等8（2013）对于苏州太平车辆段停车列检库上盖物业开发复杂高层结构设计的研究介绍了在苏州太平车辆段上部进行上盖物业开发的复杂高层结构的建筑特点、结构特点及设计要点，包括超大层高差的结构设计、超限高层结构设计及分析、基于ANSYS 实体单元的箱式转换结构设计，以及考虑混凝土的徐变和上盖开发滞后可能性的沉降控制设计等。说明带箱式转换的巨型框支柱-剪力墙结构体系是适合上盖开发的一种结构体系。综合考虑基础沉降和上部结构混凝土的徐变随时间推移的变化规律的结构设计可用于高层建筑大底盘不允许留设沉降后浇带的情况。吴奎9（2013）对于常青车辆段综合开发结构设计的关键问题探讨，结合武汉市轨道交通2 号线常青车辆段综合开发工程经验，总结地铁上盖开发类项目在设计中可能面临的关键问题，探讨了抗震缝、转换形式、消防车荷载等的合理选用，运用刚度调平理论解决了沉降不均及分期施工的影响，为今后地铁上盖开发类项目提供一定的参考。1.4 研究内容（1）深入研究国内外地铁停车库上盖物业开发工程发展概况，总结国内外地铁停车库上盖物业开发工程研究现状；（2）依据现有资料，综合上盖物业开发工程特点与地铁停车库运营要求，研究上盖工程对地铁停车库结构及轨道安全性的影响；（3）对于研究问题按照规范要求分析，建立SAP2000模型进行计算，同时将计算结果与理论计算结果进行比较；（4）对计算结果进行分析、处理、总结，主要是建立SAP2000计算模型，模拟上盖工程的施工过程荷载与永久荷载，提供地铁8号线*车辆段运用库结构加盖结构的内力、裂缝、上盖区下方基础等相关分析结果，最后取得相关结论；（5）分析上盖施工过程中对既有地铁运用库运营安全的影响，对地铁停车库物业开发工程设计、施工等提出建议。1.5 研究方法本文将在经过认真分析和总结国内外相关发展现状后，运用正确的相关理论和知识，沿着“提出问题、分析问题、解决问题”的基本思路对课题展开讨论，利用有限元软件分析研究上盖工程对地铁停车库结构及轨道安全性的影响，同时对比不同上盖项目，对结论进行优化，并进行评价。目前，可用于荷载结构模型分析的大型计算软件有ANSYS、SAP2000、Midas等。本次计算采用SAP2000软件，模拟新建*车辆段上盖物业开发工程的施工对既有地铁8号线*车辆段运用库加盖结构的安全性影响，提供既有结构的内力分析结果，评价地铁8号线*车辆段运用库的安全性，并根据行车安全的要求，综合各种影响因素，提出*车辆段上盖物业开发工程施工时，既有地铁8号线*车辆段运用库保护措施。1.6 研究思路新建*车辆段上盖物业开发工程对*车辆段运用库加盖结构的安全性影响是本毕设针对项目的研究重点。主要通过收集、整理和分析各种地质、设计和现状调查、检测资料，运用数值分析、工程类比和查阅文献等多种方法，预测施工引起的*车辆段运用库的内力变化，得到在该内力变化条件下既有运用库结构裂缝的发展情况、梁柱的承载力情况以及运用库内轨道变形情况，在此基础上评价既有*车辆段运用库是否安全。研究思路如图1.4。收集、整理相关资料查阅相关文献总结国内外研究现状研究依托工程概况确定结构尺寸确定材料属性选取荷载建立SAP2000模型运用库结构内力分析运用库轨道变形分析运用库桩基承载力分析运用库基础沉降分析总结研究内容 图1.4 研究思路第二章 依托工程概况为了方便进行结构内力分析、验算下部基础沉降、评价轨道安全性，本文以*车辆段运用库上盖工程为例，现将对此工程的概况在本章内进行介绍。2.1 *车辆段工程概况2.1.1*车辆段总平面布置方案北京地铁8号线是北京轨道交通规划网中一条由北向南贯穿北京城区的轨道交通线。8号线北起回龙观东大街站，南至五福堂站，全长38.9 km，全部为地下线，共设车站30座，在*设车辆段一处。*车辆段总平面布置采用主厂房并列尽端式方案，出入段线由8号线二期工程的北端终点站回龙观东大街站站后双线引出，上跨延伸的正线后引入车辆段。*车辆段总平面布置图如图2.1所示。车辆段东北部区域为综合办公区，中部为道岔区，西北部为检修库及物资总库，西南部为停产列检库。车辆段占地面积约26 万m，新建房屋总建筑面积约19.7万m，计划于2012年底全部建成投入使用。图2.1 *车辆段总平面布置图2.1.2 *车辆段上盖物业开发总平面布置方案*车辆段采用一体化开发的设计方案。如图2.2所示，主要分为四部分，其中总图西南部为落地开发区，东南部为*地铁车站；中部为车辆段咽喉区上盖平台，咽喉区平台西侧为运用库上盖开发区。*车辆段上盖物业开发包括了车辆段运用库上盖物业开发及咽喉区上盖物业开发。咽喉区上盖平台标高约6m（相对标高），平台上主要规划有景观绿化、道路、运动设施等，运用库上盖标高约9.4 m（相对标高），上盖首先是1 层汽车库， 汽车库顶上为3排9栋住宅楼，上盖开发建筑面积约18万m。*车辆段上盖物业开发按照一次规划、分期实施的原则进行设计。其中运用库平台、运用库上盖、运用库上盖汽车库、汽车库顶及咽喉区上盖平台等车辆段功能部分属于一期工程建设范围，运用库及咽喉区上盖平台以上部分（不含平台）为二期工程的建设范围，如图2.3所示，二期工程属于房地产商业开发部分。图2.2*车辆段工程平面布置图2.3*车辆段工程平面布置2.2 *车辆段运用库工程概况既有*车辆段运用库为双层结构，首层层高为9.25m，二层层高约4.5m。运用库采用桩基础，为减小温度应力和混凝土收缩的影响，沿横向设置二道防震缝将大底盘分为三个单元，车辆段运用库共分为6个大区，各区之间留有变形缝，运用库平面及立面图如图2.4。本论文计算以其中a区为例，11 层住宅剪力墙双向均支承在大底盘上，即二层顶部转换梁上，形成上部11 层剪力墙，下部2 层框架的结构体系。图2.4 运用库平面及分区示意图2.3 地层分布特征根据勘察及初步勘察阶段揭露的情况，拟建场地80m深度范围内上部主要为人工填土层或耕土层，其下为一般第四纪冲洪积成因的粉土、粉质粘土及砂土地层，现将钻探深度内揭露的地层描述如下：（1）人工填土层粉土素填土层：黄褐色，稍湿，松散稍密，以粉土为主。含砖屑、灰渣、植物根以及少量有机质，夹杂填土1透镜体，局部地段表层分布有0.30.5m的耕土层。该层厚度0.41.7m。杂填土1层：杂色，稍湿，松散稍密，以碎砖、混凝土块等为主。（2）一般第四纪冲洪积层粉土层：褐黄色，稍湿湿，中密，夹粉质粘土1、粘土2透镜体。该层厚度2.74.4m。粉质粘土1层：软塑可塑；粘土2层：可塑硬塑。粉质粘土层：软塑硬塑，含有机质，夹粉土1、粘土2透镜体。该层厚度2.46.2m。粉土1层：密实，稍湿湿；粘土2层：可塑硬塑，含有机质。中砂层：稍湿饱和，稍密密实，主要矿物成分为石英、长石、云母，夹粉质粘土1透镜体及粉砂、粗砂薄层。该层厚度2.47.0m。粉质粘土1层：可塑硬塑；粉质粘土层：可塑硬塑，含氧化锰、有机质，夹粉土薄层，该层厚度0.63.3m。粉质粘土层：可塑硬塑，含氧化铁，夹粉土1、粘土2、中砂3透镜体。该层厚度3.98.9m。粉土1层：饱和，中密密实；粘土2层：可塑硬塑；中砂3层：饱和，中密密实。粉质粘土层：可塑硬塑，含有机质，夹粉土1、粘土2、中砂3透镜体。该层厚度3.79.6m。粉土1层：饱和，中密密实；粘土2层：可塑，含有机质；中砂3层：饱和，中密。粉质粘土层：褐黄色，可塑硬塑，含氧化铁、氧化锰，夹中砂1、粘土2透镜体，夹粉土薄层。该层厚度为5.512.8m。中砂1层：饱和，中密密实；粘土2层：可塑硬塑。粉质粘土层：可塑硬塑，含有机质。夹细砂1、粘土2透镜体。该层厚度为2.18.1m。细砂1层：饱和，中密密实；粘土2层：可塑硬塑，含有机质。粉质粘土层：褐黄色，局部褐灰色，可塑硬塑，含氧化铁、氧化锰等，夹粘土1、细砂2透镜体。该层最大揭露厚度10.9m。粘土1层：可塑硬塑；细砂2层：饱和，中密密实。中砂层：灰黄色，局部灰色，饱和，密实，主要矿物成分为石英、长石、云母。夹粉质粘土1透镜体及粉土、粘土薄层。该层最大揭露厚度为14m。粉质粘土1层：可塑硬塑。中砂层：浅黄色，饱和，密实，主要矿物成分为石英、长石、云母。夹粉质粘土1透镜体及粉土、粘土薄层。该层最大揭露厚度为8.5m。粉质粘土1层：可塑。粉质粘土层：浅黄色，局部灰色，可塑硬塑，含有机质。夹粘土1透镜体及粉土薄层。该层最大揭露厚度为8.5m。粘土1层：可塑硬塑。粉质粘土层：褐黄色，局部灰黄色，可塑硬塑，含有机质。夹细砂1透镜体及粉土、粘土薄层。该层最大揭露厚度为9m。细砂1层：饱和，密实。2.4 地基承载力人工填土层（粉土素填土层）结构松散、均匀性差，不经处理不宜作为天然地基持力层。其它各土层地基承载力特征值fak、桩的极限侧阻力标准值qsik建议按表2.1采用。表2.1 各土层相关数据土层编号地基承载力特征值fak（kPa）桩的极限侧阻力标准值qsik（kPa）厚度（m）粉土层160503.5粉质粘土层150554.3中砂层220605.7粉质粘土层180602.0粉质粘土层180656.4粉质粘土层180656.7粉质粘土层180659.1粉质粘土层200655.1粉质粘土层190708.0中砂层2807510.2中砂层280756.2粉质粘土层200706.2粉质粘土层210706.6第三章 计算模型本论文将采用有限元计算软件SAP2000对问题进行分析，本章将简要介绍SAP2000软件，同时确定建模过程中需要的相关参数：材料属性、荷载选取、结构尺寸等，并完成建模。3.1 SAP2000 软件3.1.1 SAP2000简介SAP2000 是基于有限元法的结构分析软件，在SAP2000 三维图形环境中提供了多种建模、分析和设计选项，且完全在一个集成的图形界面内实现。建模简单、形象，建立结构几何模型的同时也建立了结构的有限元模型11。3.1.2有限元分析方法通俗地说，有限元法就是一种计算机模拟技术。有限元法最初的思想是把一个大的结构划分为有限个称为单元的小区域，在每一个小区域里，假定结构的变形和应力都是简单的，小区域内的变形和应力都容易通过计算机求解出来，进而可以获得整个结构的变形和应力。有限元法中的相邻的小区域通过边界上的结点联接起来，可以用一个简单的插值函数描述每个小区域内的变形和应力，求解过程只需要计算出结点处的应力或者变形，非结点处的应力或者变形是通过函数插值获得的，换句话说，有限元法并不求解区域内任意一点的变形或者应力。3.1.3 SAP2000建模的基本步骤（1）SAP2000 坐标系SAP2000 坐标系为右手坐标系。整体坐标记为x，y，z 三个方向轴是互相垂直的并且满足右手准则。SAP2000 总是假设z 轴是垂直轴，自重总是沿 z 方向作用。SAP2000 以1，2，3 轴表示单元局部坐标系。1）整体坐标系的作用：节点坐标的确定、节点约束信息、节点荷载、整体方程组的建立、节点位移输出。2）局部坐标系的作用：单元刚度方程的建立、单元材料特性和截面几何特性、单元荷载的输入、结构的内力输出。（2）建模之前首先选定单位制。（3）简单模型尽量由SAP2000 直接建模，由“*dxf ”文件导入模型时应使“*dxf ” 文件中的图形位于坐标原点，且使图形坐标轴与SAP2000 整体坐标系一致。（4）钢材的材料属性需要修改弹性模量和屈服强度。3.2材料属性3.1.1 混凝土立方体抗压强度标准值是指按标准方法制作、养护的边长为150mm 的立方体试件，在28d或设计规定龄期以标准试验方法测得的具有95%保证率的抗压强度值。混凝土轴心抗压强度的标准值fck应按表3.1采用，轴心抗拉强度的标准值ftk应按表3.2采用12。表3.1 混凝土轴心抗压强度标准值（N/mm2）强度混凝土强度等级C30C35C40C45C50C55C60fck20.123.426.829.632.435.538.5表3.2 混凝土轴心抗拉强度标准值（N/mm2）强度混凝土强度等级C30C35C40C45C50C55C60ftk2012202392.512.642.742.85混凝土轴心抗压强度的设计值fc应按表3.3采用，轴心抗拉强度的设计值ft 应按表3.4采用12。表3.3 混凝土轴心抗压强度设计值（N/mm2）强度混凝土强度等级C30C35C40C45C50C55C60fc14.316.719.121.223.125.327.5表3.4 混凝土轴心抗拉强度设计值（N/mm2）强度混凝土强度等级C30C35C40C45C50C55C60ft1.431.571.711.801.891.962.04混凝土受压和受拉的弹性模量Ec应按表3.5采用。混凝土的剪切变形模量Gc可按相应弹性模量值的0.40 倍采用。混凝土泊松比cv可按0.20 采用12。表3.5 混凝土的弹性模量（104N/mm2）弹性模量混凝土强度等级C30C35C40C45C50C55C60Ec3.003.153.253.353.453.553.603.1.2 钢筋钢筋的强度标准值应具有不小于95的保证率。普通钢筋的屈服强度标准值、极限强度标准值应按表3.6采用。表3.6 普通钢筋强度标准值（N/mm2）牌号直径d(mm)屈服强度标准值极限强度标准值HPB300622300420HRB335650335455HRBF335650335455HRB400650400540HRBF400650400540RRB400650400540HRB500650500630HRBF500650500630普通钢筋的抗拉强度设计值fy、抗压强度设计值fy，应按表3.7采用。表3.7 普通钢筋强度设计值（N/mm2）牌号抗拉强度设计值 抗压强度设计值fy，HPB300270270HRB335、HRBF335300300HRB400、HRBF400、RRB400360360HRB500、HRBF5004354353.3 截面尺寸大底盘首层为运用库，层高9.25m，二层为小汽车库，层高4.5m，由于大底盘首层和二层超长且外露，为减小温度应力和混凝土收缩的影响，沿横向设置二道防震缝将大底盘分为三个单元，主要柱网尺寸为15.9m7.2m，12.6m8.6m。11层住宅剪力墙双向均支承在大底盘上，即二层顶部转换梁上，形成上部11层剪力墙下部2层框架的结构体系，住宅楼层高2.8m。图3.1、3.2分别为首层、二层框架柱梁分布图，根据相关单位提供的CAD图提取相应柱梁截面尺寸。结构中梁的主要截面尺寸：0.4m0.8m、0.6m1.0m、0.6m1.2m、0.6m1.5m、0.8m1.5m、1.0m2.0m；结构中柱的主要截面尺寸：1.2m1.2m、1.2m1.8m、1.2m4.0m、1.4m1.6m、1.4m2.0m、1.4m3.6m、4.2m0.8m。图3.1 首层框架柱梁分布图 图3.2 二层框架柱梁分布图3.4 荷载3.4.1恒载恒载，又称永久荷载，在结构使用期间内，荷载的大小不随时间的推移而变化、或其变化与其平均值相比较可以忽略不计、或其变化是单调的并能趋于限值的荷载。如结构自重、构造层重、土压力等。结构自重和构造层重的标准值计算，可按照施工图纸的设计尺寸和材料的单位体积、或面积、或长度的重力，经计算直接确定；土压力标准值的计算详有关基础设计资料。（1）楼面恒荷载楼面恒荷载主要由三部分组成：建筑面层恒荷载、结构层恒荷载、顶棚恒荷载。1）由建筑面层引起的楼面恒荷载计算建筑面层引起的楼面恒荷载计算，必须根据建筑楼面面层的具体做法 确定，常用建筑楼面面层恒荷载取值可参考表3.8。2）由结构层引起的楼面恒荷载计算结构层引起的楼面恒荷载=结构楼层楼板厚度钢筋混凝土容重（一般取25kN/m3）。表3.8 常用建筑楼面面层恒荷载取值参考表13楼面面层名称用料做法参考指标水泥砂浆面层厚度为30mm的 1：2水泥砂浆抹面压光；素水泥浆结合层一道；钢筋混凝土楼板总厚度为30mm单位重量为0.60kN/细石混凝土面层厚度为30mm的 C20细石混凝土随打随抹光；素水泥浆结合层一道；钢筋混凝土楼板总厚度为30mm单位重量为0.72kN/地砖面层厚度为810mm的地砖，素水泥浆擦缝；厚度为23mm的水泥胶结合层；厚度为20mm的1：3水泥砂浆找平层；素水泥浆结合层一道；钢筋混凝土楼板总厚度为30mm单位重量为0.65kN/大理石面层厚度为20mm的大理石面层，素水泥浆擦缝；厚度为30mm的1：3干硬性水泥砂浆；素水泥浆结合层一道；钢筋混凝土楼板总厚度为50mm单位重量为1.16kN/注：关于二次装修荷载是否考虑问题，如果甲方提出某些房间需要考虑二次装修的荷载增加量，则设计应给予考虑，并在结构设计总说明中注明已经考虑的二次装修荷载增量值；否则不予考虑。3）由顶棚引起的楼面恒荷载计算顶棚引起的楼面恒荷载计算，必须根据建筑顶棚的具体做法确定，常用建筑顶棚恒荷载取值可参考表3.9。表3.9 常用建筑顶棚恒荷载取值参考表顶棚名称用料做法参考指标纸筋灰顶棚钢筋混凝土楼板，用水加10%火碱清洗油腻；厚度为2mm的1：1水泥砂浆抹底、打毛；厚度为8mm的1：3：9水泥石灰砂浆层；厚度为2mm的石灰纸筋面层；喷石灰浆两道总厚度：12mm单位重量：0.20kN/m2水泥砂浆顶棚钢筋混凝土楼板，用水加10%火碱清洗油腻；厚度为8mm的1：1：4水泥石灰砂浆层；厚度为7mm的1：2.5水泥砂浆；喷石灰浆两道总厚度：15mm单位重量：0.30kN/ m2木质面板顶棚钢筋混凝土楼板，50mm70mm大龙骨中距1200mm；50mm50mm小龙骨中距400mm；50mm50mm方木吊挂钉牢，再用8#铅丝绑牢；面板钉牢；涂料粉刷两道单位重量：0.150.20kN/ m2V型轻钢龙骨顶及铝合金吊顶轻钢龙骨支架；轻质面板单位重量：0.10.15kN/ m24）楼面恒荷载取值为10kN/ m2（2）墙体恒荷载常用建筑墙体容重以及常用建筑墙体荷重及墙面面层荷重取值，可参考表3.10及表3.11。墙体恒荷载一般简化为线荷载的形式，直接作用于支承板或支承梁上，由墙体引起的恒荷载计算方法如下：对于无门窗洞口的墙体（实墙）：墙体恒荷载（kN/m）= 墙体净高墙体单位面积荷重（kN/ m2）对于有门窗洞口的墙体：墙体恒荷载（kN/m）= 墙体面积墙体单位面积荷重（kN/ m2）支承梁长度表3.10 常用建筑砌体容重取值参考表种类墙体材料及做法荷重参考指标砖及砌块容重（kN/）浆砌普通烧结砖18浆砌机制烧结砖19矿渣砖1819KP1型烧结多孔砖14水泥空心砖（390mm390mm140mm）9.8混凝土小型空心砌块（390mm390mm190mm）11.8蒸压粉煤灰加气混凝土砌块5.5墙体单位面积荷重可以直接查相应的设计手册，如表3.11所述，也可以按照下式计算：墙体单位面积荷重=砌体容重墙体厚度+砌体两侧墙面面层荷重表3.11 墙体单位面积荷重取值参考表种类墙体材料及做法参考指标墙面面层荷重（仅一侧墙面）（kN/ m2）贴瓷砖墙面（包括水泥砂浆打底，共25mm厚）0.5水泥粉刷墙面（20mm厚，水泥粗砂）0.36水磨石墙面（包括水泥砂浆打底，共25mm厚）0.55水刷石墙面（包括水泥砂浆打底，共25mm厚）0.50石灰、或砂粉刷墙面（20mm厚）0.34剁假石墙面（包括水泥砂浆打底，共25mm厚）0.5隔墙与墙体荷重（kN/ m2）双面抹灰条板隔墙（每面抹灰1624mm，龙骨在内）0.9单面抹灰条板隔墙（单面抹灰1624mm，龙骨在内）0.5GRC板隔墙轻质保温板0.14轻质空心隔墙板（与规格尺寸有关）0.60C型轻钢龙骨隔墙两层12mm厚纸面石膏板，无保温层0.27两层12mm厚纸面石膏板，中填岩棉保温板50mm0.32三层12mm厚纸面石膏板，无保温层0.38三层12mm厚纸面石膏板，中填岩棉保温板50mm0.43四层12mm厚纸面石膏板，无保温层0.49四层12mm厚纸面石膏板，中填岩棉保温板50mm0.54双面粉刷、240mm厚浆砌实心机制砖5.24双面粉刷、120mm厚浆砌实心机制砖3.0双面粉刷、240mm厚浆砌KP1型多孔砖4.2双面粉刷、120mm厚浆砌KP1型多孔砖2.7双面粉刷、190mm厚，单排孔混凝土小型空心砌块承重墙3.40双面粉刷、190mm厚，双排孔混凝土小型空心砌块承重墙3.80双面粉刷、90mm厚，混凝土小型空心砌块隔墙2.10综合考虑，墙体荷载为10kN/m。(3)其它恒荷载1）门窗恒荷载取值门窗恒荷载不大，可忽略不计；如要计算，一般简化为均布荷载。常用建筑门窗荷重取值可参考表3.12。表3.12 常用建筑门窗荷重取值参考表门窗种类荷重参考指标（kN/）附注钢门、钢框玻0.40.5按照3mm厚单层普通玻璃计算，如玻璃厚度改变，荷重须适当调整。璃窗塑钢门窗0.20.3铝合金门窗0.20.3木门0.10.2木框玻璃窗0.20.3玻璃幕墙1.01.5根据玻璃厚度，按照单位面积玻璃自重增加2030%采用2）楼梯、阳台栏板与栏杆恒荷载取值楼梯、阳台栏板与栏杆的恒荷载计算与建筑做法、采用的材质有关。对于楼梯、阳台的栏板恒荷载，可按下式计算：栏板荷重（kN/m）= 栏板高度（m）栏板容重（kN/m3）栏板厚度（m）= 栏板高度（m）栏板面荷重（kN/）对于栏杆恒荷载，可近似取0.5kN/m均布荷载做简化计算。3）设备恒荷载取值为满足建筑使用功能需要，常常需要配置一些设备。设备恒荷载的取值依据生产厂家提供的设备样本，设备恒荷载作用的位置依据建筑图中的平面布置。一般设备恒荷载：如电梯机房、自动扶梯、自动人行道等设计时，必须根据厂家提供的产品样本，确定支承钢梁所在的平面位置与设备恒荷载作用的大小；同样屋顶布置了风机房，设计者要根据厂家提供的产品样本，确定风机支承点所在的平面位置与作用恒荷载的大小。3.4.2 活荷载(1)屋面活荷载水平投影面上的屋面均布活荷载，按表3.13采用。屋面均布活荷载，不应与雪荷载同时组合。表3.13 屋面均布活荷载13项次类别标准值（kN/m2）1不上人的屋面0.52上人的屋面2.03屋顶花园3.0注：不上人的屋面，当施工或维修荷载较大时，应按实际情况采用；对不同结构应按有关设计规范的规定，将标准值作0.2kN/m2的增减；上人的屋面，当兼作其他用途时，应按相应楼面活荷载采用；对于因屋面排水不畅、堵塞等引起的积水荷载，应采取构造措施加以防止；必要时，应按积水的可能深度确定屋面活荷载；屋顶花园活荷载不包括花圃土石等材料自重。(2)塔吊荷载 局部二级开发时，塔吊等效荷载标准值285kN/ m2。(3)设计消防车道活荷载为10kN/m2，施工时车道荷载必须不大于结构设计荷载，考虑最不利影响，故取车道活载为10kN/ m2 (包括路面本身荷载)。3.5 建立模型3.5.1有限元程序单元选取对停车库及上盖结构进行整体分析，采用SAP2000建立三维空间模型，SAP2000软件内含多种高性能的有限单元，包括线单元、面单元、体单元、连接单元，每种单元又根据实际中不同的结构构件进行细分，不同的这些单元组合起来便可模拟复杂的结构。根据有限元程序中各个单元特性及地铁停车库及上盖结构受力状况，合理分析并选取适合模拟实际结构受力的单元。(1)框架单元线单元在SAP2000中可细分为框架单元、索单元、预应力筋/束单元。地铁停车库的梁、柱拟采用框架单元进行模拟，原因在于：框架单元具有拉、压、弯、剪、扭变形刚度，其中考虑了梁的双轴剪切变形影响，为2节点线性单元，符合TimoshenkoBeamTheory理论。框架单元的每一个节点都具有沿x、y、z轴3个方向的线性位移(u、v、w)和绕x、y、z轴3个方向的旋转位移(x、y、z)，具有6个自由度，梁单元上可作用的荷载包括跨中集中荷载、分布荷载、温度荷载等，满足结构计算要求。(2)壳单元SAP2000提供的面对象包括壳、平面及轴对称实体。地铁停车库剪力墙采用壳单元进行模拟，原因在于:SAP2000中的壳单元是一个组合了膜和板弯曲行为的3节点或4节点单元，其力学行为是膜单元与板单元之和，既能承受面内荷载，又能承受垂直于中面的法向荷载，具有平面内抗压、抗拉、抗剪刚度及平面外抗弯、抗剪刚度，根据平面外刚度不同，可以把壳单元划分成薄壳单元和厚壳单元两种，其中，薄壳单元基于Kirchhoff理论；厚壳单元基于Mindlin/Reissner理论。Kirchhoff理论忽略了横向剪切变形xz、和yz及法向应力z对壳变形的影响；Mindlin/Reissner理论保持了Kirchhoff理论的一些特点，但由于不忽略横向剪切变形的影响xz和yz使变形前垂直于中面的直线变形后不再垂直于中面，转角变形中应包括非均匀的平均剪切变形。3.5.2 模型（1）计算假定1）既有8号线*车辆段运用库结构内力依据原设计标准进行计算分析，施工期间既有车辆段运用库仅考虑正常使用工况，不考虑地震、人防工况；2）假定既有运用库结构为线弹性材料；3）假定各类荷载在其作用范围内均布；4）假定柱与梁、梁与梁均为刚接，柱与地基为固结；5）本论文内力分析的前提是施工处于正常控制的条件下。（2）如图所示，图3.3为结构的模型示意图，图3.4为施加荷载的模型示意图。图3.3 模型示意图图3.4模型荷载示意图3.6 本章小结在进行SAP2000有限元模型建立的过程中，以*车辆段运用库上盖工程为例，为了更好地取得建模结果，一般应包括以下主要步骤。（1）根据*车辆段运用库上盖工程的具体情况和实际问题进行假定分析，确定研究的前提条件；（2）确定工程使用的材料属性和相关构件尺寸，以便选取建模过程中的相关参数和单元类型；（3）对结构受力情况进行分析，明确结构受力情况，根据实际情况和建筑结构荷载规范（GB50009-2006），选取相关荷载取值施加于相应位置及构件上，完成建模。第四章 运用库结构内力分析本章将根据混凝土结构设计规范(GB50010-2002)，通过对比SAP2000有限元计算结果和结构承载能力，对运用库上部结构进行验算分析，主要包括立柱轴力验算和横梁裂缝验算。4.1 SAP2000计算分析运行第三章建立的模型，对结构进行内分析，荷载施加计算后结构的柱轴力与梁板弯矩图如图4.14.6。图4.1 柱轴力图图4.2 梁弯矩图图4.3 选取截面图图4.4 截面一弯矩图图4.5 截面二弯矩图图4.6 截面三弯矩图4.2 运用库结构承载能力验算既有停车库结构采用C40、C50混凝土。结构设计遵循规范混凝土结构设计规范(GB50010-2002)，因此，在核算车站结构