關(guān)于軌道交通地下車站結(jié)構(gòu)抗震等級的探討★

張朋來 王志虹 劉 琳

(1.中國電建集團(tuán)華東勘測設(shè)計研究院有限公司，浙江 杭州 311122； 2.杭州市城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)發(fā)展中心，浙江 杭州 310000)

關(guān)于軌道交通地下車站結(jié)構(gòu)抗震等級的探討★

張朋來1王志虹1劉 琳2

(1.中國電建集團(tuán)華東勘測設(shè)計研究院有限公司，浙江 杭州 311122； 2.杭州市城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)發(fā)展中心，浙江 杭州 310000)

通過分析《城市軌道交通結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計規(guī)范》《地鐵設(shè)計規(guī)范》《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》對地下車站結(jié)構(gòu)抗震等級的規(guī)定，結(jié)合工程實(shí)例，具體分析了不同抗震等級對地下車站工程造價等的影響，探討了在安全使用的前提下，如何經(jīng)濟(jì)合理的確定軌道交通地下車站的抗震等級，為今后的工程設(shè)計提供參考。

地下車站，設(shè)防類別，抗震等級，抗震構(gòu)造措施，軸壓比，錨固長度

0 引言

伴隨著城市化進(jìn)程，人口與經(jīng)濟(jì)快速增長，形成了大中城市市區(qū)建筑密集、人口集中、車輛總數(shù)噴涌式上升，造成地面交通嚴(yán)重?fù)矶潞妥枞靶熊囯y”成為制約城市發(fā)展的瓶頸。為有效緩解上述難題，大力發(fā)展軌道交通成為大勢所趨。

我國是一個多地震國家，保證作為重點(diǎn)設(shè)防的地下車站的抗震性能以減少地震發(fā)生時的人員傷亡和財產(chǎn)損失是一個重要的問題。其中，關(guān)于軌道交通地下車站結(jié)構(gòu)抗震等級的確定問題，在2014年12月1日之前，依據(jù)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》和《地鐵設(shè)計規(guī)范》確定，自2014年12月1日GB 50909—2014城市軌道交通結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計規(guī)范頒布實(shí)施以來，在地下車站結(jié)構(gòu)抗震等級的確定上就產(chǎn)生了一些分歧，尤其是對于那些在軌道交通抗震規(guī)范頒布前開始設(shè)計、頒布后還在出圖的工程，設(shè)計人員和審圖人員經(jīng)常不能準(zhǔn)確把握結(jié)構(gòu)的抗震等級。本人根據(jù)日常工作經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，對與地下車站結(jié)構(gòu)抗震等級相關(guān)的一些問題進(jìn)行了歸納總結(jié)，提出自己的看法和相關(guān)建議，希望為今后的工程設(shè)計提供參考。

1 規(guī)范對抗震等級的規(guī)定

1.1GB 50011—2010建筑抗震設(shè)計規(guī)范(簡稱“抗規(guī)”)

《抗規(guī)》第14.1.4條規(guī)定：地下建筑的結(jié)構(gòu)體系應(yīng)根據(jù)使用要求、場地工程地質(zhì)條件和施工方法確定，并應(yīng)具有良好的整體性，避免抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度和承載力突變。

丙類鋼筋混凝土地下結(jié)構(gòu)的抗震等級，6度、7度時不應(yīng)低于四級，8度、9度時不宜低于三級。乙類鋼筋混凝土地下結(jié)構(gòu)的抗震等級，6度、7度時不宜低于三級，8度、9度時不宜低于二級。

1.2GB 50157—2013地鐵設(shè)計規(guī)范(簡稱“地鐵規(guī)范”)

《地鐵規(guī)范》第11.8.1條規(guī)定如下：地下結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)防類別為重點(diǎn)設(shè)防類(乙類)，地下車站需達(dá)到“小震不壞、中震可修、大震不倒”的抗震設(shè)防目標(biāo)；同時需要根據(jù)地下車站的特性、使用條件和重要性程度，確定結(jié)構(gòu)的抗震等級(見表1)。

表1 《地鐵規(guī)范》中地下結(jié)構(gòu)的抗震等級

同時，《地鐵規(guī)范》明確地下結(jié)構(gòu)的抗震構(gòu)造按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行，即錨固長度、加密區(qū)設(shè)置等構(gòu)造措施和《抗規(guī)》保持一致。

1.3城市軌道交通結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計規(guī)范(簡稱“軌交抗規(guī)”)《軌交抗規(guī)》第10.5.1條規(guī)定：地下車站結(jié)構(gòu)的抗震構(gòu)造措施應(yīng)按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB 50111鐵路抗震設(shè)計規(guī)范、GB 50157地鐵設(shè)計規(guī)范、GB 50010混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范和GB 50011建筑抗震設(shè)計規(guī)范中有關(guān)條文及本節(jié)規(guī)定執(zhí)行。

第10.5.2條：當(dāng)按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB 50011建筑抗震設(shè)計規(guī)范進(jìn)行抗震構(gòu)造設(shè)計時，特殊設(shè)防類、重點(diǎn)設(shè)防類結(jié)構(gòu)的抗震等級宜取二級，標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類結(jié)構(gòu)的抗震等級宜取三級。

2 規(guī)范在地下車站抗震等級上的差異

根據(jù)《建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》，軌道交通地下車站的抗震設(shè)防類別為重點(diǎn)設(shè)防類(乙類)，幾本規(guī)范是一致的，對應(yīng)三本規(guī)范的條文，可以得出表2地下車站抗震等級表。

表2 地下車站抗震等級表

從表2可以看出：

1)對于6度區(qū)，三本規(guī)范對地下車站的抗震等級規(guī)定都不一樣，差異最大，《城市軌道交通結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計規(guī)范》抗震等級最高，為二級，《地鐵設(shè)計規(guī)范》抗震等級最低，為四級，《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》居中，為三級；

2)7度區(qū)，《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》和《地鐵設(shè)計規(guī)范》對地下結(jié)構(gòu)的抗震等級規(guī)定一致，均為三級，《城市軌道交通結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計規(guī)范》最高，為二級；

3)8度區(qū)，三本規(guī)范對地下車站的抗震等級規(guī)定是一致的，均為二級；

4)9度區(qū)，《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》和《城市軌道交通結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計規(guī)范》對地下結(jié)構(gòu)的抗震等級規(guī)定一致，均為二級，《地鐵設(shè)計規(guī)范》最高，為一級；

5)《城市軌道交通結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計規(guī)范》不區(qū)分地區(qū)的設(shè)防烈度，框架抗震等級全部采用二級，稍顯偏頗；

6)相比而言，《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》和《地鐵設(shè)計規(guī)范》結(jié)合地區(qū)抗震設(shè)防烈度確定框架結(jié)構(gòu)的抗震等級更加合理。

3 工程實(shí)例

3.1工程概況

福州地鐵2號線某地下2層島式車站，站臺寬度11 m，有效站臺長度120 m，兩層兩跨箱形框架結(jié)構(gòu)，車站總長205.0 m，標(biāo)準(zhǔn)段寬19.7 m，共設(shè)有4個出入口和2組風(fēng)亭，車站平面布置見圖1。車站主體及附屬均采用明挖順作法施工，前后區(qū)間均采用盾構(gòu)法施工。車站覆土厚約3.0 m,主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用800 mm厚地下連續(xù)墻+內(nèi)支撐型式,標(biāo)準(zhǔn)段挖深約17.2 m，端頭井挖深約為18.9 m，頂板厚800 mm、中板厚400 mm、底板厚900 mm(端頭井底板厚1 000 mm)、標(biāo)準(zhǔn)段側(cè)墻厚700 mm、端頭井側(cè)墻厚800 mm，內(nèi)襯墻與地下連續(xù)墻之間設(shè)置全包防水層，組成復(fù)合墻結(jié)構(gòu)。

主體結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度等級：結(jié)構(gòu)底板、底板梁、外墻、頂板、頂板梁：C35防水混凝土，抗?jié)B等級P8；內(nèi)部墻體及梁：C35；柱：C45；樓梯梁、柱、板：C35。鋼筋采用HPB300,HRB400級鋼筋。普通鋼筋宜優(yōu)先采用延性、韌性和焊接性較好的鋼筋。鋼筋的抗拉強(qiáng)度實(shí)測值與屈服強(qiáng)度實(shí)測值的比值不應(yīng)小于1.25；鋼筋的屈服強(qiáng)度實(shí)測值與屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的比值不應(yīng)大于1.3。且鋼筋在最大拉力下的總伸長率實(shí)測值不應(yīng)小于9%。鋼筋的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)具有不小于95%的保證率。鋼筋連接器采用Ⅰ級等強(qiáng)度直螺紋連接器，需滿足JGJ 107—2010鋼筋機(jī)械連接技術(shù)規(guī)程的相關(guān)要求。預(yù)埋吊鉤(環(huán))：HPB300級，嚴(yán)禁使用冷加工鋼筋。

本車站主要結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限為100年，車站結(jié)構(gòu)的安全等級為一級，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)γ0=1.10。本車站抗震設(shè)防類別為重點(diǎn)設(shè)防類(乙類)，結(jié)構(gòu)按照設(shè)防烈度7度進(jìn)行抗震驗(yàn)算，結(jié)構(gòu)抗震等級為三級，設(shè)計過程中對該車站主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了抗震專項論證，經(jīng)采用反應(yīng)位移法進(jìn)行地震作用分析和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、變形驗(yàn)算，本工程地下車站結(jié)構(gòu)均滿足抗震設(shè)防要求，且地震工況對構(gòu)件截面尺寸和配筋不作控制，抗震設(shè)計的重點(diǎn)是加強(qiáng)抗震構(gòu)造措施。(車站結(jié)構(gòu)配筋為正常使用階段裂縫寬度限制所控制)。

3.2抗震等級的確定

車站結(jié)構(gòu)的抗震構(gòu)造處理措施具體由結(jié)構(gòu)的抗震等級量化，不同抗震等級對應(yīng)不同的抗震構(gòu)造措施。根據(jù)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》《地鐵設(shè)計規(guī)范》本車站結(jié)構(gòu)抗震等級為三級，根據(jù)《城市軌道交通結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計規(guī)范》本車站結(jié)構(gòu)抗震等級為二級。

3.3抗震等級不同產(chǎn)生的主要差異

根據(jù)《抗規(guī)》《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》抗震等級為二、三級的結(jié)構(gòu)，基本抗震構(gòu)造措施的差別主要在柱子軸壓比限值、柱截面縱向鋼筋的最小配筋率、錨固長度等幾方面，最終引起的一個標(biāo)準(zhǔn)車站工程造價增加額度，具體見表3。

表3 地下車站抗震等級不同產(chǎn)生的主要差異表

本車站主體結(jié)構(gòu)土建工程造價約10 602萬元，結(jié)構(gòu)抗震等級二級引起的費(fèi)用增加66.2萬元，約為土建工程費(fèi)用的0.62%，對整個工程造價有影響，且由于軸壓比差異引起的柱截面增大對車站使用也有影響，綜合比較作者認(rèn)為7度區(qū)的地下車站結(jié)構(gòu)抗震等級采用三級是合適的。

4 結(jié)語

1)隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，國家經(jīng)濟(jì)條件越來越好，可適當(dāng)提高地下車站的抗震設(shè)防水準(zhǔn)，按照高要求進(jìn)行設(shè)防；

2)建議應(yīng)該結(jié)合當(dāng)?shù)氐目拐鹪O(shè)防烈度進(jìn)行抗震等級的確定，而不是一刀切，避免不必要的浪費(fèi)；

3)6度區(qū)的地下車站結(jié)構(gòu)抗震等級建議采用三級；

4)7度區(qū)的地下車站結(jié)構(gòu)抗震等級建議采用三級；

5)8度區(qū)的地下車站結(jié)構(gòu)抗震等級建議采用二級；

6)9度區(qū)的地下車站結(jié)構(gòu)抗震等級建議采用一級。

[1] GB 50011—2010,建筑抗震設(shè)計規(guī)范[S].

[2] GB 50157—2013，地鐵設(shè)計規(guī)范[S].

[3] GB 50909—2014，城市軌道交通結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計規(guī)范[S].

[4] GB 50223—2008，建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)[S].

[5] 張有桔，王 飛，沈洪波.軌道交通工程地下車站結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計[J].工程與建設(shè)，2016(30)：361-364.

Discussiononseismicgradeofundergroundstationstructureofrailtransit★

ZhangPenglai1WangZhihong1LiuLin2

(1.ChinaPowerHuadongEngineeringCorporationLimited,Hangzhou311122,China2.HangzhouUrbanInfrastructureConstructionandDevelopmentCenter,Hangzhou310000,China)

By analyzing theCodeforSeismicDesignofUrbanRailTransitStructure,theCodeforDesignofSubwayDesign,theCodeforSeismicDesignofBuildings, the influence of different earthquake levels on the cost of underground station is evaluated, and how to determine the seismic grade of underground station is discussed. The article will provide a reference for future engineering design.

underground stations, security category, seismic grade, seismic structural measures, axial compression ratio, anchorage length

1009-6825(2017)28-0045-03

2017-07-25★:浙江省自然科學(xué)基金項目(Q17E080006)基坑管涌機(jī)理的流固耦合模擬研究

張朋來(1979- )，男,碩士，高級工程師

TU311.3

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