高架車站抗震專項(xiàng)設(shè)計(jì)

韓 倩

(中國(guó)鐵路設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，天津 300251)

0 引言

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，越來(lái)越多的城市興建城市軌道交通。結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜和多元化的高架車站是其重要組成部分，既要滿足列車運(yùn)行要求，又要承擔(dān)著旅客上下車及換乘功能。根據(jù)GB 50011—2010建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范(2015版)和GB 50909—2014城市軌道交通結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，為確保城市軌道交通結(jié)構(gòu)在地震作用下的安全性，防止地震時(shí)發(fā)生毀滅性的損傷，高架車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)達(dá)到的三個(gè)抗震性能要求。抗震設(shè)計(jì)時(shí)，結(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)不同的地震動(dòng)水準(zhǔn)，并結(jié)合其重要程度，選取不同的性能要求，作為抗震設(shè)防目標(biāo)。

1 高架車站工程概況

某城市軌道交通高架車站地上4層路側(cè)雙島四線換乘高架車站，站臺(tái)層及以下結(jié)構(gòu)采用四柱三跨鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，車站中間設(shè)兩道變形縫，站臺(tái)雨棚采用三跨輕型鋼結(jié)構(gòu)型式，如圖1，圖2所示。抗震設(shè)防烈度8度，設(shè)計(jì)基本地震加速度0.20g，設(shè)計(jì)地震分組為一組，場(chǎng)地類別為Ⅳ類。

高架車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限為100年，結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為一級(jí)，抗震等級(jí)為一級(jí)。車站建筑樁基設(shè)計(jì)等級(jí)為甲級(jí)。根據(jù)建筑布局，本車站的橫斷面方向?yàn)樗闹缈蚣芙Y(jié)構(gòu)體系。本工程平面不規(guī)則和豎向不規(guī)則，雖高度不高(混凝土結(jié)構(gòu)頂面高度18.4 m，鋼屋架頂面高度24.5 m)，但由于軌道梁與主體結(jié)構(gòu)采用剛接方式，必須重視抗震設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)抗震目標(biāo)。

2 結(jié)構(gòu)抗震性能設(shè)計(jì)

本工程抗震分析采用的多遇地震E1重現(xiàn)期為100年；設(shè)防地震E2重現(xiàn)期為475年；罕遇地震E3重現(xiàn)期為2475年。根據(jù)結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防類別和建筑使用功能，將本工程抗震性能要求定為3級(jí)，具體性能指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 性能目標(biāo)

性能目標(biāo)多遇地震設(shè)防地震罕遇地震性能要求3破壞程度完好,正常使用輕微損壞,不需修理或需稍加修理,仍可繼續(xù)使用中度損壞,需一般修理,采取安全措施后可適當(dāng)使用變形參考值Δue≤[Δue]Δup≤2[Δue]Δup≤4[Δue]層間位移<1/550<1/250<1/120承載力框架柱常規(guī)彈性設(shè)計(jì)[1]構(gòu)件出現(xiàn)輕微的塑性變形,但不達(dá)到屈服狀態(tài)。抗彎承載力按標(biāo)準(zhǔn)值復(fù)核[3],抗剪承載力按設(shè)計(jì)值復(fù)核[2]構(gòu)件出現(xiàn)明顯的塑性變形;抗剪承載力按標(biāo)準(zhǔn)值復(fù)核[3]框架梁常規(guī)彈性設(shè)計(jì)[1]構(gòu)件出現(xiàn)輕微的塑性變形,但不達(dá)到屈服狀態(tài)。抗彎、抗剪承載力按標(biāo)準(zhǔn)值復(fù)核[3]構(gòu)件出現(xiàn)明顯的塑性變形;抗剪承載力按標(biāo)準(zhǔn)值復(fù)核[3]滿足抗剪截面限制條件[5]評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)無(wú)損壞結(jié)構(gòu)構(gòu)件出現(xiàn)輕微的塑性變形,但不達(dá)到屈服狀態(tài)結(jié)構(gòu)構(gòu)件出現(xiàn)明顯的塑性變形注:[1]—γGSGE+γESEK≤R/γRE;[2]—γGSGE+γESEK?≤R/γRE;[3]—SGE+SEK?≤RK;[4]—SGE+SEK?≤RU;[5]—VGE+VEK?≤0.15fckbh0

2.1 多遇地震(小震)作用計(jì)算

結(jié)構(gòu)整體計(jì)算采用振型分解反應(yīng)譜法和彈性動(dòng)力時(shí)程分析計(jì)算。小震彈性計(jì)算按規(guī)范要求考慮抗震等級(jí)的內(nèi)力調(diào)整系數(shù)，荷載及材料強(qiáng)度取設(shè)計(jì)值，風(fēng)荷載參與組合設(shè)計(jì)。采用時(shí)程分析法時(shí)，應(yīng)按建筑場(chǎng)地類別和設(shè)計(jì)地震分組選用不少于2組的實(shí)際強(qiáng)震記錄和1組人工模擬的加速度時(shí)程曲線，如圖3，圖4所示。計(jì)算結(jié)果表明在多遇地震(小震)作用下，所有豎向構(gòu)件及框架梁全部保持彈性，沒(méi)有結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)入塑性狀態(tài)。全部構(gòu)件的抗震承載力、各項(xiàng)水平位移限值和舒適度滿足規(guī)范有關(guān)要求。結(jié)構(gòu)一般不受損壞或不需修理可繼續(xù)使用。結(jié)構(gòu)在多遇地震(小震)作用下能達(dá)到預(yù)期的性能目標(biāo)。

2.2 設(shè)防地震(中震)作用計(jì)算

采用振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算，主要為取得關(guān)鍵構(gòu)件內(nèi)力，配合性能目標(biāo)驗(yàn)算結(jié)構(gòu)的配筋。設(shè)計(jì)中均不考慮抗震等級(jí)的內(nèi)力調(diào)整系數(shù)，荷載取標(biāo)準(zhǔn)值，不計(jì)風(fēng)荷載效應(yīng)。計(jì)算結(jié)果表明所有框架柱抗剪承載力計(jì)算滿足規(guī)范要求；層間位移角滿足規(guī)范要求。

2.3 罕遇地震(大震)作用計(jì)算

大震不屈服采用振型分解反應(yīng)譜法和彈塑性動(dòng)力時(shí)程分析計(jì)算，設(shè)計(jì)中均不考慮抗震等級(jí)的內(nèi)力調(diào)整系數(shù)，荷載取標(biāo)準(zhǔn)值，不計(jì)風(fēng)荷載效應(yīng)。同時(shí)補(bǔ)充靜力彈塑性分析，Pushover計(jì)算的重要結(jié)果之一為抗倒塌驗(yàn)算圖。倒塌驗(yàn)算圖中三條曲線分別為需求譜曲線、周期—加速度曲線(能力曲線)、周期—最大層間位移曲線。需求譜曲線與能力曲線相交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的層間位移角就是需求層間位移角。需求層間位移角，是指在給定地震、場(chǎng)地條件下，結(jié)構(gòu)樓層層間位移角可能產(chǎn)生的、在譜意義下的最大值。計(jì)算結(jié)果表明罕遇地震(大震)作用下，X向最大層間位移角為1/141，Y向最大層間位移角為1/253，均小于l/120，滿足規(guī)范要求。結(jié)構(gòu)整體及各構(gòu)件的抗震性能滿足性能目標(biāo)。

3 抗震專項(xiàng)設(shè)計(jì)結(jié)論

本工程為多層框架結(jié)構(gòu)，平面和豎向均不規(guī)則。由于采取了合理的結(jié)構(gòu)布置和有效的抗震措施，具有較好的抗震性能，計(jì)算結(jié)構(gòu)滿足規(guī)范要求。結(jié)構(gòu)軸壓比、周期比、剪重比、剛重比、剛度比、位移比/位移角、受剪承載力之比等均滿足規(guī)范要求。對(duì)應(yīng)地震時(shí)程曲線，時(shí)程法計(jì)算所得的基底剪力與反應(yīng)譜法較接近，且變化規(guī)律基本一致，符合設(shè)計(jì)要求。罕遇地震靜力彈塑性分析結(jié)果表明，在罕遇地震作用下層間位移角最大值小于性能目標(biāo)設(shè)定的1/120，整體承載力達(dá)到極限后可維持穩(wěn)定，滿足大震不倒的要求。綜上所述，通過(guò)小震、中震、大震計(jì)算分析，結(jié)構(gòu)能夠滿足預(yù)定的抗震性能目標(biāo)，能夠經(jīng)受罕遇地震的考驗(yàn)。