地鐵上蓋層間隔震結構豎向地震響應

張錦 李官輝 楊東福 吳賀賓 梁宇翔

中建八局第一建設有限公司 山東濟南 250000

鄰近地面建筑一體化結構受地震波頻譜特性的影響顯著，其中，體系基頻附近能量分布相對集中的地震波能夠對一體化地鐵車站結構的地震響應產生顯著的影響；鄰近地面建筑一體化地鐵車站結構具有明顯的空間效應，應該按照空間問題進行一體化地鐵車站結構的抗震計算；受地面建筑的影響，一體化地鐵車站中柱出現了扭矩，在進行一體化車站結構中柱抗震設計時，應考慮軸力、剪力、彎矩和扭矩的共同作用。研究成果對該類結構的抗震設計與分析具有一定的參考意義。

1 總體結構

地震應對系統由地震監測網、中央管理系統組成。地震監測網由多個監測站組成，地震監測站由地震儀、管理計算機、震度顯示器和相應軟件系統構成，實現對地震的實時監測。中央管理系統負責災害事件數據的接收、加工、判斷，以及災害事件的告警、應對措施的控制和監控等。具備將報警數據接入其它系統，對其他災害事件信息進行管理。同時預留其它（如地質災害監控系統）數據信息接入的接口。地震災害應對系統包括以下硬件設備和軟件系統：地震儀、服務器、工作站、操作系統軟件、數據庫軟件、分析研判軟件、管理控制軟件等。各地鐵站的地震儀采集數據后接入就近的綜合監控系統交換機，再通過地鐵的通信系統將數據上傳至控制中心。

2 車站結構相對水平位移分析

地下結構的破壞主要是由周圍土體的變形強加于結構上造成的，因此研究地下結構的位移具有十分重要的意義。將地鐵車站結構不同深度處的水平位移幅值與車站結構底部水平位移幅值的差定義為車站結構的相對水平位移。將地鐵車站各層頂底板水平位移幅值的差定義為車站的層間相對水平位移。影響百分比定義為：影響百分比=（計算最大值－計算最小值）/計算最小值。一體化地鐵車站結構的層間相對水平位移包絡值及影響百分比。一體化地鐵車站側墻的相對水平位移沿高度的變化曲線形式基本相同，均表現為隨著埋深的減小逐漸增大。不同類型地震波作用下，一體化地鐵車站側墻的相對水平位移左擺時均表現為EL-Centro波最大，Taft波次之，Kobe波最小；而右擺時則表現為Kobe波最大，Taft波次之，EL-Centro波最小。這是由地震波峰值加速度方向不同和土-結構的單向塑性變形累積效應所導致[1]。一體化地鐵車站的層間相對水平位移表現為隨車站埋深的增加逐漸增大，一體化區域（截面1）與非一體化區域（截面2）在Kobe波、Taft波和EL-Centro波作用下的層間相對水平位移最大影響百分比分別為4.4%、4.3%和11.8%，說明EL-Centro波作用下一體化地鐵車站結構不同區域的層間相對水平位移差異最明顯。不同地震波作用下，截面1位置的層間相對水平位移影響百分比為60.9%，發生在底層位置，截面2位置的層間相對水平位移影響百分比為60.3%，同樣發生在底層位置；其中，Kobe波作用下的層間相對水平位移最大，Taft波最小，這是因為Kobe波在土-結構體系基頻（0.6738）附近的能量分布更集中，結構動力響應更加明顯，體現了不同地震波頻譜特性對一體化地鐵車站結構相對水平位移的影響規律。總體而言，不同類型地震波作用下一體化地鐵車站結構層間相對水平位移差異明顯，結構位移驗算時應選取多條具有不同頻譜特性的地震波。

3 側向水平位移響應分析

地下結構的破壞主要是由周圍土體的變形強加于結構上造成的，因此研究地下結構的位移具有十分重要的意義。

（1）一體化地鐵車站側墻的相對水平位移沿高度的變化形式相同，均表現為隨埋深的減小逐漸增大。側墻相對水平位移沿高度的變化曲線不具有對稱性，左擺時表現為Taft波最大，而右擺時則表現為Kobe波最大，這是由地震波峰值加速度方向不同和土－結構的單向塑性變形累積效應所導致。

（2）一體化地鐵車站結構的層間相對水平位移表現為隨著埋深的減小逐漸減小，Taft波作用下地鐵車站的層間相對水平位移幅值大于Kobe波，各層層間相對水平位移影響百分比分別為9.3%、20.0%、18.1%可見，不同類型地震波能夠對一體化地鐵車站層間相對水平位移產生顯著的影響，表現為中層和底層的影響差異較大而頂層較小。

4 大底盤－隔震塔樓豎向動力特性

大底盤－隔震塔樓結構的豎向振型大致可分為3類：第1類為大底盤樓蓋彎曲變形引起的豎向振動，此時底盤豎向構件與塔樓均無明顯變形，低階振型出現在豎向剛度較小的非塔樓區樓面梁中，高階振型則出現在豎向剛度較大的轉換梁中；第2類為上部塔樓的豎向振動，通過隔震支座帶動底盤大跨度轉換梁及相鄰跨屋蓋豎向振動，塔樓投影范圍的豎向構件及非相鄰跨屋蓋無明顯變形；第3類為底盤豎向構件的軸向變形，帶動與其相連的樓蓋一起豎向振動，上部塔樓無明顯振動，低階振型出現在軸向剛度較小的非塔樓區框架柱中，高階振型出現在軸向剛度較大的塔樓區框架柱中。大與單獨隔震塔樓相比，大底盤－隔震塔樓的豎向振型最早發生在裙房樓蓋，自振周期較長，但振型質量參與系數較小。大底盤－隔震塔樓豎向主振型為塔樓豎向振動，周期略長于單獨隔震塔樓，但由于結構總質量增大，其振型質量參與系數變小。隨著建筑高度增大，豎向主振型相應的周期逐漸加長，振型參與系數相應增大[2]。與單獨隔震塔樓相比，豎向自振周期與振型階數大致呈線性關系，與建筑高度關系不大，豎向振型分布不均勻；豎向振型質量參與系數累計值呈階梯形增長，在豎向主振型處突然增大。由于受到裙房豎向振型的影響，當振型階數為80時，結構豎向振型質量參與系數累計值為72.2%-80.8%，明顯小于單獨隔震塔樓。

5 結語

地震動的頻譜特性對平行地鐵車站結構的損傷、位移響應和加速度放大效應有很大影響，對地鐵車站的地震災害應對系統的結構分析、功能實現的論述，給出了一個較完整地鐵地震災害應對系統的設計方案。