高架車站抗震專項設(shè)計

韓 倩

(中國鐵路設(shè)計集團有限公司，天津 300251)

0 引言

隨著我國社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展，越來越多的城市興建城市軌道交通。結(jié)構(gòu)形式復雜和多元化的高架車站是其重要組成部分，既要滿足列車運行要求，又要承擔著旅客上下車及換乘功能。根據(jù)GB 50011—2010建筑抗震設(shè)計規(guī)范(2015版)和GB 50909—2014城市軌道交通結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計規(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，防止地震時發(fā)生毀滅性的損傷，高架車站結(jié)構(gòu)設(shè)計應達到的三個抗震性能要求?？拐鹪O(shè)計時，結(jié)構(gòu)應根據(jù)不同的地震動水準，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。

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，站臺雨棚采用三跨輕型鋼結(jié)構(gòu)型式，如圖1，圖2所示?？拐鹪O(shè)防烈度8度，設(shè)計基本地震加速度0.20g，設(shè)計地震分組為一組，場地類別為Ⅳ類。

高架車站結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限為100年，結(jié)構(gòu)安全等級為一級，抗震等級為一級。車站建筑樁基設(shè)計等級為甲級。根據(jù)建筑布局，本車站的橫斷面方向為四柱三跨框架結(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，實現(xiàn)抗震目標。

2 結(jié)構(gòu)抗震性能設(shè)計

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，具體性能指標見表1。

表1 性能目標

性能目標多遇地震設(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[1]構(gòu)件出現(xiàn)輕微的塑性變形,但不達到屈服狀態(tài)?？箯澇休d力按標準值復核[3],抗剪承載力按設(shè)計值復核[2]構(gòu)件出現(xiàn)明顯的塑性變形;抗剪承載力按標準值復核[3]框架梁常規(guī)彈性設(shè)計[1]構(gòu)件出現(xiàn)輕微的塑性變形,但不達到屈服狀態(tài)?？箯潯⒖辜舫休d力按標準值復核[3]構(gòu)件出現(xiàn)明顯的塑性變形;抗剪承載力按標準值復核[3]滿足抗剪截面限制條件[5]評判標準無損壞結(jié)構(gòu)構(gòu)件出現(xiàn)輕微的塑性變形,但不達到屈服狀態(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)作用計算

結(jié)構(gòu)整體計算采用振型分解反應譜法和彈性動力時程分析計算。小震彈性計算按規(guī)范要求考慮抗震等級的內(nèi)力調(diào)整系數(shù)，荷載及材料強度取設(shè)計值，風荷載參與組合設(shè)計。采用時程分析法時，應按建筑場地類別和設(shè)計地震分組選用不少于2組的實際強震記錄和1組人工模擬的加速度時程曲線，如圖3，圖4所示。計算結(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，沒有結(jié)構(gòu)構(gòu)件進入塑性狀態(tài)。全部構(gòu)件的抗震承載力、各項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)作用下能達到預期的性能目標。

2.2 設(shè)防地震(中震)作用計算

采用振型分解反應譜法計算，主要為取得關(guān)鍵構(gòu)件內(nèi)力，配合性能目標驗算結(jié)構(gòu)的配筋。設(shè)計中均不考慮抗震等級的內(nèi)力調(diào)整系數(shù)，荷載取標準值，不計風荷載效應。計算結(jié)果表明所有框架柱抗剪承載力計算滿足規(guī)范要求；層間位移角滿足規(guī)范要求。

2.3 罕遇地震(大震)作用計算

大震不屈服采用振型分解反應譜法和彈塑性動力時程分析計算，設(shè)計中均不考慮抗震等級的內(nèi)力調(diào)整系數(shù)，荷載取標準值，不計風荷載效應。同時補充靜力彈塑性分析，Pushover計算的重要結(jié)果之一為抗倒塌驗算圖。倒塌驗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所對應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。

3 抗震專項設(shè)計結(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。對應地震時程曲線，時程法計算所得的基底剪力與反應譜法較接近，且變化規(guī)律基本一致，符合設(shè)計要求。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設(shè)定的1/120，整體承載力達到極限后可維持穩(wěn)定，滿足大震不倒的要求。綜上所述，通過小震、中震、大震計算分析，結(jié)構(gòu)能夠滿足預定的抗震性能目標，能夠經(jīng)受罕遇地震的考驗。