楊青潮 張愛萍

(山東交通職業(yè)學(xué)院公路與建筑學(xué)院，山東 濰坊 261206)

地鐵車站主體結(jié)構(gòu)基于SAP2000的抗震靜力分析★

楊青潮 張愛萍

(山東交通職業(yè)學(xué)院公路與建筑學(xué)院，山東 濰坊 261206)

結(jié)合某地鐵車站的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與工程地質(zhì)條件，并采用SAP2000軟件，對(duì)該地鐵車站進(jìn)行了抗震靜力與水反工況靜力分析，探討了該車站主體結(jié)構(gòu)的內(nèi)力與變形情況，為車站結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。

地鐵車站，主體結(jié)構(gòu)，靜力分析，層間位移

0 引言

目前隨著城市不斷的發(fā)展，人口也呈現(xiàn)逐年增加的趨勢(shì)，城鎮(zhèn)化的發(fā)展更增加了人口流動(dòng)速率，人員出行和物資交流更加頻繁，交通需求急劇增長(zhǎng)，使得原本就緊張的道路更加擁擠，車輛更加堵塞、交通秩序混亂，城市交通供需矛盾日趨緊張。隨著社會(huì)的高速發(fā)展，運(yùn)量需求不斷增長(zhǎng)，地面交通已經(jīng)滿足不了人們的需求。我們急需一種新的交通方式來緩解城市交通的壓力，而既能為城市居民提供便捷、安全、舒適的交通環(huán)境，又能緩解交通壓力的唯一途徑就是發(fā)展地鐵公共交通體系[1]。由于地鐵建設(shè)為百年大計(jì)，所以對(duì)地鐵結(jié)構(gòu)的建設(shè)要求很高，我國是地震多發(fā)區(qū)，地鐵主體結(jié)構(gòu)滿足抗震的要求是十分重要的。

1 工程實(shí)例分析

地鐵車站是地鐵建設(shè)的主要控制點(diǎn)，是保證地鐵建設(shè)能否順利完成的關(guān)鍵因素。根據(jù)國家有關(guān)工程建設(shè)、防震減災(zāi)的法律法規(guī)并實(shí)行以預(yù)防為主的方針，對(duì)城市地下軌道交通工程進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。根據(jù)GB 50011—2010建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范，提出了對(duì)建筑抗震的三個(gè)水準(zhǔn)：當(dāng)遭受低于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的多遇地震影響時(shí)，主體結(jié)構(gòu)不受損壞或不需進(jìn)行修理可繼續(xù)使用(小震不壞)；當(dāng)遭受相當(dāng)于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的設(shè)防地震影響時(shí)，可能發(fā)生損壞，但經(jīng)一般性修理仍可繼續(xù)使用(中震可修)；當(dāng)遭受高于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的罕遇地震影響時(shí)，不致倒塌或發(fā)生危及生命的嚴(yán)重破壞(大震不倒)[2]。筆者本次針對(duì)結(jié)構(gòu)分析的地鐵車站是位于南昌市創(chuàng)新一路與紫陽大道交叉十字路口處，沿紫陽大道敷設(shè)，呈東西走向的原紫陽大道站，現(xiàn)在的艾溪湖東站為遠(yuǎn)期小交路折返站，同時(shí)設(shè)計(jì)成與瑤湖定修段接軌的車輛段出入線連接站。

2 工程地質(zhì)

根據(jù)我國相關(guān)規(guī)范規(guī)定車站主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限為100年，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)要求為1.1，安全等級(jí)為一級(jí)。江西省南昌地區(qū)抗震設(shè)防烈度為6度，抗震等級(jí)為三級(jí)。根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，本站主體結(jié)構(gòu)所在地層從地面向下依次如表1所示。

表1 地鐵車站土層參數(shù)表

3 水反工況下結(jié)構(gòu)靜力分析

筆者本次采用SAP2000軟件，以地鐵車站實(shí)際的頂板上面覆土4.0 m，地面超載取20 kN/m3，土層對(duì)主體結(jié)構(gòu)的反力用彈簧建立模型，對(duì)主體結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)段橫剖面為例進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算，進(jìn)行正常使用階段(高水位)荷載組合計(jì)算。計(jì)算荷載模型過程中主要的加載包括垂直方向的地面超載、頂板結(jié)構(gòu)自重和覆土荷載、模板結(jié)構(gòu)自重和設(shè)備荷載、底板結(jié)構(gòu)自重以及底板水浮力。水平側(cè)向力包括地面超載引起的側(cè)壓力、水土側(cè)壓力。

4 靜力法抗震計(jì)算

靜力法是替代地震力與時(shí)間等效靜態(tài)地震荷載,然后使用靜態(tài)計(jì)算模型來分析地震荷載下的結(jié)構(gòu)內(nèi)力。其中筆者將結(jié)構(gòu)本身與頂板上方土柱的慣性力和主動(dòng)側(cè)向土壓力增量的合力作為等效靜力地震荷載，同時(shí)把作用在構(gòu)件或結(jié)構(gòu)重心處的地震慣性力按照下式計(jì)算：

F=Kc·Q。

式中：Q——構(gòu)件或結(jié)構(gòu)的重量；Kc——與地震加速度有關(guān)的地震系數(shù)。

矩形結(jié)構(gòu)水平慣性力按下式計(jì)算：

水平側(cè)向力包括作用于圍護(hù)墻的地震動(dòng)土壓力、作用于內(nèi)襯墻的水側(cè)壓力以及分別來自頂板、中板、側(cè)墻和底板的慣性力。通過水反工況下結(jié)構(gòu)靜力和靜力法抗震分析計(jì)算車站主體結(jié)構(gòu)彎矩、軸力和剪力得出車站主體結(jié)構(gòu)的位移變形圖(如圖1所示)。

表2 各工況下內(nèi)力統(tǒng)計(jì)表

截面號(hào)結(jié)構(gòu)位置內(nèi)力項(xiàng)目地震工況彎矩值/kN·m水反工況彎矩標(biāo)準(zhǔn)值/kN·m1頂板左支座M/kN·m356303V/kN3783642頂板中支座M/kN·m12651028V/kN6285463頂板右支座M/kN·m191360V/kN3984044左側(cè)墻上支座M/kN·m356303V/kN3022385右側(cè)墻上支座M/kN·m191360V/kN1942586左側(cè)墻下支座M/kN·m1250819V/kN9696847右側(cè)墻下支座M/kN·m1053876V/kN8527038底板左支座M/kN·m1077690V/kN7585879底板中支座M/kN·m751798V/kN76165210底板右支座M/kN·m874728V/kN780631

1)靜力分析與地震分析結(jié)構(gòu)內(nèi)力結(jié)果統(tǒng)計(jì)見表2。

2)層間位移表見表3。

表3 層間位移統(tǒng)計(jì)表 mm

根據(jù)GB 50011—2010建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定：最大彈性層間位移：Δue≤[θe]h。

式中：Δue——最大層間位移；θe——層間位移角(鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)θe=1/550)；h——層間高。

本次計(jì)算模型第一層層高為5.25 m，第二層層高為6.81 m，所以第一層應(yīng)許最大的層間位移為9.55 mm，第二層應(yīng)許的最大層間位移為12.38 mm，由表3可知結(jié)構(gòu)的層間位移均小于規(guī)范要求的最大層間位移，故本次車站結(jié)構(gòu)滿足抗震設(shè)計(jì)的要求。

5 結(jié)語

通過對(duì)地鐵車站主體結(jié)構(gòu)抗震靜力分析，同時(shí)結(jié)合車站的自身特點(diǎn)，利用靜力分析與地震分析方法從結(jié)構(gòu)的彎矩、軸力、剪力、位移變形進(jìn)行比較，得到變化趨勢(shì)具有一致性，對(duì)同一地鐵車站主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震靜力分析與水反工況靜力分析，通過計(jì)算比較，掌握車站主體結(jié)構(gòu)內(nèi)力與變形情況，為車站主體結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

[1] 李新星,陳 鴻,陳正杰.地鐵車站結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方法的適用性研究[J].土木工程學(xué)報(bào)，2014(S2):322-327.

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

[3] 國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》管理組.建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范(GB 50011—2010)統(tǒng)一培訓(xùn)教材[M].北京：地震出版社,2010.

[4] 李 雅.天津軟土地區(qū)地鐵車站結(jié)構(gòu)抗震性能研究[D].天津:天津城市建設(shè)學(xué)院,2012:7-8.

[5] 尹永學(xué),樸光日,金元峰.基于二次B樣條有限元法的Kuramoto-Sivashinsky方程的數(shù)值解[J].延邊大學(xué)學(xué)報(bào),2013(4):248-251.

Analysis on seismic static of subway station main structure based on SAP2000★

Yang Qingchao Zhang Aiping

(HighwayandArchitectureSchool,ShandongTransportVocationalCollege,Weifang261206,China)

Combining with the structural characteristics and engineering geological conditions of a subway station, and using the SAP2000 software, analyzed the seismic static force and water back working condition static force of the subway station, discussed the internal force and deformation situation of the station main structure, provided basis for the seismic design of station structure.

subway station, main structure, static analysis, inter story displacement

1009-6825(2017)05-0035-02

2016-12-08★：山東省科技計(jì)劃項(xiàng)目(J15LG56)

楊青潮(1986- )，男，碩士，講師； 張愛萍(1987- )，女，碩士，助教

TU311.1

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