韓 倩

(中國鐵路設計集團有限公司，天津 300251)

0 引言

隨著我國社會經濟的飛速發(fā)展，越來越多的城市興建城市軌道交通。結構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GB 50011—2010建筑抗震設計規(guī)范(2015版)和GB 50909—2014城市軌道交通結構抗震設計規(guī)范規(guī)定，為確保城市軌道交通結構在地震作用下的安全性，防止地震時發(fā)生毀滅性的損傷，高架車站結構設計應達到的三個抗震性能要求?？拐鹪O計時，結構應根據不同的地震動水準，并結合其重要程度，選取不同的性能要求，作為抗震設防目標。

1 高架車站工程概況

某城市軌道交通高架車站地上4層路側雙島四線換乘高架車站，站臺層及以下結構采用四柱三跨鋼筋混凝土框架結構，車站中間設兩道變形縫，站臺雨棚采用三跨輕型鋼結構型式，如圖1，圖2所示?？拐鹪O防烈度8度，設計基本地震加速度0.20g，設計地震分組為一組，場地類別為Ⅳ類。

高架車站結構設計使用年限為100年，結構安全等級為一級，抗震等級為一級。車站建筑樁基設計等級為甲級。根據建筑布局，本車站的橫斷面方向為四柱三跨框架結構體系。本工程平面不規(guī)則和豎向不規(guī)則，雖高度不高(混凝土結構頂面高度18.4 m，鋼屋架頂面高度24.5 m)，但由于軌道梁與主體結構采用剛接方式，必須重視抗震設計，實現(xiàn)抗震目標。

2 結構抗震性能設計

本工程抗震分析采用的多遇地震E1重現(xiàn)期為100年；設防地震E2重現(xiàn)期為475年；罕遇地震E3重現(xiàn)期為2475年。根據結構抗震設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)彈性設計[1]構件出現(xiàn)輕微的塑性變形,但不達到屈服狀態(tài)。抗彎承載力按標準值復核[3],抗剪承載力按設計值復核[2]構件出現(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)彈性設計[1]構件出現(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]評判標準無損壞結構構件出現(xiàn)輕微的塑性變形,但不達到屈服狀態(tài)結構構件出現(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

結構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力調整系數(shù)，荷載及材料強度取設計值，風荷載參與組合設計。采用時程分析法時，應按建筑場地類別和設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。計算結果表明在多遇地震(小震)作用下，所有豎向構件及框架梁全部保持彈性，沒有結構構件進入塑性狀態(tài)。全部構件的抗震承載力、各項水平位移限值和舒適度滿足規(guī)范有關要求。結構一般不受損壞或不需修理可繼續(xù)使用。結構在多遇地震(小震)作用下能達到預期的性能目標。

2.2 設防地震(中震)作用計算

采用振型分解反應譜法計算，主要為取得關鍵構件內力，配合性能目標驗算結構的配筋。設計中均不考慮抗震等級的內力調整系數(shù)，荷載取標準值，不計風荷載效應。計算結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，設計中均不考慮抗震等級的內力調整系數(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，結構樓層層間位移角可能產生的、在譜意義下的最大值。計算結果表明罕遇地震(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。結構整體及各構件的抗震性能滿足性能目標。

3 抗震專項設計結論

本工程為多層框架結構，平面和豎向均不規(guī)則。由于采取了合理的結構布置和有效的抗震措施，具有較好的抗震性能，計算結構滿足規(guī)范要求。結構軸壓比、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，符合設計要求。罕遇地震靜力彈塑性分析結果表明，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，結構能夠滿足預定的抗震性能目標，能夠經受罕遇地震的考驗。