余祥興

（貴陽市城市軌道交通集團有限公司，貴州貴陽550081）

0 引言

隨著城市不斷發(fā)展，軌道交通系統(tǒng)在城市公共交通體系中的作用日漸突出。在地鐵里程不斷增加的情況下，地鐵上蓋建筑的數(shù)量也有所增加[1]。在地鐵上蓋建筑建成以后，地鐵車輛運行所帶來的震動效應(yīng)會給建筑主體帶來一定影響?？拐鹪O(shè)計在地鐵上蓋建筑中的應(yīng)用，有助于降低建筑下部地鐵運行所導(dǎo)致的建筑層間剪力與位移，實現(xiàn)保護建筑主體結(jié)構(gòu)的目標(biāo)[2]。

1 工程概況

本次研究選取的研究項目為某高層建筑項目。建筑設(shè)計基準(zhǔn)期與使用年限均為50年?？拐鹪O(shè)防烈度為7度（0.15g），場地特征周期為0.65s，場地的基本風(fēng)壓為0.8kN/m2。該建筑結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，建筑結(jié)構(gòu)高40.9m，寬14.4m，建筑的應(yīng)用庫層高度為10m，車庫庫層高度為5m，建筑首層高度為3.2m，其余各層的高度為2.8m，建筑總高度為57.9m。

2 抗震方案設(shè)計

通過對該工程項目的建筑特點與結(jié)構(gòu)特點進(jìn)行分析，該項目建筑平面及立面設(shè)計較規(guī)整，抗震設(shè)計的結(jié)構(gòu)基本周期為1.597s，整體剛度相對較大，建筑施工區(qū)域的風(fēng)壓相對較大。就該工程項目的實際情況而言，若使用基礎(chǔ)隔震技術(shù)，運用庫內(nèi)存在的檢查坑會讓地梁無法拉結(jié)，故而此種抗震措施無法滿足抗震需求。該工程的結(jié)構(gòu)為大底盤結(jié)構(gòu)，在柱頂抗震措施應(yīng)用以后，施工人員需在建筑施工中安裝大量的抗震支座。此種抗震方案的施工成本相對較高。為在控制工程施工成本的基礎(chǔ)上實現(xiàn)抗震目標(biāo)，該建筑所使用的抗震方案為層間抗震與傳統(tǒng)抗震措施相結(jié)合的設(shè)計方案[3]。相關(guān)人員在車庫頂層的轉(zhuǎn)換層與上部結(jié)構(gòu)之間設(shè)置隔震層。建筑的設(shè)計結(jié)構(gòu)為底部框架結(jié)構(gòu)，車庫設(shè)計中應(yīng)用有轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)，上部框架采用以剪力墻結(jié)構(gòu)為主的設(shè)計形式。建筑大平臺柱與框支柱的設(shè)計目標(biāo)為在中震環(huán)境下，正截面與斜截面均具有承載力彈性；在大震環(huán)境下，斜面層具有承載力不屈服性，且斜截面具有承載力彈性。轉(zhuǎn)換梁在中震環(huán)境下需具備正截面承載力彈性與斜截面承載力彈性，在大震環(huán)境下，轉(zhuǎn)換梁以正界面承載力不屈服與斜截面承載力不屈服為主。仿真結(jié)構(gòu)布置如圖1所示。

圖1 仿真結(jié)構(gòu)

3 結(jié)構(gòu)抗震試驗

3.1 地震波的截取

在城市軌道交通線路沿線，地鐵列車運行過程中引起的震動可以沿著道床、立柱活動平臺傳導(dǎo)至地鐵上蓋建筑。地鐵列車運行過程中產(chǎn)生的震動多以振動波的形式傳播。一般情況下，地鐵車輛運行所導(dǎo)致的建筑物震動多以微振動為主。根據(jù)我國建筑施工技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，相關(guān)人員主要從建筑結(jié)構(gòu)的柱網(wǎng)體系、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)構(gòu)件等因素入手進(jìn)行抗震設(shè)計。在該工程的結(jié)構(gòu)抗震試驗實施過程中，相關(guān)人員選取了5條強震記錄及2條人工波記錄，并根據(jù)建筑項目的抗震要求，將地震峰值調(diào)整為0.15g。地震波截取過程中采用分解反應(yīng)譜法，根據(jù)分解反應(yīng)譜法的計算結(jié)果，多條波動記錄驗算后的水平向比例為0.92，豎直向的比例為0.82，與國家相關(guān)要求相吻合，故而本次研究中所選取的地震波為有效地震波[4]。

3.2 結(jié)構(gòu)基本周期

根據(jù)建筑項目的實際需要，建筑的抗震條件為7度抗震，研究期間利用ETABS軟件對抗震模型與非抗震模型進(jìn)行分析。根據(jù)ETABS軟件的分析結(jié)果，抗震技術(shù)在地鐵上蓋建筑結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用有助于延長建筑結(jié)構(gòu)的自振周期，可以讓建筑結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出相對規(guī)則的狀態(tài)。在抗震設(shè)計應(yīng)用以后，水平方向前兩階的振型分布為平動狀態(tài)，豎直方向前兩階的振型分布仍為平動狀態(tài)。根據(jù)隔震前后的結(jié)構(gòu)周期可得出結(jié)構(gòu)周期差值為0.093，符合國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.3 抗震與非抗震結(jié)構(gòu)性能分析

以建筑項目的上部結(jié)構(gòu)為例，通過對建筑抗震結(jié)構(gòu)性能與非抗震結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行對比，抗震結(jié)構(gòu)的性能目標(biāo)與減震后的地震作用之間具有一定的聯(lián)系，建筑的墻厚度需控制在200～250mm，柱構(gòu)件的構(gòu)件尺寸為2 000mm×1 800mm，方鋼構(gòu)件的構(gòu)件尺寸為1 000mm×1 000mm×34mm×34mm。在非抗震結(jié)構(gòu)下，建筑底部為加強部位剪力墻，中震環(huán)境下需保證正截面承載力不屈服，斜截面需要具備承載力彈性。建筑的墻厚度在200～500mm，柱構(gòu)件的尺寸為2 200mm×1 800mm，方鋼構(gòu)件的構(gòu)件尺寸為1 300mm×1 000mm×34mm×34mm。與抗震結(jié)構(gòu)相比，地鐵上蓋建筑的非抗震上部結(jié)構(gòu)需進(jìn)行抗震性能化設(shè)計，結(jié)構(gòu)底部的地震力高于抗震結(jié)構(gòu)底部的地震力，故建筑結(jié)構(gòu)的整體截面尺寸與配筋相對較大?？拐鸾Y(jié)構(gòu)與非抗震結(jié)構(gòu)的抗震性能目標(biāo)具有一致性，由于非抗震機構(gòu)的地震力相對較大，故而建筑結(jié)構(gòu)的界面尺寸相對較大[5]。

抗震結(jié)構(gòu)與非抗震結(jié)構(gòu)的性能分析結(jié)果表明，墻體在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中發(fā)揮著較為重要的作用。墻體設(shè)計也是地鐵上蓋建筑施工過程中不可忽視的內(nèi)容。在設(shè)計實施過程中，相關(guān)人員需要根據(jù)房屋建筑的實際剛度值，確定抗震墻墻體數(shù)量。在墻體橫面與縱面的設(shè)計過程中，相關(guān)人員也需要對房屋建筑承重墻等問題進(jìn)行關(guān)注。受地鐵運行的影響，地鐵上蓋建筑施工區(qū)域的震動較為頻繁，相關(guān)人員需通過增加墻體厚度的措施，提升建筑項目的穩(wěn)定性，進(jìn)而使地鐵上蓋建筑的抗震性能得到提升。

4 工程技術(shù)措施

地鐵上蓋建筑的抗震設(shè)計需遵循整體合理性原則，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的整體性與合理性是地鐵上蓋建筑抗震設(shè)計的基本要素。相關(guān)人員在建筑項目施工過程中，需要使抗震設(shè)計與房屋建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計實現(xiàn)有效融合。地鐵上蓋建筑的抗震設(shè)計具有一定的特殊性，相關(guān)人員在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，需要對地鐵上蓋建筑的特殊性進(jìn)行充分研究，并要根據(jù)此類建筑的特殊性，制定針對性措施。就抗震設(shè)計過程而言，房屋建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計與房屋建筑的總體情況之間具有較為密切的聯(lián)系，可以說，只有在符合房屋建筑設(shè)計要求的情況下，抗震設(shè)計才能真正為房屋建筑的安全性提供保證。根據(jù)地鐵上蓋建筑的實際情況，平面參數(shù)設(shè)置與抗風(fēng)承載力參數(shù)計算是抗震設(shè)計中的重要工程技術(shù)措施。

4.1 平面與參數(shù)設(shè)置

根據(jù)國家建筑項目抗震標(biāo)準(zhǔn)的要求，地鐵上蓋建筑的抗震支座豎向壓力值需低于丙類建筑的限值15MPa以內(nèi)。在本次研究所涉及的施工項目中，工程施工方設(shè)置有16套LRB500型支座、12套LRB600型支座與6套LRB700型支座。本項目的上蓋結(jié)構(gòu)以框架-剪力墻結(jié)構(gòu)為主，設(shè)計人員將轉(zhuǎn)換梁設(shè)計在剪力墻的下方，應(yīng)用于該建筑的抗震方案為柱下抗震方案。其中，LRB500型支座的有效直徑為500mm，應(yīng)用于工程項目的支座總高度為222mm，支座的內(nèi)部橡膠總厚度為92mm，支座的鉛芯直徑為60mm，支座的第一形狀系數(shù)需要控制在15以上，第二形狀系數(shù)需要控制在5以上；LRB600的有效直徑為600mm，支座的總高度為251mm，內(nèi)部橡膠的總厚度需要控制在110mm左右，構(gòu)件的鉛芯直徑需控制為100mm，構(gòu)件的第一形狀系數(shù)需要控制在15以上，第二形狀系數(shù)不能低于5；LRB700型支座的有效直徑為700mm，支座總高度為304mm，支座的內(nèi)部橡膠總厚度需控制為129mm，支座的鉛鋅直徑為120mm，支座的第一形狀系數(shù)需要達(dá)到15以上，第二形狀系數(shù)需達(dá)到5以上。通過對地鐵運行給地鐵上蓋建筑的影響進(jìn)行分析，地鐵車輛正常運行所導(dǎo)致的上蓋建筑樓板震動會隨著樓層的增加而減小，在樓板自振頻率與地鐵運行所導(dǎo)致的樓板震動頻率出現(xiàn)共振的情況下，該層樓板的震動反應(yīng)會被放大。基礎(chǔ)減震是地鐵上蓋建筑施工中不可忽視的內(nèi)容，根據(jù)工程項目的實際情況，相關(guān)人員可以通過增加樁數(shù)量、調(diào)整地下室側(cè)壁厚度等方式，實現(xiàn)基礎(chǔ)抗震的目標(biāo)。

4.2 抗風(fēng)承載力參數(shù)計算

為避免因抗震結(jié)構(gòu)自身高度所導(dǎo)致的風(fēng)荷載條件下較大位移的出現(xiàn)，相關(guān)人員也需要對建筑結(jié)構(gòu)整體的抗風(fēng)承載力進(jìn)行驗算，并要將抗震結(jié)構(gòu)的風(fēng)荷載總體控制在自身總重量的10%以內(nèi)。就本次研究所涉及的工程項目而言，該項目的抗震層以上結(jié)構(gòu)的風(fēng)荷載總水平為3 850kN，隔震層上方結(jié)構(gòu)的總重約為88 300kN，為保證建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，相關(guān)人員也需在制作上方布設(shè)抗風(fēng)裝置，抗風(fēng)裝置所承載的剪力需控制在200kN以內(nèi)，隔震層的水平承載力需要控制在5 630kN以內(nèi)。

5 結(jié)語

抗震技術(shù)可為地鐵上蓋建筑的安全性提供保障，可使地鐵上蓋建筑更好地滿足工程抗震承載力要求。針對地鐵上蓋建筑所具有的特殊性，此類建筑的抗震結(jié)構(gòu)周期需延長至非抗震結(jié)構(gòu)周期的2倍。地鐵上蓋建筑的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計需降低結(jié)構(gòu)底部的地震剪力。隔震層上部結(jié)構(gòu)的設(shè)防烈度可適度降低。隨著建筑技術(shù)的不斷發(fā)展，地鐵上蓋建筑抗震設(shè)計的科學(xué)性會不斷提升。