王文君

中鐵第六勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津 300308

地鐵車(chē)站通常建設(shè)在地下，地震作用對(duì)地鐵車(chē)站結(jié)構(gòu)的破壞性較大，因此必須積極采用抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)措施，提升地鐵車(chē)站建設(shè)的抗震效果，為地鐵系統(tǒng)安全、有序施工進(jìn)行打好設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。

1 地鐵車(chē)站結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的意義

當(dāng)前，我國(guó)各城市地上交通運(yùn)行壓力越來(lái)越大，為了解決城市人口與地面交通資源的矛盾，很多城市已經(jīng)開(kāi)始積極進(jìn)行地鐵系統(tǒng)建設(shè)，地鐵工程建設(shè)越來(lái)越多。地鐵車(chē)站是地鐵系統(tǒng)的重要部分，車(chē)站結(jié)構(gòu)空間較大，且人員疏通與保護(hù)結(jié)構(gòu)較多，又建設(shè)在城市地底，容易受到地震運(yùn)動(dòng)的影響，因此必須根據(jù)當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)及地震環(huán)境特點(diǎn)進(jìn)行地鐵車(chē)站結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)，不僅需做好前期地震作用下結(jié)構(gòu)位移的分析，還需做好地震環(huán)境下的人員疏散結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，為地鐵車(chē)站的安全運(yùn)營(yíng)提供保證。

2 地鐵車(chē)站工程概述

徐州市地鐵6號(hào)線(xiàn)一期第11號(hào)車(chē)站為紫金路車(chē)站。該車(chē)站為6號(hào)線(xiàn)，具備與5號(hào)線(xiàn)換乘功能覆蓋。6號(hào)線(xiàn)與5號(hào)線(xiàn)車(chē)站在東北向西南設(shè)有聯(lián)絡(luò)線(xiàn)。6號(hào)線(xiàn)車(chē)站部分設(shè)置單渡線(xiàn)，為地下三層雙柱三跨地下箱形結(jié)構(gòu)，5號(hào)線(xiàn)車(chē)站部分為地下兩層雙柱三跨箱形結(jié)構(gòu)，聯(lián)絡(luò)線(xiàn)圍合區(qū)域?yàn)閮蓪佣嗫绲叵孪湫慰蚣芙Y(jié)構(gòu)，并設(shè)計(jì)有物業(yè)開(kāi)發(fā)點(diǎn)。

3 地鐵車(chē)站結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)

3.1 抗震位移分析

該車(chē)站位于抗震設(shè)防烈度7度區(qū)內(nèi)，建筑場(chǎng)地類(lèi)別為Ⅱ類(lèi)，設(shè)防地震設(shè)計(jì)特征周期為0.4s，設(shè)防地震基本加速度為0.1g。根據(jù)抗震計(jì)算相關(guān)要求及《徐州軌道交通6號(hào)線(xiàn)一期工程工程場(chǎng)地地震安全性評(píng)價(jià)報(bào)告》，設(shè)防地震為50年超越概率10%，罕遇地震為50年超越概率2%。針對(duì)每種重現(xiàn)期地震，安評(píng)報(bào)告給出3組地震波，根據(jù)給出不同概率水平的地震動(dòng)時(shí)程。采用GTS-NX有限元分析軟件，對(duì)車(chē)站抗震進(jìn)行整體建模驗(yàn)算和動(dòng)力里程分析空間計(jì)算，采用黏彈性人工邊界，分析車(chē)站三維狀態(tài)下的抗震變形狀態(tài)。紫金路站結(jié)構(gòu)初始狀態(tài)有限元分析模型如圖1所示。

圖1 紫金路站結(jié)構(gòu)初始狀態(tài)有限元分析模型

在X方向地震波荷載作用下，車(chē)站結(jié)構(gòu)的最大位移為23.07mm，最大值出現(xiàn)在車(chē)站與聯(lián)絡(luò)線(xiàn)區(qū)域北側(cè)區(qū)域，換乘節(jié)點(diǎn)的最大位移約為12mm。在Y方向地震波荷載作用下，車(chē)站結(jié)構(gòu)的最大位移為25.9mm，最大值出現(xiàn)在5號(hào)線(xiàn)車(chē)刀把收口處，換乘節(jié)點(diǎn)的最大位移約為10.25mm，如圖2和3所示。

圖2 車(chē)站地震工況下結(jié)構(gòu)X向位移

圖3 車(chē)站地震工況下結(jié)構(gòu)Y向位移

通過(guò)有限元軟件分析，說(shuō)明車(chē)站在水平向地震力作用下，車(chē)站的變形最大位置一般出現(xiàn)在結(jié)構(gòu)平面發(fā)生變化或者收口位置（如車(chē)站刀把位置），因此在車(chē)站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中需要針對(duì)性加強(qiáng)此類(lèi)位置的結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度。

3.2 車(chē)站抗震構(gòu)造設(shè)計(jì)

從結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)來(lái)看，頂、底板支座和土巖分界面的受力較大，因此，該車(chē)站需采取抗震措施，以確保結(jié)構(gòu)，在地震作用下能夠具有足夠的抗震性能。同時(shí)，加大車(chē)站形變較大方向上豎向受力構(gòu)件（如混凝土墻、柱）的側(cè)向剛度，以減小地震對(duì)車(chē)站的影響。根據(jù)工程場(chǎng)地的地震地質(zhì)條件和車(chē)站結(jié)構(gòu)的形式、跨度布置特點(diǎn)，采取以下抗震措施。

（1）框架抗震遵守“強(qiáng)柱、弱梁、更強(qiáng)節(jié)點(diǎn)核心區(qū)”，嚴(yán)格控制中柱軸壓比(二級(jí)），保證中柱的延性。中柱縱向受力鋼筋的配筋率按不大于5%控制，鋼筋在同一截面內(nèi)的鋼筋接頭不宜超過(guò)全截面鋼筋總數(shù)的50%，在搭接接頭范圍內(nèi)，箍筋間距≤5d，且應(yīng)＜100mm。柱箍筋加密區(qū)的箍筋最大間距應(yīng)為8倍箍筋直徑與100mm中的最小值，箍筋最小直徑應(yīng)取8mm。

框架梁是框架結(jié)構(gòu)在地震作用下的主要耗能構(gòu)件，為了對(duì)節(jié)點(diǎn)核心區(qū)提供約束以提高其受剪承載力，梁寬不應(yīng)小于柱寬的1/2，通過(guò)適當(dāng)加寬梁截面，降低梁截面的剪壓比。

（2）框架節(jié)點(diǎn)區(qū)處理處理：框架節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)配箍特征值不宜＜0.10，且體積配箍率不宜＜0.5%。柱剪跨比不大于2的框架節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)，體積配箍率不宜小于核芯區(qū)上、下柱端的較大體積配箍率。在框架中間層的中間節(jié)點(diǎn)處，框架梁的上部縱向鋼筋應(yīng)貫穿中間節(jié)點(diǎn)；框架柱的縱向鋼筋應(yīng)貫穿中間層中間節(jié)點(diǎn)和中間層端節(jié)點(diǎn)，柱縱筋接頭應(yīng)設(shè)在節(jié)點(diǎn)區(qū)以外。

3.3 地鐵車(chē)站結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)優(yōu)化措施

在設(shè)計(jì)過(guò)程中，考慮到地鐵車(chē)站的穩(wěn)定性，在地鐵車(chē)站中加入抗震的相關(guān)設(shè)計(jì)。地下結(jié)構(gòu)在地震過(guò)程中因?yàn)槭艿酵馏w的包裹約束所受到的地震沖擊相比地面結(jié)構(gòu)弱。但發(fā)生在日本的某次地震導(dǎo)致地下建筑受到較大損毀，給地鐵設(shè)計(jì)建設(shè)敲響了警鐘。為了防止地震破壞地鐵設(shè)施，提出將抗震結(jié)構(gòu)與地鐵車(chē)站主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行融合的設(shè)計(jì)思路，是在設(shè)計(jì)中需要重點(diǎn)解決的問(wèn)題。因此，相關(guān)的設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)先對(duì)抗震結(jié)構(gòu)進(jìn)行細(xì)致的了解和研究，才能將抗震結(jié)構(gòu)更好地融入車(chē)站設(shè)計(jì)中。

（1）堅(jiān)持正確的設(shè)計(jì)原則。正確的設(shè)計(jì)原則是設(shè)計(jì)過(guò)程中的首要任務(wù)，首先應(yīng)當(dāng)遵循功能的合理化以及結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化。在進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)中，首先應(yīng)當(dāng)選擇合適的場(chǎng)地。因此，需要對(duì)地鐵施工沿線(xiàn)進(jìn)行全面分析，如對(duì)工程地質(zhì)情況的分析等。在此基礎(chǔ)上，需選擇更加符合抗震設(shè)計(jì)要求的地鐵車(chē)站結(jié)構(gòu)。這是保證設(shè)計(jì)正確性原則的前提條件。然后，進(jìn)行地鐵車(chē)站的結(jié)構(gòu)形式的確定，需要進(jìn)行合理性判斷，以保證地鐵車(chē)站設(shè)計(jì)的合理性和穩(wěn)定性。

（2）優(yōu)化具體設(shè)計(jì)。在對(duì)地鐵車(chē)站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中加入抗震設(shè)計(jì)，其中設(shè)計(jì)優(yōu)化是保證地鐵車(chē)站最終效果的最有效的措施。為此，需要相關(guān)設(shè)計(jì)人員能夠通過(guò)設(shè)計(jì)過(guò)程中所涵蓋的內(nèi)容進(jìn)行多角度和形式的研究分析，最終確定與抗震設(shè)計(jì)相關(guān)的設(shè)計(jì)思路。

具體的優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程應(yīng)當(dāng)優(yōu)先選擇場(chǎng)地，首先設(shè)計(jì)預(yù)案應(yīng)當(dāng)通過(guò)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行勘查，避免建設(shè)施工時(shí)進(jìn)入危險(xiǎn)地段開(kāi)展結(jié)構(gòu)施工。這是控制地鐵車(chē)站施工建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)的重要措施，是對(duì)地鐵公司經(jīng)濟(jì)效益的重要保障。

（3）優(yōu)化抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方式。在抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，一般通過(guò)抗震結(jié)構(gòu)組成對(duì)整體建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的基礎(chǔ)內(nèi)容的設(shè)計(jì)思路。該設(shè)計(jì)思路是較為傳統(tǒng)，在抗震結(jié)構(gòu)中的設(shè)計(jì)效果并不理想，導(dǎo)致建筑主體的抗震性能可能出現(xiàn)嚴(yán)重的問(wèn)題。因此，應(yīng)當(dāng)在抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行深入細(xì)致的研究。在抗震設(shè)計(jì)前，應(yīng)當(dāng)明確是否能夠?qū)拐鹚胶彤?dāng)?shù)氐目拐痤?lèi)型、等級(jí)進(jìn)行確定。在此基礎(chǔ)上，有助于對(duì)地鐵車(chē)站進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計(jì)。

4 抗震設(shè)計(jì)效果分析

通過(guò)驗(yàn)算以及模型分析可知，在當(dāng)前的抗震設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)中施加地震波作用，結(jié)構(gòu)的層間位移角最大值均在1/550以下，因此可以判斷抗震設(shè)計(jì)下結(jié)構(gòu)的彈性效果符合抗震設(shè)計(jì)計(jì)算的要求，構(gòu)件截面及配筋的驗(yàn)算結(jié)果滿(mǎn)足抗震設(shè)計(jì)計(jì)算要求，即整體抗震效果較好。在設(shè)防地震波動(dòng)作用環(huán)境中，地鐵車(chē)站中柱軸壓比＜0.75，沒(méi)有超限現(xiàn)象，能夠達(dá)到地鐵車(chē)站運(yùn)行的抗震要求。

5 結(jié)束語(yǔ)

總之，在地鐵車(chē)站建設(shè)中積極做好各環(huán)節(jié)優(yōu)化設(shè)計(jì)，是提升地鐵系統(tǒng)建設(shè)安全性的重要環(huán)節(jié)之一?？拐鹪O(shè)計(jì)是地鐵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)重點(diǎn)考慮的因素，因此在具體設(shè)計(jì)工作中應(yīng)積極做好地鐵建設(shè)區(qū)域地震烈度分析以及抗震結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)置，為優(yōu)化地鐵車(chē)站建設(shè)效果提供助力。