摘 要：

為進一步探究上蓋塔樓地鐵車站的結構動力響應及損傷狀況，推動以公共交通為導向的開發(fā)（transit-oriented development，TOD）模式體系的發(fā)展，開展了TOD模式下上蓋塔樓地鐵車站結構地震易損性分析。以北京某城市綜合體工程為研究背景，綜合考慮場地類別、輸入地震動特性等因素的影響，建立了不同場地類別下的土-結構相互作用非線性分析模型，提出了一種TOD模式下上蓋塔樓地鐵車站結構抗震性能評估指標范圍，并確定了其地震易損性曲線，進而得到不同損傷狀態(tài)下的超越概率。結果表明：上蓋塔樓地鐵車站結構在基本完好、輕微破壞、中等破壞、嚴重破壞和倒塌5種損傷狀態(tài)下對應的抗震性能指標范圍分別為［0，0.136%］、（0.136%，0.324%］、（0.324%，0.664%］、（0.664%，1.122%］和（1.122%，+∞）；近場脈沖型地震動對Ⅱ類場地中結構地震動影響更大，遠場長周期型地震動對Ⅲ類場地中結構的影響更大；與近場脈沖型地震動和普通型地震動相比，遠場長周期型地震動對場地類別更加敏感；地震動特性和場地類別對TOD模式下上蓋塔樓地鐵車站結構的動力響應有顯著影響，相較于Ⅱ類場地，Ⅲ類場地中地震動特性對結構的影響更為顯著且結構更容易遭受地震破壞。建立的結構易損性曲線和地震損傷狀態(tài)概率表可有效評估TOD模式下上蓋塔樓地鐵車站的抗震性能，研究成果可為類似地下結構的抗震性能評價提供有價值的參考。

關鍵詞：

地下工程；地震易損性；地鐵車站結構；TOD模式；增量動力分析法；超越概率

中圖分類號：

TU375.2

文獻標識碼：A

DOI： 10.7535/hbgykj.2025yx02007

Seismic vulnerability analysis of upper tower subway station structure in TOD mode

LI Wenbo1， FENG Fuqiang2， GUO Fei3， ZHANG Yanhua2， AN Junhai2

（1.Beijing Urban Construction Design amp; Development Group Company Limited， Beijing 100371， China; 2.School of Civil Engineering， Hebei University of Science and Technology， Shijiazhuang， Hebei 050018， China; 3.Beijing Municipal Construction Group Company Limited， Beijing 100045， China）

Abstract：

In order to further explore the structural dynamic response and damage status of the upper tower subway station and promote the development of the TOD （transit-oriented development） model system oriented by public transportation， the seismic vulnerability analysis of the upper tower subway station structure in the TOD model was carried out. Taking an urban complex project in Beijing as the research background， a nonlinear analysis model of soil-structure interaction under different site types was established by considering the influence of site types， input ground motion characteristics and other factors. A seismic performance evaluation index range of the upper tower subway station structure in TOD mode was proposed and its seismic vulnerability curve was determined， and then the exceedance probability under different damage states was obtained. The results show that the corresponding seismic performance index ranges of the upper tower subway station structure under the five damage states of basically intact， slight damage， moderate damage， severe damage and collapse are ［0， 0.136%］， （0.136%， 0.324%］， （0.324%， 0.664%］， （0.664%， 1.122%］ and （1.122%， +∞）， respectively. The near-field pulse-type ground motion has a greater impact on the ground motion of the structure under the Class Ⅱ site， while the far-field long-period ground motion has a greater impact on the structure under the Class Ⅲ site. Compared with near-field pulse-type ground motion and ordinary ground motion， far-field long-period ground motion is more sensitive to site category. The ground motion characteristics and site types have a significant impact on the dynamic response of the upper tower subway station structure under the TOD mode. Compared with the site type Ⅱ， the ground motion characteristics of the site type Ⅲ have a more significant impact on the structure and the structure is more vulnerable to earthquake damage. The established seismic vulnerability curve and seismic damage probability table can effectively evaluate the seismic performance of the upper tower subway station in TOD mode. The research results can provide valuable reference for the seismic performance evaluation of similar underground structures.

Keywords：

underground construction; seismic vulnerability; subway station structure; TOD mode; incremental dynamic analysis method; exceedance probability

美國太平洋地震工程研究中心在地震工程全概率分析框架體系中提出了地震易損性模塊，以此來表達不同強度地震作用下結構的損傷程度，以及結構不同損傷狀態(tài)的超越概率。眾學者對地上結構地震易損性研究較為廣泛。陸新征等［1］采用增量動力分析（incremental dynamic analysis，IDA）方法對比分析了單一水平分量地震動和三維地震動作用下RC框架結構及RC框架-核心筒結構的倒塌過程，研究表明三維地震動作用下結構會出現(xiàn)更多的倒塌模式，僅考慮單一地震動會使得結構易損性較小。邱永存［2］基于IDA方法對某鋼筋混凝土框架進行分析，結果表明結構自身固有特性和地震動作用形式均影響結構延性，其中結構剛度因素起到主要控制作用。韓學川等［3］基于數(shù)值模擬方法研究了水平地震作用下上蓋一體化地鐵車站結構與單體車站結構動力響應的差異。楊連森等［4］對蘇州某高層建筑進行了地震和風荷載聯(lián)合作用下的易損性分析，結果表明在多災害耦合作用下，隨著耦合荷載的增大，結構各損傷狀態(tài)的超越概率均有所增加。以上學者開展的地震易損性分析拓展了結構抗震性能的評價思路，但其研究對象僅為地上單體建筑結構。

近年來，隨著城市人口的增長與聚集、地下空間的快速開發(fā)和利用，地下結構發(fā)展迅猛，對地下空間結構地震易損性的研究也逐漸展開［5］。美國生命線聯(lián)盟（ALA）［6］和HAZUS系統(tǒng)［7］基于現(xiàn)有不同類型隧道的地震災害損傷狀態(tài)，繪制了不同地表峰值加速度（peak ground acceleration，PGA）作用下結構的經(jīng)驗易損性曲線，對結構不同損傷狀態(tài)的超越概率進行了概述，預測了結構在不同強度地震作用下的損傷程度。目前，數(shù)值分析方法被廣泛用于結構地震易損性分析。鐘紫藍等［8］基于IDA方法對2層3跨地鐵車站進行地震易損性分析，定量給出了結構在不同損傷狀態(tài)下的超越概率。董正方等［9］基于結構分析和設計軟件SAP2000建立地下綜合管廊結構模型，分析了不同場地類別、不同埋置深度和不同截面尺寸等因素對地下綜合管廊結構易損性的影響。許民澤等［10］基于OpenSees軟件平臺對位于飽和砂土場地的地鐵車站進行了結構易損性分析。HUANG等［11］基于不同埋深隧道結構的IDA分析結果，繪制了上海軟弱場地圓形隧道在橫向地震作用下的易損性曲線。陳晉男等［12］利用ABAQUS軟件進行建模，基于IDA方法分析了矩形裝配式地鐵車站結構在不同場地類別下的地震易損性。上述研究主要集中于單體的淺埋地下結構，但是，隨著城市朝著集約化方向發(fā)展，地下結構愈發(fā)大型化，與周邊地上建筑物的距離越來越近，致使二者相互產(chǎn)生巨大影響。因此，考慮臨近地上結構或相連的地上結構對地下結構地震易損性影響的研究勢在必行，但目前這方面的文獻成果仍鮮有報道。

隨著以公共交通為導向的開發(fā)（transit-oriented development，TOD）模式體系的迅猛發(fā)展，探究軌道交通TOD模式下的地鐵車站綜合體結構的地震易損性，不僅可以獲取在不同強度地震作用下結構損傷狀態(tài)的超越概率，而且還能為評估震后損失提供數(shù)據(jù)支持，同時也可以為該結構體系的抗震設計提供參考。鑒于此，本文以北京通州某實際工程為研究對象，基于IDA方法對Ⅱ類場地和Ⅲ類場地內(nèi)TOD模式下的上蓋塔樓地鐵車站進行了地震易損性分析，以期為類似地下綜合體結構的抗震性能評價提供新思路。

1 工程背景

1.1 工程概況

北京通州某實際工程項目的TOD模式下上蓋塔樓的地鐵車站體系分為上蓋框架結構和地鐵車站2個部分，其中上蓋框架結構高度為40 m，長度為32 m，寬度為24 m，采用方形截面框架柱，截面尺寸為0.7 m×0.7 m，與地鐵車站頂板剛性連接。上蓋塔樓地鐵車站的橫截面長度為80 m，寬度為48 m，高度為26 m，分為上、中、下3層，每層層高分別為8、8、10 m；結構側墻厚度為1.1 m;頂板、中板和底板厚度分別為1.0、0.4、1.2 m;綜合體結構中柱尺寸為0.8 m×1.2 m，分布間距為8 m。上蓋框架結構中，除中柱采用C45混凝土外，其余構件均采用C40混凝土，如圖1所示。

1.2 場地條件

為了分析場地類別對上蓋塔樓地鐵車站的地震易損性的影響，分別針對中硬場地（Ⅱ類場地）和軟弱場地（Ⅲ類場地）工況下的結構地震易損性開展了試驗研究。中硬場地工況選取北京通州某上蓋塔樓

的地鐵車站所在場地，計算該場地土體等效剪切波

速為336.13 m/s，場地類別為Ⅱ類場地，場地土層厚度為80 m。軟弱場地工況選取蘇州某地鐵車站綜合體所屬場地，該場地土體等效剪切波速為198.58 m/s，場地土體相對軟弱，承載力較低，場地類別為Ⅲ類場地，場地土層厚度也取為80 m。2種場地均將物理性質(zhì)相似的土層合并簡化為6個土層。土層的主要物理力學參數(shù)如表1所示。

2 結構抗震性能評價指標

2.1 綜合體結構性能指標的定義

GB 50909—2014《城市軌道交通結構抗震設計規(guī)范》［13］中劃分了結構的不同損傷狀態(tài)。杜修力等［14］基于地下結構Pushover方法對大量地下地鐵車站結構進行分析，以層間位移角（inter-story drift ratio，IDR）為限值將結構劃分為4種性能水準和5種損傷狀態(tài)。本文依據(jù)實際工程開展數(shù)值模擬分析，利用有限元軟件ABAQUS建立三維土-結構動力相互作用分析模型，如圖2所示。

模型尺寸設置為560 m×64 m×80 m，整體長度為560 m，即兩側各取3倍綜合體車站斷面長度，高度為80 m，底部延伸至基巖面。模擬中，土體選用Mohr-Coulomb本構模型，結構選用混凝土塑性損傷本構模型，混凝土中鋼筋采用理想彈塑性本構模型。建立不同土體和整體結構的三維實體模型，鋼筋則以桁架單元形式嵌入在結構混凝土中。結構與土體接觸面采用表面-表面接觸，其中主表面和從表面分別取為結構外表面和土體表面。接觸屬性設置包括法向采用“硬”接觸，切向行為采用“罰函數(shù)”摩擦，摩擦系數(shù)取值為0.4。

Pushover方法分析過程分為2步：1）通過地應力平衡計算獲得重力作用下的應力場分布；2）采用地下結構Pushover方法進行分析，側向施加倒三角分布的絕對加速度荷載使結構到目標位移［15］。重力分析時，模型邊界條件設置為底部固定約束，兩側邊界僅放開豎向自由度；本文采用Pushover方法分析時，底部邊界條件不變，兩側邊界設為滾軸邊界，上蓋結構部分折算成均布荷載施加在綜合體結構頂板上，兩側加載倒三角分布的水平位移。Pushover方法分析加載示意圖如圖3所示。

參考文獻［8］在極限狀態(tài)的定義過程中，通過Pushover方法得到的層間位移角-中柱剪力Pushover曲線來劃分出地鐵車站結構的4個極限狀態(tài)點C1—C4，如圖4 a）所示。圖中：階段O—C1代表結構基本處于線彈性狀態(tài)，極限狀態(tài)點C1是曲線初始階段斜率開始改變的節(jié)點；階段C1—C2代表結構由線彈性逐漸過渡到彈塑性狀態(tài)，極限狀態(tài)點C2的橫坐標由初始階段Pushover曲線的斜率延伸線與中柱剪力峰值的交點來確定；極限狀態(tài)點C3為Pushover曲線上的中柱剪力峰值點對應的層間位移角；極限狀態(tài)點C4為Pushover曲線中柱剪力下降至峰值的85%時對應的最大層間位移角。分別將C12、C23、C34定義為極限狀態(tài)點線段C1—C2、C2—C3、C3—C4的中值點，則［0， C1］、（C1， C12］、（C12， C23］、（C23， C34］和（C34， +∞）分別對應結構在5種損傷狀態(tài)下的抗震性能指標范圍。

在地震過程中，結構底層中柱由于埋置深度較大，故其承受壓力較大，因此更容易發(fā)生破壞。參考DU等［16］的研究，結構底層中柱變形能力不足是結構倒塌的重要因素，中柱的破壞形態(tài)往往可在一定程度上表征整個結構的破壞程度。分析獲得TOD模式下上蓋塔樓地鐵車站的結構抗震性能曲線，如圖4 b）所示。

杜修力等［14］依據(jù)地鐵車站的功能狀態(tài)將車站結構劃分為4個性能水準，并定性描述了其功能狀態(tài)，如表2所示。

根據(jù)表2，本文以最大層間位移角（θmax）作為評價指標，對地震作用下上蓋塔樓地鐵車站的損傷狀態(tài)進行了定義，其損傷狀態(tài)和對應的評價指標范圍如表3所示。

2.2 二維有限元模型的建立

因為車站綜合體結構為雙對稱結構，且所在場地土層分布均勻，所以在進行彈塑性時程分析時將結構橫向抗震問題簡化為二維平面應變問題，據(jù)此本文建立二維土-結構整體有限元模型進行IDA分析，如圖5所示。

土-結構整體有限元模型的橫向計算寬度取為560 m，豎向高度取至基巖處，為80 m。土體單元采用四節(jié)點雙線性平面應變單元（CPE4R），結構周圍土體網(wǎng)格進行加密，上蓋框架結構和地鐵車站的構件均采用梁單元建模，內(nèi)部鋼筋通過關鍵字“*rebar”進行定義。土體和結構接觸界面采用表面-表面接觸，結構外表面設置為主表面，土體表面設置為從表面。接觸屬性設置包括：法向行為采用“硬”接觸；切向行為采用摩擦接觸，并將摩擦接觸設置為“罰函數(shù)”，摩擦系數(shù)取為0.4。模型側邊界采用捆綁邊界，底部邊界設置為水平向自由、豎向約束。先施加重力荷載進行重力分析，然后在模型底部輸入水平向地震動進行時程分析。

2.3 地震波的選取

地震動是地球內(nèi)部能量釋放的結果，對其波動特性的分析在地震工程中具有重要作用。研究發(fā)現(xiàn)地震動可以分為近場脈沖型和遠場長周期型兩大類，它們分別在震源附近和遠離震源的地區(qū)表現(xiàn)出截然不同的波動特征。為了更好地探究不同地震動作用下結構的抗震性能，本文依據(jù)GB 50909—2014《城市軌道交通結構抗震設計規(guī)范》［13］得到設計地震動加速度反應譜。之后，將其作為選波的目標反應譜從太平洋地震工程研究中心（pacific earthquake engineering research center，PEER）數(shù)據(jù)庫中篩選出合適的地震波，定義為普通地震動。

本文將斷層距作為關鍵參數(shù)，并據(jù)此來劃分近場脈沖型地震動和遠場長周期型地震動：通常，將斷層距定義在20～60 km范圍內(nèi)；將斷層距小于20 km的地震動定義為近場脈沖型地震動；而將斷層距大于60 km的地震動定義為遠場長周期型地震動。這種劃分是基于地震動在不同斷層距下的傳播特性：近場脈沖型地震動具有較高頻率和振幅；而遠場長周期型地震動低頻成分豐富且振幅較小。近場脈沖型地震動、遠場長周期型地震動選取準則分別依據(jù)表4、表5。

對于普通地震動的選取，GB 50909—2014《城市軌道交通結構抗震設計規(guī)范》［13］指出所選地震動的加速度反應譜曲線與設計地震動加速度反應譜曲線的差值應小于5%。依據(jù)規(guī)范可知，北京通州場地類別為Ⅱ類場地，場地的抗震設防烈度為8度，設計基本地震加速度取值為0.2g，特征周期值為0.4 s；蘇州某工程場地類別為Ⅲ類場地，場地設防烈度為7度，設計基本

地震加速度取值為0.2g，特征周期取值為0.35 s。設計地震動加速度反應譜圖如圖6所示。

VAMVATSIKOS等［20］研究發(fā)現(xiàn)在進行IDA分析時為消除地震動對于地震易損性結果的影響，要選取10～20條足夠數(shù)量的地震動進行輸入分析。本文依據(jù)場地類別、斷層距、傅里葉頻域、地震震級和脈沖指數(shù)等主要參考指標，在PEER地震動數(shù)據(jù)庫中選取了近場脈沖型地震動、遠場長周期型地震動和普通型地震動3種類型地震波各15條進行分析。圖7和圖8給出了所選取的Ⅱ類和Ⅲ類場地的地震動加速度反應譜圖。

3 地震易損性分析

3.1 概率需求分析

本文選擇最大層間位移角θmax作為結構損傷指標（damage measure，DM），選用峰值加速度PGA作為地震動強度指標（intensity measure，IM）。將計算結果整理得到IDA曲線簇，將其均值和標準差分別以16%、50%和84%分位數(shù)整理出3條回歸曲線，即不同場地的IDA分位數(shù)曲線圖，以此來表征數(shù)據(jù)的平均性和離散性，如圖9所示。

隨著PGA的增大，不同場地類別、不同地震波特性的θmax不斷增大。整體來看，在相同的PGA下Ⅲ類場地中的地鐵車站結構比Ⅱ類場地會產(chǎn)生更大的θmax。其中，在遠場長周期型地震動作用下，Ⅲ類場地中的地鐵車站結構比Ⅱ類場地產(chǎn)生更大的θmax，這說明Ⅲ類場地對遠場長周期型地震動最敏感，普通型地震動次之，對近場脈沖型地震動最不敏感。

根據(jù)已有的結構地震易損性研究，DM和IM之間的關系式如式（1）所示：

DM=a·IMb，

（1）

式中：a和b均為線性回歸系數(shù)。

將選取的地震動強度指標（PGA）和結構損傷指標（θmax）帶入式（1），得到式（2）：

θmax=aPGAb。

（2）

或兩邊取對數(shù)，得到式（3）：

lnθmax=alnPGA+b。

（3）

圖10和圖11表達了分別位于Ⅱ類場地和Ⅲ類場地時，TOD模式下上蓋塔樓地鐵車站的DM與IM之間的關系及線性擬合方程，即DM-IM線性擬合曲線。

Ⅱ類場地中，普通型地震動線性擬合方程的方差最小，但Ⅲ類場地中其方差最大，兩者差值較大。相比之下，近場脈沖型地震動與遠場長周期型地震動在2種場地中擬合方程的方差差值較小。這說明通過規(guī)范法篩選出的普通型地震動作用的隨機性較大，相比學者提出的選波方法得到的研究結果，在地震動特性影響方面不具有普適性，同時，場地類別、輸入地震動特性等因素對地鐵車站結構有顯著影響。

位于Ⅱ類場地時的一元線性回歸方程為

lnθmax=1.323 87lnPGA－4.607 14，

lnθmax=1.152 69lnPGA－5.004 86，

lnθmax=1.186 95lnPGA－4.943 67。

位于Ⅲ類場地時的一元線性回歸方程為

lnθmax=1.119 49lnPGA－4.520 01，

lnθmax=1.080 20lnPGA－4.464 98，

lnθmax=1.147 49lnPGA－4.720 92。

3.2 結構易損性曲線的繪制

結構易損性曲線描述了結構的性能參數(shù)與地震強度之間的關系。ARGYROUDIS等［21］和ZHONG等［22］指出，結構4個不同性能水準的超越概率計算公式如式（4）所示。

PLS=Φa+blnIM－lnDc β2DM-IM+β2c，

（4）

式中：P（LS）為不同性能水準的超越概率；Dc為5種損傷狀態(tài)時的層間位移角限值；Φ為標準正態(tài)分布函數(shù)；βc為防災能力對數(shù)標準差；βDM-IM為結構的防災性能需求DM對數(shù)正態(tài)分布的標準差。其中，當以PGA作為地震動強度指標（IM）時，β2DM-IM+β2c=0.5。

通過式（4）計算得到結構的超越概率，分別繪制了位于Ⅱ類場地和Ⅲ類場地的上蓋塔樓地鐵車站的易損性曲線，如圖12所示。

在不同場地類別條件下，地下綜合體結構的易損性曲線所呈現(xiàn)的規(guī)律基本一致，4個性能水準的超越概率隨著地震動強度的增大而增大。隨著場地類別的提高（等效剪切波速增加），結構易損性曲線呈現(xiàn)出越平緩的趨勢，即結構在Ⅱ類場地中不易受到破壞，并且結構受近場脈沖型地震動影響較大，在相同性能水準下的超越概率也比普通型和遠場長周期型地震動的大。而位于Ⅲ類場地時，結構會因受到遠場長周期型地震動的影響，超越概率顯著上升，超過了近場脈沖型地震動和普通地震動對結構破壞的影響。這是因為遠場長周期型地震動主要以中低頻為主，通過軟土層時會被過濾掉高頻成分并放大低頻成分，使地震動幅值放大數(shù)倍，致使結構受到嚴重破壞。相比于普通型和近場脈沖型地震動，遠場長周期型地震動下，Ⅱ類、Ⅲ類場地的結構易損性曲線相差較大，這說明遠場長周期型地震動對場地類別更加敏感。

3.3 結構破壞狀態(tài)概率評估

結構損傷狀態(tài)概率P（DS）表示在不同強度地震動作用下，結構處于不同損傷狀態(tài)時的概率。其計算公式如式（5）所示。

PDSi=1－PLSi， i=1，

PLSi－1－PLSi， i=2，3，…，N

PLSN， i=N+1，，

（5）

式中：結構劃分性能水準的數(shù)量為N；結構定義的損傷狀態(tài)數(shù)量為N+1。

通過式（5）計算得到TOD模式下上蓋塔樓地鐵車站的5種損傷狀態(tài)的超越破壞概率，得到不同場地類別的結構損傷狀態(tài)概率圖，如圖13所示?？梢缘玫揭韵陆Y論。

1）對于Ⅱ類、Ⅲ類場地的上蓋塔樓地鐵車站，在3種類型地震動作用下的基本完好狀態(tài)發(fā)生概率均呈單調(diào)遞減的變化規(guī)律；整體上，輕微破壞、中等破壞和嚴重破壞狀態(tài)的發(fā)生概率呈先增后減的變化規(guī)律；倒塌狀態(tài)的發(fā)生概率則呈單調(diào)遞增的變化規(guī)律；特別的，對于Ⅱ類場地中的上蓋塔樓地鐵車站，在普通型地震動和遠場長周期型地震動作用下的嚴重破壞狀態(tài)發(fā)生概率呈單調(diào)遞增趨勢。這表明Ⅱ類場地條件下的上蓋塔樓地鐵車站更容易受到近場脈沖型地震動的影響。

2）輕微破壞、中等破壞和嚴重破壞狀態(tài)在2種場地條件下發(fā)生的峰值概率基本一致，為50%左右；當結構損傷狀態(tài)的發(fā)生概率相同時，Ⅱ類場地的PGA值總是比Ⅲ類場地的PGA值更大。這表明土層較軟的Ⅲ類場地中的上蓋塔樓地鐵車站相對Ⅱ類場地更容易受到地震動的影響。

3）在3種類型地震動作用下，2種場地中結構的5種損傷狀態(tài)概率曲線變化趨勢一致。其中，近場脈沖型地震動作用下的Ⅱ類場地的5種損傷狀態(tài)概率曲線分別與相應的Ⅲ類場地損傷狀態(tài)概率曲線的重合度最高，普通型地震動作用下的2種場地曲線重合度次之，遠場長周期型地震動作用下的2種場地曲線重合度最低。在遠場長周期型地震動和普通型地震動作用下，Ⅱ類場地與Ⅲ類場地的不同結構損傷狀態(tài)概率峰值對應的PGA值，隨著損傷狀態(tài)的惡化相差越大；就倒塌狀態(tài)的峰值結構損傷狀態(tài)概率來看，遠場長周期型地震動下Ⅱ類場地與Ⅲ類場地的差值是最大的，這說明Ⅲ類場地對上蓋塔樓地鐵車站結構的影響程度比Ⅱ類場地的更大，即Ⅲ類場地中上蓋塔樓地鐵車站結構更容易受到遠場長周期型地震動的影響。

GB 18306—2015《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》［23］指出：多遇地震動峰值加速度宜按不低于基本地震動峰值加速度的1/3確定；罕遇地震動峰值加速度宜按基本地震動峰值加速度的1.6～2.3倍確定；極罕遇地震動峰值加速度宜按基本地震動峰值加速度的2.7～3.2倍確定。本文設計基本地震動峰值加速度取值為0.2g，于是多遇地震、設防地震、罕遇地震、極罕遇地震的設防標準分別取值為0.1g、0.2g、0.4g和0.6g。

表6－8給出了3種不同類型地震動作用下上蓋塔樓地鐵車站在不同地震設防標準下的損傷狀態(tài)概率。數(shù)據(jù)表明，在Ⅱ類場地條件下，不同類型地震動對上蓋塔樓地鐵車站的損傷狀態(tài)概率影響差異顯著。

比較2種場地中的車站綜合體結構在各級地震設防

標準下的主要損傷狀態(tài)發(fā)現(xiàn)：多遇地震（0.1g）時，結構表現(xiàn)為基本完好狀態(tài)；設防地震（0.2g）時，Ⅱ類場地中的結構以基本完好狀態(tài)為主，Ⅲ類場地中的結構則以輕微破壞狀態(tài)為主；罕遇地震（0.4g）時，Ⅱ類場地中的結構以輕微破壞狀態(tài)為主，Ⅲ類場地中的結構則以中等破壞狀態(tài)為主；而在極罕遇地震（0.6g）時，2種場地中的結構都以中等破壞為主，但Ⅱ類場地中的結構發(fā)生輕微破壞的概率約為30%，而Ⅲ類場地中的結構則發(fā)生嚴重破壞。分析結果表明，結構位于Ⅲ類場地時的損傷狀態(tài)總是比位于Ⅱ類場地時更嚴重。這表明隨著場地土體等效剪切波速的增加，即場地土越是堅硬，結構遭受破壞的程度越低。

由于同類場地在各級地震設防標準下的主要損傷狀態(tài)基本一致，本文定義表格中比主要損傷狀態(tài)更嚴重一級的損傷狀態(tài)為更嚴重損傷狀態(tài)。比較同一場地中的結構在不同類型地震動時的更嚴重損傷狀態(tài)概率，近場脈沖型地震動使得Ⅱ類場地的結構發(fā)生更嚴重損傷狀態(tài)的概率遠大于普通型、遠場長周期型地震動；遠場長周期型地震動使得Ⅲ類場地的結構發(fā)生更嚴重損傷狀態(tài)的概率遠大于普通型、近場脈沖型地震動。這表明場地類別和地震動類型顯著影響結構的地震響應規(guī)律。

4 結 語

以北京某城市綜合體工程為研究對象，建立土-結構相互作用的數(shù)值分析模型，進行地震易損性分析，得到的主要結論如下。

1）基于實際工程建立TOD模式下上蓋塔樓地鐵車站的三維有限元模型，采用Pushover方法的倒三角形位移對地下結構加載，得到了TOD模式下上蓋塔樓地鐵車站結構在5種損傷狀態(tài)下對應的抗震性能評價指標范圍分別為［0，0.136%］、（0.136%，0.324%］、（0.324%，0.664%］、（0.664%，1.122%］和（1.122%，+∞）。

2）在三維有限元模型基礎上簡化得到二維有限元模型，采用增量動力分析方法對其輸入不同特性的地震動。整體來看，在相同的PGA值下Ⅲ類場地中的地鐵車站結構比Ⅱ類場地的地鐵車站結構會產(chǎn)生更大的θmax。Ⅲ類場地中的地鐵車站結構對遠場長周期型地震動最敏感，普通型地震動次之，對近場脈沖型地震動最不敏感。規(guī)范法篩選出的普通型地震動作用的隨機性較大，在地震動特性影響方面不具有普適性。

3）在不同場地類別條件下，地下綜合體結構的易損性曲線所呈現(xiàn)的規(guī)律基本一致，4個性能水準的超越概率隨著地震動強度的增大而增大。相較于Ⅱ類場地，Ⅲ類場地中地震動特性對結構的影響更為顯著，且結構更容易遭受地震破壞。

4）土層較軟的Ⅲ類場地中的上蓋塔樓地鐵車站結構相對Ⅱ類場地更容易受到地震動的影響。同時，Ⅱ類場地中的上蓋塔樓地鐵車站結構更容易受到近場脈沖型地震動的影響，Ⅲ類場地中的上蓋塔樓地鐵車站結構更容易受到遠場長周期型地震動的影響。

5）近場脈沖型地震動使得Ⅱ類場地中的結構發(fā)生更嚴重破壞狀態(tài)的概率遠大于普通型、遠場長周期型地震動；遠場長周期型地震動使得Ⅲ類場地中的結構發(fā)生更嚴重損傷狀態(tài)的概率遠大于普通型、近場脈沖型地震動。場地類別和地震動類型顯著影響結構的地震響應規(guī)律。

本文基于IDA方法開展了TOD模式下地鐵車站綜合體結構在不同場地類別、不同地震動類型下的地震易損性分析，其成果可為評估類似結構體系的抗震性能提供有益的參考。同時，地鐵車站綜合體結構具有明顯的空間效應，但地震易損性分析結果是基于二維數(shù)值模型得到的，具有一定的局限性，在今后的研究工作中需要進一步建立合適的三維數(shù)值模型以開展更深入的易損性分析。

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收稿日期：2024-09-20;修回日期：2025-02-09；責任編輯：王海云

基金項目：河北省自然科學基金（E2024208050）；河北省高等學?？茖W技術研究項目（QN2023079）

第一作者簡介：

李文博（1985—），男，內(nèi)蒙古赤峰人，高級工程師，博士，主要從事巖土與地下工程設計、施工方面的研究。

通信作者：

安軍海副教授。E-mail：tsanjunhai@126.com

李文博，馮富強，郭飛，等.

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LI Wenbo，F(xiàn)ENG Fuqiang，GUO Fei，et al.

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