彭真
中国铁路设计集团有限公司城市轨道交通事业部
摘要：现阶段，由于我国城市轨道交通已经成为城市极为重要的交通基础设施，地铁设计阶段必须进行地铁结构抗震能力计算。2014 年住建部与国家质检总局联合发布的《城市轨道交通结构抗震设计规范》提出，隧道和地下车站结构可采用反应位移法、反应加速度法或时程分析法进行抗震计算。结合规范与地铁工程实例，采用反应位移法对地铁结构进行抗震计算，并将强制位移的不同获取方式的计算结果进行比对。对抗震设防地区的城市轨道交通结构必须进行抗震设计。
关键词：轨道交通工程;地下车站结构;抗震设计
引言
随着我国社会和经济不断发展，为我国城市化发展带来巨大变化，不仅使人们的生活水平不断提高，也使人们的生活和工作环境发生巨大的变化。在目前城市发展过程中，随着人口数量不断增长，需要更多的城市基础设施投入使用，不但要满足人们的生活需要，同时也要利用更多的空间，从而使城市交通压力获得缓解。在当前城市交通建设过程中，增加多种轨道交通设施，不仅要求轨道交通具有稳定的运输能力，同时在使用过程中，要增加多种安全质量保护措施，使轨道交通能够具有较高的抗震能力。本文围绕城市轨道交通工程展开讨论，针对地下车站结构抗震设计内容，进而对车站的抗震能力进行分析。
1抗震设防目标
1.1抗震设防类别、烈度及等级
根据要求，城市轨道交通结构应按其功能功能的重要性分为三种抗震设防类型:标准设防类别(C类)、关键设防类别(B类)和特殊设防类别(甲级)。为大型综合枢纽站与日均客流不足500000名乘客,地震设防是设防类别(B)列为关键。地铁站与关键结构的设防类别、设防标准应当符合规定的抗震设防要求。在地震安全性评估,建设工程的抗震设防要求的地震工作主管部门批准的国家应当采取的决心,但不得低于地震效应,取决于该地区的抗震设防要求。重点强化地铁站,框架结构的地震水平2级,中间的轴向压力比列是小于或等于0.75,应加强地震措施根据1度的要求高于本地区抗震设防烈度。
1.2抗震设防目标
全面的规章制度的要求,考虑地下轨道交通车站的重要性和震后修复困难,地铁站抗震设计指导思想是基于性能的抗震设计,即根据选定目标的性能进行设计,使设计水平下的地震动作用下结构的行为来达到预期的抗震性能目标。
2抗震设计论证方法
2.1分析方法比选
随着我国城市轨道交通工程施工不断发展，在目前地下车站结构抗震设计中，主要按照该工程客流要求，地质环境条件等多种因素进行考虑，并在对结构抗震能力设计和计算过程中，需要按照以下方法进行计算：（1）地震系数法；（2）反应位移法；（3）反应加速度法；（4）时程分析法。在上述抗震设计计算方法中，需要设计人员充分掌握地下车站承担的客流压力，同时根据地质结构进行综合的考虑，从而使用简单快捷的抗震设计方法，从而使抗震设计要求更加符合地下车站结构使用标准。2.2车站反应位移法计算模型按照城市对交通工程不同要求，在进行地下车站结构抗震设计中，根据客流运行能力和地质环境特点，使用反应位移法进行抗震计算时，首先要将三种作用力进行分析和研究：（1）结构惯性力；（2）土层相对位移力；（3）结构周围剪力。地下车站结构发生震动过程中，上述三种作用力的产生会加速结构出现质量问题，同时由于地下空间中地质环境遭到破坏后，使地下车站承受更多的荷载作用。因此地下结构抗震设计时，需要按照土层相对位移和土层剪力分别的特点，能够在竖向位置中减少对地下车站结构的影响。另外按照空间中作用力分布位置的不同，结构受到作用力的同时，由于地质结构产生的巨大荷载，从而导致土体变化速度不断加快，并加剧对地下车站结构的破坏。
所以在进行地下车站结构抗震设计中，应用反应位移法计算方法，将结构与环境土体建立模拟的模型，从而使计算设计更加精准。
2.3二维平面时程分析法
围绕不同地下车站结构具有的抗震性能，按照二维平面时程分析法进行抗震设计时，通常将地下车站结构的抗震能力提升到Ⅱ级，同时增加多种抗震保护措施，防止地下土体结构发生变化时，能够对地下车站结构起到良好的保护作用。同时根据地震动力时程变化特点，需要将地下车站结构出现的抗震问题进行综合的分析，有效减少对地下车站结构受到进一步的破坏。在目前应用二维平面时程分析法过程中，将地下车站结构进行二维平面分析，对震动产生的动力能量计算在结构边界中，从而当土体结构发生变化时，按照结构具有的弹塑性能，对地下车站结构外部起到保护作用。同时在进行实际计算过程中，按照简化后的抗震设计计算方式，地震发生导致土体结构出现弹性位移后，需要按照实际弹性位移变化，并确定地下车站结构的屈服强度系数。
3典型车站抗震分析
3.1程概况
结合轨道交通3号线的抗震设计，对紫云路站进行了地震分析。车站采用开挖方式施工，总建筑面积约1.2万平方米，标准段总长度195.1m，总宽度19.7m。主体结构为2层单柱双跨钢筋混凝土箱形框架结构，屋面覆盖层约3m，结构总高度13.2m，纵向标准柱跨9m。地震设防烈度为7度,设计基本地震加速度值的0.10 g,地铁站的范围内以粘土和风化泥质砂岩为主,设计地震分组为1组,为Ⅱ类网站类别、基本设计地面运动加速度反应谱特征周期的0.35秒。
3.2时程分析法分析结果
使用时程分析法，作为地下车站结构抗震设计计算方法，需要将Midas／GTS建立分析模型，并根据E3地震产生的作用，能够对地下车站结构产生的作用力进行模拟计算，并确保得到正确的计算结构。根据该工程地质环境特点，由于地质结构中存在风化泥岩，且基岩面距结构的距离小于地下结构竖向有效高度的3倍，这里模型底面边界取至基岩面。在该地下轨道交通建设过程中，根据采集的地震安全数据进行分析，在进行抗震设计计算过程中，要确保该工程地震基准时间超过50年，同时要防止车站结构发生振动破坏。按照抗震设计标准，在对该工程进行模拟计算时，发生震动的过程，会使土质结构发生位移，同时在每个结构发生位移的过程中，都具有相对稳定的振动趋势。根据模拟计算结果，在该地下车站结构抗震设计中，根据E3地震产生的作用效果，不仅要将弹性区间控制在合理的范围内，同时减少土体对地下车站结构产生的影响。
结语
对地下车站结构进行抗震计算是地铁结构设计中的一项重要内容，关系到地铁结构在遭遇强震作用时的整体安全性。本文分别采用反应位移法和三维动力时程分析法对地铁地下车站结构进行地震响应分析，对重要结构构件的关键部位内力和变形进行了计算分析，得出了一些结论：⑴ 车站结构正常使用阶段的各种荷载组合工况中，考虑地震荷载的偶然组合对结构内力不起控制作用；⑵ 从采用反应位移法计算得到的结构在地震荷载激励下的内力响应结果可以看出，侧墙与各层楼板相交处、结构顶底板与中柱连接节点处弯矩和剪力较大，顶底板跨中有较大弯矩，中柱最大轴压力出现在中柱与底板连接位置；⑶ 采用动力时程分析法计算地下车站结构的地震响应时，为保证结构抗震分析的可靠性和准确性，计算过程中选择输入的地震动加速度时程的反应谱曲线与适合本工程的设计地震动加速度反应谱曲线的误差满足规范规定的限值要求，使计算结果更接近结构真实地震响应。
参考文献
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