高架车站抗震专项设计

韩 倩

(中国铁路设计集团有限公司，天津 300251)

0 引言

随着我国社会经济的飞速发展，越来越多的城市兴建城市轨道交通。结构形式复杂和多元化的高架车站是其重要组成部分，既要满足列车运行要求，又要承担着旅客上下车及换乘功能。根据GB 50011—2010建筑抗震设计规范(2015版)和GB 50909—2014城市轨道交通结构抗震设计规范规定，为确保城市轨道交通结构在地震作用下的安全性，防止地震时发生毁灭性的损伤，高架车站结构设计应达到的三个抗震性能要求。抗震设计时，结构应根据不同的地震动水准，并结合其重要程度，选取不同的性能要求，作为抗震设防目标。

1 高架车站工程概况

某城市轨道交通高架车站地上4层路侧双岛四线换乘高架车站，站台层及以下结构采用四柱三跨钢筋混凝土框架结构，车站中间设两道变形缝，站台雨棚采用三跨轻型钢结构型式，如图1，图2所示。抗震设防烈度8度，设计基本地震加速度0.20g，设计地震分组为一组，场地类别为Ⅳ类。

高架车站结构设计使用年限为100年，结构安全等级为一级，抗震等级为一级。车站建筑桩基设计等级为甲级。根据建筑布局，本车站的横断面方向为四柱三跨框架结构体系。本工程平面不规则和竖向不规则，虽高度不高(混凝土结构顶面高度18.4 m，钢屋架顶面高度24.5 m)，但由于轨道梁与主体结构采用刚接方式，必须重视抗震设计，实现抗震目标。

2 结构抗震性能设计

本工程抗震分析采用的多遇地震E1重现期为100年；设防地震E2重现期为475年；罕遇地震E3重现期为2475年。根据结构抗震设防类别和建筑使用功能，将本工程抗震性能要求定为3级，具体性能指标见表1。

表1 性能目标

性能目标多遇地震设防地震罕遇地震性能要求3破坏程度完好,正常使用轻微损坏,不需修理或需稍加修理,仍可继续使用中度损坏,需一般修理,采取安全措施后可适当使用变形参考值Δue≤[Δue]Δup≤2[Δue]Δup≤4[Δue]层间位移<1/550<1/250<1/120承载力框架柱常规弹性设计[1]构件出现轻微的塑性变形,但不达到屈服状态。抗弯承载力按标准值复核[3],抗剪承载力按设计值复核[2]构件出现明显的塑性变形;抗剪承载力按标准值复核[3]框架梁常规弹性设计[1]构件出现轻微的塑性变形,但不达到屈服状态。抗弯、抗剪承载力按标准值复核[3]构件出现明显的塑性变形;抗剪承载力按标准值复核[3]满足抗剪截面限制条件[5]评判标准无损坏结构构件出现轻微的塑性变形,但不达到屈服状态结构构件出现明显的塑性变形注:[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)作用计算

结构整体计算采用振型分解反应谱法和弹性动力时程分析计算。小震弹性计算按规范要求考虑抗震等级的内力调整系数，荷载及材料强度取设计值，风荷载参与组合设计。采用时程分析法时，应按建筑场地类别和设计地震分组选用不少于2组的实际强震记录和1组人工模拟的加速度时程曲线，如图3，图4所示。计算结果表明在多遇地震(小震)作用下，所有竖向构件及框架梁全部保持弹性，没有结构构件进入塑性状态。全部构件的抗震承载力、各项水平位移限值和舒适度满足规范有关要求。结构一般不受损坏或不需修理可继续使用。结构在多遇地震(小震)作用下能达到预期的性能目标。

2.2 设防地震(中震)作用计算

采用振型分解反应谱法计算，主要为取得关键构件内力，配合性能目标验算结构的配筋。设计中均不考虑抗震等级的内力调整系数，荷载取标准值，不计风荷载效应。计算结果表明所有框架柱抗剪承载力计算满足规范要求；层间位移角满足规范要求。

2.3 罕遇地震(大震)作用计算

大震不屈服采用振型分解反应谱法和弹塑性动力时程分析计算，设计中均不考虑抗震等级的内力调整系数，荷载取标准值，不计风荷载效应。同时补充静力弹塑性分析，Pushover计算的重要结果之一为抗倒塌验算图。倒塌验算图中三条曲线分别为需求谱曲线、周期—加速度曲线(能力曲线)、周期—最大层间位移曲线。需求谱曲线与能力曲线相交点所对应的层间位移角就是需求层间位移角。需求层间位移角，是指在给定地震、场地条件下，结构楼层层间位移角可能产生的、在谱意义下的最大值。计算结果表明罕遇地震(大震)作用下，X向最大层间位移角为1/141，Y向最大层间位移角为1/253，均小于l/120，满足规范要求。结构整体及各构件的抗震性能满足性能目标。

3 抗震专项设计结论

本工程为多层框架结构，平面和竖向均不规则。由于采取了合理的结构布置和有效的抗震措施，具有较好的抗震性能，计算结构满足规范要求。结构轴压比、周期比、剪重比、刚重比、刚度比、位移比/位移角、受剪承载力之比等均满足规范要求。对应地震时程曲线，时程法计算所得的基底剪力与反应谱法较接近，且变化规律基本一致，符合设计要求。罕遇地震静力弹塑性分析结果表明，在罕遇地震作用下层间位移角最大值小于性能目标设定的1/120，整体承载力达到极限后可维持稳定，满足大震不倒的要求。综上所述，通过小震、中震、大震计算分析，结构能够满足预定的抗震性能目标，能够经受罕遇地震的考验。