淺談軌道交通地下車站結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)范文

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摘要：隨著我國(guó)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，為我國(guó)城市化發(fā)展帶來(lái)巨大變化，不僅使人們的生活水平不斷提高，也使人們的生活和工作環(huán)境發(fā)生巨大的變化。在目前城市發(fā)展過(guò)程中，隨著人口數(shù)量不斷增長(zhǎng)，需要更多的城市基礎(chǔ)設(shè)施投入使用，不但要滿足人們的生活需要，同時(shí)也要利用更多的空間，從而使城市交通壓力獲得緩解。在當(dāng)前城市交通建設(shè)過(guò)程中，增加多種軌道交通設(shè)施，不僅要求軌道交通具有穩(wěn)定的運(yùn)輸能力，同時(shí)在使用過(guò)程中，要增加多種安全質(zhì)量保護(hù)措施，使軌道交通能夠具有較高的抗震能力。本文圍繞城市軌道交通工程展開(kāi)討論，針對(duì)地下車站結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)內(nèi)容，進(jìn)而對(duì)車站的抗震能力進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：軌道交通；地下車站；抗震設(shè)計(jì)；設(shè)防目標(biāo)；反應(yīng)位移法；時(shí)程分析法

1引言

在目前城市發(fā)展建設(shè)過(guò)程中，增加多種交通基礎(chǔ)設(shè)施，不僅使城市建設(shè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展獲得巨大的提升，同時(shí)也為人們的出行提供更多便利的條件。根據(jù)城市交通發(fā)展具有的作用，要充分挖掘城市空間，并進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計(jì)和規(guī)劃，從而使城市軌道交通具有良好的運(yùn)輸能力。所以為提升城市軌道運(yùn)行能力，并使軌道交通具有良好的穩(wěn)定性和安全性，在目前城市軌道交通建設(shè)過(guò)程中，需要在設(shè)計(jì)中完善地下車站結(jié)構(gòu)抗震能力。在進(jìn)行軌道交通工程地下車站結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中，要嚴(yán)格按照抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，開(kāi)展正確的施工建設(shè)，不僅能夠使地下車站結(jié)構(gòu)抗震能力具有較高的能力，同時(shí)也為社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供良好的基礎(chǔ)。在目前軌道交通建設(shè)過(guò)程中，根據(jù)地下車站結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)，主要按照以下幾點(diǎn)要求進(jìn)行討論：（1）抗震設(shè)防類別；（2）抗震等級(jí)及烈度；（3）論證對(duì)象的判定；（4）抗震設(shè)防目標(biāo)；（5）抗震論證方法。并結(jié)合某城市地下車站抗震設(shè)計(jì)要求，從而進(jìn)行詳細(xì)的分析和研究。

2抗震設(shè)防目標(biāo)

2.1抗震設(shè)防類別、烈度及等級(jí)

根據(jù)我國(guó)城市軌道交通工程地下車站建設(shè)要求，同時(shí)按照地下車站結(jié)構(gòu)功能類型，主要分為三種：（1）特殊設(shè)防類（甲類）；（2）重點(diǎn)設(shè)防類（乙類）；（3）標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類（丙類）。在上述地下結(jié)構(gòu)功能類型分類中，根據(jù)車站日平均客流計(jì)算，從而確定地下車站結(jié)構(gòu)的類型。在目前重點(diǎn)設(shè)防類地下車站結(jié)構(gòu)施工中，對(duì)于結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)具有明確的要求和規(guī)定，同時(shí)在進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)施工和竣工驗(yàn)收過(guò)程中，都需要對(duì)抗震能力進(jìn)行檢查，并將檢查數(shù)據(jù)和實(shí)際信息進(jìn)行記錄，并建立完善的抗震數(shù)據(jù)管理體系。

2.2論證對(duì)象的判定

隨著城市軌道建設(shè)的規(guī)模和功能不斷增加，在目前地下車站結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中，要求地下車站工程建設(shè)面積要超過(guò)一萬(wàn)平米，從而進(jìn)行充分的抗震能力分析，使抗震結(jié)構(gòu)符合抗震設(shè)計(jì)內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)。

2.3抗震設(shè)防目標(biāo)

根據(jù)地下車站結(jié)構(gòu)抗震標(biāo)準(zhǔn)，在進(jìn)行地下結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)施工中，需要對(duì)地下環(huán)境進(jìn)行全面的分析，從而在進(jìn)行地下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)施工過(guò)程中，根據(jù)抗震設(shè)計(jì)要求和標(biāo)準(zhǔn)，能夠使結(jié)構(gòu)具有良好的抗震能力。

3抗震設(shè)計(jì)論證方法

3.1分析方法比選

隨著我國(guó)城市軌道交通工程施工不斷發(fā)展，在目前地下車站結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中，主要按照該工程客流要求，地質(zhì)環(huán)境條件等多種因素進(jìn)行考慮，并在對(duì)結(jié)構(gòu)抗震能力設(shè)計(jì)和計(jì)算過(guò)程中，需要按照以下方法進(jìn)行計(jì)算：（1）地震系數(shù)法；（2）反應(yīng)位移法；（3）反應(yīng)加速度法；（4）時(shí)程分析法。在上述抗震設(shè)計(jì)計(jì)算方法中，需要設(shè)計(jì)人員充分掌握地下車站承擔(dān)的客流壓力，同時(shí)根據(jù)地質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行綜合的考慮，從而使用簡(jiǎn)單快捷的抗震設(shè)計(jì)方法，從而使抗震設(shè)計(jì)要求更加符合地下車站結(jié)構(gòu)使用標(biāo)準(zhǔn)。

3.2車站反應(yīng)位移法計(jì)算模型

按照城市對(duì)交通工程不同要求，在進(jìn)行地下車站結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中，根據(jù)客流運(yùn)行能力和地質(zhì)環(huán)境特點(diǎn)，使用反應(yīng)位移法進(jìn)行抗震計(jì)算時(shí)，首先要將三種作用力進(jìn)行分析和研究：（1）結(jié)構(gòu)慣性力；（2）土層相對(duì)位移力；（3）結(jié)構(gòu)周圍剪力。地下車站結(jié)構(gòu)發(fā)生震動(dòng)過(guò)程中，上述三種作用力的產(chǎn)生會(huì)加速結(jié)構(gòu)出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，同時(shí)由于地下空間中地質(zhì)環(huán)境遭到破壞后，使地下車站承受更多的荷載作用。因此地下結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)時(shí)，需要按照土層相對(duì)位移和土層剪力分別的特點(diǎn)，能夠在豎向位置中減少對(duì)地下車站結(jié)構(gòu)的影響。另外按照空間中作用力分布位置的不同，結(jié)構(gòu)受到作用力的同時(shí)，由于地質(zhì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的巨大荷載，從而導(dǎo)致土體變化速度不斷加快，并加劇對(duì)地下車站結(jié)構(gòu)的破壞。所以在進(jìn)行地下車站結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中，應(yīng)用反應(yīng)位移法計(jì)算方法，將結(jié)構(gòu)與環(huán)境土體建立模擬的模型，從而使計(jì)算設(shè)計(jì)更加精準(zhǔn)。

3.3二維平面時(shí)程分析法

圍繞不同地下車站結(jié)構(gòu)具有的抗震性能，按照二維平面時(shí)程分析法進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí)，通常將地下車站結(jié)構(gòu)的抗震能力提升到Ⅱ級(jí)，同時(shí)增加多種抗震保護(hù)措施，防止地下土體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時(shí)，能夠?qū)Φ叵萝囌窘Y(jié)構(gòu)起到良好的保護(hù)作用。同時(shí)根據(jù)地震動(dòng)力時(shí)程變化特點(diǎn)，需要將地下車站結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的抗震問(wèn)題進(jìn)行綜合的分析，有效減少對(duì)地下車站結(jié)構(gòu)受到進(jìn)一步的破壞。在目前應(yīng)用二維平面時(shí)程分析法過(guò)程中，將地下車站結(jié)構(gòu)進(jìn)行二維平面分析，對(duì)震動(dòng)產(chǎn)生的動(dòng)力能量計(jì)算在結(jié)構(gòu)邊界中，從而當(dāng)土體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時(shí)，按照結(jié)構(gòu)具有的彈塑性能，對(duì)地下車站結(jié)構(gòu)外部起到保護(hù)作用。同時(shí)在進(jìn)行實(shí)際計(jì)算過(guò)程中，按照簡(jiǎn)化后的抗震設(shè)計(jì)計(jì)算方式，地震發(fā)生導(dǎo)致土體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)彈性位移后，需要按照實(shí)際彈性位移變化，并確定地下車站結(jié)構(gòu)的屈服強(qiáng)度系數(shù)。

4典型車站抗震分析

4.1工程概況

在某城市軌道交通建設(shè)過(guò)程中，根據(jù)該城市3號(hào)線抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，將紫云路地下車站結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)研究。在進(jìn)行地下軌道交通施工過(guò)程中，通過(guò)明挖順筑施工方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)車站1.2萬(wàn)平米車站的施工。在車站施工過(guò)程中，按照車站長(zhǎng)度要求，確定標(biāo)準(zhǔn)段的施工寬度保持在19.7米。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中，需要建立雙層單柱雙跨鋼筋混凝土箱形框架結(jié)構(gòu)，利用該種結(jié)構(gòu)具有的特點(diǎn)，能夠使車站具有穩(wěn)定的抗震能力。同時(shí)在抗震設(shè)計(jì)中，將車站抗震能力提升到7級(jí)，由于該車站地質(zhì)環(huán)境成分中，主要由粘土和風(fēng)化泥質(zhì)砂巖組成，同時(shí)測(cè)定的地震動(dòng)加速度周期為0.35s。

4.2反應(yīng)位移法分析結(jié)果

應(yīng)用反應(yīng)位移法過(guò)程中，結(jié)合MidasNX建立一維波動(dòng)模型，目的是對(duì)土體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的位移和剪力變化進(jìn)行分析。如果出現(xiàn)E2地震情況，在土層中由于產(chǎn)生的彈性變化，通過(guò)抗震設(shè)計(jì)，需要將彈性制控制在1/550以內(nèi)從而使抗震設(shè)計(jì)符合地下車站結(jié)構(gòu)抗震標(biāo)準(zhǔn)。另外在對(duì)地下車站鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，需要按照客流和土質(zhì)結(jié)構(gòu)變化產(chǎn)生的荷載，對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，從而在混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫過(guò)程中，能夠滿足車站結(jié)構(gòu)具有的抗震作用。同時(shí)在進(jìn)行不同結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，需要針對(duì)不同的荷載截面積變化，能夠減少對(duì)結(jié)構(gòu)中柱體的作用力破壞。根據(jù)地震情況，如果地震出現(xiàn)E3震動(dòng)強(qiáng)度時(shí)，需要對(duì)車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)整。在進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，需要將出現(xiàn)的彈性變化控制在1/250以內(nèi)，并滿足結(jié)構(gòu)具有的抗震作用。

4.3時(shí)程分析法分析結(jié)果

使用時(shí)程分析法，作為地下車站結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)計(jì)算方法，需要將Midas／GTS建立分析模型，并根據(jù)E3地震產(chǎn)生的作用，能夠?qū)Φ叵萝囌窘Y(jié)構(gòu)產(chǎn)生的作用力進(jìn)行模擬計(jì)算，并確保得到正確的計(jì)算結(jié)構(gòu)。根據(jù)該工程地質(zhì)環(huán)境特點(diǎn)，由于地質(zhì)結(jié)構(gòu)中存在風(fēng)化泥巖，且基巖面距結(jié)構(gòu)的距離小于地下結(jié)構(gòu)豎向有效高度的3倍，這里模型底面邊界取至基巖面。在該地下軌道交通建設(shè)過(guò)程中，根據(jù)采集的地震安全數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，在進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程中，要確保該工程地震基準(zhǔn)時(shí)間超過(guò)50年，同時(shí)要防止車站結(jié)構(gòu)發(fā)生振動(dòng)破壞。按照抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，在對(duì)該工程進(jìn)行模擬計(jì)算時(shí)，發(fā)生震動(dòng)的過(guò)程，會(huì)使土質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生位移，同時(shí)在每個(gè)結(jié)構(gòu)發(fā)生位移的過(guò)程中，都具有相對(duì)穩(wěn)定的振動(dòng)趨勢(shì)。根據(jù)模擬計(jì)算結(jié)果，在該地下車站結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中，根據(jù)E3地震產(chǎn)生的作用效果，不僅要將彈性區(qū)間控制在合理的范圍內(nèi)，同時(shí)減少土體對(duì)地下車站結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響。

5結(jié)論

綜上所述，根據(jù)某城市進(jìn)行軌道交通工程建設(shè)要求，在進(jìn)行地下車站結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)過(guò)程中，不僅要求設(shè)計(jì)過(guò)程根據(jù)科學(xué)的抗震設(shè)計(jì)計(jì)算，同時(shí)圍繞地下車站土質(zhì)環(huán)境的變化，確定有效的抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，從而滿足地下車站抗震承載能力。按照該工程進(jìn)行的抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，在進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)過(guò)程中，將以下幾點(diǎn)作為總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，為今后的地下軌道交通建設(shè)提供參考價(jià)值：（1）在進(jìn)行地下車站工程設(shè)計(jì)施工前期，要對(duì)工程地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行充分的研究，將多種資料和信息作為抗震設(shè)計(jì)參考內(nèi)容，從而對(duì)抗震設(shè)計(jì)具有的作用進(jìn)行分析，減少地下車站結(jié)構(gòu)受到地質(zhì)環(huán)境的影響；（2）在進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)過(guò)程中，地下車站空間需要滿足一萬(wàn)平米，同時(shí)按照重點(diǎn)設(shè)防類（乙類）的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)；（3）在不同地震作用效果分析，為滿足地下車站結(jié)構(gòu)抗震要求，在E2地震條件下，將結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的位移角度值控制在1/550內(nèi)。如果在E3地震條件下，將結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的位移角度值控制在1/250內(nèi)；（4）在該工程抗震設(shè)計(jì)中，結(jié)合反應(yīng)位移法和時(shí)程分析法，針對(duì)土體結(jié)構(gòu)發(fā)生位移產(chǎn)生的作用力進(jìn)行計(jì)算；（5）如果出現(xiàn)E3地震作用效應(yīng)，在土質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生位移時(shí)，需要對(duì)產(chǎn)生的位移空間進(jìn)行計(jì)算，并明確出現(xiàn)的位移值增大范圍。

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作者：賈本萬(wàn) 劉燕 單位：重慶市軌道交通設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司