橋建合一高架車站結構抗震分析探討

李文斌，李 鴻

（上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海市 200092）

橋建合一高架車站結構抗震分析探討

李文斌，李 鴻

（上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海市 200092）

對城市軌道交通“建橋合一”高架車站結構如何利用橋梁設計軟件和建筑設計軟件進行抗震分析，作了較為全面的分析和介紹。結合寧波某高架車站，就其結構計算模型及結果分析進行了探討，并提出了抗震設計中應注意的問題。

城市軌道交通；建橋合一；高架車站；抗震分析

0　引　言

隨著軌道交通向郊區延伸，當前城市軌道交通建設出現了線路高架化趨勢，使高架車站應運而生。高架車站的主要型式有“建橋合一”和“建橋分離”兩種。“建橋合一”結構型式又分為軌道梁剛接式“建橋合一”和軌道梁鉸接式“建橋合一”。由于軌道梁剛接式“建橋合一”結構體系在降低結構高度、穩定性較好和提高結構整體性的明顯優勢，已經成為越來越多被采用的車站型式，并有成為主流站型的趨勢。

相比傳統的民用框架結構，“建橋合一”的縱橫框架體系受力復雜，兼具橋梁和民用建筑的兩種受力方式。它是橋梁和房建融匯在一起的結構體系。軌道梁、上蓋梁、墩柱形成橋跨結構體系，其傳力模式仍然類似傳統的橋梁結構，即軌道梁→蓋梁→墩柱→樁基。當運營結束或沒有列車通過時又是典型的民用建筑結構。

隨著《城市軌道交通結構抗震設計規范》[1]

2014年12月1日開始實施，高架車站的抗震設計有了可明確遵照執行的具體設計規范。但是由于“建橋合一”特點，目前尚未有一種計算機分析軟件能單獨完成“建橋合一”高架車站結構的抗震設計。現以寧波城市軌道交通某軌道梁剛接式“建橋合一”的高架為例，對“建橋合一”高架車站結構抗震設計進行探討。

1　橋建合一結構設計概況

高架車站一般通過設雙排或單排墩柱將站廳層、站臺層架起，形成墩柱、橫梁等橋梁結構類構件和站廳層、站臺層的建筑結構類梁板結構整體澆注為一體的空間結構。針對這種橋建合一的結構型式抗震分析，《城市軌道交通結構抗震設計規范》（GB50909-2014）對抗震計算已有了明確的規定。

2　計算理論

目前我國鐵路橋梁設計采用容許應力法，建筑結構設計采用極限狀態法。容許應力法以線彈性理論為基礎，以構件危險截面的某一點或某一局部的計算應力小于或等于材料的容許應力為準則。按照鐵路規范進行抗震設計時，應計入安全系數和容許應力修正系數。

極限狀態法按照各種結構的特點和使用要求，給出極限狀態方程和具體的限值，作為結構設計的依據。按照建筑規范進行抗震設計時，應計入材料分項系數、荷載分項系數、結構重要性系數、內力調整系數等。

3　計算模型

3.1基本資料

寧波軌道交通某高架車站路中三層島式車站為軌道梁剛接的“橋建合一”結構，車站主體長120 m，主體總寬19 m。縱向柱距12 m，所有橋墩基礎均采用鉆孔灌注樁基礎。結構采用雙柱單跨雙懸臂結構。地面一層為架空層，站廳層、站臺層采用鋼筋混凝土梁板結構。站址處抗震設防烈度為7度，設計地震分組為第一組，場地類別按工程場地地震安全性評價報告判別為Ⅲ類、建筑抗震一般場地、無地震液化問題。車站結構設計使用年限為100 a，結構安全等級為一級，結構重要性系數為1.1。站址處地震參數見表1，高架站典型橫斷面見圖1。

表1　地震動參數取值

圖1　高架站典型橫斷面（單位：mm）

3.2主要參數及模型

由于尚未有一種軟件同時支持建筑抗震設計規范和鐵路工程抗震設計規范，現只能分別選取基于《建筑抗震設計規范》[2]（GB50011-2010）和《鐵路工程抗震設計規范》[3]（GB50111-2006）的軟件。

高架車站計算模型（右塔）見圖2。

圖2　高架站Midas-civil模型

由于建橋合一高架車站結構兼受民建荷載及鐵路荷載，另外本車站為大懸臂結構及轉換結構，抗震設計中考慮采用多種軟件進行分析對比。

結構抗震設計采用Midas-Civil V2012軟件進行抗震性能分析。在同樣輸入條件下，另采用Midas-Gen2013進行抗震性能分析，將Midas-Civil V2012和Midas-Gen2013兩種基于不同規范的同系列軟件的分析結果進行對比驗證分析；在同樣輸入條件下，采用PKPM-SATWE（殼元墻元模型）（2010版）》進行抗震性能分析，將PKPM-SATWE和Midas-Gen2013兩種基于相同規范的不同系列軟件的分析結果進行對比驗證分析。

3.2.1基于不同規范的同系列軟件的對比

Midas-Civil V2012和Midas-Gen2013前三階車站結構動力特性對比見圖3。

圖3　Midas-Civil V2012和Midas-Gen2013前三階結構動力特性對比圖

多遇地震工況下Midas-Civil V2012和Midas-Gen2013分析結果對比見表2。

表2　Midas-Civil V2012和Midas-Gen2013計算結果對比表

兩個力學模型計算的總重量幾乎相等；前3階振型周期相近，動力方向基本一致。兩個力學模型計算結果相近，可以認為計算分析結果真實可靠。

3.2.2基于相同規范的不同系列軟件的對比

Midas-Gen2013和PKPM-SATWE前三階車站結構動力特性對比見圖4。

圖4　Midas-Gen2013和PKPM-SATWE前三階結構動力特性對比圖

多遇地震工況下PKPM-SATWE和Midas-Gen2013分析結果對比見表3。

兩個力學模型計算的總重量幾乎相等；前3階振型周期相近，動力方向基本一致。

兩個力學模型計算結果相近，可以認為計算分析結果真實可靠。

4　結語

針對寧波某建橋合一高架車站，采用多種結構及橋梁分析軟件，分別進行基于不同規范的同系列軟件和基于相同規范的不同系列軟件的抗震分析對比。計算結果顯示，各軟件對本高架車站結構抗震分析均有較好的適用性。

由于建橋合一高架車站結構兼受民建荷載及鐵路荷載，分別采用一種民建分析軟件和一種橋梁分析軟件進行抗震分析為基本要求。建議針對路中大懸臂或轉換結構等不規則高架車站，分別進行基于不同規范的同系列軟件和基于相同規范的不同系列軟件的抗震分析對比。

表3　PKPM-SATWE和Midas-Gen2013計算結果對比表

U442.5+5

A

1009-7716（2016）02-0098-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.02.025

2015-11-04

李文斌（1983-），男，上海人，工程師，從事橋梁結構設計工作。