高架地鐵車站抗震設計分析

盧國華

（南昌鐵路勘測設計院有限責任公司，江西 南昌330026）

隨著國家經濟的迅速發展和城市交通壓力的與日俱增,我國已經進入了地鐵工程建設的黃金時代。我國是一個地震多發的國家,地鐵車站結構一旦遭受地震破壞, 將會給出行帶來極大安全隱患，同時震后修復工作異常困難。因此,研究地鐵高架車站結構抗震安全問題具有重大的意義和工程實用價值。

1 工程概況（圖1）

根據福州市實際工程，高架車站有效站臺中心處軌面絕對標高19.00m，站中心處地面標高7.88m，車站方案采用“橋建合一”的二層高架島式站臺車站。一層為站廳層（站廳層局部設置設備夾層），二層為站臺層。高架車站采用鋼筋混凝土框架結構，平面布置橫向七柱六跨、縱向十六柱十五跨。軌道梁支承在橫梁上，站臺層通過支承在站臺板下層橫梁上形成鋼筋混凝土框架結構，站臺屋蓋采用鋼框架結構。

圖1 高架車站橫剖面圖

車站總凈長140m，寬度49.2m。車站采用直徑1000 及直徑1300 鉆孔灌注樁，樁基持力層為<7-4>強風化凝灰熔巖（碎塊狀）。本站為高架站，前后均為高架橋梁。

根據《建筑抗震設計規范》（GB50011-2010）（2016 版）和《建筑工程抗震設防分類標準》（GB50223-2008），確定本工程所在場地的抗震設防烈度為7 度，設計基本地震加速度為0.10g,設計地震分組為第三組。高架車站的抗震設防類別屬于重點設防類（乙類），需提高一度按8 度采取抗震措施，對應的框架抗震等級為二級。場地類別為III 類。

高架車站結構為百年工程，結構安全等級為一級。結構重要性系數取1.1。為了解高架車站在地震作用下的安全性,對其進行抗震設計性能分析。

2 計算模型及參數

運用YJKS1.9.2、PKPM2010 V3.1.1 兩種軟件,建立三維整體模型并進行抗震性能設計分析。①多遇地震工況下，計算結構的內力分布及其配筋；②罕遇地震工況下，采用時程分析方法驗算結構位移是否滿足規范限值。車站模型見圖2。

圖2 車站三維結構模型

場地地震安全性評價報告提供參數如下表1。

表1 場地水平向設計反應譜參數（阻尼比5%）

3 抗震計算結果及分析

E1 地震作用下，在同樣輸入條件下（同樣的地震動參數等）將PKPM-SATWE 和YJK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。

多遇地震下車站結構動力特性如下圖3。

第3 階 扭轉（T=0.555s）

多遇地震工況下（100 年超越概率63%）YJK 和PKPM-SATWE 分析結果對比如表2。

表2 YJK和PKPM-SATWE 分析結果對比表

根據計算結果可知：通過合理的結構布置，框架結構沿兩個主軸方向的振動形式相似，結構周期、位移、振型均在合理范圍；地震作用力在高度方向上分布較為合理；有效質量參與系數、周期比、位移比、位移角、樓層剪重比等指標均滿足相關規范的要求；梁、柱等結構構件的配筋均處于合理范圍，結構處于彈性工作階段。

4 罕遇地震按彈塑性時程分析結果

根據場地地震安全性評價報告提供資料，按地震波選取三要素：強度、頻譜、持續時間，選取合適的3 條地震波參與時程分析計算。規范波與反應譜對比如圖4 所示，計算結果如圖5 所示。

圖4 規范譜與反應譜對比

圖5 主方向最大層間位移角曲線

大震不屈服采用振型分解反應譜法和彈塑性動力時程分析方法進行計算。根據計算結果可知：在罕遇地震(E3)作用下,結構最大層間位移角為1/102,滿足《建筑抗震設計規范》第5.5.5 條規定框架結構樓層內最大的彈塑性層間位移角限值1/50 的要求。說明結構在罕遇地震作用下，能保持主體結構穩定，不至于倒塌。

罕遇地震作用梁、柱損傷程度如圖6、圖7。

框架梁、柱破壞程度不大，且梁損傷大于柱損傷，符合二道防線的抗震設防思想。

圖6 梁損傷等級顯示圖

圖7 柱損傷等級顯示圖

5 結論及建議

5.1 多遇地震（E1）：利用反應譜分析方法對結構進行抗震設計。根據計算結構可知，在X、Y向地震作用下各結構構件強度均符合《鐵路工程抗震設計規范》(GB 50111- 2006)(2009 版)和《建筑抗震設計規范》GB50011-2010 的要求，層間位移角、層間位移比、周期比、柱最大軸壓比等均小于規范限值。結構的抗震性能滿足規范要求，結構處于彈性工作狀態。

5.2 在罕遇地震下（E3），層間位移角滿足規范規定限值1/50的要求，從而可以保證改結構在大震下不倒。

5.3 車站結構屬于多跨連續框架，其結構受力特點與民用建筑相似。地震作用下框架梁端塑性鉸先于框架柱端出現。結構設計時可優化梁柱截面尺寸布置以滿足“強柱弱梁”的設計原則。

綜上所述，經過合理的結構布置及抗震構造措施，該高架地鐵車站能滿足抗震設計的三水準設防目標，為乘客的出行安全保駕護航。