地鐵車站中板異形大開孔受力分析

1 引言

隨著城市建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)展， 為最大限度地吸引客流及方便乘客出行， 軌道交通車站對(duì)建筑功能及運(yùn)營(yíng)使用提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)和要求[1]，結(jié)構(gòu)型式也更復(fù)雜。 如何更好地提升換乘車站建筑功能、改善乘車舒適度及解決復(fù)雜結(jié)構(gòu)型式，是車站設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。 常規(guī)地下車站結(jié)構(gòu)板采用縱向主梁+ 局部針對(duì)開孔設(shè)置孔邊梁的受力體系。 為滿足車站公共區(qū)功能提升，樓扶梯布置集中在站臺(tái)中央，以至于車站縱梁無(wú)法連續(xù)；樓扶梯孔均為8~14 m 大孔， 導(dǎo)致開孔周邊的中板受力特殊，同時(shí)較多開洞必將削弱地下結(jié)構(gòu)抗震能力。

目前， 相關(guān)學(xué)者就地下車站的開孔及地震響應(yīng)進(jìn)行了諸多研究，主要為標(biāo)準(zhǔn)車站地震作用分析[2]以及側(cè)墻開孔[3]、軌排井開孔[4]等規(guī)則孔洞分析，也有就無(wú)柱車站中板結(jié)構(gòu)受力進(jìn)行分析[5]。但是針對(duì)不規(guī)則開孔以及中板縱梁不連續(xù)的結(jié)構(gòu)受力分析和地震影響分析尚不多見。 本文依托成都地鐵某條地鐵線不同公共區(qū)建筑布置的異形開孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析， 并對(duì)結(jié)構(gòu)布置提出合理化建議，為地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供參考，使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更安全、合理、經(jīng)濟(jì)。

2 單柱雙跨車站

以某單柱雙跨車站為例，車站公共區(qū)凈寬度18.3 m，公共區(qū)采用兩組雙扶梯加一組樓梯的布置形式， 兩組雙扶梯沿中心里程對(duì)稱布置，一組樓梯和無(wú)障礙電梯布置于中心里程處，樓梯一般呈T 形布置。 中板樓梯與無(wú)障礙電梯大開孔尺寸8.05 m×7.55 m，扶梯單個(gè)開孔為1.84 m×12 m。中板厚度400 mm；地下一層層高5.8 m，地下二層層高6.7 m。 抗浮水位在地面下1 m。 公共區(qū)樓扶梯布置如圖1 所示。 中板典型大開孔孔邊梁結(jié)構(gòu)平面布置及結(jié)構(gòu)橫剖面，詳見圖2 和圖3。

圖1 公共區(qū)建筑布置

圖2 站廳層開孔結(jié)構(gòu)梁布置

圖3 樓梯開孔處中板橫斷面布置

2.1 結(jié)構(gòu)布置設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中通常針對(duì)縱梁中斷通過KBL1 轉(zhuǎn)換受力。KBL1 高度將影響軌頂風(fēng)道過風(fēng)面積及敷設(shè)設(shè)備管線后站臺(tái)層層高。 如何兼顧結(jié)構(gòu)受力和最經(jīng)濟(jì)、使用效果好的站臺(tái)層高為本方案研究的重點(diǎn)。 KBL1 凈跨8.9 m，KBL2 凈跨8.25 m，KBL3 凈跨12 m。 針對(duì)該類型開孔常規(guī)設(shè)計(jì)考慮方案a 采用全暗梁最大限度節(jié)省使用空間， 方案b 按照跨高比擬用梁高0.8 m，通過MIDAS GEN 有限元軟件建立荷載結(jié)構(gòu)模型，進(jìn)行三維數(shù)值模擬進(jìn)行受力比較分析得出如圖4 所示：（1）方案a及方案b 中板及孔邊梁的撓度與內(nèi)力值均能滿足鋼筋混凝土構(gòu)件的正常使用極限狀態(tài)和承載能力極限狀態(tài)。 其中方案b在中板撓度控制效果較好， 方案a 中板相對(duì)于其他未開孔區(qū)域產(chǎn)生較大變形。 （2）方案a 由于孔邊梁剛度較小，孔邊梁受力較小， 中板彎矩較之方案b 彎矩較大， 跨中彎矩增幅約65%，支座彎矩增幅約23%。

可以說(shuō)，在薄伽丘的《十日談》中，女性不再是男人的附屬品。無(wú)論出身何種社會(huì)階層，無(wú)論外表是美是丑，無(wú)論性格是堅(jiān)強(qiáng)還是軟弱，她們都勇于追逐愛情，遵從自己內(nèi)心世界的秩序。而她們頭腦中的智慧，正是決定命運(yùn)之舟前進(jìn)方向的舵盤。無(wú)論是與文學(xué)傳統(tǒng)相較，還是作為現(xiàn)實(shí)生活的對(duì)比，這種強(qiáng)烈的自我意識(shí)，甚至在某種程度上，可以說(shuō)是“男女平等”意識(shí)的萌芽，是《十日談》中傳遞的女性觀。

采用有限元軟件建立荷載結(jié)構(gòu)模型，進(jìn)行三維數(shù)值模擬。

圖4 內(nèi)力、變形對(duì)比表

通過以上結(jié)果可知，方案a 具備梁高小，站臺(tái)層空間大的優(yōu)勢(shì)，但同時(shí)結(jié)構(gòu)板受力加大，變形較常規(guī)中板段發(fā)生較大差異。 方案b 結(jié)構(gòu)梁改善中板受力，傳力清晰，但梁高將影響軌頂風(fēng)道及設(shè)備管線敷設(shè)空間。 由此，提出方案c 將影響結(jié)構(gòu)凈空的KBL1 設(shè)置為變截面梁。 在中縱梁搭接處梁高800 mm，軌頂風(fēng)道區(qū)域梁高500 mm，如圖5 所示。 如圖6 所示，方案c有效兼顧了梁高小，站臺(tái)層空間大的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)結(jié)構(gòu)板受力清晰，結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)安全。

圖5 變截面KBL1 剖面示意

圖6 方案a、b、c 計(jì)算內(nèi)力、變形對(duì)比表

2.2 地震作用下受力分析

本項(xiàng)目場(chǎng)地抗震設(shè)防烈度為7 度， 設(shè)計(jì)地震分組為第三組， 地震動(dòng)峰值加速度為0.10g， 地震反應(yīng)譜特征周期為0.45 s，場(chǎng)地類別為Ⅱ類。 采用反應(yīng)位移法進(jìn)行地下車站結(jié)構(gòu)橫向地震反應(yīng)計(jì)算。

2）中板孔洞、中板縱梁局部中斷削弱了結(jié)構(gòu)體系的橫向抗震能力，較之未開孔常規(guī)區(qū)段中板橫向變形增大12%。中縱梁中斷位置中柱的橫向內(nèi)力最大。 同時(shí)受中板孔洞橫梁影響，在孔洞橫梁區(qū)段、中板縱梁局部中斷區(qū)段的中柱處，中縱梁橫向內(nèi)力最大，易發(fā)生彎剪破壞，是橫向抗震能力的薄弱部位。

地震時(shí)土層沿深度方向的水平位移分布為式（1）：

Nav_points提供根據(jù)規(guī)劃的路徑完成Rovio平臺(tái)和ROS之間控制命令的傳輸。算法用geometry_msgs::PoseArray表示規(guī)劃的路徑軌跡，并進(jìn)行RVIZ可視化處理，在模擬的幾何地圖上實(shí)時(shí)顯示機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。

式中，U （z） 為地震時(shí)深度z 處土層的水平位移；z 為深度；μmax為場(chǎng)地地表最大位移；H 為地面至地震作用基準(zhǔn)面的距離。

土層相對(duì)位移的作用， 通過在模型中的地層彈簧非結(jié)構(gòu)連接端節(jié)點(diǎn)的水平方向上施加強(qiáng)制位移來(lái)實(shí)現(xiàn)。 側(cè)墻節(jié)點(diǎn)土層相對(duì)位移參數(shù)如圖7 所示。

圖7 土層相對(duì)位移參數(shù)

式中，τ 為結(jié)構(gòu)單位面積上作用的剪力；Gd為動(dòng)剪切變形系數(shù)。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果分析如下：

圖8 方案c 在地震作用下彎矩值（單位：kN·m）

圖9 方案C在地震作用下水平位移值（單位：mm）

采用反應(yīng)譜法計(jì)算土層位移， 通過土層位移微分確定土層應(yīng)變，最終通過物理關(guān)系計(jì)算土層剪力。 將地震摩擦力沿深度變化假設(shè)為正弦函數(shù)，可按式（2）計(jì)算出地震摩擦力：

結(jié)構(gòu)慣性力通過對(duì)結(jié)構(gòu)整體施加水平地震峰值加速度來(lái)實(shí)現(xiàn)，由程序自動(dòng)計(jì)算施加在模型節(jié)點(diǎn)處的節(jié)點(diǎn)力。

計(jì)算可得作用于結(jié)構(gòu)頂板剪切力標(biāo)值：τu=9 kN/m，結(jié)構(gòu)底板剪切力標(biāo)準(zhǔn)值：τB=242 kN/m， 結(jié)構(gòu)側(cè)墻剪切力標(biāo)準(zhǔn)值：τs=（τu+τB）/2=125.5 kN/m。

由計(jì)算結(jié)果分析如下：

1）在開孔區(qū)域，由于布設(shè)了橫向梁后結(jié)構(gòu)板改為雙向受力，且孔洞造成內(nèi)力重分布后，開孔段邊支座彎矩較未開孔段增加或減少（取決于孔洞距離側(cè)墻的距離），中支座彎矩及跨中彎矩較未開孔段減少。 E2 地震作用下，由于結(jié)構(gòu)周邊土體的約束作用以及橫向梁改善受力后， 開孔段較之未開孔段受地震作用影響小3%。 配筋均受裂縫控制，其余部位內(nèi)力均為非控制因素，僅需按抗震設(shè)防要求進(jìn)行構(gòu)造措施處理。

新能源電站集控中心統(tǒng)一綜合防誤系統(tǒng)//滕井玉,金巖磊,王言國(guó),張軍華,葛立青,吳俊//(11):157

S7-200 PLC在監(jiān)控系統(tǒng)中起到核心作用，需要采集具備modbus RTU通訊協(xié)議的變頻器信息與具備USS通訊協(xié)議的變頻器信息，所以在選用上選擇至少具備2個(gè)串行通訊口的S7-200 PLC[5]。

3）地震作用下負(fù)二層相對(duì)水平位移差4 mm，負(fù)一層水平位移差2 mm。 結(jié)構(gòu)最大彈性層間位移角為1/1 675。 結(jié)構(gòu)仍處于彈性變形狀態(tài)，滿足E2 地震作用下抗震性能Ⅰ的要求。

以3 層雙柱3 跨車站為例，車站共區(qū)凈寬度21.7 m。 公共區(qū)采用3 組樓扶梯加1 組垂直電梯的布置形式，2 組樓扶梯于中心里程兩側(cè)布置，1 組扶梯和垂直電梯結(jié)合布置于中心里程附近。 中板扶梯與垂直電梯大開孔尺寸為異形3.9 m×12 m 與2.4 m×3 m 結(jié)合， 扶梯單個(gè)開孔為6.1 m×14.2 m。 中板厚度400 mm；站廳層層高6.15 m，設(shè)備層層高6.45 m，站臺(tái)層層高6.9 m。車站抗浮水位在地面下1 m。公共區(qū)樓扶梯在設(shè)備層與縱梁沖突，布置如圖10 所示。

由表5可知，回歸模型的F值為1012.456，大于F0.01(2， 2)。因此，可認(rèn)為在顯著性水平為0.01的情況下，Y對(duì)X1和X2的線性關(guān)系顯著，模型可通過顯著性檢驗(yàn)。將式(3)和式(4)帶入式(5)中，即可得到關(guān)于Y與x1～x5之間的多元線性回歸模型，如式(6)所示：

3 雙柱3 跨車站

由圖2可知，感官評(píng)分與紅茶濃度和浸泡溫度具有明顯的二次拋物線關(guān)系，隨著浸泡溫度和紅茶濃度的增加，感官分值呈現(xiàn)先增加后下降的趨勢(shì)。當(dāng)A因素(紅茶濃度)和C因素(浸泡溫度)向峰值方向移動(dòng)時(shí)，C因素等高線密度明顯變小。當(dāng)C因素水平較低時(shí)，等高線密度較稀疏；當(dāng)C因素水平達(dá)到35 ℃以上時(shí)，響應(yīng)面變陡，等高線密度變密，表明C因素在高水平時(shí)對(duì)響應(yīng)值的影響顯著。當(dāng)A因素水平較低時(shí)，響應(yīng)面較陡，等高線密度較密，表明A因素在低水平時(shí)對(duì)感官分值影響顯著。

圖10 設(shè)備層公共區(qū)建筑布置

該類型建筑布置給結(jié)構(gòu)布置帶來(lái)的難點(diǎn)在于設(shè)備層扶梯與垂直電梯結(jié)合孔洞異形， 引起中板縱梁無(wú)法連續(xù)以及孔邊梁設(shè)置不利于結(jié)構(gòu)梁板傳力。 針對(duì)該問題，結(jié)構(gòu)布置提出以下兩種方案：方案1——將垂直電梯側(cè)壁設(shè)置為300 mm 鋼筋混凝土墻，參與車站結(jié)構(gòu)受力，孔邊梁可結(jié)合混凝土墻設(shè)置；方案2——設(shè)置橫梁及孔邊暗梁，詳見圖11。

圖11 方案1 與方案2 設(shè)備層開孔結(jié)構(gòu)布置

集中有關(guān)部門研究和開發(fā)新型職業(yè)農(nóng)民教育的發(fā)展規(guī)劃、資源利用、技術(shù)轉(zhuǎn)化、政策扶持、資金投向以及培訓(xùn)效果評(píng)價(jià)、培訓(xùn)功能開發(fā)、培訓(xùn)對(duì)象需求、項(xiàng)目立項(xiàng)等方面的課題，正確引導(dǎo)新型職業(yè)農(nóng)民教育培育工作持續(xù)穩(wěn)定和較快發(fā)展。

3.1 結(jié)構(gòu)受力分析

根據(jù)計(jì)算， 方案1 與方案2 中板受力及變形如圖12 所示。 方案1 由于中隔墻改善中板受力，內(nèi)力及變形值相對(duì)更小。

圖12 方案1 與方案2 內(nèi)力、變形對(duì)比表

3.2 地震作用下受力分析

土層相對(duì)位移的作用， 通過在模型中的地層彈簧非結(jié)構(gòu)連接端節(jié)點(diǎn)的水平方向上施加強(qiáng)制位移來(lái)實(shí)現(xiàn)。

作用于結(jié)構(gòu)頂板剪切力標(biāo)值：τu=3.6 kN/m， 結(jié)構(gòu)底板剪切力標(biāo)準(zhǔn)值：τB=201.8 kN/m，結(jié)構(gòu)側(cè)墻剪切力標(biāo)準(zhǔn)值：τs=（τu+τB）/2=102.7 kN/m。

結(jié)構(gòu)慣性力通過對(duì)結(jié)構(gòu)整體施加水平地震峰值加速度來(lái)實(shí)現(xiàn)，由程序自動(dòng)計(jì)算施加在模型節(jié)點(diǎn)處的節(jié)點(diǎn)力。

經(jīng)計(jì)算， 方案1 與方案2 在地震作用下內(nèi)力及變形數(shù)值如圖13 所示。

圖13 方案1 與方案2 地震組合內(nèi)力、變形對(duì)比表

經(jīng)計(jì)算， 方案c 在地震作用下內(nèi)力及變形數(shù)值如圖8 和圖9 所示。 圖8 和圖9 中1a 為未開孔區(qū)域標(biāo)準(zhǔn)組合值；1b 為未開孔區(qū)域地震組合值；2a 為扶梯孔區(qū)域標(biāo)準(zhǔn)組合值；2b 為扶梯孔區(qū)域地震組合值；3a 為樓梯孔區(qū)域標(biāo)準(zhǔn)組合值；3b 為樓梯孔區(qū)域地震組合值。

相關(guān)抵消對(duì)于信號(hào)估計(jì)是最佳線性處理方法，利用線性變換去掉信號(hào)x(N維)、y(M維)之間相關(guān)的部分.假設(shè)對(duì)y進(jìn)行線性變換的矩陣是H，且y與x相關(guān)的部分為

1）方案1 結(jié)合垂直電梯井壁設(shè)置混凝土隔墻方式結(jié)合中板梁柱使傳力更加規(guī)則清晰， 較之方案2 部分中板處于懸臂的工況，方案2 梁板內(nèi)力更小，位移更小。同時(shí)方案1 較方案2側(cè)站臺(tái)寬度增加400 mm，使用功能更優(yōu)。

2）在地震作用下，方案2 設(shè)置的橫梁有效改善了結(jié)構(gòu)板開孔狀態(tài)下的水平位移，主要受控于懸挑板的豎向位移。

3）方案1 及方案2 配筋均受裂縫控制，地震作用為非控制因素，僅需按抗震設(shè)防要求進(jìn)行構(gòu)造措施處理。

4）水平位移值未因?yàn)榭v梁中斷發(fā)生變化。 地震作用下負(fù)三層水平位移差5 mm，負(fù)二層水平位移差2 mm，負(fù)一層水平位移差1 mm。 結(jié)構(gòu)最大彈性層間位移角為1/1 260。 結(jié)構(gòu)仍處于彈性變形狀態(tài)，滿足E2 地震作用下抗震性能Ⅰ的要求。

近年來(lái)，阻燃劑產(chǎn)業(yè)迎來(lái)高速發(fā)展，其產(chǎn)量增長(zhǎng)顯著。早在2003年，全球范圍內(nèi)阻燃劑的使用量便已突破百萬(wàn)噸大關(guān)，幾乎趕上當(dāng)時(shí)增塑劑的使用量，一躍成為第二大塑料助劑，并且從2003年開始，阻燃劑市場(chǎng)呈穩(wěn)步增長(zhǎng)趨勢(shì)。2013年，全球范圍內(nèi)的阻燃劑使用量達(dá)到195萬(wàn)t，同年國(guó)內(nèi)阻燃劑使用量為30萬(wàn)t，其中塑料用阻燃劑消費(fèi)量占80% [6]。

4 結(jié)論

1）在單柱雙跨中板異形開孔的情況下，可設(shè)置中板橫梁轉(zhuǎn)換受力， 橫梁可結(jié)合撓度、 內(nèi)力及層高要求選擇變截面設(shè)計(jì)，可有效實(shí)現(xiàn)撓度小、使用空間大、受力合理的特點(diǎn)。

2）在雙柱三跨中板異形開孔的情況下，可結(jié)合垂直電梯井壁設(shè)置混凝土隔墻方式結(jié)合中板梁柱體系改善受力， 也可采用孔邊梁的型式解決中板異形開孔的結(jié)構(gòu)受力問題。 從中板彎矩、剪力、變形等方面比較，前者傳力模式清晰，可有效改善后者中板剪力較大的情況。

3）中板大范圍、不規(guī)則的公共區(qū)開孔從而引起的中縱梁無(wú)法連續(xù)等，削弱了結(jié)構(gòu)體系的橫向抗震能力，引起結(jié)構(gòu)板在地震作用下位移的加大，是結(jié)構(gòu)體系的薄弱環(huán)節(jié)。