某铁路客站主站房大跨度混合结构抗震性能分析

段熙宾

摘 要：新建铁路站房较多采用混凝土框架加折线形钢网架屋盖的混合结构体系，结合某新建的大跨度站房，采用SAP2000软件对混凝土框架加钢网架屋盖的结构进行动力分析，利用反应谱分析和时程分析方法研究了此混合结构的抗震性能，两种方法的计算结果基本一致。研究表明该结构体系合理，抗震性能良好，研究结果可为其他铁路站房的设计提供参考。

关键词：铁路客站 混合结构 动力分析 抗震性能

中图分类号：TU352.11 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）005-011-04

1 引言

近年来，我国铁路进入一个快速高量的建设期，按照国家计划，到目前为止，全国待建火车站还有800余座，其中大部分为中小型站房。我国中小型铁路客站无论是在设计理论上还是在实际建设经验上起步比较晚，都还处于初级阶段。所以，有必要对中小型站房结构设计进行研究。结合实际工程，对某中型铁路客站主站房结构抗震性能进行研究，可为其他类似工程提供参考。

2 工程概况

2.1 荷载信息

根据《建筑结构荷载规范》的规定，以及设计图纸相关说明取值如下：

上弦活荷载：标准值取为0.5kN/m2。

雪荷载：计算取基本雪压为0.15kN/m2。

地震作用：本工程所在地区的地震基本烈度为7度，抗震设防烈度7度，设计基本地震加速度为0.10g，设计地震分组为第二组，反应谱特征周期0.40s，建筑场地土类别Ⅱ类。

3 自振特性分析

整理分析以上结果可以看出：

（1）结构第一阶振型周期为0.876s，主振型模态为Y方向平动，无扭转；第二阶振型为X方向平动振型，略带扭转效应；第三阶振型为扭转振型，略带X方向的平动。同时结构质量参与主要在低阶振型，高阶振型影响较小，结构整体刚度较均匀，基本对称，没有出现特别明显的刚度分布较弱的地方。

（2）结构UX、UY向质量参与比分别累加至前九十二阶振型才达到90%以上，这是由于下部混凝土框架结构二层楼板站台入口部分大面积开洞，使得这些部位的局部振动极易被激发，导致只有局部的构件参与其中，其参与的质量也只能是与这些构件有关的质量。UZ方向平动质量参与系数，前几阶振型几乎都是零，结构在第四和第六周期出现竖向振动，但质量参与系数较小，说明UZ方向的动力效应对整体结构影响较小。

4 结构反应谱分析

采用SAP2000计算程序对该空间结构进行多遇地震作用下的抗震性能计算。分析时分别采用振型分解反应谱法和弹性时程分析法进行。

采用振型分解反应谱法进行计算，仅考虑单向的地震输入和双向的水平地震输入。整理得到的结构最大基底反力，最大轴力，最大位移见表2，表3和表4。

由表2～表4可以看出：单向地震作用仅对地震输入方向下的结构地震响应影响较大，而水平双向地震作用对结构双向地震响应影响均较大。具体而言：水平双向地震作用下结构基底反力，比主方向单向地震作用下略大，最大相差1.9%；水平双向地震作用下结构最大位移，与主方向单向地震作用下位移基本相同；水平双向地震作用下屋盖结构构件的最大轴力，比主方向单向地震作用下约提高15%左右。

5 结构时程分析

充分考虑地震波三要素频谱、持时和峰值，选出与场地特征值周期及结构自振周期相适应的两组强震地震波及一组人工波进行计算分析。本次分析所选取地震波为：1940年美国EL-Centro（简写EL），峰值加速度为341.4cm/s2；1976年唐山大地震记录（简写TS），峰值加速度为55.49cm/s2；人工数据模拟地震波（简写RGB），峰值加速度为343.35cm/s2。为了保证多条时程曲线的平均地震影响系数与振型分解反应谱法所采取的地震影响系数曲线在统计意义相符，应根据《建筑抗震设计规范》的要求进行调幅，所选地震波周期持时满足结构基本周期5～10倍的要求。

三组地震波中，EL波单向和多向作用下结构产生的基底剪力均最大，X向和Y向单独输入时基底剪力均大于反应谱结果，与反应谱法计算结果的比值分别是105.4%和121.1%；双向水平输入时基底剪力也均大于反应谱结果，与反应谱法计算结果的比值分别是104.6%和124.0%。这满足规范的相关要求。

三组地震波中，RGB波作用下结构产生的位移变形最大，最大正位移X向为13.36mm，Y向为15.65mm，Z向为7.63mm，分别是反应谱法计算结果的91.2%、70.4%、148.4%。单向地震作用下时程分析结构各向位移峰值的平均值均小于单向反应谱分析所得的位移值。整体上各条地震波计算的最大位移和振型反应谱计算的最大位移值还是比较接近，两者变化规律基本相同。

三组地震波中，TS波作用下结构产生的轴力最大，最大轴力分别为90.88kN、-88.15kN，分别是反应谱法计算结果的173.1%、42.4%。由于每组地震波的特殊性以及结构响应的不同，时程分析法中EL-Centro波、TS波及人工波计算的结果不尽相同，在设计中应注意合理选用分析结果。

总体上时程分析和振型反应谱分析的各项计算结果都比较接近，而时程分析方法更贴近现实情况，故应按照时程分析的结果对结构构件校核，确保地震作用下构件满足承载力要求。

6 结论

以某铁路客站主站房屋盖结构为研究对象，采用SAP2000有限元软件对抗震性能进行研究，并得到相关结论。

对屋盖结构进行动力模态分析，发现主振型模态为Y方向平动，没有出现明显的平扭耦联效应，整体刚度较均匀，基本对称，没有出现特别明显的刚度分布较弱的地方。

对屋盖结构进行抗震分析，发现时程分析和振型反应谱分析的各项计算结果都比较接近，该站房结构竖向刚度大，空间整体性良好。

本文分析方法，对其他铁路站房的结构分析，有参考意义。

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