采用层间隔震的车辆段上盖剪力墙结构的抗震性能探讨

严小勇　裴洪涛

摘 要：主要研究采用层间隔振的车辆段上盖剪力墙结构抗震性能分析，介绍了国内车辆段上盖开发现状，对隔震结构的设计关键问题进行了研究，并对层间隔振车辆段上盖剪力墙结构抗震设计问题进行了详细讨论，车辆段上盖结构的开发是城市土地集约化利用的重要途径，有着很高的研究价值。

关键词：层间隔震；车辆段；抗震性能

城市规模不断扩大，交通逐渐拥堵，为了缓解交通压力，城市轨道交通逐渐发展起来。开发车辆段大平台上盖，成为城市土地资源集约化利用的一种重要形式。有轨道交通中的车辆段是供给车辆存放、检修、管理的场所，主要有检修车辆段和运用停车场等结构。每一条轨道交通线路至少有一个车辆段，并且通常都设置在线路的始末位置。车辆段上盖上有着很大面积规模，所以进行车辆段上盖开发有着可观的前景。

1 国内车辆段上盖开发现状

城市轨道交通是在城市发展到一定程度之后出现的，国内的车辆段物业开发最早的是香港，投入运营已经有几十年的时间。香港土地资源稀缺，所以土地资源的集约化开发程度很高。香港队建筑结构的抗震性能要求和国内有着一定的差别，要求能够承受250公里/h的阵风，所以实际上香港的建筑有着很强的抗载荷能力。香港将军澳车辆段的“日出康城”项目上盖有42-59层建筑，通过高密度墙柱将荷载传递给车辆段平台梁柱，有着明显的商业效应。

北京作为首都，轨道交通也比较发达，例如北京地铁八王坟车辆段的开发，上部的6-9层为经济适用住宅小区，建筑面积达到了54.6万m2。在进行上部结构设计时下部结构已经建成，发现下部结构在建设上部结构之后抗震性能难以满足要求，于是在平台二层顶和上部住宅之间设置隔震层，通过两个功能不同结构的联通提高了结构的抗震性能，满足了物业开发需要，保证了上部结构的安全性。

南京地铁一号线南沿线车辆和配套开发工程在一号线南延末端，在车库区大平台上设置变形缝划分平台为结构单体，在单体上开发住宅，住宅楼底部和车库平台之间设置了橡胶震支座，显著改善了结构整体的抗震性能。

通过对国内各大城市车辆段上盖开发现状的研究，发现仍然存在着一些技术上的问题。在国内，车辆段上盖的开发主要是住宅建筑，在竖向构件不连续等因素的影响下，结构的适用高度在进一步降低，结构的整理抗震性能也是设计中面临的比较棘手的问题。但是在实际开发中，开发商会要求更高的层数，希望减少梁柱和墙角，为此很多设计方案都在上部结构采用了剪力墙方案，但是上盖上的横向剪力墙不能接地，无法满足抗震设计规范要求。

2 隔震结构

层间隔震结构主要有两质点模型、三质点模型、多质点模型三种类型。两质点模型简化隔震层上下结构为一个质点，是一种比较简单的模式，适用于隔震层上盖高度不大的结构。三质点模型上部、隔震层和下层结构均视作一个质点，对不同位置的刚度和质量变化充分考虑，对结构受力行为反应较好，对层间隔振结构影响参数有着较好的描述。多质点模型假设楼层平面刚度无穷大，浓缩每一楼层为一个质点，适用于计算机模拟，不适用于理论推导。

2.1 隔震措施

建筑结构主要有以下几种措施抵抗地震：（1）增加截面。增加截面能够显著提高结构刚度，是一种刚性设计方案。（2）降低结构刚度。为柔性设计方案，但是可能会影响结构使用功能。（3）底层设置为薄弱层。通过第一层的塑形变形吸收地震传递的能量。（4）通过次要结构件的塑形铰吸收地震能量，延性设计方案、设置阻尼结构，消耗地震传输能量。传统的抗震结构都使用延性设计方案，这种结构在地震发生时肯定会造成结构破坏。为了改善这种设计的不足之处，结构地震反应控制技术以及工程结构减震控制技术不断发展起来。

2.2 结构设计关键性问题

2.2.1 地震波选取。进行隔震结构时程分析时至少选用两组地震记录以及一组人工模拟加速度时程曲线。时程分析时要输入地震波加速度时程，但是地震波的特性中对抗震工程比较重要的主要有：最大振幅、持续时间、包络曲线、振动周期、能量等。

2.2.2 隔震支座受拉倾覆。支座使用不当会造成隔震结构的整体倾覆和受拉。为此，需要合理布置竖向构件，控制隔震支座的受拉，大直径隔震支座允许较大的变形，而且支座后部重力能够抵抗倾覆。

2.2.3 弹塑性简化分析。使用软件进行线性结构分析速度快，比较准确但是弹塑性分析却比较难以实现。隔震层以上结构通常都是线性或者微塑形结构，进行层间隔震结构弹塑性分析可将隔震层上部结构视作弹性结构，进行非线性分析相对简单。

3 层间隔振车辆段上盖剪力墙结构抗震设计

车辆段大平台结构性能对整个结构的安全性都有着重要的影响。车辆段大平台框架会产生较大变形，抗震设计中要考虑最大程度减少底部框架的受力和变形程度，但是车辆段结构比较特殊，增加截面的方式是不经济的。

3.1 耗能腋撑

设置腋撑能够改善框架的力学性能，提高框架抗震性能，并且效果和腋撑到梁端的距离有关。通过对结构抗震性能的分析，发现腋撑为粘滞阻尼器时，结构层剪力以及顶层加速度都明显下降，能够消耗输入能量的45%左右。腋撑使用粘弹性阻尼器不会对结构剪力和位移产生影响，但是耗能较小，仅为输入能量9%左右。通过地震模拟分析，发现小震下框架设置粘滞阻尼腋撑，框架基底剪力下降幅度最大，而且框架内力明显减少。大震下的粘滞阻尼器耗能曲线比较饱满，说明减震效果良好。

3.2 首层柱顶设置隔震层

设置耗能腋撑能够提高抗震性能，延缓框架珠顶塑形铰，但是在加腋位置以及柱角位置的内力都会增加，导致柱脚塑性铰产生，最终造成破坏。按照减震不如隔震的理念，我们设置一层隔震层。

在基础周边设置隔离缝，不阻碍隔震层在罕遇地震下发生的变形，为了不影响车辆段大平台的使用功能，柱底不适宜设置拉梁。按照上部结构重量以及基准面压，按照抗震设计规程布置隔震支座。考虑单向地震波，进行结构分析将隔震支座视作非线性，其余均视作线性，一层隔震是在大平台和上部结构之间设置隔震，二层隔震是在首层柱顶设置隔震。在首层柱顶同样设置隔震，无论是大小地震工况，结构剪力情况均优于设置耗能角撑。

4 结语

传统交通方式不再满足城市人民出行的要求，发展城市轨道交通成为缓解城市交通压力的重要途径。但是轨道交通中的车辆段上盖规模很大，造成了一定的土地资源浪费，通过对土地上盖的合理开发，建设商业或者民用建筑，能够获得更高的经济效益，也是城市的一大亮点，通过修建上盖建筑，避免了上盖对城市整体美观的影响，恢复和城市生态空间，同时提高了城市土地资源的利用率，其经济价值和商业潜力的充分发掘为城市轨道交通融资拓宽了渠道，对城市轨道交通的长远发展有着积极的促进作用。

参考文献

[1] 赵新卫，栾锡富，彭凌云.层间隔震技术在地铁车辆段大平台上部土地开发上的应用研究[J].世界地震工程，2012，21（2）.

[2] 南京地铁一号线南延线工程大学城段结构隔震设计分析总报告[R].广州大学工程抗震研究中心，2013.

[3] 乐倩.杭州地铁七堡车辆段上盖平台结构设计有关问题探讨[J].重庆建筑，2011（4）.