高架地铁车站抗震设计分析

卢国华

（南昌铁路勘测设计院有限责任公司，江西 南昌330026）

随着国家经济的迅速发展和城市交通压力的与日俱增,我国已经进入了地铁工程建设的黄金时代。我国是一个地震多发的国家,地铁车站结构一旦遭受地震破坏, 将会给出行带来极大安全隐患，同时震后修复工作异常困难。因此,研究地铁高架车站结构抗震安全问题具有重大的意义和工程实用价值。

1 工程概况（图1）

根据福州市实际工程，高架车站有效站台中心处轨面绝对标高19.00m，站中心处地面标高7.88m，车站方案采用“桥建合一”的二层高架岛式站台车站。一层为站厅层（站厅层局部设置设备夹层），二层为站台层。高架车站采用钢筋混凝土框架结构，平面布置横向七柱六跨、纵向十六柱十五跨。轨道梁支承在横梁上，站台层通过支承在站台板下层横梁上形成钢筋混凝土框架结构，站台屋盖采用钢框架结构。

图1 高架车站横剖面图

车站总净长140m，宽度49.2m。车站采用直径1000 及直径1300 钻孔灌注桩，桩基持力层为<7-4>强风化凝灰熔岩（碎块状）。本站为高架站，前后均为高架桥梁。

根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）（2016 版）和《建筑工程抗震设防分类标准》（GB50223-2008），确定本工程所在场地的抗震设防烈度为7 度，设计基本地震加速度为0.10g,设计地震分组为第三组。高架车站的抗震设防类别属于重点设防类（乙类），需提高一度按8 度采取抗震措施，对应的框架抗震等级为二级。场地类别为III 类。

高架车站结构为百年工程，结构安全等级为一级。结构重要性系数取1.1。为了解高架车站在地震作用下的安全性,对其进行抗震设计性能分析。

2 计算模型及参数

运用YJKS1.9.2、PKPM2010 V3.1.1 两种软件,建立三维整体模型并进行抗震性能设计分析。①多遇地震工况下，计算结构的内力分布及其配筋；②罕遇地震工况下，采用时程分析方法验算结构位移是否满足规范限值。车站模型见图2。

图2 车站三维结构模型

场地地震安全性评价报告提供参数如下表1。

表1 场地水平向设计反应谱参数（阻尼比5%）

3 抗震计算结果及分析

E1 地震作用下，在同样输入条件下（同样的地震动参数等）将PKPM-SATWE 和YJK两种基于相同规范的不同系列软件的分析结果进行对比验证分析。

多遇地震下车站结构动力特性如下图3。

第3 阶 扭转（T=0.555s）

多遇地震工况下（100 年超越概率63%）YJK 和PKPM-SATWE 分析结果对比如表2。

表2 YJK和PKPM-SATWE 分析结果对比表

根据计算结果可知：通过合理的结构布置，框架结构沿两个主轴方向的振动形式相似，结构周期、位移、振型均在合理范围；地震作用力在高度方向上分布较为合理；有效质量参与系数、周期比、位移比、位移角、楼层剪重比等指标均满足相关规范的要求；梁、柱等结构构件的配筋均处于合理范围，结构处于弹性工作阶段。

4 罕遇地震按弹塑性时程分析结果

根据场地地震安全性评价报告提供资料，按地震波选取三要素：强度、频谱、持续时间，选取合适的3 条地震波参与时程分析计算。规范波与反应谱对比如图4 所示，计算结果如图5 所示。

图4 规范谱与反应谱对比

图5 主方向最大层间位移角曲线

大震不屈服采用振型分解反应谱法和弹塑性动力时程分析方法进行计算。根据计算结果可知：在罕遇地震(E3)作用下,结构最大层间位移角为1/102,满足《建筑抗震设计规范》第5.5.5 条规定框架结构楼层内最大的弹塑性层间位移角限值1/50 的要求。说明结构在罕遇地震作用下，能保持主体结构稳定，不至于倒塌。

罕遇地震作用梁、柱损伤程度如图6、图7。

框架梁、柱破坏程度不大，且梁损伤大于柱损伤，符合二道防线的抗震设防思想。

图6 梁损伤等级显示图

图7 柱损伤等级显示图

5 结论及建议

5.1 多遇地震（E1）：利用反应谱分析方法对结构进行抗震设计。根据计算结构可知，在X、Y向地震作用下各结构构件强度均符合《铁路工程抗震设计规范》(GB 50111- 2006)(2009 版)和《建筑抗震设计规范》GB50011-2010 的要求，层间位移角、层间位移比、周期比、柱最大轴压比等均小于规范限值。结构的抗震性能满足规范要求，结构处于弹性工作状态。

5.2 在罕遇地震下（E3），层间位移角满足规范规定限值1/50的要求，从而可以保证改结构在大震下不倒。

5.3 车站结构属于多跨连续框架，其结构受力特点与民用建筑相似。地震作用下框架梁端塑性铰先于框架柱端出现。结构设计时可优化梁柱截面尺寸布置以满足“强柱弱梁”的设计原则。

综上所述，经过合理的结构布置及抗震构造措施，该高架地铁车站能满足抗震设计的三水准设防目标，为乘客的出行安全保驾护航。