地铁上盖层间隔震结构竖向地震响应

张锦 李官辉 杨东福 吴贺宾 梁宇翔

中建八局第一建设有限公司 山东济南 250000

邻近地面建筑一体化结构受地震波频谱特性的影响显著，其中，体系基频附近能量分布相对集中的地震波能够对一体化地铁车站结构的地震响应产生显著的影响；邻近地面建筑一体化地铁车站结构具有明显的空间效应，应该按照空间问题进行一体化地铁车站结构的抗震计算；受地面建筑的影响，一体化地铁车站中柱出现了扭矩，在进行一体化车站结构中柱抗震设计时，应考虑轴力、剪力、弯矩和扭矩的共同作用。研究成果对该类结构的抗震设计与分析具有一定的参考意义。

1 总体结构

地震应对系统由地震监测网、中央管理系统组成。地震监测网由多个监测站组成，地震监测站由地震仪、管理计算机、震度显示器和相应软件系统构成，实现对地震的实时监测。中央管理系统负责灾害事件数据的接收、加工、判断，以及灾害事件的告警、应对措施的控制和监控等。具备将报警数据接入其它系统，对其他灾害事件信息进行管理。同时预留其它（如地质灾害监控系统）数据信息接入的接口。地震灾害应对系统包括以下硬件设备和软件系统：地震仪、服务器、工作站、操作系统软件、数据库软件、分析研判软件、管理控制软件等。各地铁站的地震仪采集数据后接入就近的综合监控系统交换机，再通过地铁的通信系统将数据上传至控制中心。

2 车站结构相对水平位移分析

地下结构的破坏主要是由周围土体的变形强加于结构上造成的，因此研究地下结构的位移具有十分重要的意义。将地铁车站结构不同深度处的水平位移幅值与车站结构底部水平位移幅值的差定义为车站结构的相对水平位移。将地铁车站各层顶底板水平位移幅值的差定义为车站的层间相对水平位移。影响百分比定义为：影响百分比=（计算最大值－计算最小值）/计算最小值。一体化地铁车站结构的层间相对水平位移包络值及影响百分比。一体化地铁车站侧墙的相对水平位移沿高度的变化曲线形式基本相同，均表现为随着埋深的减小逐渐增大。不同类型地震波作用下，一体化地铁车站侧墙的相对水平位移左摆时均表现为EL-Centro波最大，Taft波次之，Kobe波最小；而右摆时则表现为Kobe波最大，Taft波次之，EL-Centro波最小。这是由地震波峰值加速度方向不同和土-结构的单向塑性变形累积效应所导致[1]。一体化地铁车站的层间相对水平位移表现为随车站埋深的增加逐渐增大，一体化区域（截面1）与非一体化区域（截面2）在Kobe波、Taft波和EL-Centro波作用下的层间相对水平位移最大影响百分比分别为4.4%、4.3%和11.8%，说明EL-Centro波作用下一体化地铁车站结构不同区域的层间相对水平位移差异最明显。不同地震波作用下，截面1位置的层间相对水平位移影响百分比为60.9%，发生在底层位置，截面2位置的层间相对水平位移影响百分比为60.3%，同样发生在底层位置；其中，Kobe波作用下的层间相对水平位移最大，Taft波最小，这是因为Kobe波在土-结构体系基频（0.6738）附近的能量分布更集中，结构动力响应更加明显，体现了不同地震波频谱特性对一体化地铁车站结构相对水平位移的影响规律。总体而言，不同类型地震波作用下一体化地铁车站结构层间相对水平位移差异明显，结构位移验算时应选取多条具有不同频谱特性的地震波。

3 侧向水平位移响应分析

地下结构的破坏主要是由周围土体的变形强加于结构上造成的，因此研究地下结构的位移具有十分重要的意义。

（1）一体化地铁车站侧墙的相对水平位移沿高度的变化形式相同，均表现为随埋深的减小逐渐增大。侧墙相对水平位移沿高度的变化曲线不具有对称性，左摆时表现为Taft波最大，而右摆时则表现为Kobe波最大，这是由地震波峰值加速度方向不同和土－结构的单向塑性变形累积效应所导致。

（2）一体化地铁车站结构的层间相对水平位移表现为随着埋深的减小逐渐减小，Taft波作用下地铁车站的层间相对水平位移幅值大于Kobe波，各层层间相对水平位移影响百分比分别为9.3%、20.0%、18.1%可见，不同类型地震波能够对一体化地铁车站层间相对水平位移产生显著的影响，表现为中层和底层的影响差异较大而顶层较小。

4 大底盘－隔震塔楼竖向动力特性

大底盘－隔震塔楼结构的竖向振型大致可分为3类：第1类为大底盘楼盖弯曲变形引起的竖向振动，此时底盘竖向构件与塔楼均无明显变形，低阶振型出现在竖向刚度较小的非塔楼区楼面梁中，高阶振型则出现在竖向刚度较大的转换梁中；第2类为上部塔楼的竖向振动，通过隔震支座带动底盘大跨度转换梁及相邻跨屋盖竖向振动，塔楼投影范围的竖向构件及非相邻跨屋盖无明显变形；第3类为底盘竖向构件的轴向变形，带动与其相连的楼盖一起竖向振动，上部塔楼无明显振动，低阶振型出现在轴向刚度较小的非塔楼区框架柱中，高阶振型出现在轴向刚度较大的塔楼区框架柱中。大与单独隔震塔楼相比，大底盘－隔震塔楼的竖向振型最早发生在裙房楼盖，自振周期较长，但振型质量参与系数较小。大底盘－隔震塔楼竖向主振型为塔楼竖向振动，周期略长于单独隔震塔楼，但由于结构总质量增大，其振型质量参与系数变小。随着建筑高度增大，竖向主振型相应的周期逐渐加长，振型参与系数相应增大[2]。与单独隔震塔楼相比，竖向自振周期与振型阶数大致呈线性关系，与建筑高度关系不大，竖向振型分布不均匀；竖向振型质量参与系数累计值呈阶梯形增长，在竖向主振型处突然增大。由于受到裙房竖向振型的影响，当振型阶数为80时，结构竖向振型质量参与系数累计值为72.2%-80.8%，明显小于单独隔震塔楼。

5 结语

地震动的频谱特性对平行地铁车站结构的损伤、位移响应和加速度放大效应有很大影响，对地铁车站的地震灾害应对系统的结构分析、功能实现的论述，给出了一个较完整地铁地震灾害应对系统的设计方案。