地铁高架站抗震设计的几个问题和建议.docVIP

［摘 要］目前，我国有关规范对于“建-桥结合”结构型式的地铁高架站抗震设计可能存在一定的盲区。论述了抗震设计有关问题，并提出了解决有关问题的建议，以供推动、完善设计规范体系。 ［关键词］高架结构; 容许应力法; 抗震概念设计; 延性设计; 性能设计 1“建-桥结合”的结构型式及相关规范的规定 《地铁设计规范》( GB50157—2003)［1］第 9． 1．1 条和新修订《地铁设计规范》( 2009 年 10 月征求意见稿)［2］第 12． 1． 1 条均规定，车站高架结构中轨道梁、支承轨道梁的横梁、支承横梁的柱等构件及柱下基础的结构设计，均按现行铁路桥涵设计相关规范( 以下简称“桥规”) 执行。高架结构中其他构件的 设 计 应 按 现 行《建 筑 抗 震 设 计 规 范 》( GB50011—2001) ( 2008 年 版) ( 以 下 简 称“建规”) 执行。即承受列车移动荷载的构件，按“桥规”设计; 不承受列车移动荷载的构件，按“建规”设计。 因此，业内习惯上依据这两类构件组成的结构是否独立( 两者间设置防震缝) ，将车站结构型式分为“建-桥分离”式和“建-桥结合”式两类。前者是独立的建筑结构、桥梁结构，最多是基础合一; 而后者一般是多数构件按桥梁结构设计，少数构件按建筑结构设计的框架结构或框支框架结构，设计复杂，为本文讨论的对象。 如图 1 所示为典型的“建-桥结合”路中高架车站横剖面，轨道梁与轨道层的横向框架梁整浇。也有的型式是将工厂预制的简支轨道梁，通过桥梁支座，架于车站横向框架梁上，这种型式受力分析简单，车站站台层层高较大，可更换支座，但在车站内部，更换支座往往因空间狭小而比较困难，非本文讨论的对象。 按前述规范要求，站台层和站台屋盖结构按照“建规”设计，对于轨道层和站厅层的纵向框架梁，看似不在上述规范规定的按照“桥规”进行设计的范畴内。而对于整体现浇的框架结构，这样设计显得不伦不类，也不便执行。因此业内除了对站台层和站台屋盖结构按照“建规”设计外，站台以下部分均按“桥规”进行设计。而造成这种局面的原因，笔者理解，是因为地铁规范是基于桥梁结构理论而制定的。 对于 地 震 作 用 的 计 算，《地 铁 设 计 规 范》( GB50157—2003) 第 9． 2． 19 条和新修订《地铁设计规范( 2009 年 10 月征求意见稿) 》第 12． 3． 18 条均 规 定，按 照 《铁 路 工 程 抗 震 设 计 规 范 》( GB50111—2006) 执行。但该规范的有关条款，并不能完全指导设计，论述见下文第 3． 1 条。 2抗震设计存在的主要问题 1) “桥规”规定的地震作用计算方式，不适合“建-桥结合”框架结构，设计标准不便于对应，未体现强剪弱弯、强柱弱梁、强节点弱杆件等抗震设计基本概念; 2) 两类规范体系，划分的场地土类别有差异，则计算的地震作用有差异; 3) 容许应力法不便于空间结构的整体分析; 4) 对于重要构件的延性设计要求过于简单等。 3对相关问题解决方法的建议 3． 1关于地震作用计算存在问题及其解决方式，以 及有关建议地震作用反应谱，桥规和建规是完全一致的，尽管表达方式不同。桥规以动力放大系数 β( 单质点的最大绝对加速度与地面最大加速度的比值 β)表述，称为动力系数反应谱曲线，或 β 谱曲线［3］。而建规采用相对于重力加速度的单质点绝对最大加速度———地震影响系数 α 表述，称为 α 反应谱［4］。两者之间存在关系: α = κβ，其中 κ 为地面运动的最大加速度与重力加速度的比值。 《铁路工程抗震设计规范》( GB50111—2006)( 2009 年版)［3］第3．0．3 条、7．1．2 条规定，用多遇地震进行墩身及基础的强度及稳定性验算; 用设防烈度地震计算桥梁上部结构与下部结构的连接强度; 用罕遇地震进行钢筋混凝土桥墩的延性及最大位移验算。 然而，对于图 1 所示的框支框架结构，如何应用规范? 显然，规范不适合这种结构型式。那么如何设计? 方法一，结合抗震设防分类进行地震作用计 算。 按《建 筑 工 程 抗 震 设 防 分 类 标 准 》( GB50223—2008)［5］，地铁高架站为重点设防类，且为框支框架结构，所以按照设防烈度( 中震) 地震进行地震作用计算，按提高一度采取抗震措施，相应地采用极限概率理论进行构件截面设计。方法二，参照《铁路工程抗震设计规范》( GB50111—2006) ( 2009 年版)［3］，按照多遇地震( 小震) 进行结构强度计算，按照设防烈度( 中震) 地震进行节点域设计，并按照罕遇地震进行钢筋混凝土桥墩的延性设计及最大位