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大跨度无柱式地铁车站抗震性能分析

摘要：地铁是现在城市出行的主要交通工具，对缓解交通拥堵、便利人民群

众出行，起着重要作用。目前国内外大部分地铁车站主要采用的结构体系是箱型，

取消公共区中柱的设置，对提升公共区的空间效果，加强建筑功能，具有较大意

义，但中柱的减少也使得结构刚度受到一定的减弱，本文基于某一地铁车站实例，

采用Midas/NX岩土模块对结构的抗震功能进行有限元模拟，对其抗震工况下的

功能进行分析，以指导类似项目的设计、施工。

关键词：无柱；结构；抗震；数值

0引言

国内外大部分地铁车站主要采用的结构体系是箱型，老城区受原有规划水平

的限制，修建地铁会受到包括管线、用地、已有建构筑或其他方面等条件限制，

且该区域人口密度大，拆迁动辄造价过高，为减少造价并避免对原有居民的影响，

车站将不能保证采用常用的结构跨度而不得不压缩结构跨度。为了满足车站建筑

使用功能，在保证安全的前提下，摸索取消中柱的设置，可增强建筑空间效果，

加大车站净空，但相应的由于大跨度无柱车站减少了中柱，也使得结构的刚度有

了较大的削减，为确保地下工程的抗震安全，本文基于某地铁站采用Midas/NX

岩土软件进行数值分析，对比结构在不同受荷工况下的规律。

1工程概况

1.1工程概况

该站站位地形起伏相对较大，地势西低东高，高差约15m左右，采用暗挖法

施工，拱顶埋深20～35m，覆岩17～39m，地质以微风化花岗岩为主，围岩以Ⅲ

级为主，围岩均匀性及自稳性均较好，在拱部采用大拱脚形式，采用常规初支，

二衬采用变截面断面。整体断面为单拱双层车站的形式，标准段横断面宽20.5m，

高16.5m。

1.2水文地质情况

地层以全晶质粗粒花岗岩为主，细粒花岗岩、煌斑岩、花岗斑岩等浅成相岩

脉穿插其中，与花岗岩岩基组成复合岩体，基岩面随地形地貌略有起伏，本站以

微风化花岗岩为主。地下水不发育，主要赋存在第四系松散砂土层及基岩的裂隙

中。

2抗震设防基本要求

2.1抗震设计条件

根据国家地震安委会批复的本条线路的地震动参数，50年超越概率水平为

10%的地震基岩峰值加速度为95cm/s2（0.097g），抗震设防烈度为7度，抗震等

级为三级，地震动反应谱特征周期为0.35s。

根据抗规并结合本工程具体情况综合判定：建筑场地类别为Ⅰ1类；区段地

质条件简单，划分为对建筑抗震有利地段。该车站没有可能液化的土层，不存在

砂土地震液化问题。本工程结构按抗震等级采取相应的抗震措施，抗震设防分类

为乙类，本次抗震设计加速度时程曲线由省地震工程研究院提供。

2.2抗震设计方法

2.2.1静力法

结构沿纵向连续、规则，按平面应变考虑，在完成自重反应的基础上，再在

土-结构相互作用模型中施加水平等效惯性加速度，以此计算结构真实地震反应，

将土体模拟为地基弹簧。针对不同的工况和荷载条件求，分别进行承载能力的计

算和稳定、变形，裂缝宽度验算（地震工况除外）及罕遇地震工况下结构变形验

算。

2.2.2时程分析法

该方法分析时需综合考虑静力荷载作用及地震动力效应对结构产生的影响。

一方面，静力荷载（仅考虑除地震作用力外的恒载、可变荷载）计算采用Midas

结构工程系统软件程序；另一方面完成动力时程分析计算后，将计算位移指定施

加在结构上（结构模型中底板边界按固定考虑，其他边界按自由考虑），最后对

静力、动力计算模型内力计算结果进行组合叠加后得到地震工况下结构内力包络

设计值。

3静力法

3.1荷载及其组合

结构根据按可能出现的最不利组合进行计算。在确定荷载时需考虑施工影响，

车站结构计算时考虑荷载如表1所示。

表1主要计算荷载

荷载类型荷载名称

自重

地层压力

永

车站上部和破坏范围的设施及建筑物压力

久

荷