轨道交通地下车站结构抗震设计研究

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在目前城市发展过程中，随着人口数量不断增长，需要更多的城市基础设施投入使用，不但要满足人们的生活需要，同时也要利用更多的空间，从而使城市交通压力获得缓解。在当前城市交通建设过程中，增加多种轨道交通设施，不仅要求轨道交通具有稳定的运输能力，同时在使用过程中，要增加多种安全质量保护措施，使轨道交通能够具有较高的抗震能力。本文围绕城市轨道交通工程展开讨论，针对地下车站结构抗震设计内容，进而对车站的抗震能力进行分析。

1引言

在目前城市发展建设过程中，增加多种交通基础设施，不仅使城市建设和经济发展获得巨大的提升，同时也为人们的出行提供更多便利的条件。根据城市交通发展具有的作用，要充分挖掘城市空间，并进行科学合理的设计和规划，从而使城市轨道交通具有良好的运输能力。所以为提升城市轨道运行能力，并使轨道交通具有良好的稳定性和安全性，在目前城市轨道交通建设过程中，需要在设计中完善地下车站结构抗震能力。在进行轨道交通工程地下车站结构施工过程中，要严格按照抗震设计标准，开展正确的施工建设，不仅能够使地下车站结构抗震能力具有较高的能力，同时也为社会和经济发展提供良好的基础。在目前轨道交通建设过程中，根据地下车站结构抗震设计，主要按照以下几点要求进行讨论：（1）抗震设防类别；（2）抗震等级及烈度；（3）论证对象的判定；（4）抗震设防目标；（5）抗震论证方法。并结合某城市地下车站抗震设计要求，从而进行详细的分析和研究。

2抗震设防目标

2.1

抗震设防类别、烈度及等级根据我国城市轨道交通工程地下车站建设要求，同时按照地下车站结构功能类型，主要分为三种：（1）特殊设防类（甲类）；（2）重点设防类（乙类）；（3）标准设防类（丙类）。在上述地下结构功能类型分类中，根据车站日平均客流计算，从而确定地下车站结构的类型。在目前重点设防类地下车站结构施工中，对于结构抗震设计具有明确的要求和规定，同时在进行抗震设计、结构施工和竣工验收过程中，都需要对抗震能力进行检查，并将检查数据和实际信息进行记录，并建立完善的抗震数据管理体系。

2.2论证对象的判定

随着城市轨道建设的规模和功能不断增加，在目前地下车站结构抗震设计中，要求地下车站工程建设面积要超过一万平米，从而进行充分的抗震能力分析，使抗震结构符合抗震设计内容标准。

2.3抗震设防目标

根据地下车站结构抗震标准，在进行地下结构抗震设计施工中，需要对地下环境进行全面的分析，从而在进行地下结构设计施工过程中，根据抗震设计要求和标准，能够使结构具有良好的抗震能力。

3抗震设计论证方法

3.1分析方法比选

随着我国城市轨道交通工程施工不断发展，在目前地下车站结构抗震设计中，主要按照该工程客流要求，地质环境条件等多种因素进行考虑，并在对结构抗震能力设计和计算过程中，需要按照以下方法进行计算：（1）地震系数法；（2）反应位移法；（3）反应加速度法；（4）时程分析法。在上述抗震设计计算方法中，需要设计人员充分掌握地下车站承担的客流压力，同时根据地质结构进行综合的考虑，从而使用简单快捷的抗震设计方法，从而使抗震设计要求更加符合地下车站结构使用标准。

3.2车站反应位移法计算模型

按照城市对交通工程不同要求，在进行地下车站结构抗震设计中，根据客流运行能力和地质环境特点，使用反应位移法进行抗震计算时，首先要将三种作用力进行分析和研究：（1）结构惯性力；（2）土层相对位移力；（3）结构周围剪力。地下车站结构发生震动过程中，上述三种作用力的产生会加速结构出现质量问题，同时由于地下空间中地质环境遭到破坏后，使地下车站承受更多的荷载作用。因此地下结构抗震设计时，需要按照土层相对位移和土层剪力分别的特点，能够在竖向位置中减少对地下车站结构的影响。另外按照空间中作用力分布位置的不同，结构受到作用力的同时，由于地质结构产生的巨大荷载，从而导致土体变化速度不断加快，并加剧对地下车站结构的破坏。所以在进行地下车站结构抗震设计中，应用反应位移法计算方法，将结构与环境土体建立模拟的模型，从而使计算设计更加精准。

3.3二维平面时程分析法

围绕不同地下车站结构具有的抗震性能，按照二维平面时程分析法进行抗震设计时，通常将地下车站结构的抗震能力提升到Ⅱ级，同时增加多种抗震保护措施，防止地下土体结构发生变化时，能够对地下车站结构起到良好的保护作用。同时根据地震动力时程变化特点，需要将地下车站结构出现的抗震问题进行综合的分析，有效减少对地下车站结构受到进一步的破坏。在目前应用二维平面时程分析法过程中，将地下车站结构进行二维平面分析，对震动产生的动力能量计算在结构边界中，从而当土体结构发生变化时，按照结构具有的弹塑性能，对地下车站结构外部起到保护作用。同时在进行实际计算过程中，按照简化后的抗震设计计算方式，地震发生导致土体结构出现弹性位移后，需要按照实际弹性位移变化，并确定地下车站结构的屈服强度系数。

4典型车站抗震分析

4.1工程概况

在某城市轨道交通建设过程中，根据该城市3号线抗震设计标准，将紫云路地下车站结构进行抗震设计研究。在进行地下轨道交通施工过程中，通过明挖顺筑施工方法，实现对车站1.2万平米车站的施工。在车站施工过程中，按照车站长度要求，确定标准段的施工宽度保持在19.7米。在进行结构施工过程中，需要建立双层单柱双跨钢筋混凝土箱形框架结构，利用该种结构具有的特点，能够使车站具有稳定的抗震能力。同时在抗震设计中，将车站抗震能力提升到7级，由于该车站地质环境成分中，主要由粘土和风化泥质砂岩组成，同时测定的地震动加速度周期为0.35s。

4.2反应位移法分析结果

应用反应位移法过程中，结合MidasNX建立一维波动模型，目的是对土体结构产生的位移和剪力变化进行分析。如果出现E2地震情况，在土层中由于产生的弹性变化，通过抗震设计，需要将弹性制控制在1/550以内从而使抗震设计符合地下车站结构抗震标准。另外在对地下车站钢筋混凝土结构设计中，需要按照客流和土质结构变化产生的荷载，对钢筋混凝土结构进行调整，从而在混凝土结构出现裂缝过程中，能够满足车站结构具有的抗震作用。同时在进行不同结构设计中，需要针对不同的荷载截面积变化，能够减少对结构中柱体的作用力破坏。根据地震情况，如果地震出现E3震动强度时，需要对车站结构设计进行调整。在进行设计计算时，需要将出现的弹性变化控制在1/250以内，并满足结构具有的抗震作用。

4.3时程分析法分析结果

使用时程分析法，作为地下车站结构抗震设计计算方法，需要将Midas／GTS建立分析模型，并根据E3地震产生的作用，能够对地下车站结构产生的作用力进行模拟计算，并确保得到正确的计算结构。根据该工程地质环境特点，由于地质结构中存在风化泥岩，且基岩面距结构的距离小于地下结构竖向有效高度的3倍，这里模型底面边界取至基岩面。在该地下轨道交通建设过程中，根据采集的地震安全数据进行分析，在进行抗震设计计算过程中，要确保该工程地震基准时间超过50年，同时要防止车站结构发生振动破坏。按照抗震设计标准，在对该工程进行模拟计算时，发生震动的过程，会使土质结构发生位移，同时在每个结构发生位移的过程中，都具有相对稳定的振动趋势。根据模拟计算结果，在该地下车站结构抗震设计中，根据E3地震产生的作用效果，不仅要将弹性区间控制在合理的范围内，同时减少土体对地下车站结构产生的影响。

5结论

综上所述，根据某城市进行轨道交通工程建设要求，在进行地下车站结构抗震设计过程中，不仅要求设计过程根据科学的抗震设计计算，同时围绕地下车站土质环境的变化，确定有效的抗震设计标准，从而满足地下车站抗震承载能力。按照该工程进行的抗震设计标准，在进行抗震设计过程中，将以下几点作为总结经验，为今后的地下轨道交通建设提供参考价值：（1）在进行地下车站工程设计施工前期，要对工程地质环境进行充分的研究，将多种资料和信息作为抗震设计参考内容，从而对抗震设计具有的作用进行分析，减少地下车站结构受到地质环境的影响；（2）在进行抗震设计过程中，地下车站空间需要满足一万平米，同时按照重点设防类（乙类）的标准进行抗震设计；（3）在不同地震作用效果分析，为满足地下车站结构抗震要求，在E2地震条件下，将结构产生的位移角度值控制在1/550内。如果在E3地震条件下，将结构产生的位移角度值控制在1/250内；（4）在该工程抗震设计中，结合反应位移法和时程分析法，针对土体结构发生位移产生的作用力进行计算；（5）如果出现E3地震作用效应，在土质结构发生位移时，需要对产生的位移空间进行计算，并明确出现的位移值增大范围。

参考文献：

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[2]胡海迪.地铁地下车站结构抗震分析及设计[J].建筑工程技术与设计,2016(34):722.

[3]张有桔,王飞,沈洪波.轨道交通工程地下车站结构抗震设计[J].工程与建设,2016(3):361~364.

作者:贾本万 刘燕 单位:重庆市轨道交通设计研究院有限责任公司