地铁高架站抗震设计的几个问题与建议

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1、专业知识分享版［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

2、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

3、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。使命：加速中国职业化进程专业知识分享版按前述规范要求，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

4、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

5、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，以使命：加速中国职业化进程专业知识分享版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

6、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

7、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移验算，相应地采用容许应力法进行构件截面设计。然后，对两种不同方式的计算结果，取不利值进行设计。我们知道，我国的建筑抗震规

8、范是“三水准、两阶段”设计方法，中震是通过小震下地震作用计算结合材料强度调整、构件内力调整，并且通过不同的调整系数融入了强剪弱弯、强柱弱梁、强节点弱杆件等抗震设计基本概念。因此，上述方法一，也就是按照现行建筑抗震规范执行。需要强调的是，对如图1所示