摘要：地铁车辆段由于占地面积较大，且土地价值也不低，地铁车辆基地大多设置上盖物业开发，但由于盖下需要考虑地铁运营影响，落柱区域受限，上盖建筑结构柱子部分需要转换，一般结构采用梁式转换结构，这种结构在建设构造上比较简单，本文主要结合地铁车辆上盖结构设计进行了相应的探讨。
1.引言
近几年，地铁车辆基地上盖开发进程不断加快，大多车辆基地为节约土地，提高利用率，考虑了物业开发。在开发高层建筑中，应用了梁式转换层结构，让高层建筑的结构设计更加合理，下部采用框架式剪力墙，使其既满足盖下地铁功能，又满足盖上高层的承载力等要求。本文结合实例对其进行了相应的探讨和分析。
2.工程概况
本工程为高层住宅，结构总高度118m，层数共36层。本工程盖下为地铁车辆用地，需考虑地铁限界，落柱区域受限，采用部分框支剪力墙结构体系，首层层高为 10.5 m，二层层高为5.5m，转换层设置在第二层，剪力墙主要厚度为：落地剪力墙350mm～500mm，转换层以上剪力墙200~350mm。框支柱主要截面1500mm×2000mm，框架柱主要截面为：800mm×800mm，1000mm×1000mm；框架梁主要截面为：500mm×1000mm，800mm×1600mm；转换梁主要截面为：1500mm×2500mm，1500mm×2000mm。裙楼采用主次梁结构，二层板厚为150mm，三层板厚为180mm；标准层及转换层如下图所示。
3.结构设计计算
3.1小震计算
根据《高层建筑混凝土结构技术规程》（DBJ 15-92-2013）第5.1.14条规定，本工程采用不同单位编制的两个空间分析程序对本结构进行对比计算分析，分别为北京盈建科软件有限责任公司编制的YJK及中国建筑科学研究院编制的SATWE软件。根据计算，软件satwe计算周期比0.83，首层剪重比XY方向为2.35%、1.94%，多遇地震最大层架位移角1/1011、1/859，50年一遇风荷载作用最大层间位移角为1/923、1/836，考虑偶然偏心最大扭转位移比为1.46、1.23。软件YJK计算周期比为0.88，首层剪重比XY方向为2.37%、2.03%，多遇地震最大层架位移角1/1055、1/999，50年一遇风荷载作用最大层间位移角为1/903、1/836，考虑偶然偏心最大扭转位移比为1.49、1.21。两个软件计算出来结果基本一致
框支框架承担的百分比X方向为6.17，Y方向为18.51，及转换层下部、上部等效侧向刚度比X方向为6.17，Y方向为1.13，根据计算结果我们可得出（1）在风荷载和地震作用下，层间位移角均满足规范部分框支剪力墙结构的要求。（2）X、Y向剪重比均满足规范最小剪重比要求；（3）转换层上下层刚度比满足《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）附录E剪切刚度比的要求。（4）框支框架承担倾覆力矩均小于总倾覆弯矩的50%，满足高规要求。需要指出的是首层侧向刚度比小于上一层上一层的80%，为超限判定中的一项不规则；首层与2层受剪承载力比值小于75%，增加首层竖向构件受剪中震不屈服验算，使其满足要求。
3.2 弹性时程分析
根据《高层建筑混凝土结构技术规程》，本工程需采用弹性时程分析法进行多遇地震作用下的补充计算，主要对弹性时程分析法及振型分解反应谱法的底部剪力和楼层剪力进行比较，并取两种方法计算结果的大值进行结构设计。
弹性时程分析输入地震波为两条场地人工模拟波，五条实际强震记录，通过对分析结果弹性时程分析与反应谱曲线与CQC分析基本一致，结果的平均值均小于CQC的分析结果。变形曲线连续无突变，不存在软弱层。SATWE弹性时程分析与CQC基底剪力对比如表所示：
从表中可看出，时程分析时，每条时程曲线计算所得结构底部剪力不小于CQC计算结果的65%，多条时程曲线所得的结构底部剪力的平均值不小于CQC计算结果的80%。曲线光滑无突变．反映出结构侧向刚度较均匀。
3.3设防烈度地震作用下的结构验算
按全楼弹性楼板计算的中震验算的整体计算结果，层间位移角1 /382（X方向），1/359（Y方向）；基底剪力与小震比值为2.88（X方向），2.66（Y方向）综上，根据分析结果，结构仍基本处于弹性状态，其变形特征和受力规律与多遇地震作用下的情况基本一致。各构件在中震下性能描述如下：剪力墙，中震弹性计算模式下，各层剪力墙抗剪无超限信息（剪压比满足要求），抗剪承载力满足中震弹性需求。剪力墙抗弯承载力同样满足中震弹性要求。框支柱、转换梁：中震弹性计算模式下，框支柱抗剪、抗弯未超限。转换梁抗弯未超限，部分转换梁抗剪超限，通过设置型钢解决。即转换梁、框支柱基本满足中震弹性计算要求。框架梁、连梁：各层框架梁、连梁抗剪、抗弯承载力基本满足中震不屈服要求。综上，高层住宅各构件中震下可达到的性能目标
3.4罕遇地震作用下的结构验算及静力弹塑性分析
根据《高层建筑混凝土结构技术规程》规定，采用建筑科学研究院编制的PUSH&EPDA进行静力弹塑性分析。地震作用采用CQC地震力分布模式。大震下静力弹塑性分析所得的性能点处相关指标如下表所示：
（1）由罕遇地震作用下两方向各楼层的层间位移、位移角曲线可得，各曲线光滑，说明结构进入弹塑性阶段后的刚度分布较为合理。（2）结构弹塑性最大层间位移角均小于1/125，抗震性能满足防倒塌的设计目标。
综上所述，本工程在经过PUSH-OVER分析后，基本满足了罕遇地震下性能目标C的各项性能目标。
4.设计采取措施
本工程采用如下加强措施，依据省《高规》对结构进行小震、中震、大震性能设计，并按性能设计结果确定结构构件截面及配筋。底部加强区剪力墙、框肢框架抗震等级提高至特一级；本工程底部加强部位墙身水平及竖向最小配筋率取0.60％；约束边缘构件竖筋最小配筋率取1.2％，体积配箍率不小于1.8％。除框支柱外，1-2层存在2.9m宽大柱，在该柱内设置芯柱。根据弹塑性分析结果，转换层以上墙体破坏较多，将转换层以上1-3层住宅墙厚设为350mm，并提高配筋率。
5.结语
对地铁车辆基地上盖高层开发结构设计，要充分考虑好结构转换，对于超限结构设计，利用概念设计方法，对关键构件设定抗震性能化目标；并在抗震设计中，采用多种程序对结构进行了弹性、弹塑性计算分析，除保证结构在小震下完全处于弹性工作外，还需补充了关键构件在中震和大震下的验算。使其达到抗震性能设计能目标，结构具有合理的强度和刚度，在正常使用及设定的地震作用下能保证结构安全。
论文作者:林锐彬
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第14期
论文发表时间:2018/10/17
标签：结构论文; 位移论文; 弹性论文; 刚度论文; 塑性论文; 剪力论文; 方向论文; 《建筑学研究前沿》2018年第14期论文;