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摘要：地铁车站结构沿车站纵向断面变化较大的部位为抗震薄弱部位，当地铁车站主体与外挂附属结构连接且不设变形缝时，结构刚度突变对抗震较为不利，两者共同承受地震作用时容易发生破坏。采用非线性时程分析法对地铁车站主体外挂附属结构断面进行抗震计算分析，研究其在地震作用下的动力响应规律，并对抗震薄弱部位的构造措施提出建议。
关键词：地铁；主体外挂附属；时程分析法
引言：
作为城市轨道交通基础设施的重要组成部分，地铁车站的安全性能尤为重要。2014年，《城市轨道交通结构抗震设计规范》（GB 50909-2014）[1]（下文简称“抗震规范”）正式颁布，地铁车站的抗震设计越来越受到重视。
近年来许多学者研究了地下结构的抗震设计方法。刘璐[2]对常用的几种抗震设计方法进行了比较研究。王国波[3]、张胜群[4]采用非线性时程分析法对地下结构进行了抗震计算。但是上述文献的研究对象基本为规则的地铁车站，甚少涉及不规则断面。在实际工程中，许多车站主体结构与外挂附属结构连接，当不设变形缝时结构刚度突变对抗震较为不利。
本文以广州地铁七号线汉溪长隆站为工程背景，采用非线性时程分析法研究地铁车站主体外挂附属结构的地震动力响应规律，并对抗震构造措施提出建议。
1、工程背景及抗震计算方法概述
1.1 工程背景
广州地铁七号线一期工程汉溪长隆站位于番禺区新光大道与汉溪大道交叉口东侧，车站全长156.80m，标准段宽度25.9m，覆土厚度约3.5m，为地下三层岛式车站。拟建场地范围的典型地层分布如下：地面以下0~0.8m为<1>杂填土，0.8~2.2m为<5Z-2>砂质粘性土，2.2~4.7m为<6Z>全风化混合花岗岩，4.7~47.4m为<7Z>强风化混合花岗岩，47.4m~50m为<8Z>中风化混合花岗岩。
1.2 抗震计算方法
本文所研究的地铁车站结构抗震薄弱部位断面形状不规则，采用非线性时程分析法进行抗震计算。模型底面为设计地震作用基准面，侧面边界到结构的距离取结构水平有效宽度的3倍。模型底面采用固定边界，侧面采用粘性人工边界。地震作用输入采用振动法，即假定设计地震作用基准面上各点的地震加速度在同一时刻是相同的。
2、地铁车站主体外挂附属结构抗震计算
2.1 计算模型
汉溪长隆地铁车站主体结构在小里程端与外挂附属结构连接，车站主体结构为地下三层三跨，外挂附属结构为地下两层三跨，中间不设变形缝，故将其视为整体结构进行抗震计算，断面示意图如图1所示。外挂附属结构沿车站纵向约34m断面没有变化，可简化为平面应变问题进行抗震计算。
使用Midas GTS NX建立二维地层结构模型，岩土采用摩尔-库伦理想弹塑性模型，结构采用线弹性模型。岩土单元的尺寸约为1m×1m，以满足动力分析的要求。根据该车站的地震安全性评价报告，输入三组人工合成E3地震波进行抗震计算分析。
2.2 抗震计算分析
根据抗震规范，用层间位移角评价车站结构的变形性能。三组地震波作用下最大层间位移角为3.85×10-3，但仍低于规范的限值4×10-3，满足规范要求。
主体结构顶板与附属结构顶板通过洞口框架梁连接，由于两者的顶板标高存在错位，导致洞口框架梁产生较大的扭矩。提取第三组地震波作用下的主体结构顶板轴力标准值时程曲线，当t=10.6s时轴力最大，达到875.7kN。主体结构顶板与附属结构顶板中心线的高差为600mm。所以洞口框架梁的最大扭矩标准值为875.7×0.6= 525.4kN·m，而常规工况的扭矩仅为462.5×0.6=277.5 kN·m。
另一处抗震薄弱部位是主体结构负三层侧墙与附属结构底板连接处，该部位由于两侧结构刚度突变，在地震作用下可能会产生较大的内力导致破坏。提取主体结构负三层侧墙与外挂附属连接端的弯矩和剪力时程曲线，最大弯矩和最大剪力标准值分别为776.7kN·m和560.7kN，而常规工况相应的内力值仅为522.2 kN·m和423.4kN。
2、抗震构造措施
提取抗震工况的内力后，按照《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）[5]对构件进行配筋计算。梁面筋配筋率为0.5%，梁底筋配筋率为0.89%，梁腰筋配筋率为0.35%，在框架梁承受较大的弯矩、剪力和扭矩的抗震工况下，该配筋率满足梁截面承载力的要求。主体结构顶板与附属结构顶板通过洞口框架梁连接，按照抗震规范需将顶板主受力钢筋锚入框架梁内部。
主体结构负三层侧墙与附属结构底板连接处的薄弱部位，板钢筋均需按照抗震规范的要求弯折锚固到侧墙内，侧墙按照压弯构件验算配筋，实际配筋率为0.89%。
3、结论：
本文结合广州地铁七号线汉溪长隆站对地铁车站主体外挂附属结构的断面进行抗震分析，认为该结构形式有两处抗震薄弱部位：
（1）主体结构顶板与附属结构顶板通过洞口框架梁连接且存在高差时，框架梁会产生较大的扭矩；
（2）主体结构负三层侧墙与附属结构底板连接处会产生较大的弯矩和剪力。
针对上述抗震薄弱部位，应保证构件连接钢筋的锚杆长度满足规范要求，并在相应位置加强配筋，确保在地震作用下满足承载力要求。
参考文献：
[1]中华人民共和国国家标准.城市轨道交通结构抗震设计规范（GB 50909-2014）[S].北京：中国计划出版社，2014.
[2]刘璐.地铁结构地震风险源辨识及抗震计算实用方法研究[D].北京工业大学，2013.
[3]王国波.软土地铁车站结构三维地震响应计算理论与方法的研究[D].同济大学，2007.
[4]张胜群.公路隧道抗震优化数值模拟分析[D].长安大学，2011.
[5]中华人民共和国国家标准.混凝土结构设计规范（GB 50010-2010）[S].北京：中国建筑工业出版社，2010.
论文作者:卢晓智
论文发表刊物:《基层建设》2016年10期
论文发表时间:2016/7/27
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