地铁车站主体结构基于SAP2000的抗震静力分析★

杨青潮 张爱萍

(山东交通职业学院公路与建筑学院，山东 潍坊 261206)

地铁车站主体结构基于SAP2000的抗震静力分析★

杨青潮 张爱萍

(山东交通职业学院公路与建筑学院，山东 潍坊 261206)

结合某地铁车站的结构特点与工程地质条件，并采用SAP2000软件，对该地铁车站进行了抗震静力与水反工况静力分析，探讨了该车站主体结构的内力与变形情况，为车站结构的抗震设计提供了依据。

地铁车站，主体结构，静力分析，层间位移

0 引言

目前随着城市不断的发展，人口也呈现逐年增加的趋势，城镇化的发展更增加了人口流动速率，人员出行和物资交流更加频繁，交通需求急剧增长，使得原本就紧张的道路更加拥挤，车辆更加堵塞、交通秩序混乱，城市交通供需矛盾日趋紧张。随着社会的高速发展，运量需求不断增长，地面交通已经满足不了人们的需求。我们急需一种新的交通方式来缓解城市交通的压力，而既能为城市居民提供便捷、安全、舒适的交通环境，又能缓解交通压力的唯一途径就是发展地铁公共交通体系[1]。由于地铁建设为百年大计，所以对地铁结构的建设要求很高，我国是地震多发区，地铁主体结构满足抗震的要求是十分重要的。

1 工程实例分析

地铁车站是地铁建设的主要控制点，是保证地铁建设能否顺利完成的关键因素。根据国家有关工程建设、防震减灾的法律法规并实行以预防为主的方针，对城市地下轨道交通工程进行抗震设计。根据GB 50011—2010建筑抗震设计规范，提出了对建筑抗震的三个水准：当遭受低于本地区抗震设防烈度的多遇地震影响时，主体结构不受损坏或不需进行修理可继续使用(小震不坏)；当遭受相当于本地区抗震设防烈度的设防地震影响时，可能发生损坏，但经一般性修理仍可继续使用(中震可修)；当遭受高于本地区抗震设防烈度的罕遇地震影响时，不致倒塌或发生危及生命的严重破坏(大震不倒)[2]。笔者本次针对结构分析的地铁车站是位于南昌市创新一路与紫阳大道交叉十字路口处，沿紫阳大道敷设，呈东西走向的原紫阳大道站，现在的艾溪湖东站为远期小交路折返站，同时设计成与瑶湖定修段接轨的车辆段出入线连接站。

2 工程地质

根据我国相关规范规定车站主体结构设计使用年限为100年，结构重要性系数要求为1.1，安全等级为一级。江西省南昌地区抗震设防烈度为6度，抗震等级为三级。根据地质勘察报告，本站主体结构所在地层从地面向下依次如表1所示。

表1 地铁车站土层参数表

3 水反工况下结构静力分析

笔者本次采用SAP2000软件，以地铁车站实际的顶板上面覆土4.0 m，地面超载取20 kN/m3，土层对主体结构的反力用弹簧建立模型，对主体结构标准段横剖面为例进行结构计算，进行正常使用阶段(高水位)荷载组合计算。计算荷载模型过程中主要的加载包括垂直方向的地面超载、顶板结构自重和覆土荷载、模板结构自重和设备荷载、底板结构自重以及底板水浮力。水平侧向力包括地面超载引起的侧压力、水土侧压力。

4 静力法抗震计算

静力法是替代地震力与时间等效静态地震荷载,然后使用静态计算模型来分析地震荷载下的结构内力。其中笔者将结构本身与顶板上方土柱的惯性力和主动侧向土压力增量的合力作为等效静力地震荷载，同时把作用在构件或结构重心处的地震惯性力按照下式计算：

F=Kc·Q。

式中：Q——构件或结构的重量；Kc——与地震加速度有关的地震系数。

矩形结构水平惯性力按下式计算：

水平侧向力包括作用于围护墙的地震动土压力、作用于内衬墙的水侧压力以及分别来自顶板、中板、侧墙和底板的惯性力。通过水反工况下结构静力和静力法抗震分析计算车站主体结构弯矩、轴力和剪力得出车站主体结构的位移变形图(如图1所示)。

表2 各工况下内力统计表

截面号结构位置内力项目地震工况弯矩值/kN·m水反工况弯矩标准值/kN·m1顶板左支座M/kN·m356303V/kN3783642顶板中支座M/kN·m12651028V/kN6285463顶板右支座M/kN·m191360V/kN3984044左侧墙上支座M/kN·m356303V/kN3022385右侧墙上支座M/kN·m191360V/kN1942586左侧墙下支座M/kN·m1250819V/kN9696847右侧墙下支座M/kN·m1053876V/kN8527038底板左支座M/kN·m1077690V/kN7585879底板中支座M/kN·m751798V/kN76165210底板右支座M/kN·m874728V/kN780631

1)静力分析与地震分析结构内力结果统计见表2。

2)层间位移表见表3。

表3 层间位移统计表 mm

根据GB 50011—2010建筑抗震设计规范规定：最大弹性层间位移：Δue≤[θe]h。

式中：Δue——最大层间位移；θe——层间位移角(钢筋混凝土框架结构θe=1/550)；h——层间高。

本次计算模型第一层层高为5.25 m，第二层层高为6.81 m，所以第一层应许最大的层间位移为9.55 mm，第二层应许的最大层间位移为12.38 mm，由表3可知结构的层间位移均小于规范要求的最大层间位移，故本次车站结构满足抗震设计的要求。

5 结语

通过对地铁车站主体结构抗震静力分析，同时结合车站的自身特点，利用静力分析与地震分析方法从结构的弯矩、轴力、剪力、位移变形进行比较，得到变化趋势具有一致性，对同一地铁车站主体结构进行抗震静力分析与水反工况静力分析，通过计算比较，掌握车站主体结构内力与变形情况，为车站主体结构的抗震设计提供数据依据。

[1] 李新星,陈 鸿,陈正杰.地铁车站结构抗震设计方法的适用性研究[J].土木工程学报，2014(S2):322-327.

[2] GB 50909—2014，城市轨道交通结构抗震设计规范[S].

[3] 国家标准《建筑抗震设计规范》管理组.建筑抗震设计规范(GB 50011—2010)统一培训教材[M].北京：地震出版社,2010.

[4] 李 雅.天津软土地区地铁车站结构抗震性能研究[D].天津:天津城市建设学院,2012:7-8.

[5] 尹永学,朴光日,金元峰.基于二次B样条有限元法的Kuramoto-Sivashinsky方程的数值解[J].延边大学学报,2013(4):248-251.

Analysis on seismic static of subway station main structure based on SAP2000★

Yang Qingchao Zhang Aiping

(HighwayandArchitectureSchool,ShandongTransportVocationalCollege,Weifang261206,China)

Combining with the structural characteristics and engineering geological conditions of a subway station, and using the SAP2000 software, analyzed the seismic static force and water back working condition static force of the subway station, discussed the internal force and deformation situation of the station main structure, provided basis for the seismic design of station structure.

subway station, main structure, static analysis, inter story displacement

1009-6825(2017)05-0035-02

2016-12-08★：山东省科技计划项目(J15LG56)

杨青潮(1986- )，男，硕士，讲师； 张爱萍(1987- )，女，硕士，助教

TU311.1

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