橫向雙柱“橋建合一”高架車站結構分析

劉 文 文

(中鐵四院集團西南勘察設計有限公司，云南 昆明 650200)

1 概述

隨著我國城市軌道交通建設的迅速發(fā)展，特別是新型軌道交通形式陸續(xù)建設，高架車站被越來越多的應用。由于城市用地稀缺且既有道路條件受限等原因，橫向雙柱高架車站已作為常規(guī)車站類型，但其結構形式較之傳統(tǒng)框架結構形式比較特殊，因此對該類高架車站結構分析顯得尤為重要。單跨懸臂“橋建合一”高架車站是一種特殊的結構形式，與傳統(tǒng)的框架結構相比，其橫向抗側移剛度較小，結構的超靜定數量較少，缺乏必要的結構冗余度，在遭受強烈地震作用時，一旦個別墩柱破壞，進而導致整個結構連續(xù)倒塌，抗震耗能能力弱，結構抗震性能較差，必須重視其抗震設計，真正實現抗震設防目標[1]。因此本文以某橫向雙柱“橋建合一”高架車站為例進行結構設計與分析，為類似工程的設計提供參考。

2 工程概況

本站為高架3層側式站，位于道路路中綠化帶內，首層為地面架空層，橫向為雙柱；2層為站廳層，橫向為四柱三跨；3層為站臺層。車站主體結構總長140.6 m，總寬23 m，懸臂長度6.4 m，站臺層上部設鋼結構屋面，柱腳為鉸接形式。主體結構采用橫向雙柱“橋建合一”現澆鋼筋混凝土結構(懸挑梁采用預應力混凝土)，屋面采用剛架結構(按等效荷載輸入，近似考慮了其對下部主體結構的影響)，基礎采用樁基礎。

此外，為減小車站在地震作用下的扭轉效應(結構長寬比過大)及減小溫度作用影響，且設縫后不影響建筑使用功能，因此在車站中部設置伸縮縫，車站三維結構模型及典型橫剖面圖如圖1,圖2所示，本文主要對較長部分結構進行分析。

3 結構分析及方法

根據《地鐵設計規(guī)范》[2]規(guī)定，“橋建合一”高架車站的軌道梁及其支承結構的內力計算應按鐵路橋涵設計規(guī)范進行結構設計，其余結構均按建筑結構設計規(guī)范進行結構設計，因此本站分別采用兩種規(guī)范進行包絡設計。一方面運用PKPM軟件按建筑結構設計規(guī)范進行設計與分析。首先計算在多遇地震下的內力及配筋并進行多遇地震下的時程分析法補充驗算，最后采用彈塑性時程分析方法進行罕遇地震下結構的位移驗算。

另一方面采用Midas Civil按鐵路橋涵設計規(guī)范進行補充驗算，首先根據按建筑結構計算軌道梁及其支承結構(墩柱和橫梁)在多遇地震下的配筋結果，驗算其應力要小于規(guī)范規(guī)定值，保證結構處于彈性階段；其次采用彈塑性時程分析法進行罕遇地震下的內力驗算，驗算結構最大響應位移是否滿足《鐵路工程抗震設計規(guī)范》[3]延性驗算要求。

4 計算與分析

4.1 多遇地震作用下結構分析

根據國家現行規(guī)范、標準及《工程場地地震安全性評價報告》等規(guī)定，車站結構相關輸入參數見表1。

表1 車站結構計算參數表

多遇地震作用下的周期及相關計算結果及控制參數見表2,表3，可以看出，結構前幾階周期均為平動周期，第一扭轉周期出現在第7階。結構軸壓比、剪重比、位移角、周期比及位移比等計算指標均符合《建筑抗震設計規(guī)范》規(guī)定，整個結構均未進入彈塑性階段。

表2 結構前幾階振型周期表

表3 多遇地震主要控制參數表

此外，進行多遇地震作用下的彈性動力時程計算，地震波選取三組人工模擬的場地波(由工程場地安評報告提供，按場地類別Ⅱ類，特征周期為0.35 s)。計算結果參見表4，可以看出，在多遇地震作用下，沒有結構構件進入塑性狀態(tài)，滿足規(guī)范要求。

表4 多遇地震作用彈性動力時程計算結果

4.2 罕遇地震(大震)作用下的彈塑性計算分析

根據《建筑抗震設計規(guī)范》[4]和《工程場地地震安全性評價報告》，分別進行罕遇地震下X向、Y向的彈塑性時程分析。各地震波結構最大樓層剪力、最大樓層位移、最大層間位移角見表5?？芍瑯菍拥淖畲髮娱g位移角小于1/50，框架柱，梁均未出現塑性鉸，構件整體仍保持穩(wěn)定、安全。滿足《建筑抗震設計規(guī)范》要求，可以實現大震不倒，結構在罕遇地震作用下能達到預期的性能目標。

表5 Y向多遇地震作用動力時程計算結果

4.3 按橋規(guī)抗震分析

按容許應力法進行截面配筋驗算，進行多遇地震反應譜計算結果及分析，采用荷載組合為：恒載+站廳層、站臺板下層活載+0.5倍站臺層活載+地震作用，計算結果見表6?？梢钥闯鼋Y構在多遇地震下處于彈性狀態(tài)。

表6 多遇地震作用下下部墩柱墩計算結果

選擇50年超越概率2%的3組時程波進行罕遇地震彈塑性動力時程分析，取計算結果的最大值，計算分析結果見表7?？梢钥闯觯鞫罩嬎愠龅姆蔷€性位移延性比均小于《鐵路工程抗震設計規(guī)范》規(guī)定允許位移延性比，滿足延性設計的要求，可以實現大震不倒。

表7 罕遇地震作用墩柱延性比計算結果

5 結論及建議

1)在6度抗震設防區(qū)采用本類型高架車站，其抗震性能能夠滿足規(guī)范要求。

2)本車站因車站橫向剛度較弱，抗震較為不利，因采取相關措施適當加強，如柱箍筋全長加密等。

3)分別采用建規(guī)和橋規(guī)兩套規(guī)范分別進行計算和分析，均能滿足規(guī)范的要求，建議類似工程可采用兩套規(guī)范體系進行包絡設計。

4)考慮橫梁懸臂長度較長導致豎向位移較大，如場地及建筑布置有條件的情況下，應盡量減小懸臂長度，否則宜盡量增大其剛度或與其他構件協(xié)同工作。