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【摘 要】本文主要以某市的地铁2号线某站点为例，对于轨道交通地下二层车站结构抗震进行了分析。
【关键词】轨道交通；地下二层车站；结构抗震
一、工程概况
本工程为某市地铁2号线的地下两层车站，该站点周边现状较为空旷，无控制性建筑物，南侧为大片居住小区，北侧为大片厂房。本站为现浇钢筋混凝土框架结构，采用明挖法施工。车站主体结构设计使用年限100年；安全等级为一级；抗震设防烈度为6度，设计地震分组第一组，设计基本地震加速度值为0.05g，按7度采取抗震措施，地下结构抗震等级为二级；车站结构按6级人防设防；车站场地类别为Ⅲ类。
车站场区为滨海堆积区滨海沼泽带地貌，地形平坦，车站侧壁从上到下土层依次为：杂填土①1层、淤泥质粉质黏土⑥层、局部为粉质黏土⑾层。基岩为燕山晚期花岗岩。本站围护结构采用围护桩+内支撑+旋喷桩。
二、轨道交通地下二层车站结构抗震分析
当地震作用不参与组合时，结构按作用在弹性地基上的等代闭合框架结构进行计算，其地层的作用模拟为一系列弹簧，采用SAP结构工程系统软件程序进行计算分析.侧向水土压力取值：取静止土压力、水土分算，水压力直接作用于主体结构侧墙上，土压力作用于围护结构钻孔灌注桩及主体结构侧墙组成的重合结构上，钻孔灌注桩及主体结构侧墙之间只传递压力。按照此原理建立模型M1，施加恒载及活载。
根据《铁路工程抗震设计规范》GB50011-2006（2009年版）的要求，本站分别采用静力法、非线性时程分析法进行地震作用计算。
1.1静力法
采用等效静力法进行地下车站结构横向地震反应计算时，将周围土体作为支撑结构的地基弹簧，将土层在地震作用下增加的土压力施加于主体结构上，结构可采用梁单元进行建模。
车站主体结构可按底板支承在弹性地基上的平面框架进行内力分析计算时宜考虑所有构件的弯曲、剪切和压缩变形的影响。构件根据承载能力极限状态及正常使用极限状态的要求，分别进行承载能力的计算和稳定、变形，裂缝宽度验算及罕遇地震工况下结构变形验算。地震、人防或其他偶然荷载作用时，不验算结构的裂缝宽度。
1.2时程分析法
采用时程分析法进行地震效应计算时，需综合考虑静力荷载作用及地震动力效应对结构产生的影响。一方面，静力荷载（仅考虑除地震作用力外的恒载、可变荷载）计算采用SAP2000结构工程系统软件程序；另一方面完成动力时程分析计算后，将计算位移指定施加在結构上（结构模型中底板边界按固定考虑，其他边界按自由考虑），最后对静力、动力计算模型内力计算结果进行组合叠加后得到地震工况下结构内力包络设计值。
2、抗震计算
2.1静力法抗震计算
参照铁路隧道结构地震作用分析方法，地铁车站可采用等效静力法进行地震作用分析。根据《铁路工程抗震设计规范》（GB50111-2006）公式8.1.3，计算车站水平地震力。
2.1.1惯性力
F1=ηm1Ag
F2=ηm2Ag
Pi=ηmiAg
其中η——水平地震作用修正系数，岩石地基取0.2，非岩石地基取值0.25；
F1——侧墙自重惯性力；
F2——顶板覆土自重（包括地面超载）惯性力；
Pi——作用于各层板处惯性力
m1、m2、m3——分别为侧墙、上覆土（等效）质量；
mi——各层板（含本层梁及上、下各半层柱）自重（包括活载）；
Ag——地震动峰值加速度；
本站ηc=0.25（非岩石地基取值），Ag地震动峰值加速度为0.05g，H为墙高11.51m，m1为墙的质量，本站侧墙厚7500mm（局部加宽段600mm，顶板厚800mm，中板400mm，底板900mm，顶板覆土2.9m，中板设备荷载8KPa，装修荷载3.3KPa。
2.1.2主动侧向土压力增量
由地震引起的主动侧向土压力增量：根据《铁路工程抗震设计规范》（GB50111-2006）表6.1.5地震角β=2o30’（取7度区标准），γ为计算点以上土的加权平均天然重度。顶板处φ=10o，γ=17.5，中板处φ=15.7o，γ=19.1，底板处φ=45o，γ=22.5。根据公式△ei=[tan2（45-（φ-β）/2）-tan2（45-φ/2）]×γh可计算出各层板处主动侧向土压力
增量。
2.1.3计算结果分析
在模型M1上施加以上地震荷载，进行抗震计算。
把地震作用未参与组合时计算结果与等效静力法抗震计算结果对比分析发现：
（1）结构断面顶板与侧墙交接处外侧、底板侧墙交接处内侧及柱子上支座内力较大；
（2）车站结构各构件的控制组合为基本荷载组合，地震组合并不起控制作用。
2.2时程分析法计算
2.2.1计算模型
计算采用地层—结构模型进行时程分析，该分析是把地震运动视为一个随时间变化的过程，并将地下结构物和周围土体介质视为共同受力变形的整体，通过直接输入地震加速度记录，在满足变形协调的前提下分别计算结构物和土体介质在各个时刻的位移，速度，加速度以及应变和内力，据以验算场地的稳定性。
模型计算采用MIDAS/GTS软件进行时程法计算分析。在模型中，土体的本构模型采用岩土常用模型Mohr-Coulomb模型。动力有限元数值仿真分析中，所关心振波的高频（短波）成分决定网格单元长度，低频（长波）成分决定模型边界范围的大小。考虑水平和竖向地震波的影响，计算模型的侧面人工边界距地下结构为3倍地下结构水平有效宽度，底面人工边界距结构为3倍地下结构竖向有效高度，上表面取至实际地表。实际场地是一个半无限区域，但在对土体—结构进行有限元动力分析时，土体的计算范围只能是有限的。对于范围有限的计算区域，在地震激励下，波动能量将在人工截取的边界上发生反射，使波发生震荡，导致模拟失真。为了解决有限截取模型边界上波的反射问题，边界条件采用由Decks等人提出的粘-弹性吸收边界。粘-弹性边界不仅可以较好地模拟地基的辐射阻尼，而且也能模拟远场地球介质的弹性恢复性能，具有良好的低频稳定性。定义粘性边界需计算土体x、y方向上的阻尼比。
2.2.2计算结果分析
根据计算结果，得出以下结论：
（1）根据计算结果可知，在多遇地震时，若地震波沿X方向，车站差异变形量不大，能满足抗震要求；
（2）时程分析法与静力法两种计算方法除个别点以外，内力计算结果比较接近。
结束语
综上所述，可得出以下结论：
（1）时程分析法与静力法两种计算方法除个别点以外，内力计算结果比较接近；
（2）采用静力法计算时，结构断面顶板与侧墙交接处外侧、底板侧墙交接处内侧及柱子上支座内力较大；
（3）由静力法弯矩图可知，地震作用时右下角底板支座处内侧受拉，而时程分析法时模型假定底板位移为零，右下角底板为外侧受拉。分析是因为静力法计算模型中考虑了周边土体对结构的剪切力作用。
（4）时程分析法与静力法两种方法计算结果有所区别，这主要是由于两种计算方法在位移计算、模型边界约束及弹簧布置等方面有所不同
导致。
（5）车站结构各构件的控制组合为基本荷载组合，地震组合并不起控制作用。
参考文献：
[1]李雅.天津软土地区地铁车站结构抗震性能研究[D].天津城市建设学院，2012.
[2]周少斌.城市轨道交通地下车站结构的抗震研究[D].北京交通大学，2012.
[3]翟杰群.地铁车站结构抗震设计的分析研究[J].建筑结构，2013，S2：73-75.
【关键词】轨道交通；地下二层车站；结构抗震
一、工程概况
本工程为某市地铁2号线的地下两层车站，该站点周边现状较为空旷，无控制性建筑物，南侧为大片居住小区，北侧为大片厂房。本站为现浇钢筋混凝土框架结构，采用明挖法施工。车站主体结构设计使用年限100年；安全等级为一级；抗震设防烈度为6度，设计地震分组第一组，设计基本地震加速度值为0.05g，按7度采取抗震措施，地下结构抗震等级为二级；车站结构按6级人防设防；车站场地类别为Ⅲ类。
车站场区为滨海堆积区滨海沼泽带地貌，地形平坦，车站侧壁从上到下土层依次为：杂填土①1层、淤泥质粉质黏土⑥层、局部为粉质黏土⑾层。基岩为燕山晚期花岗岩。本站围护结构采用围护桩+内支撑+旋喷桩。
二、轨道交通地下二层车站结构抗震分析
当地震作用不参与组合时，结构按作用在弹性地基上的等代闭合框架结构进行计算，其地层的作用模拟为一系列弹簧，采用SAP结构工程系统软件程序进行计算分析.侧向水土压力取值：取静止土压力、水土分算，水压力直接作用于主体结构侧墙上，土压力作用于围护结构钻孔灌注桩及主体结构侧墙组成的重合结构上，钻孔灌注桩及主体结构侧墙之间只传递压力。按照此原理建立模型M1，施加恒载及活载。
根据《铁路工程抗震设计规范》GB50011-2006（2009年版）的要求，本站分别采用静力法、非线性时程分析法进行地震作用计算。
1.1静力法
采用等效静力法进行地下车站结构横向地震反应计算时，将周围土体作为支撑结构的地基弹簧，将土层在地震作用下增加的土压力施加于主体结构上，结构可采用梁单元进行建模。
车站主体结构可按底板支承在弹性地基上的平面框架进行内力分析计算时宜考虑所有构件的弯曲、剪切和压缩变形的影响。构件根据承载能力极限状态及正常使用极限状态的要求，分别进行承载能力的计算和稳定、变形，裂缝宽度验算及罕遇地震工况下结构变形验算。地震、人防或其他偶然荷载作用时，不验算结构的裂缝宽度。
1.2时程分析法
采用时程分析法进行地震效应计算时，需综合考虑静力荷载作用及地震动力效应对结构产生的影响。一方面，静力荷载（仅考虑除地震作用力外的恒载、可变荷载）计算采用SAP2000结构工程系统软件程序；另一方面完成动力时程分析计算后，将计算位移指定施加在結构上（结构模型中底板边界按固定考虑，其他边界按自由考虑），最后对静力、动力计算模型内力计算结果进行组合叠加后得到地震工况下结构内力包络设计值。
2、抗震计算
2.1静力法抗震计算
参照铁路隧道结构地震作用分析方法，地铁车站可采用等效静力法进行地震作用分析。根据《铁路工程抗震设计规范》（GB50111-2006）公式8.1.3，计算车站水平地震力。
2.1.1惯性力
F1=ηm1Ag
F2=ηm2Ag
Pi=ηmiAg
其中η——水平地震作用修正系数，岩石地基取0.2，非岩石地基取值0.25；
F1——侧墙自重惯性力；
F2——顶板覆土自重（包括地面超载）惯性力；
Pi——作用于各层板处惯性力
m1、m2、m3——分别为侧墙、上覆土（等效）质量；
mi——各层板（含本层梁及上、下各半层柱）自重（包括活载）；
Ag——地震动峰值加速度；
本站ηc=0.25（非岩石地基取值），Ag地震动峰值加速度为0.05g，H为墙高11.51m，m1为墙的质量，本站侧墙厚7500mm（局部加宽段600mm，顶板厚800mm，中板400mm，底板900mm，顶板覆土2.9m，中板设备荷载8KPa，装修荷载3.3KPa。
2.1.2主动侧向土压力增量
由地震引起的主动侧向土压力增量：根据《铁路工程抗震设计规范》（GB50111-2006）表6.1.5地震角β=2o30’（取7度区标准），γ为计算点以上土的加权平均天然重度。顶板处φ=10o，γ=17.5，中板处φ=15.7o，γ=19.1，底板处φ=45o，γ=22.5。根据公式△ei=[tan2（45-（φ-β）/2）-tan2（45-φ/2）]×γh可计算出各层板处主动侧向土压力
增量。
2.1.3计算结果分析
在模型M1上施加以上地震荷载，进行抗震计算。
把地震作用未参与组合时计算结果与等效静力法抗震计算结果对比分析发现：
（1）结构断面顶板与侧墙交接处外侧、底板侧墙交接处内侧及柱子上支座内力较大；
（2）车站结构各构件的控制组合为基本荷载组合，地震组合并不起控制作用。
2.2时程分析法计算
2.2.1计算模型
计算采用地层—结构模型进行时程分析，该分析是把地震运动视为一个随时间变化的过程，并将地下结构物和周围土体介质视为共同受力变形的整体，通过直接输入地震加速度记录，在满足变形协调的前提下分别计算结构物和土体介质在各个时刻的位移，速度，加速度以及应变和内力，据以验算场地的稳定性。
模型计算采用MIDAS/GTS软件进行时程法计算分析。在模型中，土体的本构模型采用岩土常用模型Mohr-Coulomb模型。动力有限元数值仿真分析中，所关心振波的高频（短波）成分决定网格单元长度，低频（长波）成分决定模型边界范围的大小。考虑水平和竖向地震波的影响，计算模型的侧面人工边界距地下结构为3倍地下结构水平有效宽度，底面人工边界距结构为3倍地下结构竖向有效高度，上表面取至实际地表。实际场地是一个半无限区域，但在对土体—结构进行有限元动力分析时，土体的计算范围只能是有限的。对于范围有限的计算区域，在地震激励下，波动能量将在人工截取的边界上发生反射，使波发生震荡，导致模拟失真。为了解决有限截取模型边界上波的反射问题，边界条件采用由Decks等人提出的粘-弹性吸收边界。粘-弹性边界不仅可以较好地模拟地基的辐射阻尼，而且也能模拟远场地球介质的弹性恢复性能，具有良好的低频稳定性。定义粘性边界需计算土体x、y方向上的阻尼比。
2.2.2计算结果分析
根据计算结果，得出以下结论：
（1）根据计算结果可知，在多遇地震时，若地震波沿X方向，车站差异变形量不大，能满足抗震要求；
（2）时程分析法与静力法两种计算方法除个别点以外，内力计算结果比较接近。
结束语
综上所述，可得出以下结论：
（1）时程分析法与静力法两种计算方法除个别点以外，内力计算结果比较接近；
（2）采用静力法计算时，结构断面顶板与侧墙交接处外侧、底板侧墙交接处内侧及柱子上支座内力较大；
（3）由静力法弯矩图可知，地震作用时右下角底板支座处内侧受拉，而时程分析法时模型假定底板位移为零，右下角底板为外侧受拉。分析是因为静力法计算模型中考虑了周边土体对结构的剪切力作用。
（4）时程分析法与静力法两种方法计算结果有所区别，这主要是由于两种计算方法在位移计算、模型边界约束及弹簧布置等方面有所不同
导致。
（5）车站结构各构件的控制组合为基本荷载组合，地震组合并不起控制作用。
参考文献：
[1]李雅.天津软土地区地铁车站结构抗震性能研究[D].天津城市建设学院，2012.
[2]周少斌.城市轨道交通地下车站结构的抗震研究[D].北京交通大学，2012.
[3]翟杰群.地铁车站结构抗震设计的分析研究[J].建筑结构，2013，S2：73-75.