嚴(yán)小勇　裴洪濤

摘 要：主要研究采用層間隔振的車輛段上蓋剪力墻結(jié)構(gòu)抗震性能分析，介紹了國內(nèi)車輛段上蓋開發(fā)現(xiàn)狀，對隔震結(jié)構(gòu)的設(shè)計關(guān)鍵問題進行了研究，并對層間隔振車輛段上蓋剪力墻結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計問題進行了詳細討論，車輛段上蓋結(jié)構(gòu)的開發(fā)是城市土地集約化利用的重要途徑，有著很高的研究價值。

關(guān)鍵詞：層間隔震；車輛段；抗震性能

城市規(guī)模不斷擴大，交通逐漸擁堵，為了緩解交通壓力，城市軌道交通逐漸發(fā)展起來。開發(fā)車輛段大平臺上蓋，成為城市土地資源集約化利用的一種重要形式。有軌道交通中的車輛段是供給車輛存放、檢修、管理的場所，主要有檢修車輛段和運用停車場等結(jié)構(gòu)。每一條軌道交通線路至少有一個車輛段，并且通常都設(shè)置在線路的始末位置。車輛段上蓋上有著很大面積規(guī)模，所以進行車輛段上蓋開發(fā)有著可觀的前景。

1 國內(nèi)車輛段上蓋開發(fā)現(xiàn)狀

城市軌道交通是在城市發(fā)展到一定程度之后出現(xiàn)的，國內(nèi)的車輛段物業(yè)開發(fā)最早的是香港，投入運營已經(jīng)有幾十年的時間。香港土地資源稀缺，所以土地資源的集約化開發(fā)程度很高。香港隊建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能要求和國內(nèi)有著一定的差別，要求能夠承受250公里/h的陣風(fēng)，所以實際上香港的建筑有著很強的抗載荷能力。香港將軍澳車輛段的“日出康城”項目上蓋有42-59層建筑，通過高密度墻柱將荷載傳遞給車輛段平臺梁柱，有著明顯的商業(yè)效應(yīng)。

北京作為首都，軌道交通也比較發(fā)達，例如北京地鐵八王墳車輛段的開發(fā)，上部的6-9層為經(jīng)濟適用住宅小區(qū)，建筑面積達到了54.6萬m2。在進行上部結(jié)構(gòu)設(shè)計時下部結(jié)構(gòu)已經(jīng)建成，發(fā)現(xiàn)下部結(jié)構(gòu)在建設(shè)上部結(jié)構(gòu)之后抗震性能難以滿足要求，于是在平臺二層頂和上部住宅之間設(shè)置隔震層，通過兩個功能不同結(jié)構(gòu)的聯(lián)通提高了結(jié)構(gòu)的抗震性能，滿足了物業(yè)開發(fā)需要，保證了上部結(jié)構(gòu)的安全性。

南京地鐵一號線南沿線車輛和配套開發(fā)工程在一號線南延末端，在車庫區(qū)大平臺上設(shè)置變形縫劃分平臺為結(jié)構(gòu)單體，在單體上開發(fā)住宅，住宅樓底部和車庫平臺之間設(shè)置了橡膠震支座，顯著改善了結(jié)構(gòu)整體的抗震性能。

通過對國內(nèi)各大城市車輛段上蓋開發(fā)現(xiàn)狀的研究，發(fā)現(xiàn)仍然存在著一些技術(shù)上的問題。在國內(nèi)，車輛段上蓋的開發(fā)主要是住宅建筑，在豎向構(gòu)件不連續(xù)等因素的影響下，結(jié)構(gòu)的適用高度在進一步降低，結(jié)構(gòu)的整理抗震性能也是設(shè)計中面臨的比較棘手的問題。但是在實際開發(fā)中，開發(fā)商會要求更高的層數(shù)，希望減少梁柱和墻角，為此很多設(shè)計方案都在上部結(jié)構(gòu)采用了剪力墻方案，但是上蓋上的橫向剪力墻不能接地，無法滿足抗震設(shè)計規(guī)范要求。

2 隔震結(jié)構(gòu)

層間隔震結(jié)構(gòu)主要有兩質(zhì)點模型、三質(zhì)點模型、多質(zhì)點模型三種類型。兩質(zhì)點模型簡化隔震層上下結(jié)構(gòu)為一個質(zhì)點，是一種比較簡單的模式，適用于隔震層上蓋高度不大的結(jié)構(gòu)。三質(zhì)點模型上部、隔震層和下層結(jié)構(gòu)均視作一個質(zhì)點，對不同位置的剛度和質(zhì)量變化充分考慮，對結(jié)構(gòu)受力行為反應(yīng)較好，對層間隔振結(jié)構(gòu)影響參數(shù)有著較好的描述。多質(zhì)點模型假設(shè)樓層平面剛度無窮大，濃縮每一樓層為一個質(zhì)點，適用于計算機模擬，不適用于理論推導(dǎo)。

2.1 隔震措施

建筑結(jié)構(gòu)主要有以下幾種措施抵抗地震：（1）增加截面。增加截面能夠顯著提高結(jié)構(gòu)剛度，是一種剛性設(shè)計方案。（2）降低結(jié)構(gòu)剛度。為柔性設(shè)計方案，但是可能會影響結(jié)構(gòu)使用功能。（3）底層設(shè)置為薄弱層。通過第一層的塑形變形吸收地震傳遞的能量。（4）通過次要結(jié)構(gòu)件的塑形鉸吸收地震能量，延性設(shè)計方案、設(shè)置阻尼結(jié)構(gòu)，消耗地震傳輸能量。傳統(tǒng)的抗震結(jié)構(gòu)都使用延性設(shè)計方案，這種結(jié)構(gòu)在地震發(fā)生時肯定會造成結(jié)構(gòu)破壞。為了改善這種設(shè)計的不足之處，結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)控制技術(shù)以及工程結(jié)構(gòu)減震控制技術(shù)不斷發(fā)展起來。

2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計關(guān)鍵性問題

2.2.1 地震波選取。進行隔震結(jié)構(gòu)時程分析時至少選用兩組地震記錄以及一組人工模擬加速度時程曲線。時程分析時要輸入地震波加速度時程，但是地震波的特性中對抗震工程比較重要的主要有：最大振幅、持續(xù)時間、包絡(luò)曲線、振動周期、能量等。

2.2.2 隔震支座受拉傾覆。支座使用不當(dāng)會造成隔震結(jié)構(gòu)的整體傾覆和受拉。為此，需要合理布置豎向構(gòu)件，控制隔震支座的受拉，大直徑隔震支座允許較大的變形，而且支座后部重力能夠抵抗傾覆。

2.2.3 彈塑性簡化分析。使用軟件進行線性結(jié)構(gòu)分析速度快，比較準(zhǔn)確但是彈塑性分析卻比較難以實現(xiàn)。隔震層以上結(jié)構(gòu)通常都是線性或者微塑形結(jié)構(gòu)，進行層間隔震結(jié)構(gòu)彈塑性分析可將隔震層上部結(jié)構(gòu)視作彈性結(jié)構(gòu)，進行非線性分析相對簡單。

3 層間隔振車輛段上蓋剪力墻結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計

車輛段大平臺結(jié)構(gòu)性能對整個結(jié)構(gòu)的安全性都有著重要的影響。車輛段大平臺框架會產(chǎn)生較大變形，抗震設(shè)計中要考慮最大程度減少底部框架的受力和變形程度，但是車輛段結(jié)構(gòu)比較特殊，增加截面的方式是不經(jīng)濟的。

3.1 耗能腋撐

設(shè)置腋撐能夠改善框架的力學(xué)性能，提高框架抗震性能，并且效果和腋撐到梁端的距離有關(guān)。通過對結(jié)構(gòu)抗震性能的分析，發(fā)現(xiàn)腋撐為粘滯阻尼器時，結(jié)構(gòu)層剪力以及頂層加速度都明顯下降，能夠消耗輸入能量的45%左右。腋撐使用粘彈性阻尼器不會對結(jié)構(gòu)剪力和位移產(chǎn)生影響，但是耗能較小，僅為輸入能量9%左右。通過地震模擬分析，發(fā)現(xiàn)小震下框架設(shè)置粘滯阻尼腋撐，框架基底剪力下降幅度最大，而且框架內(nèi)力明顯減少。大震下的粘滯阻尼器耗能曲線比較飽滿，說明減震效果良好。

3.2 首層柱頂設(shè)置隔震層

設(shè)置耗能腋撐能夠提高抗震性能，延緩框架珠頂塑形鉸，但是在加腋位置以及柱角位置的內(nèi)力都會增加，導(dǎo)致柱腳塑性鉸產(chǎn)生，最終造成破壞。按照減震不如隔震的理念，我們設(shè)置一層隔震層。

在基礎(chǔ)周邊設(shè)置隔離縫，不阻礙隔震層在罕遇地震下發(fā)生的變形，為了不影響車輛段大平臺的使用功能，柱底不適宜設(shè)置拉梁。按照上部結(jié)構(gòu)重量以及基準(zhǔn)面壓，按照抗震設(shè)計規(guī)程布置隔震支座。考慮單向地震波，進行結(jié)構(gòu)分析將隔震支座視作非線性，其余均視作線性，一層隔震是在大平臺和上部結(jié)構(gòu)之間設(shè)置隔震，二層隔震是在首層柱頂設(shè)置隔震。在首層柱頂同樣設(shè)置隔震，無論是大小地震工況，結(jié)構(gòu)剪力情況均優(yōu)于設(shè)置耗能角撐。

4 結(jié)語

傳統(tǒng)交通方式不再滿足城市人民出行的要求，發(fā)展城市軌道交通成為緩解城市交通壓力的重要途徑。但是軌道交通中的車輛段上蓋規(guī)模很大，造成了一定的土地資源浪費，通過對土地上蓋的合理開發(fā)，建設(shè)商業(yè)或者民用建筑，能夠獲得更高的經(jīng)濟效益，也是城市的一大亮點，通過修建上蓋建筑，避免了上蓋對城市整體美觀的影響，恢復(fù)和城市生態(tài)空間，同時提高了城市土地資源的利用率，其經(jīng)濟價值和商業(yè)潛力的充分發(fā)掘為城市軌道交通融資拓寬了渠道，對城市軌道交通的長遠發(fā)展有著積極的促進作用。

參考文獻

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