□文 /李美群

城市地下空间的综合开发利用处于快速发展时期，城市地铁线路规划不可避免的出现两条甚至多条在车站换乘，由此产生不同层数的地下换乘车站。本文以天津地铁11号线与12号线“L”形换乘车站为工程依托，分别通过反应位移法和反应加速度法平面二维模型计算车站断面、采用时程分析法对整个换乘车站三维空间模型进行计算，分析地震作用下的受力状态及变形。

1 工程概况

1.1 车站工程概况

天津地铁11号线与12号线换乘车站位于洞庭路与东江道交口西侧下方，沿东江道大致呈东西向敷设。与地铁12号线“L”形节点换乘。车站周边环境复杂，北侧现状为颐航大厦，南侧现状为天津陈塘科技商务区服务中心，西侧现状为待开发7号地块，东侧现状为洞庭路。

1.2 场地反应谱参数

车站场地反应谱参数见表1。

1.3 地层参数

1.3.1 土层参数

采用Mohr-Coulomb模型（摩尔-库伦）来描述土介质的本构关系。见表2。

1.3.2 边界条件与地震波

计算中模型各边界取至距离换乘节点50 m的位置，计算模型竖向：顶面取地表；底面取至设计地震作用基准面，设计地震作用基准面取在场地覆盖土层70 m深的位置。为简化计算，附属结构出入口及风道未建入模型，此处采用弹性边界模拟边界条件，其他处采用粘性边界模拟边界条件并且用粘性边界模拟边界条件。采用安评报告提供的地震波沿x方向加载地震加速度。

表1 车站场地反应谱参数

表2 车站场地模型

续表2

2 计算方法的选择

抗震设计中地下结构地震反应的计算方法[1]见表3。

表3 地下车站地震反应计算方法

地下车站抗震设防类别为重点设防类。在多遇地震作用（多遇地震）下满足抗震性能Ⅰ的要求；在罕遇地震作用（罕遇地震）下满足抗震性能Ⅱ的要求。

按表3，一般车站或区间抗震分析可采用反应位移法（多遇地震作用）和反应加速度法（罕遇地震作用）。

反应位移法和反应加速度法一般适用于平面二维模型。对特殊车站，当平面二维模型不满足计算需求时，需建立三维模型，三维计算的抗震分析应采用时程分析法。

3 二维模型计算

3.1 反应位移法

模型考虑周围土体为地基弹簧，地下结构采用梁单元模拟，由一维土层地震反应分析计算得到土层相对位移、结构惯性力和结构周围剪力三种地震作用[2]。地基弹簧刚度依据地基反力系数计算得出。

地下车站反应位移法计算模型见图1。

3.2 反应加速度法

模型同样考虑结构周围土体。车站结构采用梁单元，土体采用平面应变单元进行有限元建模[3]。土层竖向取70 m，水平向一般取结构水平有效宽度的2～3倍，见图2。

图1 地下车站反应位移法计算模型

图2 地下车站反应加速度法计算模型

3.3 计算结果

1）反应位移法计算结果见图3-图6。

图3 地下二层车站标准断面标准组合

图4 地下二层车站标准断面抗震组合（多遇地震作用）

图5 地下三层车站标准断面标准组合

图6 地下三层车站标准断面抗震组合（多遇地震作用）

2）反应加速度法计算结果见图7和图8。

图7 地下二层车站标准断面抗震组合层间水平位移值（罕遇地震作用）

图8 地下三层车站标准断面抗震组合层间水平位移值（罕遇地震作用）

4 三维模型计算

车站整体计算模型较大，其中结构梁、柱构件采用板单元和梁单元进行计算分析，土体采用实体单元进行模拟。见图9。

图9 计算模型

计算结果见图10。

图10 位移

5 计算结果分析

1）根据反应位移法内力计算结果，对结构尺寸及配筋起控制作用的主要取决于静力工况。

2）三种方法的变形结果

（1）多遇地震作用下地下二层车站标准断面按弹性分析的层间位移角：负一层1/1 737＜1/550，负二层＝1/859＜1/550。结构受力处于弹性阶段，满足规范要求。

地下三层车站标准断面按弹性分析的层间位移角：负一层1/3556＜1/550，负二层1/21324＜1/550，负三层1/4128＜1/550。结构受力处于弹性阶段，满足规范要求。

（2）罕遇地震作用下地下二层车站标准断面按弹塑性分析的层间位移角：负一层1/618＜1/250，负二层1/1541＜1/250。结构受力处于弹塑性阶段，满足规范要求。

地下三层车站标准断面按弹塑性分析的层间位移角：负一层1/775＜1/250，负二层1/1 038＜1/250，负三层1/965＜1/250。满足抗震性能要求。

在地震组合工况的作用下，绝对位移值相对大，相对位移值相对小[4]，可以满足层间位移角的规范要求。

6 结论

6.1 多遇地震

1）结构的层间位移角最大值均＜1/550，车站结构处于弹性工作阶段，对地下结构尺寸及配筋起控制作用的主要取决于静力工况。但由于地质条件等因素影响，构件截面尺寸及配筋仍需按照正常使用阶段和地震工况采取包络设计。

2）柱满足轴压比限值要求，证明柱在多遇地震作用下有较好的延性。

6.2 罕遇地震

结构的层间位移角最大值均＜1/250，故车站结构在正常使用状态下处于弹塑性工作阶段，未出现整体或局部有倒塌的现象。

车站结构总体满足抗震设防性能要求，抗震设计的重点是加强构造措施。