［摘要］目前，我國有關規範對於「建-橋結合」結構型式的地鐵高架站抗震設計可能存在一定的盲區。論述了抗震設計有關問題，並提出了解決有關問題的建議，以供推動、完善設計規範體系。
［關鍵詞］高架結構; 容許應力法; 抗震概念設計; 延性設計; 效能設計
1「建-橋結合」的結構型式及相關規範的規定
《地鐵設計規範》( gb50157—2003)［1］第 9． 1．1 條和新修訂《地鐵設計規範》( 2009 年 10 月徵求意見稿)［2］第 12． 1． 1 條均規定，車站高架結構中軌道梁、支承軌道梁的橫樑、支承橫樑的柱等構件及柱下基礎的結構設計，均按現行鐵路橋涵設計相關規範( 以下簡稱「橋規」) 執行。高架結構中其他構件的設計應按現行《建築抗震設計規範 》( gb50011—2001) ( 2008 年版) ( 以下簡稱「建規」) 執行。即承受列車移動荷載的構件，按「橋規」設計; 不承受列車移動荷載的構件，按「建規」設計。
因此，業內習慣上依據這兩類構件組成的結構是否獨立( 兩者間設定防震縫) ，將車站結構型式分為「建-橋分離」式和「建-橋結合」式兩類。前者是獨立的建築結構、橋梁結構，最多是基礎合一; 而後者一般是多數構件按橋梁結構設計，少數構件按建築結構設計的框架結構或框支框架結構，設計複雜，為本文討論的物件。
如圖 1 所示為典型的「建-橋結合」路中高架車站橫剖面，軌道梁與軌道層的橫向框架梁整澆。也有的型式是將工廠預製的簡支軌道梁，通過橋梁支座，架於車站橫向框架梁上，這種型式受力分析簡單，車站站台層層高較大，可更換支座，但在車站內部，更換支座往往因空間狹小而比較困難，非本文討論的物件。
按前述規範要求，站台層和站台屋蓋結構按照「建規」設計，對於軌道層和站廳層的縱向框架梁，看似不在上述規範規定的按照「橋規」進行設計的範疇內。而對於整體現澆的框架結構，這樣設計顯得不倫不類，也不便執行。因此業內除了對站台層和站台屋蓋結構按照「建規」設計外，站台以下部分均按「橋規」進行設計。
而造成這種局面的原因，筆者理解，是因為地鐵規範是基於橋梁結構理論而制定的。
對於**作用的計算，《地鐵設計規範》( gb50157—2003) 第 9． 2． 19 條和新修訂《地鐵設計規範( 2009 年 10 月徵求意見稿) 》第 12． 3． 18 條均規定，按照 《鐵路工程抗震設計規範 》( gb50111—2006) 執行。但該規範的有關條款，並不能完全指導設計，論述見下文第 3． 1 條。
2抗震設計存在的主要問題
1) 「橋規」規定的**作用計算方式，不適合「建-橋結合」框架結構，設計標準不便於對應，未體現強剪弱彎、強柱弱梁、強節點弱桿件等抗震設計基本概念; 2) 兩類規範體系，劃分的場地土類別有差異，則計算的**作用有差異; 3) 容許應力法不便於空間結構的整體分析; 4) 對於重要構件的延性設計要求過於簡單等。
3對相關問題解決方法的建議
3． 1關於**作用計算存在問題及其解決方式，以
及有關建議**作用反應譜，橋規和建規是完全一致的，儘管表達方式不同。橋規以動力放大係數 β( 單質點的最大絕對加速度與地面最大加速度的比值 β)表述，稱為動力係數反應譜曲線，或 β 譜曲線［3］。而建規採用相對於重力加速度的單質點絕對最大加速度———**影響係數 α 表述，稱為 α 反應譜［4］。
兩者之間存在關係: α = κβ，其中 κ 為地面運動的最大加速度與重力加速度的比值。
《鐵路工程抗震設計規範》( gb50111—2006)( 2009 年版)［3］第3．0．3 條、7．1．2 條規定，用多遇**進行墩身及基礎的強度及穩定性驗算; 用設防烈度**計算橋梁上部結構與下部結構的連線強度; 用罕遇**進行鋼筋混凝土橋墩的延性及最大位移驗算。
然而，對於圖 1 所示的框支框架結構，如何應用規範? 顯然，規範不適合這種結構型式。那麼如何設計?
方法一，結合抗震設防分類進行**作用計算。 按《建築工程抗震設防分類標準 》( gb50223—2008)［5］，地鐵高架站為重點設防類，且為框支框架結構，所以按照設防烈度( 中震) **進行**作用計算，按提高一度採取抗震措施，相應地採用極限概率理論進行構件截面設計。方法二，參照《鐵路工程抗震設計規範》( gb50111—2006) ( 2009 年版)［3］，按照多遇**( 小震) 進行結構強度計算，按照設防烈度( 中震) **進行節點域設計，並按照罕遇**進行鋼筋混凝土橋墩的延性設計及最大位移驗算，相應地採用容許應力法進行構件截面設計。
然後，對兩種不同方式的計算結果，取不利值進行設計。
我們知道，我國的建築抗震規範是「三水準、兩階段」設計方法，中震是通過小震下**作用計算結合材料強度調整、構件內力調整，並且通過不同的調整係數融入了強剪弱彎、強柱弱梁、強節點弱桿件等抗震設計基本概念。因此，上述方法一，也就是按照現行建築抗震規範執行。需要強調的是，對如圖 1 所示的這種結構型式，需按照豎向構件不連續進行相應的內力調整。
3． 2注意結構的剛柔問題
當站台層設定於最上層時( 圖 1) ，一般採用輕鋼結構屋蓋，視野開闊、結構輕盈。因屋蓋鋼結構很柔，納入整體模型計算，第 1 週期會長很多，以結構柔的假象，致使計算**作用偏低很多，嚴重影響結構安全。不計入頂層屋蓋的結構時，計算剛度大，**作用也相應增大。
因此，對這類結構，屋蓋不納入整體模型計算，只按永久荷載、可變荷載分別輸入，另對柱腳的連線進行抗震驗算。對規範的要求，需理解其實質、靈活應用。
3． 3提高底層柱的延性
這類結構由於考慮汽車撞擊力、承受列車荷載等承載原因，致使結構偏剛，甚至於自振週期接近場地土的卓越週期，**反應甚大。如何提高結構，特別是底層柱的延性，尤為關鍵。因此底層柱可採用增設芯柱、加大柱體積配箍率等措施，如某專案底層柱按圖 2 設定芯柱。
3． 4關於場地土類別的劃分
鐵規、建規關於場地土類別的劃分，存在差異。鐵規是以計算深度範圍內的等效剪下波速來劃分，規範規定計算深度取地面或一般沖刷線以下 25m，並不得小於基礎底面以下 10m。而建規是依據計算深度範圍內各層土的等效剪下波速、場地覆蓋層厚度為準來劃分的，且計算深度取覆蓋層厚度和20m 二者的較小值。
在這種情況下，就會存在同樣場地，按照兩規範確定的場地土類別不一樣。不能不說，這是我們規範體系的不匹配，也可以說是兩者的安全儲備不同。如某專案場地按建規判別為ⅱ類，而按鐵規判別為 ш 類。
設計時，偏於安全地，取不利情況 ш類進行**作用計算。
3． 5截面設計
如本文第 1 條，規範規定了需按橋規進行設計的構件。筆者曾就地鐵規範修訂稿［2］建議: 容許應力法雖然概念直觀，但設計繁雜，需計入主力、附力、特殊荷載，並且不同的荷載組合採用不同的容許應力。
現有程式，均需人工組合各工況荷載，計算較為繁雜。對於空間結構可操作性不強。「建-橋結合」的高架站採用建規進行設計，便於操作，也可以達到相應的安全儲備。
更主要的是，前者無法考慮強剪弱彎、強柱弱梁、強節點弱桿件等抗震設計基本概念( 因容許應力如何確定? 規範未予界定) 。
如圖 1 所示結構，若按照建規，抗震設防分類為乙類［5］，屬於框支框架，當設防烈度為 8 度，設計基本**加速度 0． 2g，設計**分組第一組時，需按 9 度採取抗震措施，框架抗震等級為一級，框支框架抗震等級為特一級。按照這些條件，進行截面設計時，與容許應力法比較，需進行如下調整: 1) 材料分項係數，鋼筋約 1． 1，混凝土約 1． 4; 2) 荷載分項係數，永久荷載 1． 2 或 1． 35; 可變荷載 1． 4 或者1． 3; 3) 結構重要性係數 γ0，安全等級為一級時為1． 1; 4) 內力調整係數，以底層柱為例，一級框架結構的底層柱下端截面組合的彎矩設計值，乘以增大係數 1． 5，而柱剪力再按調整後的彎矩基礎上再按照強剪弱彎的原則，再乘以增大係數，一級取 1． 4。
而特一級時柱端彎矩、剪力再增大 20%。
框支柱底層柱下端及與轉換層相連的柱上端的彎矩增大係數取1． 8; 柱端剪力增大係數 ηvc應增大 20%。**作用產生的柱軸力增大係數取 1． 8。
如圖 1 所示，蓋梁為轉換梁，底層柱為框支柱。框支柱彎矩、剪力、軸力的增大係數分別為: 1． 8、3． 02( 1． 8 × 1． 4 × 1． 2 = 3． 02) 、1． 8。
以混凝土強度等級為 c40 的彎曲受壓或偏心受壓構件為例，按照容許應力法，其容許應力為13． 5mpa，其軸心抗壓極限強度為 27mpa，則安全係數為 2。而底層框支柱按照極限概率理論，抗彎、抗壓「安全係數」為 1． 25( 荷載分項係數綜合)× 1． 1( γ0) ×1． 4( 材料分項係數) × 1． 8( 彎矩、軸力增大係數) = 3． 465; 而抗剪「安全係數」則為1． 25 × 1． 1 × 1． 4 × 3． 02 = 5． 8135。
如果是路側站，邊柱落地，不設定框支框架，則抗彎、抗壓「安全係數」為 1． 25 ×1． 1 ×1． 4 ×1． 5 =2． 8875; 而抗剪「安全係數」則為 1． 25 × 1． 1 × 1． 4× 1． 5 × 1． 4 = 4． 0425。
通過簡單的係數比較可知: 極限概率理論中通過荷載分項係數、材料分項係數、一級或特一級內力調整、底層柱內力調整等，可以達到相應的安全儲備( 筆者曾在某設防烈度為 8 度，設計基本**加速度 0． 2g，設計**分組第一組地區，進行過高架站分析、比較，具有相似的結論) ，更主要的是，能考慮強剪弱彎、強柱弱梁、強節點弱桿件等抗震設計基本概念，且按其計算配筋比容許應力法的結果大很多。 而容許應力法則不具備，且應力限值確定，缺乏科學依據。
因此，建議進行這方面的研究，使規範更合理，且便於設計者操作。
注意: 本條所涉及內力調整係數，均按《建築抗震設計規範》( gb50011—2001) ( 2008 年版) 的規定，按照《建築抗震設計規範》( gb50011—2010) ，個別調整係數還要比 2008 年版本增大。
3． 6關於框支框架底層柱中震彈性的必要性
地鐵高架站是屬於重點設防類［5］、100 年設計使用年限的重要性建築。特別是路中高架站，屬於框支框架結構。筆者認為，按中震彈性設計底層柱十分必要，目前國內對這方面沒有明確的規定。
3． 7抗震效能設計
目前地鐵高架站的抗震效能設計，各地、各設計單位或有應用，對於結構安全儲備的掌握力度各有差別，亟待完善、規範。
4結語以上諸多，筆者認為，主要問題是地鐵規範規定了按「橋規」容許應力法進行設計，但該規範體系未納入強剪弱彎、強柱弱梁、強節點弱桿件等抗震設計基本概念; 對於框支柱並未規定比其他柱更強有力的抗震措施; 不同的主力、附力、特殊荷載組合採用不同的容許應力，不便於應運程式計算空間結構，致使設計繁瑣且易犯錯。建議規範增加「建-橋結合」的高架站採用極限概率理論進行設計的相關內容，通過不同構件的不同內力調整，也可以達到相近的安全儲備。
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