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【摘要】轨道交通桥建合一高架车站的结构设计涉及桥梁及房建结构两个专业，其所采用设计方法及评价标准存在较大差异。而在实际工程的抗震设计中，结构工程师由于专业知识局限，往往顾此失彼。本文以某实际工程为例，对桥建合一高架车站抗震设计中的设计方法和评价标准进行梳理论述，希望能给类似工程的抗震设计提供必要的思路及帮助。
【关键词】高架车站;桥建合一;抗震设计
一、工程概况
某地铁高架车站，为增加站厅层有效高度，降低列车振动激励，采用桥建合一模式建设。主体结构采用预应力混凝土框架结构，车站总长83米，纵向主要柱距12米，横向柱距4.2米，预应力混凝土悬臂梁最大悬挑长度7.95米，根据建设单位提供的《工程场地抗震安全性评价报告》，地震设防烈度为7度，不同概率水准的反应谱参数按地震安评报告采用。
二、抗震设计方法与设防目标
2.1 抗震设计方法
地铁设计规范规定：在桥建合一的结构体系下，支承轨道梁的横梁、与横梁直接相连的竖向构件及其基础、轨道梁均应满足铁路桥涵设计规范的相关规定。车站其它结构构件，均应满足建筑结构设计规范的相关规定。
因此，本工程应满足《铁路工程抗震设计规范》对桥梁构件的要求。同时也应满足《建筑抗震设计规范》的要求。也具体设计方法为：首先采用房建计算软件，进行空间整体模型，按《建筑抗震设计规范》的相关规定进行多遇、罕遇地震计算分析，满足各项要求后，再用采用MidasCivil，对前述桥梁构件进行多遇、罕遇地震工况下的容许应力法校核计算。
2.2 抗震设防目标
2.2.1 《建规》规定的抗震设防目标
1、在多遇地震作用时，结构无损坏;
2、在设防地震作用时，允许轻微损坏;
3、在罕遇地震作用时，无倒塌及危及生命的严重破坏。
2.2.2 《铁规》规定的抗震设防目标
性能I：无损坏，结构构件保持弹性，无需修理;
性能Ⅱ：可能轻微损坏，经过一般修理后，较短时间内便可恢复其正常的使用功能;部分结构构件可进入非弹性工作状态;
性能Ⅲ：允许产生较大破坏，允许结构构件进入弹塑性工作状态。但不应发生倒塌及大面积严重损坏，抢修完成后，即可限速通车;。
《铁路工程抗震设计规》规定的多遇地震为50 年重现期，桥梁达到抗震性能I;设计地震为475 年重现期，桥梁上下部连接构造达到抗震性能II;罕遇地震为2475 年重现期，钢筋混凝土桥墩的桥梁达到抗震性能III。
2.2.3 本工程抗震设防目标
综上所述，本站抗震设防专项设计所需达到的抗震设防目标如下所述：
性能目标1：重现期50年的多遇地震作用时，无损坏。结构构件仍处于弹性阶段;
性能目标2：重现期475年的设防地震作用时，在一般维修处理后，即可继续投入使用。允许发生一般损坏。
性能目标3：重现期2475年的罕遇地震作用时，经过抢修处理后，仍可限速通车。不应出现倒塌等严重破坏，
三、按《建规》进行抗震设计
3.1 抗震計算模型
多遇地震计算模型采用Midas Gen建立，考虑雨棚对结构的刚度影响，利用程序提供的组组尼工具，钢筋混凝土结构与钢结构采用不同的阻尼比。
罕遇地震计算模型也采用Midas Gen建立，为减小计算数据量，保证非线性计算精度，模型中不考虑站台板及雨棚对结构的刚度影响，其重量按永久荷载加载在模型中。
3.2地震动时程选取
地震加速度时程曲线的频谱特性、加速度有效峰值及有效持时均需满足要求，即地震动单要素。本工程共选取三条地震波形，其中一条人工波，两条实测波，特征周期均在0.35s～0.41s之间，经计算，前三周期的反应谱均满足频谱特性要求;有效峰值加速度通过放大系数调整，使其满足建筑抗震设计规范在多遇地震的有效峰值加速度要求;结构第一周期0.623s，按10倍计算，所有波形有效持时均大于6.23s，满足有效持时要求。
四、按《铁规》进行抗震设计
4.1荷载分类及组合
荷载分为主力、附加力及特殊荷载。桥建合一结构体系的车站结构，应考虑主力及一个方向的附加力组合设计工况。
桥梁抗震验算的荷载，应采用地震作用应按结构自重及二期永久荷载组合系数1.0，单线列车竖向静活载组合系数1.0，站厅、站台及站台板下活载组合系数0.5。
4.2抗震计算模型
当利用有限元进行计算分析时，一般主体结构构件可采用梁单元模拟，但跨高比小于2.5时，应采用壳单元模拟。桩基础周采用弹性支撑模拟M值法计算计算分析。本工程计算模型见下图，承台采用厚板单元模拟，以充分考虑承台的联系作用：
图1 Midas Civil计算模型
4.3地震动时程的选取
《铁路工程抗震设计规范》中没有规定地震动时程的确定标准，但可按前述《建筑抗震设计规范》的相关规定取用，不再赘述。
五、抗震设计评价方法
1、在多遇地震作用下（重现期50年），位移角不应大于限值。按《铁路工程抗震设计规范》规定的容许应力法对桥梁构件进行强度及稳定性验算，满足上述要求及认定结构满足抗震设防目标1的要求。
2、在罕遇地震作用下（重现期2475年），可参考《建筑抗震设计规范》第5.5.5 条按1/50位移角限值进行控制。其次，也可根据弹塑性层间位移角对结构损坏状态进行定性评价，即：当结构最大层间位移角介于1.5倍至2倍弹性位移之间时，可定性判断结构为轻微损坏状态。进一步可按Midas中对受压破坏、受拉破坏、受剪破坏等破坏状态，依据现行FEMA标准进行定义，可定量判断结构损坏状态。除此以外，竖向构件的延性比还应小于4.8限值。满足上述条件后，即可认定结构满足抗震设防目标3的要求。
3、对竖向构件及预应力悬臂等关键构件按《建筑抗震设计规范》进行等效弹性算法截面验算，确保其满足前述性能目标。
4、地震作用下，构件塑性铰应率先出现与纵向或横向框架梁梁端。值得指出的是：车站横向即使采用双柱或多柱，其横向跨度一般较小，构件受力特征与桥梁更为相似。因此，在横向为主的罕遇地震作用下，竖向构件仍需按《建筑抗震设计规范》的规定，实现抗剪弹性要求，但弹塑性铰允许首先出现在竖向构件底部或梁柱节点区。
参考文献
[1] 建筑抗震设计规范：GB50011-2010（2016版）[S].北京：中国建筑工业出版社，2016.
[2] 铁路工程抗震设计规范：GB50111-2006 （2009版）[S].北京：中国计划出版社，2009.
【关键词】高架车站;桥建合一;抗震设计
一、工程概况
某地铁高架车站，为增加站厅层有效高度，降低列车振动激励，采用桥建合一模式建设。主体结构采用预应力混凝土框架结构，车站总长83米，纵向主要柱距12米，横向柱距4.2米，预应力混凝土悬臂梁最大悬挑长度7.95米，根据建设单位提供的《工程场地抗震安全性评价报告》，地震设防烈度为7度，不同概率水准的反应谱参数按地震安评报告采用。
二、抗震设计方法与设防目标
2.1 抗震设计方法
地铁设计规范规定：在桥建合一的结构体系下，支承轨道梁的横梁、与横梁直接相连的竖向构件及其基础、轨道梁均应满足铁路桥涵设计规范的相关规定。车站其它结构构件，均应满足建筑结构设计规范的相关规定。
因此，本工程应满足《铁路工程抗震设计规范》对桥梁构件的要求。同时也应满足《建筑抗震设计规范》的要求。也具体设计方法为：首先采用房建计算软件，进行空间整体模型，按《建筑抗震设计规范》的相关规定进行多遇、罕遇地震计算分析，满足各项要求后，再用采用MidasCivil，对前述桥梁构件进行多遇、罕遇地震工况下的容许应力法校核计算。
2.2 抗震设防目标
2.2.1 《建规》规定的抗震设防目标
1、在多遇地震作用时，结构无损坏;
2、在设防地震作用时，允许轻微损坏;
3、在罕遇地震作用时，无倒塌及危及生命的严重破坏。
2.2.2 《铁规》规定的抗震设防目标
性能I：无损坏，结构构件保持弹性，无需修理;
性能Ⅱ：可能轻微损坏，经过一般修理后，较短时间内便可恢复其正常的使用功能;部分结构构件可进入非弹性工作状态;
性能Ⅲ：允许产生较大破坏，允许结构构件进入弹塑性工作状态。但不应发生倒塌及大面积严重损坏，抢修完成后，即可限速通车;。
《铁路工程抗震设计规》规定的多遇地震为50 年重现期，桥梁达到抗震性能I;设计地震为475 年重现期，桥梁上下部连接构造达到抗震性能II;罕遇地震为2475 年重现期，钢筋混凝土桥墩的桥梁达到抗震性能III。
2.2.3 本工程抗震设防目标
综上所述，本站抗震设防专项设计所需达到的抗震设防目标如下所述：
性能目标1：重现期50年的多遇地震作用时，无损坏。结构构件仍处于弹性阶段;
性能目标2：重现期475年的设防地震作用时，在一般维修处理后，即可继续投入使用。允许发生一般损坏。
性能目标3：重现期2475年的罕遇地震作用时，经过抢修处理后，仍可限速通车。不应出现倒塌等严重破坏，
三、按《建规》进行抗震设计
3.1 抗震計算模型
多遇地震计算模型采用Midas Gen建立，考虑雨棚对结构的刚度影响，利用程序提供的组组尼工具，钢筋混凝土结构与钢结构采用不同的阻尼比。
罕遇地震计算模型也采用Midas Gen建立，为减小计算数据量，保证非线性计算精度，模型中不考虑站台板及雨棚对结构的刚度影响，其重量按永久荷载加载在模型中。
3.2地震动时程选取
地震加速度时程曲线的频谱特性、加速度有效峰值及有效持时均需满足要求，即地震动单要素。本工程共选取三条地震波形，其中一条人工波，两条实测波，特征周期均在0.35s～0.41s之间，经计算，前三周期的反应谱均满足频谱特性要求;有效峰值加速度通过放大系数调整，使其满足建筑抗震设计规范在多遇地震的有效峰值加速度要求;结构第一周期0.623s，按10倍计算，所有波形有效持时均大于6.23s，满足有效持时要求。
四、按《铁规》进行抗震设计
4.1荷载分类及组合
荷载分为主力、附加力及特殊荷载。桥建合一结构体系的车站结构，应考虑主力及一个方向的附加力组合设计工况。
桥梁抗震验算的荷载，应采用地震作用应按结构自重及二期永久荷载组合系数1.0，单线列车竖向静活载组合系数1.0，站厅、站台及站台板下活载组合系数0.5。
4.2抗震计算模型
当利用有限元进行计算分析时，一般主体结构构件可采用梁单元模拟，但跨高比小于2.5时，应采用壳单元模拟。桩基础周采用弹性支撑模拟M值法计算计算分析。本工程计算模型见下图，承台采用厚板单元模拟，以充分考虑承台的联系作用：
图1 Midas Civil计算模型
4.3地震动时程的选取
《铁路工程抗震设计规范》中没有规定地震动时程的确定标准，但可按前述《建筑抗震设计规范》的相关规定取用，不再赘述。
五、抗震设计评价方法
1、在多遇地震作用下（重现期50年），位移角不应大于限值。按《铁路工程抗震设计规范》规定的容许应力法对桥梁构件进行强度及稳定性验算，满足上述要求及认定结构满足抗震设防目标1的要求。
2、在罕遇地震作用下（重现期2475年），可参考《建筑抗震设计规范》第5.5.5 条按1/50位移角限值进行控制。其次，也可根据弹塑性层间位移角对结构损坏状态进行定性评价，即：当结构最大层间位移角介于1.5倍至2倍弹性位移之间时，可定性判断结构为轻微损坏状态。进一步可按Midas中对受压破坏、受拉破坏、受剪破坏等破坏状态，依据现行FEMA标准进行定义，可定量判断结构损坏状态。除此以外，竖向构件的延性比还应小于4.8限值。满足上述条件后，即可认定结构满足抗震设防目标3的要求。
3、对竖向构件及预应力悬臂等关键构件按《建筑抗震设计规范》进行等效弹性算法截面验算，确保其满足前述性能目标。
4、地震作用下，构件塑性铰应率先出现与纵向或横向框架梁梁端。值得指出的是：车站横向即使采用双柱或多柱，其横向跨度一般较小，构件受力特征与桥梁更为相似。因此，在横向为主的罕遇地震作用下，竖向构件仍需按《建筑抗震设计规范》的规定，实现抗剪弹性要求，但弹塑性铰允许首先出现在竖向构件底部或梁柱节点区。
参考文献
[1] 建筑抗震设计规范：GB50011-2010（2016版）[S].北京：中国建筑工业出版社，2016.
[2] 铁路工程抗震设计规范：GB50111-2006 （2009版）[S].北京：中国计划出版社，2009.