摘 要

随着我国城市轨道交通的进一步发展，局限于有限的城市土体资源，地铁车辆段及其上盖物业开发的模式得到了青睐，并发展迅速。但由于车辆段盖下需考虑线路等因素，易导致盖下柱网和盖上结构的柱网不一致、大底盘多塔楼等问题，故盖上结构一般为超限结构，必须按照相关规范要求，对盖上超限结构进行抗震计算分析。

论文以宁波轨道交通某车辆段上盖超限结构为研究对象，在介绍其结构体系、设计参数的基础上，对超限情况进行了详细的归类，明确了超限项目；然后根据工程特点，建立了相应的计算分析模型，使上部结构柱能落到下部转换层轴网上，节点传力可靠；最后采用基于性能目标的抗震设计方法，运用多软件对结构及重要构件进行了小震弹性分析、小震弹性时程分析、中震等效弹性分析、中震和大震不屈服验算。计算分析结果表明：（1）第一、二阶振型分别以X和Y向的平动为主，第三振型以扭转为主，扭转周期比小于0.85，结构在多遇地震作用下能够达到性能水准1的要求；（2）时程分析结果表明规范所用振型分解反应谱法具有可靠性；（3）结构在中震、大震下层间位移角未超过规范限值，关键构件框架柱满足受剪不屈服目标。总体而言，该工程结构体系满足预设的性能目标，但结构方案有不够合理的地方，提出以下加强措施：（1）大震下角部剪力值逼近抗剪承载力，建议使用型钢混凝土柱，增大结构整体刚度与承载力；（2）结构主要振型周期与规范谱地震动卓越周期相近，应采取隔震等方式延长周期。论文研究方法和技术方案可供类似工程参考借鉴。

关键词： 地铁车辆段；上盖物业；超限设计；性能设计

Abstract

With the further development of urban rail transit and limitation of urban soil resources in China, subway depot and its cover property development model has been favored and developed rapidly. But considering the subway line and other factors, it is easy to lead to inconsistent between the columns on and under the cover, large chassis with multi-towers and other issues, so the structure is generally overrun structure and must carried out the seismic analysis in accordance with the relevant codes.

Based on the introduction of the structural system and design parameters of a car depot in Ningbo, this paper makes a detailed classification of the overrun situation and clarifies the overrun project. Then, according to the characteristics of the project, the corresponding calculation and analysis model is established, so that the upper structure column can fall on the lower onversion layer axis network. Finally, based on the performance seismic design method, the use of multi-software structure making important components of the small earthquake analysis, small earthquake elastic time history analysis, mid-earthquake equivalent elasticity analysis, mid-earthquakes and large earthquakes without yield to be checked. The results show that: (1) The first and second modes are mainly tilted in X and Y directions, the third modes are mainly twisted, and the torsional period is less than 0.85. The structure can reach Standard One. (2) The results of the time-history analysis show that the vibration spectrum of the model is reliable. (3) The drift angle between layers is not higher than the specification limit in the middle and large earthquakes, and the key components can satisfy the shear non-yield target. In general, the engineering structure system can meet the default performance objectives, but the structural program is not reasonable enough to put forward the following measures to strengthen: (1) The shear force of columns on the corner are near the shear bearing capacity, the proposed use of steel reinforced concrete column may increase the overall structural stiffness and bearing capacity; (2) the structure of the main mode cycle and standard spectrum of vibration cycle are similar, so some method like isolation should be taken to extend the cycle. The research methods and technical solutions of the paper can provide reference for similar engineering design.

Key words: Car depot; upper property; exceeding code limit design; performance-based design

目 录

第1章 绪论 6

1.1 引言 6

1.2 国内外研究现状 6

1.2.1 地铁上盖物业 6

1.2.2 基于性能的抗震设计 7

1.3研究内容 8

第2章 工程概况 10

2.1 项目概况 10

2.2 结构超限判别 13

2.3 抗震性能水准确定 15

第3章 小震计算分析 16

3.1小震弹性计算及对比分析 16

3.1.1 计算软件和计算模型 16

3.1.2 弹性分析计算结果 17

3.1.3 小震弹性分析小结 25

3.2 小震弹性时程计算分析 25

3.2.1 地震波选用 25

3.2.2 时程分析与反应谱法结果对比 30

3.2.3 小震弹性时程分析小结 33

第4章 中震等效弹性和大震等效弹性计算分析 35

4.1 中震分析 35

4.1.1中震等效弹性计算 35

4.1.2中震不屈服计算 38

4.1.3中震验算结论 41

4.2 大震分析 42

4.2.1大震不屈服计算 42

4.2.2大震验算结论 43

第5章 结论与展望 44

5.1 主要结论 44

5.2 后续研究工作 44

致谢 46

参考文献 47

第1章 绪论

1.1 引言

综合利用土地，提高土地利用率，是当前城市面临土地资源日益紧缺所必须攻克的重要难题之一。随着我国城市轨道交通的进一步发展，地铁车辆段及其上盖物业开发的模式得到了青睐，并发展迅速。合理利用地铁车辆段上部空间，一方面可以充分利用地铁车辆段及其上部空间进行办公、商业、学校、社会保障性住宅等配套设施的多层次开发建设，另一方面可充分利用地铁物业开发价值，弥补地铁建设、运营的资金缺口，使地铁建设能够自己盘活。但由于车辆段盖下需考虑线路等因素，导致盖下柱网和盖上结构的柱网不一致，上部楼层的竖向构件不能直接连续贯通落地，需要水平转换构件即转换层进行结构转换。这将导致地铁车辆段竖向构件刚度远大于上部结构竖向构件刚度，造成刚度突变，极大地影响了整体结构的抗震性能。因此，盖上结构一般为超限结构，应按照相关规范要求，对盖上超限结构进行抗震设计。

1.2 国内外研究现状

1.2.1 地铁上盖物业

“地铁上盖物业”概念来源于香港，起初是一种商业经营模式。而随着城市土地资源日益短缺和地铁的不断发展，很多商业区和居住区与地铁紧密地结合在一起，成为地铁上盖建筑的综合建筑体，“地铁上盖物业”也逐渐成为了地铁沿线500m范围内的房地产、商业开发、公共设施等多个相联结的物业统称^{[1, 2]}。对地铁车辆段、地铁车站及周边地下空间和上部空间进行综合物业开发主要有两个优点：一是可以获得很多城市建筑用地，缓解土地资源紧张和交通压力，提高城市土地利用率；二是可以充分发挥物业开发的商业价值，带动地铁盈利，补贴地铁建设^[3]。据不完全统计，目前我国大陆已有北京、上海、天津、成都、杭州、长沙、南京、武汉、宁波、西安等多个城市开展地铁车辆段上盖物业的规划和实施^{[2, 4-7]}。

然而，地铁上盖物业不断发展也不可避免地给结构设计带来了许多问题^{[8, 9]}：1、由于地铁车辆段与上盖物业侧重点不同，国内地铁车辆段的设计单位与上盖物业开发的设计单位通常不是同一家，存在设计界面接口的问题，接口重新施工难以保证质量；2、由于车辆段盖下需考虑线路等因素，导致盖下柱网和盖上结构的柱网不一致，上盖物业多为小开间轴线布置的住宅或办公楼，盖下一般是设有较大柱网尺寸的地下空间，如停车场、停车列检库等，上部楼层的竖向抗侧力构件不能直接连续贯通落地，需要水平转换构件或转换层进行结构转换，使得地铁车辆段竖向构件刚度远大于上部结构竖向构件刚度，造成刚度突变与层刚度偏小等问题，导致结构产生明显的薄弱层，对抗震极为不利，比如层间位移过大；3、从功能要求角度出发，考虑到上盖物业防水困难，上盖物业要求尽量少的设缝，将会导致大底盘多塔楼结构或大底盘与上盖结构的塔楼偏置问题，可能会导致结构在地震作用下发生较大扭转效应，影响结构安全。总之，上盖物业结构往往存在不同程度的超限问题，其地震反应的研究已成为结构设计关注点。