摘要：為開(kāi)發(fā)北京地鐵八王墳車(chē)輛段大平臺(tái)上部空間,層間隔震技術(shù)被采用。通過(guò)非線性時(shí)程分析和模擬地震動(dòng)振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn),研究了此層間隔震結(jié)構(gòu)體系的抗震性能。研究結(jié)果表明采用隔震技術(shù)后,結(jié)構(gòu)體系抗震性能得到很大提高,其地震響應(yīng)滿足規(guī)范要求。

　　關(guān)鍵詞：層間隔震；地鐵車(chē)輛段；上部空間開(kāi)發(fā)；大平臺(tái)結(jié)構(gòu)

　　1、前言

　　近年來(lái),隨著大都市土地價(jià)格的不斷增加,人們開(kāi)始尋求提高城市土地的有效利用率方法,其中一個(gè)有效途徑是開(kāi)發(fā)地鐵上部空間。國(guó)內(nèi)外現(xiàn)已出現(xiàn)了一些成功開(kāi)發(fā)地鐵上部空間的工程實(shí)例[1]。作為一種特殊的結(jié)構(gòu)形式,這種工程通常面臨著許多不同于常規(guī)建筑的困難[2]。特別當(dāng)結(jié)構(gòu)處于高烈度地震區(qū)時(shí),其抗震設(shè)計(jì)極為困難。如果按常規(guī)方法進(jìn)行抗震設(shè)計(jì),則極有可能導(dǎo)致原有地鐵系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的抗震承載力的嚴(yán)重不足,而且受地鐵線路及其正常運(yùn)營(yíng)要求的限制,對(duì)地鐵系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固幾乎是不可行的。正在建設(shè)中北京地鐵八王墳車(chē)輛段開(kāi)發(fā)工程就面臨著此難題,為解決這個(gè)工程難題,本文提出在地鐵車(chē)輛段大平臺(tái)上部空間開(kāi)發(fā)時(shí)采用鉛芯橡膠墊隔震技術(shù),將上部建筑結(jié)構(gòu)通過(guò)隔震層與下部大平臺(tái)連接,使得整個(gè)系統(tǒng)實(shí)際成為一種層間隔震結(jié)構(gòu)形式。隔震是一種新型抗震技術(shù),它通過(guò)調(diào)整原有結(jié)構(gòu)體系的自振周期,使其遠(yuǎn)離地震地面運(yùn)動(dòng)的卓越周期,從而顯著的降低結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)。對(duì)于隔震技術(shù),國(guó)內(nèi)外已進(jìn)行了大量的研究[3～6],并已出現(xiàn)了很多工程應(yīng)用,其中一些在地震中表現(xiàn)出了良好的抗震性能[7]。層間隔震作為一種新型隔震形式,因其在已有結(jié)構(gòu)增層加固工程以及一些不宜進(jìn)行采用基礎(chǔ)隔震的特殊結(jié)構(gòu)工程中的特有優(yōu)勢(shì),近年來(lái)逐漸受到了人們的重視[8,9],并且國(guó)內(nèi)現(xiàn)已建造了少量層間隔震結(jié)構(gòu)的房屋。

　　為研究在此工程中采用層間隔震技術(shù)的減震效果,本文對(duì)隔震結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行了非線性時(shí)程分析,隨后又對(duì)1/30比例的結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行了模擬地震動(dòng)振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)研究。理論分析和試驗(yàn)結(jié)果表明隔震結(jié)構(gòu)體系抗震性能良好,完全能夠滿足規(guī)范要求,具有很好的應(yīng)用推廣價(jià)值。

　　2、工程概況

　　正在建設(shè)中的北京地鐵八王墳車(chē)輛段開(kāi)發(fā)工程是為提高土地資源利用率,充分利用地鐵車(chē)輛段上部空間的市級(jí)重點(diǎn)工程。工程位于北京市朝陽(yáng)區(qū)高碑店鄉(xiāng),開(kāi)發(fā)平臺(tái)用地29.4公頃,主體平臺(tái)東西長(zhǎng)1291m,南北寬226m。平臺(tái)為兩層純框架結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)柱網(wǎng)主要為11×7.2(m),柱斷面以1×1(m)為主。平臺(tái)首層層高7.5m,為車(chē)輛段層,提供北京復(fù)八線地鐵車(chē)輛停車(chē)列檢、維修、洗刷保養(yǎng)等服務(wù);平臺(tái)二層層高4.1m,為設(shè)備管道層,平臺(tái)住宅區(qū)的變電所、水泵房、熱力站、機(jī)動(dòng)車(chē)停車(chē)場(chǎng)、各種管理用房和設(shè)備管道設(shè)置在該層。住宅小區(qū)位于距地面約11.6m的2層平臺(tái)上,總建筑面積54.6萬(wàn)m²,是以6層、9層為主的經(jīng)濟(jì)適用住宅小區(qū)。

　　3、工程設(shè)計(jì)特點(diǎn)

　　該工程將功能、性質(zhì)完全不同的地鐵車(chē)輛段和居民住宅小區(qū)結(jié)合在一起,此開(kāi)發(fā)形式在國(guó)內(nèi)尚屬首例,在開(kāi)發(fā)規(guī)模、技術(shù)難度等方面都是少見(jiàn)的。由于下部?jī)蓪哟笃脚_(tái)以地鐵車(chē)輛段為主,受地鐵線路、車(chē)輛限界和功能劃分影響,下部平臺(tái)的柱網(wǎng)、柱斷面受到嚴(yán)格限制。為保證地鐵及時(shí)通車(chē)運(yùn)營(yíng),兩層混凝土平臺(tái)已基本施工完畢,若按常規(guī)抗震設(shè)計(jì),在此大平臺(tái)上建筑9層住宅,將有以下問(wèn)題：

　　①已施工平臺(tái)框架柱抗震能力不足;

　　②上部9層住宅設(shè)計(jì)超限,若單獨(dú)對(duì)9層住宅進(jìn)行抗震加強(qiáng),例如,增加抗震墻或加大柱斷面等,又導(dǎo)致下部平臺(tái)抗震剪力增加,使下部平臺(tái)抗震能力更加不足。所以在不對(duì)下部平臺(tái)柱補(bǔ)強(qiáng)、加固,又不減少上部開(kāi)發(fā)面積的前提下,擬在平臺(tái)9層住宅部分采用層間橡膠隔震技術(shù),以期既提高9層住宅的抗震安全性,同時(shí)改善和降低下部平臺(tái)的地震作用,使其滿足抗震要求。

　　本工程在距地面約11.6m的2層平臺(tái)和9層住宅首層之間設(shè)置鉛芯橡膠墊隔震支座,屬于層間隔震技術(shù)。該項(xiàng)目已申報(bào)國(guó)家高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)項(xiàng)目,相關(guān)的研究課題《超大平臺(tái)結(jié)構(gòu)抗震及車(chē)輛段開(kāi)發(fā)區(qū)減振降噪技術(shù)研究》為北京市科委資助支持的重大科研項(xiàng)目。

　　本文僅以最具代表性小區(qū)為例,進(jìn)行隔震計(jì)算分析和振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)分析研究。該區(qū)位于整個(gè)八王墳大平臺(tái)的11區(qū)北側(cè),三類(lèi)場(chǎng)地,8度設(shè)防,在大平臺(tái)上建筑一幢9層和6層住宅。計(jì)算和試驗(yàn)輸入的地震波采用北京市勘察設(shè)計(jì)研究院和中國(guó)地震局地質(zhì)研究所聯(lián)合提供的地震波,包括1條人工地震波和3條實(shí)際強(qiáng)震記錄(ElCentro、Taft和八戶地震記錄),其中人工波為經(jīng)場(chǎng)地地震安全性評(píng)估得到的場(chǎng)地波。地震波水平加速度峰值為:8度小震取0.07g,8度中震取0.20g,8度大震取0.40g。

　　4、計(jì)算結(jié)果與減震效果分析

　　計(jì)算采用三維空間有限元時(shí)程分析程序SAP2000非線性版。計(jì)算時(shí)考慮非線性變形集中在隔震層,而結(jié)構(gòu)構(gòu)件均保持線彈性階段。

　　計(jì)算結(jié)果分析整理如下：

　　綜合上述表中數(shù)據(jù),9層住宅V隔/V不隔在0.17～0.29之間,小于0.35,可以認(rèn)為水平減震系數(shù)按0.5設(shè)計(jì),大平臺(tái)上9層住宅水平地震作用按降一度即7度設(shè)計(jì);大平臺(tái)V隔/V不隔最大值在0.62～0.79之間,水平地震剪力降低21%～38%,其抗震性能得到改善。