某鐵路客站主站房大跨度混合結構抗震性能分析

段熙賓

摘 要：新建鐵路站房較多采用混凝土框架加折線形鋼網架屋蓋的混合結構體系，結合某新建的大跨度站房，采用SAP2000軟件對混凝土框架加鋼網架屋蓋的結構進行動力分析，利用反應譜分析和時程分析方法研究了此混合結構的抗震性能，兩種方法的計算結果基本一致。研究表明該結構體系合理，抗震性能良好，研究結果可為其他鐵路站房的設計提供參考。

關鍵詞：鐵路客站 混合結構 動力分析 抗震性能

中圖分類號：TU352.11 文獻標識碼：A 文章編號：1007-3973（2013）005-011-04

1 引言

近年來，我國鐵路進入一個快速高量的建設期，按照國家計劃，到目前為止，全國待建火車站還有800余座，其中大部分為中小型站房。我國中小型鐵路客站無論是在設計理論上還是在實際建設經驗上起步比較晚，都還處于初級階段。所以，有必要對中小型站房結構設計進行研究。結合實際工程，對某中型鐵路客站主站房結構抗震性能進行研究，可為其他類似工程提供參考。

2 工程概況

2.1 荷載信息

根據(jù)《建筑結構荷載規(guī)范》的規(guī)定，以及設計圖紙相關說明取值如下：

上弦活荷載：標準值取為0.5kN/m2。

雪荷載：計算取基本雪壓為0.15kN/m2。

地震作用：本工程所在地區(qū)的地震基本烈度為7度，抗震設防烈度7度，設計基本地震加速度為0.10g，設計地震分組為第二組，反應譜特征周期0.40s，建筑場地土類別Ⅱ類。

3 自振特性分析

整理分析以上結果可以看出：

（1）結構第一階振型周期為0.876s，主振型模態(tài)為Y方向平動，無扭轉；第二階振型為X方向平動振型，略帶扭轉效應；第三階振型為扭轉振型，略帶X方向的平動。同時結構質量參與主要在低階振型，高階振型影響較小，結構整體剛度較均勻，基本對稱，沒有出現(xiàn)特別明顯的剛度分布較弱的地方。

（2）結構UX、UY向質量參與比分別累加至前九十二階振型才達到90%以上，這是由于下部混凝土框架結構二層樓板站臺入口部分大面積開洞，使得這些部位的局部振動極易被激發(fā)，導致只有局部的構件參與其中，其參與的質量也只能是與這些構件有關的質量。UZ方向平動質量參與系數(shù)，前幾階振型幾乎都是零，結構在第四和第六周期出現(xiàn)豎向振動，但質量參與系數(shù)較小，說明UZ方向的動力效應對整體結構影響較小。

4 結構反應譜分析

采用SAP2000計算程序對該空間結構進行多遇地震作用下的抗震性能計算。分析時分別采用振型分解反應譜法和彈性時程分析法進行。

采用振型分解反應譜法進行計算，僅考慮單向的地震輸入和雙向的水平地震輸入。整理得到的結構最大基底反力，最大軸力，最大位移見表2，表3和表4。

由表2～表4可以看出：單向地震作用僅對地震輸入方向下的結構地震響應影響較大，而水平雙向地震作用對結構雙向地震響應影響均較大。具體而言：水平雙向地震作用下結構基底反力，比主方向單向地震作用下略大，最大相差1.9%；水平雙向地震作用下結構最大位移，與主方向單向地震作用下位移基本相同；水平雙向地震作用下屋蓋結構構件的最大軸力，比主方向單向地震作用下約提高15%左右。

5 結構時程分析

充分考慮地震波三要素頻譜、持時和峰值，選出與場地特征值周期及結構自振周期相適應的兩組強震地震波及一組人工波進行計算分析。本次分析所選取地震波為：1940年美國EL-Centro（簡寫EL），峰值加速度為341.4cm/s2；1976年唐山大地震記錄（簡寫TS），峰值加速度為55.49cm/s2；人工數(shù)據(jù)模擬地震波（簡寫RGB），峰值加速度為343.35cm/s2。為了保證多條時程曲線的平均地震影響系數(shù)與振型分解反應譜法所采取的地震影響系數(shù)曲線在統(tǒng)計意義相符，應根據(jù)《建筑抗震設計規(guī)范》的要求進行調幅，所選地震波周期持時滿足結構基本周期5～10倍的要求。

三組地震波中，EL波單向和多向作用下結構產生的基底剪力均最大，X向和Y向單獨輸入時基底剪力均大于反應譜結果，與反應譜法計算結果的比值分別是105.4%和121.1%；雙向水平輸入時基底剪力也均大于反應譜結果，與反應譜法計算結果的比值分別是104.6%和124.0%。這滿足規(guī)范的相關要求。

三組地震波中，RGB波作用下結構產生的位移變形最大，最大正位移X向為13.36mm，Y向為15.65mm，Z向為7.63mm，分別是反應譜法計算結果的91.2%、70.4%、148.4%。單向地震作用下時程分析結構各向位移峰值的平均值均小于單向反應譜分析所得的位移值。整體上各條地震波計算的最大位移和振型反應譜計算的最大位移值還是比較接近，兩者變化規(guī)律基本相同。

三組地震波中，TS波作用下結構產生的軸力最大，最大軸力分別為90.88kN、-88.15kN，分別是反應譜法計算結果的173.1%、42.4%。由于每組地震波的特殊性以及結構響應的不同，時程分析法中EL-Centro波、TS波及人工波計算的結果不盡相同，在設計中應注意合理選用分析結果。

總體上時程分析和振型反應譜分析的各項計算結果都比較接近，而時程分析方法更貼近現(xiàn)實情況，故應按照時程分析的結果對結構構件校核，確保地震作用下構件滿足承載力要求。

6 結論

以某鐵路客站主站房屋蓋結構為研究對象，采用SAP2000有限元軟件對抗震性能進行研究，并得到相關結論。

對屋蓋結構進行動力模態(tài)分析，發(fā)現(xiàn)主振型模態(tài)為Y方向平動，沒有出現(xiàn)明顯的平扭耦聯(lián)效應，整體剛度較均勻，基本對稱，沒有出現(xiàn)特別明顯的剛度分布較弱的地方。

對屋蓋結構進行抗震分析，發(fā)現(xiàn)時程分析和振型反應譜分析的各項計算結果都比較接近，該站房結構豎向剛度大，空間整體性良好。

本文分析方法，對其他鐵路站房的結構分析，有參考意義。

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