地铁车辆段上盖开发隔震结构设计方法与流程

本发明涉及土木工程减隔震的，尤其涉及一种地铁车辆段上盖开发隔震结构设计方法。

背景技术：

1、车辆段上盖开发一般是集地铁、公交、居住、商业、办公等的多功能综合体，能提高土地利用率，增加收益。车辆段盖上开发的主要特点是盖下为工业建筑，盖上为民用或公共建筑，上下两部分结构因使用功能不同而选择不同的结构形式。而在高烈度区域，隔震结构越来越成为地铁车辆段上盖开发的选择。

2、目前，地铁车辆段上盖开发隔震结构的隔震层较多布置在上部单塔结构底部，大底盘二层顶部，但是从实际设计中可以看到，尚存以下3点问题：一是由于上部结构在轨行区范围内的竖向构件无法落地，导致上部结构与下部结构刚度不同，为满足嵌固刚度比要求，需在大底盘首、二层布置大量剪力墙，增加造价；二是由于增设了大量剪力墙，结构整体刚度增大、质量增大，从而地震作用增大；三是车辆段大底盘首层、二层层高差异较大，上下刚度相差较大，容易同时在大底盘首层形成薄弱层及软弱层。因此，需提出一种具有结构形式合理、抗震性能好等优点的同时尽可能降低造价的新型地铁车辆段上盖开发隔震结构设计方法。

3、为此，本发明的设计者有鉴于上述缺陷，通过潜心研究和设计，综合长期多年从事相关产业的经验和成果，研究设计出一种地铁车辆段上盖开发隔震结构设计方法，以克服上述缺陷。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种地铁车辆段上盖开发隔震结构设计方法，能克服上述缺陷，其结构形式合理、抗震性能好，还能有效节约成本、降低造价。

2、为实现上述目的，本发明公开了一种地铁车辆段上盖开发隔震结构设计方法，其特征在于包含如下步骤：

3、步骤s1.确定隔震层位置；根据建筑使用功能与上部结构和下部底盘的竖向构件尺寸与布置，确定合理的隔震层位置；

4、步骤s2.明确减震目标和设防标准；根据工程情况和已有经验确定采用隔震设计后的减震目标，确定目标水平向减震系数，并明确结构的设防标准；

5、步骤s3.上部结构布置；根据确定的减震目标，结合建筑布置以及隔震层位置，按照隔震层中的上支墩底部铰接模型确定上部结构，通过调整模型，使上部结构满足相应减震目标与设防标准，确定需要布置水平隔震结构节点的数量和位置；

6、步骤s4.根据支座反力进行隔震层结构布置；计算非隔震模型静力工况，确定在静力作用下，待布置水平隔震结构节点位置处的竖向反力；根据竖向反力确定隔震支座的参数；

7、步骤s5.计算水平向减震系数；上部结构带隔震层结构和底盘分析，并按照设防地震计算隔震与非隔震模型，确定水平向减震系数，若水平向减震系数不满足要求，通过调整隔震支座使之满足；

8、步骤s6.隔震层上部结构设计；根据减震系数确定减震之后的地震影响系数最大值，建立非隔震模型，考虑水平向减震系数进行隔震层上部结构多遇地震下的承载力验算；

9、步骤s7.隔震层结构设计；验算支座在重力荷载代表值下的最大压应力，验算支座在罕遇地震作用下的拉应力、压应力及最大位移；对隔震层支墩、支柱及相连构件，采用隔震结构罕遇地震下隔震支座底部的竖向力、水平力和力矩进行承载力验算；

10、步骤s8.隔震层下部结构设计，隔震层以下的结构进行嵌固刚度比验算并按照中震或大震进行正截面设计，按照罕遇地震进行斜截面设计；

11、步骤s9.结构整体计算；对隔震模型进行多遇地震作用下整体内力、位移计算分析；对隔震模型进行大震弹塑性时程验算分析。

12、其中：步骤s1中根据建筑使用功能与上部的住宅和下部大底盘的竖向支撑结构的尺寸与布置，确定隔震层位置为大底盘首层的顶部，直接在上部结构首层剪力墙的下端设置二层顶楼板与上部转换结构，上部转换结构与隔震层直接连接；隔震层由上支墩、隔震支座和下支墩组成，下部转换结构位于大底盘首层的顶部；首层顶梁支撑在首层竖向柱与首层剪力墙上。

13、其中：步骤s2中根据《建筑抗震设计规范》12.2.5及条文说明，结合工程情况和已有经验，在隔震设计中将目标水平向减震系数控制在0.30～0.40之间，实现上部住宅抗震设防烈度减一度的设计目标。

14、其中：步骤s3中结合建筑布置、隔震层位置以及下部结构的柱网位置，对上部结构进行合理布置，布置隔震层的上支墩时，没有墙的位置不布置隔震上支墩，在有墙的地方间隔布置隔震层的上支墩；各排上支墩间距均匀；确定好隔震层的上支墩位置后，将隔震层的上支墩底部铰接，且通过建模使上部结构满足相应减震目标与设防标准，确定合理的隔震层具体布置位置。

15、其中：步骤s4中通过盈建科对非隔震模型进行静力工况计算，计算得到待布置隔震层的上支墩的底部竖向反力；根据竖向反力除以《建筑抗震设计规范》12.2.3规定的竖向压力限值确定隔震支座的最小面积。

16、其中：将刚度较大、受拉强度较大隔震支座布置在结构的周边，采用铅芯隔震支座布置在结构的周边，将刚度较小的隔震支座布置在中心位置，采用天然橡胶支座。

17、其中：步骤s5中通过盈建科将非隔震模型下部铰接取消，并建立隔震层以及相关范围的大底盘模型，将模型定义为隔震模型。

18、其中：取非隔震模型的前三周期和隔震模型的上部结构的前三周期以及大底盘振动质量参与系数最大的前三周期进行选波，由于非隔震模型无大底盘，因此大底盘周期与隔震模型的大底盘周期取相同数值，按照《建筑抗震设计规范》5.1.2及条文说明提供的方法，选择5条天然波+2条人工波进行时程分析，结果取平均值，对比非隔震模型与隔震模型隔震支座以上各层剪力和倾覆力矩，二者比值即为水平向减震系数。

19、其中：水平向减震系数处于0.3～0.4则满足要求，若水平向减震系数小于0.30，说明铅芯隔震支座布置偏少，屈强比偏小，水平地震削弱太多，为了上部框支住宅不计算竖向地震，需要增加铅芯隔震支座；若水平向减震系数大于0.40，说明铅芯隔震支座布置偏多，屈强比偏大，减震效果差，需要减少铅芯隔震支座，通过调整隔震支座布置使之满足。

20、通过上述内容可知，本发明的地铁车辆段上盖开发隔震结构设计方法具有如下效果：

21、1.采用隔震结构的设置用于减小地铁车辆段上盖开发结构的地震响应，同时下部结构也因上部结构地震响应的降低，其受力状况得到改善，下部框架柱的截面可以得到有效控制，整个结构体系的抗震性能得到显著提高，保证了结构的安全性和可靠性。将隔震层下移到首层顶并将上部结构与其投影范围之外的大底盘二层结构设缝脱开后，只需在大底盘首层布置剪力墙即可满足嵌固刚度比要求，二层原剪力墙可全部取消；同时，降低上部结构与投影范围之外二层结构的相互影响，有效控制了范围之外二层框架柱的截面；上部结构投影范围之内二层结构减少一层顶楼板；二层质量有可观降低，进一步降低了地震响应，改善了整体受力状况，有效控制了首层框架柱的截面，大大节约了造价；另一方面，隔震层下方只有大底盘首层，有效的降低了薄弱层与软弱层出现的可能；同时，增大了上部结构首层层高，上部结构首层布置更为灵活。

22、2.根据合理的上部结构形式布置上支墩(支座)的位置，使隔震支座位置与受力尽量均匀，便于后续隔震模型的调整与隔震支座的选择；通过转换结构布置适当放大隔震层范围，使隔震层范围与首层柱网上下对应，可减少支座转换，通过给上部结构“加靴”，增强其抗倾覆能力。

23、3.有效地改善了结构扭转造成边缘变形较大的影响，便于抵抗边缘支座可能出现的拉力，铅芯支座与天然橡胶支座两者混用，能够提高隔震的效率并保证经济性。

24、4.对隔震结构进行整体计算，通过罕遇地震下的弹塑性时程分析获得支座的最大变形和应力，以及上部结构的变形情况和损伤情况，调整支座选型和布置，使得结构满足已确定的减震目标和有关标准规范要求，进一步提高了设计出来的建筑物的稳固性，通过隔震结构进行优化设计，使得隔震结构进一步满足相应要求，提高隔震的效率并保证经济性。

25、本发明的详细内容可通过后述的说明及所附图而得到。