3.2 城市轨道交通枢纽结构的设计原则和设计标准

3.2 城市轨道交通枢纽结构的设计原则和设计标准

1.城市轨道交通枢纽结构的设计原则

通过换乘,城市轨道交通与地面公交以及其他交通工具之间可以实现客运系统的一体化,提高城市轨道交通的运营效率。因此,在枢纽结构设计中,需要在科学的设计理念指导下提出设计原则,遵循这些原则去开展设计。

(1)整体协调原则。

一个理想的多功能枢纽不仅是乘客交换线路或方式的场所,而且是吸引大量人流的活动中心。因此,枢纽应充分整合交通功能和社会活动功能,不仅需要完善的组织结构,而且需要相互衔接、充分协调,加强各种功能的融合性。

(2)连贯性原则。

枢纽是解决网络整体运行效率的关键节点,在进行枢纽结构设计时,应尽可能让旅客在多条线路或方式转换过程中保持交通的连贯性。这要求设计空间紧凑,同种交通方式原地换乘,不同交通方式垂直换乘、人流平面移动。在条件允许的情况下,尽可能减少乘客因换乘而增加的旅行时间。

(3)一体化原则。

枢纽要充分考虑与其他交通方式的衔接。城市轨道交通客流通过地面公交方式集散的比例较大,步行与公交集散客流的比重占大部分。在进行枢纽结构设计时,应尽可能缩短城市轨道交通站点与公交站点的距离,整体公共交通的衔接组织强调自上而下的疏散和自下而上的聚集。在外围城市轨道交通站点应布设“P+R”设施,方便小汽车与城市轨道交通换乘;在枢纽周边设立自行车停车设施和出租车停靠设施,方便自行车、出租车与城市轨道交通换乘。

(4)集约性原则。

多种运输客流的集散与换乘应由平面布置转变为立体布局,建筑结构多层化,建筑空间向垂直发展,地下与地面相结合,这样的设计不但能节省占地面积,同时也为乘客的换乘提供便利,并减少枢纽对周围交通的影响。

(5)人性化原则。

枢纽是人流最为集中的场所,应该提供一切便于人们使用的设施。例如,在换乘途中提供醒目的导向装置,提供良好的问询服务,考虑残疾人、老人、小孩等群体的出行方便,减少其换乘过程中的障碍,实现高水平的票务统一体系等。

2.城市轨道交通枢纽结构的设计标准

城市轨道交通枢纽结构一般分为上盖、盖下结构。下面主要从基本设计规定、荷载与作用、非隔震结构抗震设计和隔震结构抗震设计4个方面来阐述城市轨道交通枢纽结构的设计标准。

1)基本设计规定

(1)一般规定。

①城市轨道交通上盖结构设计应符合现行建筑结构设计标准的相关规定,盖下结构设计尚应符合现行城市轨道交通结构设计标准的相关规定。

②上盖结构与盖下结构应进行一体化设计,进行整体建模分析和施工模拟分析。

③上盖结构宜与盖下结构同期建设。不能同期建设时,应考虑分期施工的荷载影响,盖下结构设计应按照盖下结构先期施工和上盖结构后续获取的各种工况进行包络设计,同时应做好盖下结构监测部分和上盖结构预留部分的保护工作

④城市轨道交通上盖结构安全等级应符合下列规定:上盖结构安全等级应符合现行国家标准规定,盖下结构单元安全等级不应低于对应上盖结构;除另有规定外,车辆基地盖下结构含控制中心、变电所、通信信号用房的结构单元安全等级为一级,其余结构安全等级为二级;车站结构关联范围安全等级为一级。

⑤城市轨道交通上盖结构设计使用年限应符合下列规定:上盖结构使用年限应符合现行国家标准规定,盖下结构单元设计使用年限不应低于对应上盖结构;车辆基地及盖板设计使用年限为50年,含控制中心的结构单元设计使用年限为100年;车站结构关联范围设计使用年限为100年;盖下结构的耐久性设计应满足设计使用年限100年的要求。

⑥盖下结构的防火及耐久性设计应同时符合现行建筑结构设计标准及城市轨道交通结构相关标准的规定。上盖结构的防火及耐久性设计应符合现行建筑结构设计标准的规定。

⑦结构体系应根据抗震设防类别、结构安全等级、抗震设防烈度、轨道交通工艺要求、建筑高度、场地及施工条件等因素确定。上盖结构与盖下结构应统筹考虑,满足城市轨道交通的运营和维护保养需求。

⑧盖下结构宜采用钢筋混凝土框架或框架-剪力墙结构体系,上盖结构可采用钢筋混凝土框架、剪力墙、框架-剪力墙、钢框架、钢框架-支撑等结构体系。

⑨上盖结构宜采用隔震和消能减震技术

⑩直接承受列车荷载的构件应进行疲劳验算。

(2)结构布置。

①车辆基地盖下结构布置应符合下列规定:车辆基地盖下结构布置宜与线路正交,两主轴方向动力特性宜相近,上盖结构宜与盖下结构正交布置;车辆基地盖下结构应结合上盖结构开发建筑功能及确定结构形式,垂直于轨道方向的柱宜按两线一跨布置。咽喉区柱网布置应满足轨道交通相关要求。盖下结构设置剪力墙时,不应影响车辆基地的正常使用;车辆基地上盖结构与盖下结构的竖向构件宜连续贯通;当上部竖向构件无法贯通落地时,可设置转换层进行转换;高架车辆基地的试车线结构宜与其他盖下结构设缝分离,其上部不宜设置上盖开发建筑。

②车站盖下结构布置应符合下列规定:车站结构关联范围的结构设计应同时符合现行城市轨道交通结构设计和建筑结构设计标准的相关规定;车站结构关联范围外的结构设计应符合现行建筑结构设计标准的相关规定;车站上盖结构与盖下结构的竖向构件宜连续贯通,减少转换;地下车站主体结构内不宜设置变形缝;高架车站盖下结构设缝应满足城市轨道交通工艺和建筑布置等要求。

③上盖结构布置宜符合下列规定:高层建筑宜选用有利于抗风的形体;上盖结构单个塔楼长宽比宜控制在4.0以下。

④城市轨道交通上盖非隔震与隔震结构的最大适用高度应符合下列规定,超过表内高度的房屋,应进行专门研究和论证,采取有效的加强措施。

a.当转换层(隔震层)以上结构为钢筋混凝土结构时,应符合表3.1规定。

表3.1 转换层以上钢筋混凝土结构适用的最大高度(单位:m)

注:房屋高度指室外地面到主要屋面板板顶的高度(不包括局部突出屋顶部分);②*表示该高度仅用于上盖结构采用隔震技术时。

b.当转换层以上结构为钢结构时,应符合表3.2规定。

表3.2 转换层以上钢结构适用的最大高度(单位:m)

续表

注:房屋高度指室外地面到主要屋面板板顶的高度(不包括局部突出屋顶部分);②表中结构类型指上盖钢结构的结构类型。

c.对全框支剪力墙结构,应进行超限设计审查,其最大高度尚不宜大于表3.3的要求。

表3.3 转换层以上全框支剪力墙结构适用的最大高度(单位:m)

注:房屋高度指室外地面到主要屋面板板顶的高度(不包括局部突出屋顶部分)。

d.当转换层以上结构为除表3.1~表3.3以外的结构类型时,应进行专门的研究和论证,以确定结构适用的最大高度。

⑤城市轨道交通上盖结构规则性应满足《建筑抗震设计规范(2016年版)》(GB 50011—2010)的相关规定。

⑥转换层布置应符合下列规定:转换层结构应有足够的刚度、强度和整体性,转换层平面形状宜简单、规则、对称,质量、刚度和承载力分布宜均匀;转换层结构布置宜传力路径直接,不宜采用多次转换的形式。对于高层建筑结构,转换构件宜采用转换梁、桁架、空腹桁架、斜撑、箱形转换结构、厚板等形式;设置转换层的位置不宜超过3层;转换层及其以下结构的转换柱宜采用型钢混凝土柱等具有较好延性的构件形式。

⑦应结合车辆段功能分区、上盖开发建筑布置、结构的规则性等原则,通过设置结构缝合理划分结构单元,且宜减少结构缝的数量。结构缝缝宽应满足《建筑抗震设计规范(2016年版)》(GB 50011—2010)的规定。

⑧超长结构应进行温度应力分析,并采取相应的措施减小温度应力及混凝土收缩应力的影响。

⑨基础布置宜符合下列规定:基础应采用整体性好、可减小不均匀沉降的基础形式,满足地基承载力和容许变形的要求;盖下结构宜采取措施控制上盖单体荷载差异引起的不均匀沉降;高层建筑不能设置地下室时,应验算基础水平承载力及抗滑移、抗倾覆稳定性。

(3)分期实施与预留。

①盖下结构的净空尺寸除应满足轨交限界、工艺、建筑设计、施工工艺等要求外,还应考虑施工误差、测量误差、结构变形及后期沉降的影响。

②盖下结构设计应根据工程筹划,进行施工工况验算。当上盖结构施工晚于城市轨道交通开通运营时,尚应验算上盖结构施工及使用工况,控制后期沉降影响。

③上盖结构与盖下结构分期建设时,应在盖下结构施工时预留上盖相关构件的钢筋、型钢及预埋件等,并提出有针对性的保护措施。

④板地结构缝宜采用梁板对挑形式,避免双柱贴缝。

(4)材料。

①城市轨道交通上盖结构采用的材料应符合《混凝土结构耐久性设计标准》(GB/T 50476—2019)及《钢结构设计标准》(GB 50017—2017)的规定,地下结构部分的材料还应符合《地下工程防水技术规范》(GB 50108—2008)的规定。

②承受列车荷载的构件以及车站结构关联范围内的构件,采用的材料应当符合城市轨道交通结构相关国家和地方标准的规定。

③结构位于腐蚀性环境时,采用的材料应符合《工业建筑防腐蚀设计标准》(GB/T 50046—2018)的规定。

2)荷载与作用

(1)一般规定。

①城市轨道交通上盖结构设计荷载应满足《建筑结构荷载规范》(GB 50009—2012)及《地铁设计规范》(GB 50157—2013)的规定。

②结构设计时应根据上盖、盖下结构施工和投入使用的实际情况,针对不同阶段、不同工况确定荷载取值及荷载组合。

③上盖结构传至车站结构关联范围的荷载和地震作用应按100年设计使用年限取值。车站结构关联范围的设计荷载组合应符合《地铁设计规范》(GB 50157—2013)的规定。

(2)城市轨道交通荷载。

①城市轨道交通工艺生产用房、设备用房楼面均布活荷载及设备荷载标准值及其组合值系数、频遇值系数和准永久值系数应根据工艺要求、设备参数、设备权属专业要求取值。工艺生产用房均布活荷载的组合值系数和频遇值系数不应低于0.7,准永久值系数不应低于0.6;设备用房楼面均布活荷载的组合值系数和频遇值系数不应低于0.9,准永久值系数不应低于0.8;当按实际设备荷载和布置情况采用时,组合值系数、频遇值系数及准永久值系数均取1.0。具体取值不应低于表3.4的规定。

表3.4 城市轨道交通工艺生产用房、设备用房楼面均布活荷载及设备荷载标准值及其组合值系数、频遇值系数和准永久值系数

②在计算楼面梁、墙、柱及基础时,楼面活荷载标准值可进行折减。对于楼面梁,当楼面梁从属面积超过50 m2时,折减系数取0.9;墙、柱及基础折减系数同楼面梁;当按实际设备荷载和布置情况采用时,折减系数取1.0。

(3)上盖结构荷载。

①上盖开发楼面活荷载应根据建筑上盖开发方案,考虑预留建筑功能、覆土厚度、预留机房权属专业需求取值。轨道交通预留阶段,楼面活荷载标准值尚不宜低于表3.5的规定。

表3.5 上盖开发楼面活荷载标准值及其组合值、频遇值和准永久值系数

注:上盖市政道路的路灯、信号灯立杆、护栏、声屏障等附属设施荷载,应按相关专业要求取值。

②消防车荷载取值应符合《建筑结构荷载规范》(GB50009—2012)的规定,当考虑特种消防车时,应按实际荷载取值。

③上盖结构范围内通行市政车辆的道路,车辆荷载取值应符合《城市桥梁设计规范(2019年版)》(CJJ11—2011)的规定,尚应符合《建筑结构荷载规范》(GB 50009—2012)中通行消防车、汽车通道的荷载取值规定。

④上盖消防水池、雨水池等储水结构荷载应按最高水位取值,荷载分项系数可取1.3。

⑤绿化屋面覆土重度应按饱和容重取值。

⑥绿化屋面种植高大乔木的荷载,应根据景观专业提资,按集中荷载取值。

⑦板地应根据上盖施工的具体筹划考虑施工荷载,包括施工装备、施工堆载、盖板支模等荷载。

⑧预留施工荷载应符合下列规定:施工荷载按临时荷载考虑,不与使用阶段活荷载及消防车荷载叠加,不参与地震组合;施工荷载分项系数取1.0,组合值系数取0.9,频遇值系数和准永久值系数取0;盖板均布施工荷载取值不应小于10kN/m2,计算楼面梁、墙、柱、基础时不折减。施工道路可结合消防车道进行布置,重载施工车辆荷载应按实际考虑,且荷载取值不应小于35kN/m2;施工塔式起重机布置在盖板上时,宜直接布置在结构柱顶,并按集中荷载取值。

(4)风荷载。

①风荷载标准值ωk、基本风压ω0、风压高度变化系数μz以及风荷载体型系数μs取值应符合《建筑结构荷载规范》(GB50009—2012)的规定。对受到显著干扰效应的结构,其风荷载宜通过风洞试验或数值模拟确定。

②计算城市轨道交通上盖结构风荷载标准值ωk时,计算位置距离地面高度应自盖下室外地坪开始计算。

③城市轨道交通上盖非隔震结构的顺风向风振和风振系数、横风向和扭转风振以及风振系数,应按《建筑结构荷载规范》(GB50009—2012)计算。

④城市轨道交通上盖隔震结构顺风向z高度处的风振系数应符合《建筑结构荷载规范》(GB50009—2012)的相关规定。一般而言,隔震结构一阶模态可近似从图3.2中获取,相应的脉动风荷载的背景分量因子见式(3.1)。

式中:Bz——脉动风荷载的背景分量因子;μ0——隔震层的振型位移;k、a1——系数,按表3.6取值;H——结构总高度(m),对A、B、C和D类地面粗糙度,H的取值分别不应大于300m、350m、450m和550m(A类指近海海面、海岛、海岸、湖岸及沙漠地区;B类指田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇和城市郊区;C类指有密集建筑群的城市市区;D类指有密集建筑群且房屋较高的城市市区);ρx——脉动风荷载水平方向相关系数;ρz——脉动风荷载竖直方向相关系数;φ1(z)——基础隔震结构的一阶振型;μz——风压高度变化系数。

图3.2 隔震结构一阶振型

表3.6 系数k和a1

式(3.1)中隔震结构的一阶振型φ1(z)表示为式(3.2)。

式中:uo——隔震层的振型位移;φ1(z)——非隔震结构的一阶振型。

(5)其他荷载与作用。

①地震作用的取值及计算方法应符合本小节第3)大点(非隔震结构设计)的规定。

②各类上盖结构的车辆运行振动作用,应符合下列规定:应计算城市轨道交通上盖结构内地铁竖向振动作用;当有大跨度楼板时,应计算楼板中心的地铁振动作用。

③各类城市轨道交通上盖结构的车辆运行振动作用计算应采用时程分析法,按建筑场地类别、轨道类型和车速选用实际地铁振动记录或人工模拟的加速度时程曲线进行分析,根据实际地铁振动记录的时程曲线,对于不同类型上盖结构,其加速度时程最大值可按表3.7的规定确定(轨道基础类型、车速、柱轨距为考虑因素),当取3组加速度时程曲线输入时,计算结果宜取时程法的包络值;当取7组及7组以上的时程曲线时,计算结果可取时程法的平均值。

表3.7 时程分析车辆运行振动加速度时程最大值

3)非隔震结构抗震设计

(1)一般规定。

①城市轨道交通上盖结构抗震设计应符合《建筑抗震设计规范(2016年版)》(GB50011—2010)及其他相关国家和地方标准规定,车站结构关联范围抗震设计尚应符合《城市轨道交通结构抗震设计规范》(GB50909—2014)的规定。

②城市轨道交通上盖结构抗震设防分类应符合下列规定:上盖结构抗震设防类别应符合现行国家标准规定,盖下结构单元抗震设防类别不应低于对应上盖结构;车站结构关联范围的抗震设防类别为乙类;车辆基地盖下结构含控制中心、变电所、通信信号用房的结构单元抗震设防类别为乙类。

③对已进行工程场地地震安全性评价的城市轨道交通上盖结构,宜按批准的评价结果确定地震作用,同时不应低于国家标准要求。

④抗震设防烈度大于7度时,城市轨道交通上盖结构中的转换结构构件以及大跨度、长悬臂结构尚应考虑竖向地震作用。

⑤宜优先选用规则性好的结构布置,不规则的建筑应按规定采取加强措施;特别不规则的建筑应进行专门研究和论证,采取特别的加强措施;严重不规则的建筑不应采用。

⑥城市轨道交通上盖结构为特别不规则建筑或高度超过上文第1)大点第(2)小点的第④条规定的,以及采用隔震或消能减震技术的,应进行抗震性能化设计。

⑦对需要进行抗震性能化设计的城市轨道交通上盖结构,应按《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ 3—2010)和《高层民用建筑钢结构技术规程》(JGJ 99—2015)中的要求进行结构性能目标评价,并满足以下要求。转换层及以下框架、框支框架的抗震性能目标应比转换层以上结构提高一级;转换层及转换层以下的结构抗震性能目标不应低于D级;对框支剪力墙结构,转换层相关范围及其以下结构抗震性能目标尚不应低于C级。转换层的转换构件性能目标宜不低于以下要求:设防烈度地震作用下受剪截面承载力满足弹性设计要求、正截面承载力满足不屈服设计要求;罕遇地震作用下抗震承载力满足不屈服要求。

⑧剪力墙布置及计算应符合下列要求:剪力墙宜双向布置;剪力墙宜布置在塔楼投影范围之内,并与塔楼剪力墙对齐,减少转换;宜采用T、L、I形截面或带端柱的剪力墙,不宜采用一字形截面的剪力墙;对具有短肢剪力墙的部分框支剪力墙结构,应将短肢剪力墙分别按剪力墙和考虑内力调整的框架柱建模,进行包络设计。

(2)盖下结构抗震设计。

①板地结构层与其相邻上层楼层侧向刚度比不宜小于0.5。

②板地楼板开洞后有效楼板宽度不宜小于该层楼板宽度的60%,开洞总面积不宜大于该层楼面面积的25%,且在塔楼四周不宜开设大洞。

③盖下结构水平位移限值应满足以下规定:在多遇地震或风荷载作用下,弹性层间位移角不宜大于1/1000;在罕遇地震作用下,弹塑性层间位移角不宜大于1/100;对全框支剪力墙结构,尚应满足在多遇地震下的最大弹性层间位移角不宜大于1/2000,罕遇地震下的最大弹塑性层间位移角不宜大于1/250。

④多塔楼结构,宜按整体模型和单塔模型分别计算,进行包络设计,并按《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ 3—2010)规定采取相应的抗震加强措施。单塔模型取塔楼相关范围。

⑤计算分析时,塔楼相关范围与确定抗震性能及抗震构造措施时的相关范围应统一,不宜小于塔楼投影范围。

⑥除各转换类构件外,位于各塔楼相关范围内的盖下结构,其竖向构件的纵向钢筋最小配筋率宜比《建筑抗震设计规范(2016年版)》(GB 50011—2010)中的规定值提高0.1%,箍筋宜全高加密。

(3)上盖结构抗震设计。

①转换层以上结构的水平位移限值应符合《建筑抗震设计规范(2016年版)》(GB 50011—2010)及《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ 3—2010)的规定。

②板地结构层以上、转换层及以下结构尚应满足以下要求:转换层与相邻上层侧向刚度比不宜小于0.5;在多遇地震或风荷载作用下,弹性层间位移角不宜大于1/800;在罕遇地震作用下,弹塑性层间位移角不宜大于1/100。

③城市轨道交通结构的各转换层以上结构平面布置宜分布均匀,层数、平面尺寸和刚度宜接近,转换层以上结构综合质心与转换层以下结构质心的距离不宜大于板地相应边长的20%。

④转换层以上结构采用剪力墙或框架-剪力墙结构时,其底部加强区范围应符合下列要求:部分框支剪力墙结构底部加强区范围应自基础顶算起,至转换层以上结构高度1/10且不小于2层为止。全框支剪力墙结构底部加强区范围应自转换层楼面算起,至转换层以上结构高度1/10且不小于2层为止。

(4)转换层结构抗震设计。

①转换层结构布置不应采用单跨结构。

②部分框支剪力墙结构及全框支剪力墙结构的转换构件计算应符合下列要求:应考虑竖向地震作用,竖向地震可按竖向地震系数法、反应谱法和时程分析结果包络设计;不宜考虑梁墙共同作用。

③转换层塔楼相关范围内框架结构抗震构造措施,应满足现行规范中不低于乙类设防结构的相关要求。

④转换层的构件设计应符合《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ 3—2010)的相关规定。当转换构件采用钢与混凝土组合结构柱时,尚应符合《组合结构设计规范》(JGJ 138—2016)的规定。

(5)全框支剪力墙结构抗震设计。

①全框支结构设置转换层的位置,7度及以上抗震设防区不宜大于3层。

②转换层的结构布置宜尽可能使传力路径直接,不宜采用多次转换设计,必要时可采用厚板转换。

③转换层以下框架、框支框架应进行罕遇地震弹塑性时程分析,验证结构是否满足预设的性能目标,并对结构的屈服机制进行论证,确保底部框支框架晚于转换层以上部分结构屈服。

④对超长结构,应进行温度应力计算,并采取有效措施,减少温度应力对结构的影响。

⑤对偏心支承上部剪力墙的转换梁,计算模型应考虑偏心荷载的影响。

⑥转换层及以下框架和框支框架应满足以下构造要求:8度及以上抗震设防区框支柱宜采用型钢混凝土柱、钢管混凝土柱或内置圆钢管混凝土的叠合柱。采用型钢混凝土柱时,截面含钢率不宜小于4%,纵向钢筋最小配筋率不宜小于1.2%;框支柱截面尺寸不宜小于1400 mm×1400 mm。钢筋混凝土框架柱和框支柱配筋率:8度抗震设防区按特一级构造,竖向钢筋配筋率不小于1.6%。柱端箍筋加密区最小配箍特征值比《建筑抗震设计规范(2016年版)》(GB 50011—2010)的规定大0.03,且箍筋体积配箍率不小于1.6%。7度抗震设防区按一级构造,竖向钢筋配筋率不小于1.4%。6度抗震设防区按二级构造,竖向钢筋配筋率不小于1.2%。8度抗震设防的框支柱轴压比不宜大于0.55,框架柱轴压比不宜大于0.65。7度抗震设防的框支柱轴压比不宜大于0.65,框架柱轴压比不宜大于0.75。6度抗震设防的框支柱轴压比不宜大于0.75,框架柱轴压比不宜大于0.85。计算轴压比时,应采用重力荷载代表值作用下柱的轴压力设计值;转换层楼板厚度不宜小于180 mm,混凝土强度等级不宜低于C40;双层双向配筋,每向配筋率不小于0.25%;转换层楼板不宜开洞。需要开较大洞口时,洞口需设置配筋加强带或边梁。配筋加强带或边梁宽度不小于2倍板厚,总配筋率不少于1%。转换层以上结构的抗震等级:抗震性能目标为D级时为一级,抗震性能目标为C级时为二级,抗震性能目标为B级时为三级。

4)隔震结构抗震设计

(1)一般规定。

①上盖隔震结构的设计方案,应根据抗震设防类别、设计地震动参数、场地条件、建筑结构方案和使用要求,综合考虑技术、经济和使用条件来确定。

②上盖隔震结构设计时,应根据设防烈度地震下隔震层位移控制以及振动舒适度要求,设置适当的隔震(振)装置。

③城市轨道交通上盖隔震(振)结构所采用的隔震(振)装置主要包括但不限于:当仅考虑地震作用隔震设计时,可选用天然橡胶支座、铅芯橡胶支座、高阻尼橡胶支座、摩擦摆隔震支座、弹性滑板支座等。当考虑振震双控设计时,可选用叠层天然厚橡胶支座、铅芯叠层厚橡胶支座、叠层橡胶支座与钢弹簧/碟簧组合的三维隔震(振)支座,以及摩擦摆隔震支座与钢弹簧/碟簧组合、摩擦摆隔震支座与叠层厚橡胶支座组合的三维摩擦摆隔震(振)支座。

④上盖隔震结构尚应符合下列要求:隔震层以上结构高宽比宜小于4,且不应大于相关规范规程对非隔震结构的具体规定,高宽比大于4的结构采用隔震设计时,应进行专门研究;风荷载和其他非地震作用的水平荷载标准值产生的总水平力不宜超过结构总重力荷载代表值的10%;隔震层应提供必要的竖向承载力、侧向刚度和阻尼;采用三维隔震(振)方案时,还应满足竖向隔震(振)的位移需求;穿过隔震层的设备配管、配线,应采用柔性连接或其他有效措施以适应隔震层的罕遇地震水平位移。

⑤隔震装置的产品要求除满足本标准相关要求外,尚应符合《橡胶支座第3部分:建筑隔震橡胶支座》(GB/T 20688.3—2006)、《橡胶支座第5部分:建筑隔震弹性滑板支座》(GB/T 20688.5—2014)和《建筑摩擦摆隔震支座》(GB/T 37358—2019)的相关要求,对于无相关标准要求的,在工程中使用应进行专项论证。

⑥城市轨道交通上盖隔震结构的地震作用计算应采用振型分解反应谱法;对于隔震层以上高度大于60 m的上盖隔震结构,或采用组合隔震装置的上盖隔震结构,尚应采用时程分析法进行补充计算。

⑦城市轨道交通上盖振震双控结构的车辆运行振动作用计算,应采用时程分析法。

⑧隔震结构分析模型应为包含隔震层以上结构、隔震层和隔震层以下结构,隔震层以下结构的范围宜取为隔震层以上结构投影并向外延伸一跨范围。

⑨隔震层以上结构的构件截面设计和结构变形验算,应符合《建筑隔震设计标准》(GB/T 51408—2021)的相关规定。

⑩城市轨道交通上盖隔震结构相关连接构造和变形缝要求,应符合《建筑隔震设计标准》(GB/T 51408—2021)的相关规定。

对于上盖预留隔震结构的上盖结构,进行上盖隔震结构设计时,整体模型中应包括原有盖下结构模型,并通过整体结构模型验算盖下结构变形是否满足本小节本大点中第(4)小点的规定,若不满足,则应通过加固盖下结构,使其满足盖下结构变形验算要求。

(2)地震和车辆运行振动作用。

①城市轨道交通上盖结构的地震作用,应将隔震层以上结构、隔震层和隔震层以下结构进行整体分析,其中隔震层的非线性可按等效线性化的迭代方式考虑。计算地震作用和作用效应,应按《建筑隔震设计标准》(GB/T 51408—2021)规定的计算方法。

②隔震结构自振周期、等效刚度和等效阻尼比,应根据隔震层中隔震装置及阻尼装置经试验所得滞回曲线,对应不同地震烈度作用时的隔震层水平位移值计算,可按不同烈度作用时的设计反应谱采用等效线性化法计算确定,也可采用时程分析法计算确定。

③当采用时程分析法时,上盖结构体系分析模型应符合下列规定:当上盖结构体系仅考虑地震作用时,分析模型宜考虑结构杆件的空间分布、弹性楼板假定、隔震支座的位置、隔震结构的质量偏心、在水平方向平动和扭转、隔震层的非线性阻尼特性以及荷载位移关系;在设防地震作用下,隔震层以上结构和隔震层以下结构均可采用线弹性模型,隔震层应采用隔震产品提供的滞回模型,并按非线性阻尼特性以及非线性荷载-位移关系特性进行分析;在罕遇地震或极罕遇地震作用下,隔震层以上结构和隔震层以下结构均宜采用弹塑性模型;当上盖结构体系除考虑地震作用外,还需考虑车辆运行振动时,分析模型应考虑竖向振动刚度、隔震层竖向阻尼特性以及隔震层竖向荷载-位移关系特性;当上盖结构进行振震双控设计时,在车辆运行振动作用下,隔震层以上结构和隔震层以下结构均可采用线弹性模型,隔震层应采用隔震产品提供的水平向性能滞回模型,采用叠层厚橡胶支座和叠层橡胶支座与钢弹簧/碟簧组合隔震(振)支座时,竖向性能滞回模型还应符合本小节第(5)点和第(6)点的相关规定。当上盖结构进行振震双控设计时,时程分析计算模型应考虑楼板构件,建立楼板薄壳单元,应以楼板中心为测点,输出其时程分析结果,并进行评价。

④当采用时程分析法时,选用的地震动时程数量应符合《建筑抗震设计规范(2016年版)》(GB 50011—2010)的相关规定;选用的车辆运行振动数量宜符合本小节第2)大点第(5)小点的第③条的相关规定。

⑤当采用振型分解反应谱法和时程分析法同时计算时,地震作用应取两者的包络值。

⑥采用隔震的上盖结构体系,竖向地震作用标准值的计算应符合下列规定:对于仅考虑地震作用的上盖隔震结构体系,竖向地震作用采用振型分解反应谱法时,其竖向地震影响系数可取为水平向地震影响系数的65%;对于考虑振震双控的上盖隔震结构体系,竖向地震作用的计算宜采用时程分析法,分析模型隔震层设置应符合本小节第4)大点第(2)小点的第③条的相关规定。

(3)隔震层设计。

①隔震层设计应符合下列规定:阻尼装置、抗风装置、限位装置等可与隔震支座合为一体,亦可单独设置;同一建筑隔震层选用多种类型、规格的隔震装置时,每个隔震装置的承载力和水平变形能力应能充分发挥。所有隔震装置的竖向变形应保持一致,在重力荷载代表值作用下的竖向变形值与平均变形值的偏差不宜大于30%;当隔震层采用隔震支座和阻尼器时,应确保隔震层在地震后基本恢复原位,在罕遇地震作用下其总水平弹性恢复力与总水平摩阻力之比不应小于1.2。

②隔震层的布置,应符合下列规定:隔震层刚度中心宜与质量中心重合,偏心率不宜大于3%,超过3%时应考虑结构扭转变形;当隔震层以上结构与隔震层以下结构柱平面位置不对齐时,应采用结构转换措施;隔震支座底面宜布置在相同标高位置上;当隔震层的隔震装置处于不同标高时,应保证隔震装置共同工作,在罕遇地震作用下,不同标高的相邻隔震层的层间剪切位移角不应大于1/1000;同一支承处采用多个隔震支座时,隔震支座之间的净距不应小于安装和更换所需的空间尺寸;宜在建筑中合理布置隔震层的阻尼装置或抗风装置。

③隔震层抗风装置,应符合式(3.3)的要求。式中:γw——风荷载分项系数,可取1.4;Vwk——风荷载作用下隔震层的水平剪力标准值,kN;VRw——抗风装置的水平承载力设计值,kN,当抗风装置是隔震支座的组成部分时,可取隔震支座的水平屈服荷载设计值,当抗风装置单独设置时,可取抗风装置的水平承载力,按材料屈服强度设计值确定。

④隔震层的弹性恢复力验算,应符合式(3.4)的要求。式中:K100——隔震支座在水平剪切应变100%时的水平等效刚度,kN/mm;Tr——隔震支座内部橡胶总厚度,mm。

⑤隔震层的橡胶隔震支座、弹性滑板支座和摩擦摆隔震支座在重力荷载代表值下、罕遇地震作用下压、拉应力应符合《建筑隔震设计标准》(GB/T51408—2021)的要求。

⑥隔震层的水平位移幅值应采用振型分解反应谱法结合迭代的方法获得,或采用整体结构时程分析法获得。

⑦罕遇地震作用下,叠层橡胶支座和叠层厚橡胶支座的水平位移幅值应小于支座直径的55%和橡胶层总厚度的3.0倍二者的较小值;弹性滑板支座的水平位移幅值应小于产品水平极限位移的75%;摩擦摆隔震支座的水平位移幅值应小于产品水平极限位移的85%。

⑧城市轨道交通上盖隔震结构,应进行整体抗倾覆验算,按罕遇地震作用计算倾覆力矩,并按上部结构重力代表值计算抗倾覆力矩,抗倾覆力矩与倾覆力矩之比不应小于1.1。

(4)隔震层以下结构设计。

①隔震层以下结构宜在隔震支座下方布置竖向构件,直接承受隔震支座传递的竖向荷载。无法直接在隔震支座下方布置竖向构件时,应采用可靠的结构转换措施,承受隔震支座传递的竖向荷载。

②隔震层以下结构的承载力验算,应考虑上部结构传来的轴力、弯矩、水平剪力以及由隔震层水平变形产生的附加弯矩。

③隔震层以下结构中直接与隔震支座相连接的支墩、支柱等构件,应采用在罕遇地震下隔震支座底部的竖向力、水平力和弯矩进行承载力验算,隔震支墩应满足抗弯不屈服、抗剪弹性的性能目标。

④隔震层以下结构中直接支撑隔震层以上结构及其相邻一跨的相关构件,应满足设防地震烈度下的抗震承载力要求,并按罕遇地震进行抗剪承载力验算。

⑤隔震层以下结构在设防地震下层间位移角限值应符合表3.8规定。

表3.8 隔震层以下结构在设防地震下层间位移角限值

⑥隔震层以下结构在罕遇地震下层间位移角限值应符合表3.9规定。

表3.9 隔震层以下结构在罕遇地震下层间位移角限值

⑦隔震层以下结构在极罕遇地震下层间位移角限值应符合表3.10规定。

表3.10 隔震层以下结构在极罕遇地震下层间位移角限值

(5)叠层厚橡胶支座设计。

①适用于城市轨道交通上盖振震双控结构隔震层的第一形状系数为4~16、第二形状系数大于3的叠层厚橡胶支座设计。

②叠层厚橡胶支座的性能,应符合下列规定:应严格控制叠层厚橡胶支座的压应力设计值,应小于其竖向极限压应力的1/3和《建筑隔震设计标准》(GB/T 51408—2021)规定的隔震支座设计压应力限值二者的较小值;叠层厚橡胶支座极限性能,应包括支座稳定性验算和支座极限水平变位;叠层厚橡胶支座稳定性验算应明确其竖向极限压应力和极限拉应力,其中竖向极限压应力应不小于《建筑隔震设计标准》(GB/T 51408—2021)规定的隔震支座罕遇地震作用下最大竖向压应力限值,极限拉应力应不小于1.0 MPa;叠层厚橡胶支座在设计压应力和无侧移下,各橡胶层应均匀凸出,支座不应发生S或反S形整体侧向屈曲;在设计压应力下叠层厚橡胶支座的极限水平变位,应大于其有效直径的55%和支座内部橡胶总厚度3倍二者的较大值;在经历相应设计基准期的耐久性试验后,叠层厚橡胶支座刚度、阻尼特性变化不超过初期值的20%;徐变量不超过支座内部橡胶总厚度的5%。

③叠层厚橡胶支座的型式检验除了提供橡胶支座的型式检验指标,尚应提供下列性能指标。

a.竖向隔振刚度:试验方法为水平变位为0,轴压应力为(1±10%)σ0(σ0为产品的设计轴压应力),3次往复加载,取第3次加载的荷载最大值和最小值相应点连线的斜率作为竖向隔振刚度。

b.竖向基准压缩变形:竖向设计压应力下对应的竖向压缩变形。

c.竖向极限压应力,在水平变位为0的条件下,竖向单调加载时支座仍保持稳定的最大压应力值。

d.竖向极限压缩变形,竖向极限压应力下对应的竖向压缩变形。

④每项城市轨道交通上盖振震双控工程所采用的叠层厚橡胶支座的出厂检验,除了提供叠层橡胶支座的出厂检验指标,尚应增加竖向隔振刚度、竖向基准压缩变形、竖向极限压应力和竖向极限压缩变形4项性能指标。

⑤采用叠层厚橡胶支座的城市轨道交通上盖振震双控结构的设计,应符合下列规定:振震双控结构进行隔震设计时,叠层厚橡胶支座的竖向刚度应取《橡胶支座第1部分:隔震橡胶支座试验方法》(GB/T 20688.1—2007)的竖向压缩刚度。振震双控结构进行隔震设计时,为控制隔震层水平变形,可设置水平向减震装置。振震双控结构进行隔振设计时,叠层厚橡胶支座的竖向刚度应取本小点第③条中的竖向隔振刚度。

(6)组合三维隔震支座设计。

①适用于城市轨道交通上盖振震双控结构中以叠层橡胶支座或摩擦摆支座为水平隔震构件、以钢弹簧/碟簧组合为竖向隔振构件的组合三维隔震支座设计。

②组合三维隔震装置在结构内的布置应符合下列规定:需要控制结构整体的竖向振动响应时,组合三维隔震(振)装置可在一个装置内同时实现水平隔震和竖向隔振,并应集中布置于结构的隔震(振)层。仅需要控制一部分子结构区域的竖向振动响应时,叠层橡胶支座、摩擦摆支座与钢弹簧/碟簧可分别布置。叠层橡胶支座或摩擦摆支座应布置于结构的隔震层,钢弹簧/碟簧可布置于需竖向隔振的子结构和结构主体的连接处。

③组合三维隔震(振)装置,应符合下列规定:橡胶支座的设计应满足《橡胶支座第3部分:建筑隔震橡胶支座》(GB/T 20688.3—2006)的相关要求。摩擦摆支座的设计应满足《建筑摩擦摆隔震支座》(GB/T 37358—2019)的相关要求。竖向隔振单元有多个钢弹簧或多个碟簧组并联组成时,应确保所有竖向承载部件在荷载作用下协同工作,变形相互协调。并联的竖向承载部件的刚度中心与形心重合。叠层橡胶支座或摩擦摆支座与碟簧串、并联组合时,碟簧的并联数量应根据橡胶支座的设计承载力确定,单碟簧的设计承载力宜取变形小于等于75%碟簧内锥高时的承载力,并联后碟簧组合的设计承载力应不小于叠层橡胶支座设计承载力;碟簧串联数量应根据隔振性能设计或时程分析时的变形需求确定。叠层橡胶支座或摩擦摆支座与钢弹簧组合时,钢弹簧设计承载力应大于叠层橡胶支座或摩擦摆支座设计承载力;钢弹簧的变形能力应根据承载后性能设计或时程分析后变形需求确定。

④组合三维隔震(振)装置性能,应符合下列规定:叠层橡胶支座或摩擦摆支座的水平剪切性能、水平极限变形能力应满足《建筑抗震设计规范(2016年版)》(GB 50011—2010)的相关要求。钢弹簧/碟簧组在结构承载力极限状态和罕遇地震作用下均应保持弹性。钢弹簧/碟簧组的力学性能、外观和耐久性应满足相关国家标准的要求。设置解耦装置的组合三维隔震(振)装置在设计竖向压力和设计水平位移范围内,组合三维隔震(振)装置竖向和水平向性能之间相互影响应不显著。

⑤组合三维隔震(振)装置产品的型式检验应提供下列性能指标。

a.竖向隔振刚度。试验方法为水平变位为0,轴压应力为(1±10%)σ0(σ0为产品的设计轴压应力),3次往复加载,取第3次加载的荷载最大值和最小值相应点连线的斜率作为竖向隔振刚度。

b.竖向基准压缩变形,竖向设计压应力下对应的竖向压缩变形。

c.竖向极限压缩变形,竖向极限压应力下对应的竖向压缩变形。

⑥每项城市轨道交通上盖振震双控工程所采用的组合三维隔震(振)支座的出厂检验除了提供叠层橡胶支座或摩擦摆支座的出厂检验指标,尚应增加竖向隔振刚度、竖向基准压缩变形、竖向极限压应力和竖向极限压缩变形4项性能指标。

⑦以钢弹簧为竖向隔振单元的隔震(振)装置,钢弹簧的疲劳性能应满足在轴压应力设计值的80%~120%循环200万次而钢弹簧刚度保持稳定且不发生破坏的要求。以碟簧为竖向隔振单元的竖向隔振装置疲劳性能应符合《碟形弹簧》(GB/T 1972—2005)中的相关规定。

⑧采用组合三维隔震(振)支座的城市轨道交通上盖振震双控结构的设计,应符合下列规定:采用叠层橡胶支座或摩擦摆支座与钢弹簧/碟簧串、并联组合进行多维振动控制设计时,应进行隔震(振)装置整体水平向隔震设计和隔震(振)装置整体竖向振动控制性能设计;振震双控结构进行隔震设计时,支座的竖向刚度应取《橡胶支座第1部分:隔震橡胶支座试验方法》(GB/T 20688.1—2007)的竖向压缩刚度;振震双控结构进行隔振设计时,支座的竖向刚度应取竖向隔振刚度;叠层橡胶支座或摩擦摆支座与碟簧串、并联组合时,在地震作用下该组合支座不应出现拉应力,对于可能出现拉应力的情况,应在碟簧串、并联组合部分的角部设置抗拉装置;叠层橡胶支座或摩擦摆支座与钢弹簧组合时,在地震作用下叠层橡胶支座拉应力应符合《建筑隔震设计标准》(GB/T 51408—2021)的相关要求,钢弹簧的拉应力不应超过钢弹簧受拉设计承载力。