广州地铁设计研究院有限公司广东省广州市510091
摘要：伴随着城市化进程，人口与经济快速增长，形成了人口集中、大中城市市区建筑密集、车辆总数喷涌式上升，造成地面交通严重拥堵和阻塞，“行车难”成为制约城市发展的瓶颈。为有效缓解这些难题，大力发展轨道交通成为大势所趋。2014年《城市轨道交通结构抗震设计规范》GB50909－2014完成，为我国城市轨道交通结构抗震设计提供了技术标准。该规范较为系统地采用了基于性能的抗震设计思想。本文概要介绍该规范的编制背景和主要技术要点与特点。
关键词：城市轨道；交通结构；抗震设计；规范技术要点
1、前言
受城市空间等因素影响，城市轨道交通地下结构占有非常大的比重，主要包括区间隧道和地下车站。所建城市轨道交通结构大部分位于抗震设防区，因此对其进行抗震设计必不可少。然而由于地下结构抗震研究滞后于地面结构，至今仍没有成熟的抗震设计流程，且GB50909—2014《城市轨道交通结构抗震设计规范》（以下简称《规范》）已经颁布，因此非常有必要结合《规范》，深入研究城市轨道交通地下结构的抗震设计流程。
2、抗震设计规范的发展趋势
对于结构设计工程师，最深刻的变化之一就是基于性能设计的思想被广泛地接受和应用，结构设计标准从描述性的设计规范向基于性能的设计规范转变。目前工程设计使用的设计规范的普遍特征是遵循“最佳实践”的技术路线，即根据以往成功的设计经验和失败的教训指导将来的设计，规定了某些要求程度不同的条文以及这些条文的适用条件，可以统称描述性规范。描述性规范存在的主要问题是没有清楚地说明这些描述性的设计条文要达到何种预定的设计目标。描述性规范中很多规定带有不同程度的“强制性”，这一方面限制了设计者的主动性和创新性的发挥，同时也将大量的非常规结构的设计排除在规范的适用范围之外。描述性规范也没有为建设方留下足够的选择空间，针对罕遇灾害作用进行结构设计时，其不适应性表现十分突出。
20世纪60年代工程师明确提出了基于性能（PBD，PerformanceBasedDesign）的工程结构的设计理念。1996年美国加利福尼亚工程师协会（SEAOC）将基于性能设计引入建筑抗震设计。从研究和应用的深度来看，基于性能设计思想在地震工程领域得到了广泛和深入的研究。20世纪90年代发生了几次破坏性地震，引起了对抗震设计思想的再思考，之后基于性能的设计思想在结构抗震领域引起了各国广泛的重视，中、美、日等国都投入许多力量进行研究，期望将现行的描述性结构抗震设计规范逐渐过渡到基于性能的结构抗震设计规范。中国工程建设标准化协会于2004年发布了《建筑工程抗震性态设计通则》，推动了我国基于性能工程结构抗震设计规范的发展。目前，日本铁道抗震设计规范已经全面实现了基于性能的抗震设计，美国也出版了多种基于性能的桥梁抗震设计指南的技术标准，城市轨道交通结构抗震设计规范的编写应符合这一发展趋势。
3、城市轨道交通结构抗震设计规范的抗震设防目标
3.1性能等级划分
3.1.1整体抗震性能等级
城市轨道交通结构整体抗震性能划分为3级，即，性能要求Ⅰ：结构处于正常使用状态，从抗震分析角度，结构可视为弹性体系，在预期的地震动作用下，结构一般不受损坏或仅受轻微损坏，但不中断行车。性能要求Ⅱ：结构局部进入弹塑性工作阶段，结构的非弹性变形或结构体系的损坏应控制在可修复的范围，在预期的地震动作用下，结构不致产生大的破坏，经修补后可限速通车。性能要求Ⅲ：结构进入弹塑性工作阶段，结构发生较大的非弹性变形，但应控制在规定的范围内，在预期的地震动作用下，结构可能会产生较大破坏，但不出现整体倒塌，经抢修后可限速通车。城市轨道交通结构整体抗震性能等级的划分主要参考了我国铁路桥梁抗震设计规范和日本铁道抗震设计规范，以及国内外在工程抗震性能设计方面成熟的研究成果。
3.1.2构件的性能等级及与结构性能等级的关系
城市轨道交通中常见钢筋混凝土构件、钢骨混凝土构件、钢管混凝土构件和钢构件等。根据这些构件的材料力学特点与修复工艺特征，将构件性能等级划分为无需维修、可修复的损伤和更换新构件3个等级。由于可直接观察的基础的震害实例不多，本规范参考日本铁道抗震规范将其分为3个等级。支座作为结构的重要连接构件，相对结构其他构件易于更换。在实际工程中，针对它的破坏往往不是进行维修加固，而是直接更换，故本规范将其分为无需更换和需要更换2个等级。结构整体抗震性能等级根据构件、基础和支座的性能等级确定，其关系为：
性能要求I：构件、基础和支座的性能等级要求应为1；
性能要求II：构件、基础的性能等级要求不应低于2；
性能要求III：构件、基础的性能等级要求不应低于3；
由于性能要求Ⅰ规定结构地震后不破坏或仅受轻微破坏，结构呈现弹性体系，这就要求其所属构件、基础和支座均处于正常使用状态，无需修复，因此构件、基础和支座的性能等级均要求为1。性能要求II是以结构在地震后可修复，短期内应能恢复其正常使用功能为条件，因此一般将构件的性能等级定为可修复的损伤，即为2。对于一些比如特殊设防类结构的主要受力构件（如特大桥的桥塔、主拱圈等）、隧道与地下车站的侧壁等外侧与土相接的构件、直接支承轨道结构的构件等极为重要或极不易维修的构件，由于它的严重破坏会使得整体结构修复难度加大。故要求设定这些构件的性能等级时，虽仍为可修复的损伤，但相对一般构件损伤程度要低，便于修复，即满足构件性能等级2的要求基础上适当提高。性能要求III规定结构地震后可能产生较大破坏，但不应出现局部或整体倒毁，因此一般将构件的性能等级设定为需要更换新构件，即为3。对于性能要求II和III，若下部结构按延性设计，主要是通过下部结构的弹塑性变形来实现抗震设计的目的，此时为防止落梁的发生，需要保持支座的完好，故支座的性能等级设定为1；而若下部结构按非延性设计的情况，则可以考虑将支座作为牺牲构件，通过支座的破坏释放上部结构的地震力，来达到减小地震在下部结构中产生的地震反应，因此支座的性能等级可设定为2。
3.2设防目标
城市轨道交通结构抗震设计规范规定了3个设计地震动水准。E1地震作用的重现期为100年、E2地震作用的重现期为475年、E3地震作用的重现期为2450年。根据地震作用水准和抗震设防类别，区分地面结构和地下结构规定了最低抗震性能要求，见表1。
表1城市轨道交通结构抗震设防目标
4、结语
城市轨道交通结构抗震设计规范将结构划分为重要程度不同得三类，即标准设防类、重点设防类和特殊设防类。城市轨道交通结构抗震分类参照了《建筑工程抗震设防分类标准》GB50223，但考虑到城市轨道交通结构的特点，进行了调整，同时还考虑规划了交通量的大小和大型地下空间的利用。
参考文献：
［1］GB50011—2010，建筑抗震设计规范［S］．
［2］GB50157—2013，地铁设计规范［S］．
［3］GB50909—2014，城市轨道交通结构抗震设计规范［S］．
［4］GB50223—2008，建筑工程抗震设防分类标准［S］．
［5］张有桔，王飞，沈洪波．轨道交通工程地下车站结构抗震设计［J］．工程与建设，2016（30）：361-364．