地下厚板转换结构受力分析

朱波邹龙

摘要：本文基于工程实例，通过Midas建模分析地下厚板转换结构，分析得到厚板转换结构对于结构主体弯矩、剪力及位移等影响不大，可以作为地下结构的可靠二次转换结构模式。

关键词：Midas；厚板转换；地震力

0引言

结构二次转换多见于地上结构，随着我国城市轨道交通的迅速发展，地铁区间、车站穿越即有建筑物等已屡见不鲜，地下结构二次转换也逐渐成为一种广为应用的结构形式。广州地铁3号线和2号线在客村站换乘时实现结构托换，成都地铁1号线下穿某商场建筑时使用预应力混凝土进行了结构转换，上海地铁1号线局部位于铁路上海站屋下，主站部分柱网落在地铁车站顶板上，也需要进行转换。目前，地下结构转换工程呈逐渐增多之势。

1工程背景

本文所研究的工程位于武汉市，地貌单元为河流堆积平原，属长江Ⅰ级阶地。场地富含富水的饱和粉细砂，基岩位于地表以下40米。结构主体为地下四层双柱三跨现浇钢筋混凝土箱型框架结构；其中地下一层为物业开发层，地下二层为公路隧道层；地下三层为地铁车站站厅及设备夹层；地下四层为地铁车站站台层。

该结构由于公路隧道层与下层车站站厅层结构形式有异，地铁车站站厅层竖向荷载采用立柱支撑，而对于公路隧道层，过多的立柱会阻碍交通，影响通行视野、美观及舒适性，因而结构竖向支撑不得不转换位置，钢管柱不能落底，从而在地下一层的底板处形成二次转换。

2计算软件及模型建立

2.1计算软件

MIDAS/GEN是专业的荷载-结构模型有限元软件，在建模的方便性、计算结果的可靠性上均已得到验证，可以充分地反映结构受力特性。由于地下车站结构受力的复杂性，数值计算主要的难点在于准确地得出结构的内力变形规律，故选择采用MIDAS/GEN来进行建模计算。

2.2计算模型

该结构标准段基坑深度约38m。钢管混凝土柱外径1m，内填C50高性能混凝土，混凝土柱选用C50级混凝土，其他选用C35级混凝土。结构尺寸按实际尺寸来模拟，主要结构尺寸如下表所示，并根据以下假设：

（1）只考虑车站主体结构的建模，与车站连接的区间线路不考虑；

（2）对于车站结构断面尺寸有微小变化的情况，统一按最大的断面来建立计算模型；

（3）在建立车站结构模型时不考虑柱板、墙板之间节点的腋角设置。

地下车站结构设计中，墙、板内力计算通常采用平面框架计算模型，梁、柱内力计算通过沿车站纵向框架按单向板导荷方式施加荷载，以此求得内力。平面框架计算模型可以将车站结构设计中的空间问题简化为结构断面上的平面问题进行解决。

对地下车站结构设计起控制作用的荷载组合主要为基本组合、准永久组合、人防荷载及地震作用，地震烈度6度设防，按7度加强其抗震措施。

针对该地下转换结构，基于荷载-结构法通过模拟车站在带转换结构（简称工况一）和不带转换结构（简称工况二）两种情况下的受力情况，对比分析转换结构在地下工程中的实际受力变形情况。

3计算结果及分析

3.1结构弯矩

图4和图5给出了工况一和工况二使用阶段时车站主体结构的剪力图。从图中可以看出，板式结构转换会导致转换层中间一跨跨中以及柱顶支座处产生较大的剪力，工况一转换层板的剪力最大值为1065KN，工况二转换层板的剪力最大值为365KN，板式结构转换使得本车站结构转换层剪力增大3倍左右；两种工况下车站外侧墙各支点的剪力均比较接近，说明车站内板式结构转换对结构外侧墙的剪力变化几乎无影响。

结论

1、MIDAS/GEN可以用于地下模型的建立及结构受力分析，具有简单、方便的特点，计算结果与实际监测结果吻合较好。

2、对地下结构厚板转换结构和非转换结构弯矩对比分析得到，地下结构的板式转换结构会引起车站外侧墙两侧受力不一致。

3、计算结构显示，地下厚板转换结构在各种荷载工况下剪力及位移与无转换结构差别不大；地下结构采用墙板厚度均比较大，转换层与之差异远小于地上结构，地震力不能成为其受力控制因素。

4、厚板转换可以作为地下结构的可靠转换形式，在实际工程中广泛推广应用。

参考文献：

[1]李艳阳.地下空间的开发与应用[J].现代营销(学苑版),2011,11:152.

[2]侯高峰,王建国,张茂.基于MIDAS/GEN高层建筑结构静力弹塑性分析[J].合肥工业大学学报(自然科学版),2008,10:1664-1667.