上海千年城市规划工程设计股份有限公司 广西南宁 530000
摘要：结合工程建设实际，按国家相关法规，对综合管廊抗震论证技术要点进行分析，为浅埋地下市政工程构筑物的抗震设计提供一种参考借鉴。
关键词：综合管廊；抗震；反应位移法
随着城市经济综合实力的提升及对城市环境整治的严格要求，目前在国内许多大中城市都掀起了综合管廊建设的热潮。作为重要的城市市政公用设施，根据《建筑工程抗震设防分类标准》，综合管廊工程抗震设防类型划分为重点设防类。按国家相关法规，综合管廊在设计阶段应组织专家进行抗震专项论证。本文将通过分析综合管廊工程项目的抗震设防论证要点，对今后同类型市政地下工程抗震设计提供一点思路。
一、抗震设防目标及要求
结构采用三个水准进行抗震设防，即"小震不坏，中震可修，大震不倒"。二阶段抗震设计是对三水准抗震设计的具体事实，通过二阶段设计中的第一阶段对构件截面承载力验算和第二阶段对弹塑性变形验算，并与构造措施相结合，从而实现三水准设防的抗震要求。
二、主要设计原则
（1）、基于性能的抗震设计对应不同设防标准，不同的结构提出相应的结构性能目标；根据所选定的预期性能目标进行设计，使结构在不同设防水准相应的地震水平满足预期的抗震性能目标。
（2）、线位的选择避开不利地段。
三、地下结构的结构体系要求
（1）结构的体型及结构布置应规则、对称，结构质量及刚度应均匀分布，避免突变。
（2）体型不规则的地下结构，结合使用功能要求合理设置变形缝，形成较规则的结构单元。譬如端部井、通风口、投料口、引出口等节点单体自重与标准段不同 在每个单体两侧设变形缝，将单体与标准段分开。节段间按不大于30米间距设置变形缝。
（3）结构体系及结构构件具备良好的延性和变形能力。
（4）对重要的结构节点及可能出现的薄弱部位应采取针对性措施提高抗震能力。结构构件及节点应按现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB50011-2011规定采取相应的抗震构造措施。
（5）同一结构单元的基础不设置在性质截然不同或差异显著的地基上。
（6）若地基场地范围内分布有饱和砂土、粉土等可液化土层时应先依据规范判定其地基液化可能性，然后提出液化地基处治措施。
（7）机电设备应有可靠固定措施，满足抗震要求。管道、电缆、设备的洞口设置不应消弱主要承重结构构件，洞口边缘应有补强措施。
四、抗震计算方法
地下结构结构抗震计算，在通常情况下，横向的抗震工况计算可采用反应位移法、反应加速度法和拟静力法。根据《室外给水排水和燃气热力工程抗震设计规范》（GB50032-2003）的规定，同时参考《城市轨道交通结构抗震设计规范》（GB50011-2010），综合管廊可采用反应位移法进行地震作用的校核计算。
结构按底板支承在弹性地基上的平面框架进行内力分析，计算时考虑所有构件的弯曲、剪切和压缩变形的影响。结构沿纵向结构形式连续、规则、横向断面无较大变化，抗震分析时近似按平面应变问题处理，将岩土层在地震作用下增加的土压力施加于主体结构上，结构可采用梁单元进行建模。
构件根据承载能力极限状态及正常使用极限状态的要求，分别进行承载能力的计算和稳定、变形及裂缝宽度验算。
1）构件根据承载能力极限状态及正常使用极限状态的要求，分别进行承载能力的计算和稳定、变形及裂缝宽度等验算。
2）结构设计按极限承载力状态和正常使用极限状态分别进行荷载效应组合，并取各自的最不利组合进行结构设计。
五、抗震计算示例
某综合管廊结构为两舱室长条形箱型结构。管廊净空尺寸为2.7×3.1m（宽×高）+2.8×3.1m（宽×高），标准段顶板覆土厚度不小于3.0米。地面活载按20KPa考虑。基坑采用砂砾石回填压实，重力密度为
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，相应综合内摩擦角
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。拟建场地抗震设防烈度为6度，基本地震加速度值0.05g。
水土压力按砂性土采用水土分算。该荷载作用于结构上，假定该荷载在结构底板以上为梯形分布，以下为矩形分布。
管廊节点结构内力具有明显的空间分布特征，加之平面布置的不规则形，无法将其等效为平面应力或平面应变问题按平面框架计算。选取体量较大的人员进出口作为计算对象，建立结构三维有限元模型，采用反应位移法进行抗震计算。单体结构顶板厚350mm，中板厚300mm，底板厚700mm，侧壁厚600mm。
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人员出入口三维计算模型
（1）反应位移法模型
按照《城市轨道交通结构抗震设计规范》（GB50909-2014）采用反应位移法进行隧道与地下车站结构横向地震反应计算时，可将周围土体作为支撑结构的地基弹簧，结构采用梁单元进行建模。模型中应考虑土层相对位移、结构惯性力和结构周围剪力作用。
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反应位移法计算示意图
本工程所在地区抗震设防烈度6度，设计基本地震加速度值0.05g；根据地勘报告，场地属于Ⅱ类场地，基本设计地震动峰值E2地震作用位移
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为0.03m。
（2）地层弹簧节点相对位移计算
地震时土层沿深度方向的土层位移分布为
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，其中Z为土层深度；H为地表至地震作用基准面的距离。本工程场地覆盖土层厚度约为6.2m~10.2m，对覆盖土层厚度小于70m的场地，设计地震作用基准面到结构的距离不宜小于结构有效高度的2倍。本工程场地地震作用基准面取至地面下
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位置。
结构单侧各节点相对水平位移（取底板处位移为0）计算结果如下：
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节点相对底板位移
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（3）地层剪力计算
顶板处地层剪力：
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外侧中板处地层剪力：
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底板处地层剪力：
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侧墙处地层剪力：
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结构承载力抗震调整系数取
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，按墙单元考虑。
（4）结构抗震内力计算
结构惯性力通过对结构整体施加水平地震峰值加速度
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来实现，由程序自动计算施加在模型节点处的节点力，同时施加覆土荷载、水土侧压、水浮力以及路面超载，将各荷载进行组合计算。
经三维建模计算，单体层间位移角为1/4531<1/250，满足要求。
地震工况下各荷载组合内力计算结果取包络值如下：
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顶板
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弯矩云图（最大正弯矩
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，最大负弯矩
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）
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外侧壁
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弯矩云图（最大正弯矩
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，最大负弯矩
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）
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底板
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弯矩云图（最大正弯矩
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，最大负弯矩
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）
六、结构非地震工况内力计算
根据荷载规范规范，对结构施加覆土荷载、水土侧压、水浮力、管线荷载以及路面超载，将各荷载进行组合计算。
非地震工况下各荷载组合内力计算结果取包络值如下：
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顶板
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弯矩云图（最大正弯矩
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，最大负弯矩
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）
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外侧壁
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弯矩云图（最大正弯矩
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，最大负弯矩
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）
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底板
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弯矩云图（最大正弯矩
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，最大负弯矩
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）
七、结构抗震工况与非地震工况内力对比
根据前述计算分析，将抗震计算和非抗震计算两种工况得到的水平框架内力计算结果（结果均为基本组合）汇总并对结构构件进行正截面承载力验算，并与准永久组合按裂缝宽度控制实际配筋比较，计算结果如下：
两舱人员出入口关键断面承载力验算表
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由计算结果可知，在抗震计算下进行主筋配筋对比，静力作用下以裂缝控制的配筋组合满足地震作用下和基本组合工况下以强度控制的配筋面积要求，即结构配筋均以静力准永久组合裂缝控制为主，地震工况不起主导作用。
八、结构抗震性能总体评价
综上抗震计算可知，不同于地面建筑，综合管廊作为浅埋地下构筑物，具有较好的抗震性能。在地震作用下结构内力相较于配筋设计时正常使用极限状态标准组合的内力值小。在地震作用下，结构满足两阶段抗震要求。相对抗震计算，结构按照持久状况的内力组合计算作为控制性因素。
参考文献：
[1]GB 50011-2010，建筑抗震设计规范（2016年版）
[2]GB 50010-2010，混凝土结构设计规范（2015年版）
[3]GB50909-2014，城市轨道交通结构抗震设计规范
[4]住房和城乡建设部令第1号（市政公用设施抗防管理规定）