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摘要：城市地下空间的开发和利用是21世纪实施中国城市可持续化的必然选择和重要途径，在一定程度上也是实现可持续发展目标成功与否的关键。地下轨道交通作为城市地下空间开发中最为重要的一个环节，因其运量大、能耗低、不占用地面空间等优势，已成为各大型城市重要公共交通方式之一。然而在繁华的城市中心修建地下车站时，周围难免会有已建或在建的地上建筑。例如：北京未来科技城地铁车站周围同期建设了9栋高层写字楼和一个大型公交换乘中心。在地震过程中地上建筑对场地的扰动必然会对新建地铁车站的动力响应产生影响。
关键词：周边地上建筑；地铁车站；抗震设计方法
引言
随着我国城市化的迅速发展，城市用地日趋紧张，城市地下空间的开发利用对于缓解城市交通压力起着关键作用。地铁作为一种独立的交通系统，并不受地面道路情况的影响，在城市交通中发挥着巨大的作用，我国近些年来地铁的数量在迅速增加，截止2017年末，我国已有62座城市里的城市轨道交通线网规划获批，总里程达7321km，其中已运营长度达5033km。相对于地上结构而言，地铁车站结构完全埋置于地下，受到周围岩土体的约束及加固作用，人们潜意识认为地铁车站的抗震性能优于地上结构，又因其为数不多，震害的影响较地上结构较小，故长期以来，地铁车站的抗震并没有得到人们的重视。1985年，墨西哥8.1级地震致使建在软弱地基上地铁侧墙与地表结构相交部位产生过大裂缝而破坏的现象；1995年，日本阪神地震造成了大开车站等毁灭性破坏，产生巨大的生命财产损失；2008年汶川发生的8.0级大地震导致了多条隧道的坍塌；因此，地铁车站的抗震性能分析日渐成为了引起人们重视的问题。
1工程概况
某地铁站为地下2层结构，该车站结构的标准段宽为24．6m；车站顶板、底板埋深分别约为3．0m、17．0m；车站高14．0m。结构均采用C40混凝土，柱子的横断面尺寸为1．2m×0．8m；车站顶板、中版、底板厚度依次为0．9m、0．5m、1．1m；边墙的横断面尺寸为0．8m×14．1m。车站范围内地势较平坦，地表略有起伏，根据该站的安全评估报告可知，车站位于8度抗震设防烈度区，设计地震分组为第1组，建筑场地类别为Ⅲ类，设计基本加速度值为0．20g，设计特征周期为0．45s。
2受周边地上建筑影响地铁车站的抗震设计方法
反应位移法将地下结构地震反应的计算简化为平面应变问题，其在地震时的反应加速度、速度及位移等与周围地层保持一致，因天然地层在不同深度上反应位移不同，地下结构在不同的深度上必然产生位移差。将该位移差以强制位移形式施加在地下结构上，并将其与其他工况的荷载进行组合，则可按静力问题进行计算，来得到地下结构在地震作用下的动内力和合内力。反应位移法是一种静力法，其概念清晰，可以反映土～结构间的相互作用，是日本等发达国家目前普遍采用的地下结构抗震计算方法。我国《城市轨道交通结构抗震设计规范》（GB50909－2014）也将反应位移法作为主要计算方法。反应位移法反映地震响应主要由地层相对位移控制的土层或软弱岩层隧道的振动特性，在具备工程场地位移或速度反应谱的条件下，计算较方便快捷，是隧道的一种较好的抗震计算方法。反应位移法主要包含土层相对位移、结构惯性力和结构与周围土层剪力三类地震力。
3模型大小对简化方法精度的影响
在简化方法的推导过程中，有计算模型足够大，结构对近场边界受力及变形无影响的假设。故以车站的长边（22m）为单位宽度，分析模型边界到结构的距离对简化方法精度的影响。以4种输入波下车站的变形响应为研究对象分析模型大小的影响。随着模型边界到地下结构的距离的增大，计算结果也越来越精确，并最终趋于该方法计算精度极限。在1~3倍距离时，计算的误差相对比较大；当超过4倍边界距离后，计算结果趋于稳定并且误差都小于5%。所以可认为当模型边界到地铁车站的距离超过4倍结构宽度后，能基本忽略模型大小对计算结果的影响。
4结论
本文通过对地上建筑一土一地铁车站的近场进行动态平衡分析，获得地上建筑对地铁车站地震响应影响机制，并以此为基础推导得到一种适用于受周边地上建筑影响的地铁车站简化抗震设计方法，通过理论推导、数值验证及模型分析得到以下结论：
（1）地上建筑在地震过程中产生的地震作用力会通过基础传递给场地，从而先引起场地地震响应的变化，再由场地传递给地铁车站，进而影响地铁车站的地震响应。
（2）根据地上建筑对地铁车站地震响应影响的机制，提出一种简化的抗震设计方法，该方法采用拟静力建模和计算得到地铁车站动力响应。
（3）以动力时程法的结果为基准，本文提出的简化方法的计算精度较高。其中在计算结构变形响应时，简化方法误差不会超过5%，能满足实际工程中的设计要求；在计算车站内力响应时，简化方法的轴力误差不会超过5%弯矩和剪力的误差一般不会超过7%。所以该方法可以作为一种简化方法在结构设计中与动力时程法一起分析和计算结构地震响应，保证地铁车站的安全性。
（4）在使用简化方法进行结构设计时，模型的大小对计算精度有较大的影响。但是当模型边界到结构的距离超过4倍结构长边后，能基本忽略模型大小对计算结果的影响。建议在实际设计中在计算条件允许下，应保证模型边界到结构的距离超过4倍结构长边。本文提出的简化方法计算精度较高，并且相较于动力时程法，该方法采用拟静力建模和计算能大幅度减少分析时间，在实际工程设计中有一定的应用前景。但由于篇幅的限制，文中仅验证了单个地上建筑的情况，对于简化方法在分析多个建筑，甚至是大片高层建筑群的工程时，其计算精度会不会随着建筑量和建筑规模的增大而降低则需要进一步分析及验证。
结语
随着人们对于地铁车站结构设计中抗震结构设计重视程度的增加，对于相关的地铁车站结构设计中的抗震设计的研究也逐渐成为了当前地铁车站设计研究中的重点内容，简而言之，人们更多地希望通过抗震设计提高地铁车站的稳定性，为此，相关的研究与设计人员需要能够立足于地铁车站设计与施工的具体流程，进行更为合理的设计。
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