本文是一篇土木工程论文，本文针对埋入式大底盘地铁车站及其上盖框架结构一体化结构体系地震响应规律及其影响因素（上盖结构层数、上盖结构偏置、转换板厚度、地震波频谱特性、地震波双向输入和上盖结构数目）以及适用于地上、地下一体化结构体系的大底盘地铁车站结构抗震计算简化力学模型等方面进行研究。
第 1 章 绪论
1.1 研究背景及意义
随着我国经济的快速发展，越来越多的城乡居民选择落户城市，使城市居住人口快速增加。随之而来的交通问题日益凸显，交通堵塞日益加重。自上世纪六十年代我国第一条地铁线路—北京地铁 1 号线开通至今，我国城市地下轨道交通经历了五十多年的发展，从无到有，从有变多。尤其从上世纪九十年代至今，近 30 年来我国大中城市地下轨道交通发展迅速，2021 年 1 月交通运输部对外发布了 2020 年城市轨道交通运营数据。截至 2020 年 12 月 31 日，全国（不含港澳台）共有 44 个城市开通运营城市轨道交通线路 233 条，运营里程 7545.5 公里，车站 4660 座，实际开行列车 2528 万列次。
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近年来，轨道交通车辆段地铁车站及其上盖结构这种聚集交通、办公、商场、居住等多种功能为一体的新型结构形式大量出现，如图 1-1 所示。为了城市居民方便交通，轨道交通地下地铁车站结构大都处于繁华的商业区及大规模住宅小区附近或城市规划建设的热门区域，把居民生活中的衣、食、住、行有机结合起来，基本形成了地上、地下系统性、科学性全面协同发展。
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1.2 相关领域国内外研究现状及发展动态分析
目前关于地下结构抗震的研究方法主要有原型观测法、模型试验和理论分析。原型观测法能够直观的了解地下结构破坏机制，总结地下结构在地震灾害中的薄弱环节，从而比较全面了解地下结构的地震响应特性。Senzai Samata 等[13]对大开车站进行了细致的震害调查，发现车站顶底板的相对位移过大和顶板上部土体的惯性力导致中柱破坏。但是，在实际情况中地震的发生是非常偶然的，能够将地下结构的破坏过程完整的记录下来极其困难。所以采用数值模拟与模型试验结合起来相互印证更加便捷。目前，国内外关于地铁地下结构抗震问题的研究主要有以下方面：
1.2.1 数值分析研究现状
Lee 和 Karl 等[14~15](1996)应用圆柱波函数推导了半无限域中单个隧洞对 P 波和S 波的散射解；刘晶波等[16](2005)实例验证了可直接模拟的三维时域粘弹性人工边界；张建民等[17](2004)提出了一种可考虑土-结构相互作用的经验公式。刘如山[18]等采用振动法推导了反应加速度法地震荷载的施加方法；高峰等[19](2012)对比了振动法与波动法的优缺点，结果表明振动法更为简便。实际上，理论分析时均假设土层是均匀的，很难表达地层结构的非线性和复杂性，而且地震波入射过程中不断反射、折射的现象，很难在工程应用中得到推广，所以采用数值模拟分析地下结构地震响应的方法大量应用。
由于计算机技术和商业软件的发展，数值模拟方法在地下结构地震响应分析方面得到了普遍的应用。与解析方法相比，数值模拟方法具有可以考虑相对复杂的三维地下结构形式、围岩地质条件等优点，甚至可以模拟几乎所有的复杂边界以及地震荷载作用下结构破坏的全部过程。
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第 2 章 土-结构相互作用数值模型的建立
2.1 三维数值模型假设
Midas GTS NX 软件是国际上先进的岩土工程有限元分析软件，其凭借操作方便、功能强大、结果准确的优势，现已得到岩土工程界的广泛认可。
本文在针对大底盘地铁车站及其上盖框架结构体系进行有限元模型的建立时，对实际工程问题做了一定的简化，具体假设如下：
(1) 不考虑行波效应，即模型底部各点受到地震波的激励是一致的；
(2) 计算只考虑重力（地应力平衡）与地震波作用，不考虑地下水及地震引起的地下结构地基的沉降与失稳等问题。
2.1.1 场地土层及模型参数的选取
(1) 模型一
本模型的数据参数为 3.1 节三维数值模拟基本工况建模的实际尺寸及参数。数值模拟某大底盘地铁车站及其上盖框架结构体系包含地上、地下两部分，两者通过转换板刚接为一体，其中地上部分为六层的框架结构，地上结构长 24.0m，宽 12.0m，高 18.6m，层高 3.1m，楼板厚度 0.2m，地上结构柱截面尺寸为 0.5m×0.5m；其地下部分为两层的大底盘地铁车站，地铁车站结构尺寸为横截面总长 100.8m，总高 17.1m，地下负一层层高 6.6m、地下负二层层高 10.5m，地下结构顶板厚度为 1.2m，地下结构底板厚度为 1.0m，地下结构中板厚度为 0.8m，地下结构中柱截面尺寸为1.2m×1.2m 。
(2) 模型二
本模型的数据参数为 3.2 节及之后本文三维数值模拟基本工况建模的实际尺寸及参数。地铁车站及其上盖框架结构体系包含埋入地下的大底盘地铁车站及地面上的上盖框架结构，两者通过转换板刚接为一体。其中，上盖单塔框架结构高 24.5m、宽 12m、高 43.3m、楼板厚度 0.2m、地上结构柱截面尺寸 0.5m×0.5m；地铁车站结构长 96.4 m、宽 36 m。地下结构顶板厚度为 1.2m，地下结构底板厚度为 1.0m，地下结构中板厚度为 0.8m，地下结构中柱截面尺寸 1.2m×1.2m、地下负一层层高 5.1 m、地下负二层层高 9.2 m、地铁车站总高 17.1 m。
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2.2 分析工况
为研究地铁车站及其上盖框架结构体系地震响应的影响因素分析，本文共设置五种因素来分析结构体系的地震响应。分别是上盖结构层数的影响、上盖结构偏置的影响、转换板厚度的影响、不同地震波的影响以及上盖结构数目的影响，具体每种影响因素的分析工况如表 2-6 所示。
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第 3 章 埋入式大底盘地铁车站及其上盖单塔框架结构体系地震响应分析·········· 21
3.1 上盖结构层数对大底盘地铁车站结构体系地震响应分析 ............................... 21
3.1.1 工程概况 .................................... 21
3.1.2 三维数值模型的建立 ......................... 22
第 4 章 埋入式大底盘地铁车站及其上盖双塔框架结构体系地震响应分析·········· 69
4.1 计算模型与参数 ............................... 69
4.2 分析工况 ................................ 69
4.3 计算结果与分析 .......................... 70
第 5 章 埋入式大底盘地铁车站结构抗震设计方法简化力学模型研究 ················ 81
5.1 传统反应加速度法局限性分析 ............................. 81
5.2 振型分解法-反应加速度法 ................................... 82
第 5 章 埋入式大底盘地铁车站结构抗震设计方法简化力学模型研究
5.1 传统反应加速度法局限性分析
反应加速度法的基本前提是：假定地震时地下结构与周围土体同步运动，不发生相对分离现象，认为同等深度处土体的加速度反应相同，且地下结构的加速度反应与同一深度处的土层加速度反应也相同。采用反应加速度进行抗震计算时，土体与地下结构分别采用二维平面应变单元和梁单元建模，底部边界固定，侧面设置为滑移边界。
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由传统反应加速度法力学模型可知，对于地上、地下一体化共建结构体系，其土-结构相互作用体系所受的惯性力可看作上盖结构惯性力、下部土体惯性力以及含结构土体惯性力三部分之和。上盖结构楼层加速度反应的计算采用振型分解反应谱法，其建立运动方程的基本依据是考虑结构惯性力作用的达朗贝尔原理。而含地下结构的土体部分及结构下部土体均采用传统反应加速度法求解相应土层的加速度反应是合适的。将地上结构部分与地面以下部分采用自上而下的加速度反应函数以静力的方式施加到土-地上、地下一体化结构相互作用模型上进行抗震计算，它们在理论上是相通的，但需要进一步考虑一体化结构体系对土体加速度反应改变的影响。这种将地上结构加速度反应计算的振型分解反应谱法与地面以下部分各土层加速度反应计算的反应加速度法结合在一起，称之为振型分解法-反应加速度法。
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结论与展望
结论
传统的单一车站结构或单一地上结构与埋入式大底盘地铁车站及其上盖框架结构一体化结构体系相比，由于地下结构与地上结构彼此相互作用，破坏机理更加复杂，从而影响体系的地震响应。本文针对埋入式大底盘地铁车站及其上盖框架结构一体化结构体系地震响应规律及其影响因素（上盖结构层数、上盖结构偏置、转换板厚度、地震波频谱特性、地震波双向输入和上盖结构数目）以及适用于地上、地下一体化结构体系的大底盘地铁车站结构抗震计算简化力学模型等方面进行研究，并得到了如下结论：
(1) 在水平地震动作用下，上盖框架结构的存在增大了大底盘地铁车站结构的内力，其内力幅值随着上盖结构层数增加而增加，且增长幅度也逐渐加大。在输入地震动作用下，车站结构发生的变形仍然是剪切型，上盖结构的存在只改变了其相对位移峰值大小，而未改变其变形模式。
(2) 上盖结构层数的变化与转换板厚度的变化，不会引起地下地铁结构各项内力趋势的变化，只是随着上盖结构层数的变化或转换板厚度的变化，在内力幅值上有所影响，不会改变其变化规律。但是上盖结构偏置会引起地下地铁结构各项内力趋势的变化，随着上盖结构位置的变化，在内力幅值及变化规律上都有所影响。在加速度与位移反应中上盖结构层数的变化、转换板厚度的变化及上盖结构的偏置，对地下结构的位移与加速度的影响很小。地震动的双向输入明显增加了地下地铁车站结构的内力值。
(3) 在水平地震作用下，与上盖单塔框架结构相比，上盖双塔框架结构的存在使地下结构加速度峰值和中柱弯矩明显减少，使地下结构底板弯矩分布规律发生明显变化。上盖双塔框架结构的存在使地下结构层间相对位移大幅度减小，但依然发生的是剪切型变形。
(4) 上盖框架建筑的大底盘地铁车站结构的变形发生的是剪切型变形，采用反应加速度法的基本原理对其进行抗震计算是合适的。
参考文献（略）