Page 23 - 《振动工程学报》2026年第5期

第 5 期 李文婷，等：行波效应对大型复杂地下空间结构地震响应的影响研究 1227

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柱甚至完全倒塌 。城市地铁系统一般造价高昂，在 向由东向西划分为东咽喉、站台区、西咽喉三部分，
城市交通网络中的地位不可替代，一旦发生地震破 结构布置图及典型断面简图（东咽喉断面二、东咽喉
坏，其破坏隐蔽且修复困难，交通网络瘫痪所造成的 断面一、站台区断面一、站台区断面二、站台区断面
直接和间接损失难以估计 [5-9] 。目前，一致地震激励 三、站台区断面四和西咽喉断面）分别如图 1 和 2 所
下地下结构的抗震性能引起了学术界广泛关注，研 示。为表述方便，本文将各断面竖向构件（墙或柱）
究方法以模型试验 [10] 和数值模拟为主 [11] ，取得了大 由左向右进行编号，如图 2 所示；地下楼层自上向下
量研究成果。 编号为 B0.5 层（夹层）、B1 层、B2 层、B3 层。另外，
行 波 效 应 对 大 跨 度 桥 梁 [12-15] 、 大 跨 结 构 [16-19] 的 地下结构上方建有 8 座地表建筑，如图 1 所示。其
影响已经得到广泛关注，但针对地下结构的研究相 中，站台区南侧建有 5 座多层框架结构，自西向东分
对较少。部分学者讨论了行波效应对隧道结构的影 别为 5、5、5、6 和 6 层结构；西咽喉南侧建有 3 座高
响 [20-23] ，认为行波效应显著改变隧道结构的地震响 层地表建筑，自西向东分别为 8 层框架结构、17 层
应，且大多对结构抗震不利 [24] ；行波效应是引起隧道 框架剪力墙结构和 24 层框架剪力墙结构。
纵向内力的主要原因 [25] ，使隧道接头处内力响应明
显增大 [26] 。另外，行波效应对结构响应的影响随着
地震波传播距离增大而增大，当传播距离较小时，行
结构北立面示意图
波效应反而减小结构的地震响应 [21] 。然而，现有研
究对大型非规则地下空间结构受行波效应影响的讨 1218 m (模型总长)
287 m (东咽喉) 508 m(站台区) 423 m(西咽喉)
论有限。
断面：东咽喉二 东咽喉一 站台区一 站台区二 站台区三 站台区四 西咽喉一
随着城市建设的推进，一些大体量、复杂化、大 59 m
埋深的地下空间结构不断出现，如北京城市副中心 95 m 188 m
站综合交通枢纽。其地下建筑面积约 1.28×10 m ，结
2
6
33 m
构长度达 1 km 以上，有必要讨论行波效应对其的影
断面：东咽喉二 东咽喉一 站台区一 站台区二 站台区三 站台区四 西咽喉一
响。同时，与地下隧道不同，这类地下空间结构的跨
结构平面示意图
度大、形体不规则，横向断面沿结构纵向有明显变 南
化。如北京城市副中心站综合交通枢纽划分为东咽 北
556 m
喉、站台区和西咽喉三个区域，且存在洞口跨度达
23.5 m 的大开洞。在行波作用下，不仅地震波到达
结构各断面的时间不同，受到的地震力、产生的地 东 188 m 1300 m 西
震响应也不相同，受力状态较截面沿纵向不变的隧 纵向距离0 m 间距100 m 278 m 纵向距离1200 m
道结构更为复杂。这些大型地下综合体结构一般承 测点：
A B C D E F G H I J K L M 278 m
担着城市重要的功能，在地震中破坏所带来的社会 Y
O
影响和经济损失巨大。针对这类长度长、结构复杂 X 1218 m
的大型地下空间结构开展行波效应影响的研究，对 北

保障其在地震中的安全具有重要意义。 图 1 模型尺寸、测点布置及地下结构典型断面位置示意图
本文以北京城市副中心站综合交通枢纽工程为 Fig. 1 Model dimensions, layout of measurement points, and
研究对象，采用三维精细化有限元数值模拟方法，从 schematic diagram of typical cross-sections of
时域和频域角度分析了行波效应对地下空间结构变 underground structures
形和内力响应的影响，期望为复杂地震环境下大型 结构底板厚度为 2 m，其余层板厚度为 0.4~0.8 m。
地下空间结构地震破坏机理研究提供参考。 侧墙厚 1~2 m，中柱为直径 1.4 m 的钢管混凝土柱，钢

管厚 4 mm。结构纵梁截面尺寸以 1.8 m×2.2 m 为主，
1 计 算 模 型 横梁截面尺寸为 1.2 m×2.2 m 或 1.0 m×2.0 m。地下结
构 基 础 为 桩 基 础， 直 径 1 m， 桩 长 43~47 m， 材 料 为
以北京城市副中心站综合交通枢纽为工程背景 C35 混凝土。钢管混凝土柱中钢管采用 Q345 钢，混
开展研究。北京城市副中心站综合交通枢纽的地下 凝 土 采用 C60 混 凝 土 ， 其 余 地 下 结 构 构 件 采 用
6
2
建筑面积约 1.28×10 m ，采用地下三层主体结构（含 C40 混凝土。场地参数参考北京地区的土层钻孔数
局部夹层）设计，体量大、结构复杂。地下结构总长 据取值。场地土层总厚为 93.7 m，简化为水平成层
度为 1218 m，总宽度为 188 m，埋深为 30.4 m。结构纵 分布，共 24 层，各土层及基本物理参数见表 1。