深圳火车北站结构设计

深圳火车北站结构设计 : 1000-6869( 2011) 12-0098-10 文章编号 深圳火车北站结构设计 1 1 1 1 1 2 1 1 1 2 2，，，，，，，，，，傅学怡吴 兵陈朝晖孟美莉孙 璨陈 强江化冰冯叶文邵建伟郭 明蒋 凡( 1, ，518060; 2, ，430063)深圳大学建筑设计研究院广东深圳 中铁第四勘察设计研究院集团有限公司湖北武汉 : ，18 ，， 摘要深圳火车北站为京广港铁路上重要枢纽车站之一总建筑面积 万平方米由站房和两侧的无柱站台雨棚构成站 ，，。，。房结构不设永久缝工程体量大结构复杂结合建筑功能雨棚屋盖采用了四边形环索弦支空间结构体系结合工程项 、、、，，荷载分析抗震性能化设计分析超长结构温差收缩效 目背景介绍了该工程结构设计中的关键技术问题包括结构体系 、。: ; ，，高架城市轻轨穿越振动影响分析等研究结果明结构精心设计能完美实现建筑轻轨高架穿越控制列车振 应分析 ; ; ，，根据精确的整体有限元分析予以针对性的加强措施可有效解决超长结构的温差收缩效应问题动对车站的影响是关键 。、四边形环索弦支结构大大提高了现有弦支结构的工作效率工程所采用的结构体系对于其它大型公共建筑尤其是复杂 。 交通枢纽建筑具有很好的借鉴作用 : ; ; ; ; 关键词双向空间桁架四边形环索弦支结构高架城市轻轨超长结构温差收缩效应 : TU393. 304 : A 中图分类号文献标志码 Strctra esg of the Shenzhen North away StatouuldinRilin 1 1 1 1 1 2 FU uey，WU Bng，CHEN Zhaohu，MENG e，SUN Can，CHEN Qang XiiiMilii，1 1 1 2 2 JG uabng，FENG Yewen，SHAO Janwe，GUO ngJG FanIANHiiiMi，IAN ( 1, The Institute of Architecture Design , Research，Shenzhen University，Shenzhen 518060，China; 2, Chna Raway Syuan Survey and Desgn Group Co, ，Ltd，Wuhan 430063，Chna)iiliii Abstract: Shenzhen NorthR ailway Station，one of the major hub stations in the Beijing-Guangzhou-Hong Kong railway 2 system，with 180 000 mconstruction area，consists of a central station house and the no-pillar platforms on both sides and adopts an innovative spatial structural system without construction joints, Based on the project background，this paper introduced the key technical issues in the structural design，such as the structural system selection，the loading anayss，the ant-sesmc performance desgn，the anayss of temperature varaton and concrete shrnkage effect on liiiiiliiiisuper-long structure，the analysis of vibration effect from elevated LRT，etc, Research results show that rational structura desgn can reaze the archtecture perfecty, Contro of the vbraton from the eevated LRT s an mportant liliilliiliissue for the raway staton structure desgn, Fnte eement anayss of the overa structure and some speca measures iiliiiillillilcan effectvey mnmze the temperature va raton and concrete shrnkage effects on the super-ong iliiiiiilstructure,Q uadrilateral string support system largely increases the work efficiency of string supported systemi n exstence, The proect can be a reference for smar proects, ijiilj Keywords: 2-way spatial truss; quadrilateral string support system; elevated light rail train; super-long structure;temperatureva riation and concrete shrinkage effects : ( 90715012) 。 基金项目国家自然科学基金项目: ( 1945 ) ma: fuxuey yahoo com cn —，，，。E-il__i@..作者简介傅学怡男江苏苏州人研究员: 2011 7 收稿日期年 月 98 339. 06 m，201. 50 m，7 平行股道方向长 面积约 万平 ，43 m27 m，+ 、方米标准柱距 采用圆钢管混凝土柱 1 工程概况，工字钢梁组合楼盖组成框架结构圆钢管柱截面直 1 400 :1 600 mm，40 mm、50 mm，径钢管壁厚 内填充 ， 深圳火车北站位于深圳市龙华中心区为京广C60 ，4。 自密实高性能混凝土二层结构平面布置见图 ，港铁路重要 交通枢纽由站房建筑及两侧的无柱站 ，城市轻轨在站房东端高架穿越支承结构需较 大侧。2 ，，台雨棚组成站房 层局部设夹层屋盖结构外形 ，，向及竖向刚度结合建筑造型首层采用八边形 空“”，，18 上平下曲两侧雨棚呈波浪形总建筑面积 万 ，2 500 mm ×心钢 管 混 凝 土 柱 作 为 支 承 柱截 面 ，1。平方米见图 4 000 mm，2 500 mm × 2 000 mm 二层以上分叉为截面 七 ，46 、边形钢管混凝土柱支承上方的 号线列车轨道梁 ，，5 。桥墩分叉柱之间通过矩形钢管梁连接如图 所示 ，二层楼盖采用现浇钢筋混凝土组合楼盖焊接 ，23. 5 :43. 0 m，2. 3 m，工字钢梁跨度 梁高 梁腹板均 ，1. 5 m，匀布置六边形孔洞洞高 组合切割节省腹板 25 ，，%钢材 同时可供设备管线穿越满足建筑净空要 1 图 深圳北站效果图。、，求楼板采用钢筋桁架楼承板不需模板不 需 支 Fig, 1 Rendering of the Shenzhen North Station ，，。撑方便施工楼盖结构双向整体性较好 ，深圳火车北站为一复杂的交通枢纽项目为实 1. 2 站房屋盖结构 、、、“ ”，现国铁城市地铁轻轨公交车辆的零换乘设 6 ，站房上部屋盖钢结构如图 所示为一空间双 ，4、6 计围绕交通组织进行了周密的安排城市轻轨 号 ，407. 316 m，向桁架结构垂直股道方向长 平行股道 ，线在站房建筑中平行于下部铁路股道高架穿越地 203 m，8. 35 。方向长 覆盖面积 万平方米平行股道方 5 、，铁 号线平南铁路垂直于铁路股道下沉穿越新区 54 m、81 m、54 m，68. 75 m、向柱距 垂直股道方向柱距 ，2、3。大道平行于铁路股道下沉穿越见图 85. 56 m、85. 75 m。屋盖结构由主结构和次结构构 该工程由中铁第四勘察设计院集团有限公司和 。，成主结构由两个方向的主次桁架构成主桁架支 ，2008 深圳大学建筑设计研究院联合设计结构设计于 4、6 承于站房钢管混凝土柱上部分叉钢管柱及地铁 12 ，年 月通过铁道部鉴定中 心 结 构 设 计 专 项 审 查 ，。 号线分叉钢管混凝土空心柱次桁架支承于主桁架 2011 3 ，2011 。年 月结构竣工验收年年底通车运行 ×27 m，27 m 两方向主结构之间网格尺寸约 采用如 1. 1 站房下部结构 7 ，图 所 示 次 结 构由 上 下 两 层 双 向 梁 系 与 斜 ，，站房结构共二层地面层为站台层二层为高架 、，，拉杆竖向撑杆组成该结构既支承了屋面又悬挂 ，，站厅层整体结构由下部结构和上部钢屋盖组成总 6. 9 。用钢量万 吨 站房下部结构垂 直 股道方 向长 2 图 垂直股道方向剖面图 Fig, 2 Vertical track direction elevation 3 图 平行股道方向剖面图 Fig, 3 Along track direction elevation 99 5 图 城市轻轨支承柱 Fig, 5 Column of LRT 。 盖周边上弦平面布置了支撑体系 1. 3 站台雨棚 4 图 站房二层结构平面布置图，站台雨棚在站房南北两侧对称布置建筑效果 Fig, 4 Infra-structure plan ，，8 。273 m132 m 所示单侧雨棚长 宽 两侧雨棚 如图 。:6. 8 800 总覆盖面积 万平方米支承结构为直径 。 ，，了吊顶简化了结构杆件满足建筑功能需要垂直900 mm ，30 mm，钢管混凝土柱壁厚 垂直股道方向标 62. 5 m 22. 7 m于股道方向屋盖两侧悬挑分别为 和 ; 28. 0 m。43. 0 m 平行股道方向标准柱距 雨 准柱距。、，的为满足屋盖平面内刚度稳定性及承载力沿屋 6 图 站房屋盖结构组成示意 Fg, 6 Roof sketch of the North Staton ii 100 1 670 MPa; 单层网格梁，主梁矩形钢管?450 ×250 × 14 × 16、I250 × 250 × 6 × 12。次梁工字钢 1. 4 结构特点 ( 1) : ，复杂交通枢纽轻轨高架穿越需控制列车 ; ，振动对结构的影响多条交通线路下沉穿越基础结 7 图次结构构成。构需特殊处理 Fig, 7 Secondary structuresy stem ( 2 ) : 339. 06 m ×201. 50 m， 超长站房楼盖结构 407. 316 m × 203 m，。屋盖结构 不设变形缝 ( 3) : 43 m; 、大跨度大悬挑楼盖标准柱距 屋盖结 86 m × 81 m，62. 5 m。构柱网尺寸 最长悬挑 ( 4) : 创新雨棚屋盖采用四边形环索弦支空间结 。构体系 2 结构设计标准及荷载作用 8 图 雨棚结构效果图 Fig, 8 Rending of canopy 2. 1 结构设计标准 ， 棚通过四向交叉斜柱支承于钢管混凝土直柱顶端: 50 ，结构设计基准期 年设计使用 总体控制标准500 : 650 mm ，7. 0 m 斜柱为 圆钢管分别四向斜伸 和 100 ; ，1. 1; 年限 年安全等级一级重要性系数 抗震设 10. 75 m，14. 0 m ×21. 5 m 整个雨棚形成 网格的双向 7 ，0. 1g( g 防烈度 度设计基本地震加速度 为重力加 ，910 、。连续多跨空间结构如图 所示 ) ，。。 速度设计地震分组第一组抗震设防等级乙类 : 50 结构变形控制标准年重现期风荷载下及小 1 /550，、 震作用下结构层间位移角限值 钢结构主梁 L 桁架 在永久和可变荷载 标准值下的挠度限值 /400 ( L ) 、。为桁架梁跨度 9 : 图 垂直股道方向雨棚立面动力 特 性 指 标屋盖竖向自振频率不小于 1. 0 Hz，3. 0 Hz， Fig, 9 Vertical track direction elevation of canopy 楼盖结构竖向自振频率控制不小于 、人群列车振动引起的站房楼盖峰值加速度不大于 0. 015g。 : 结构应力指标钢结构杆件最大组合设计应力 0. 9 f( f) ; ( ) : 小于 设计强度钢拉杆索应力控制为y y ( f0. 45 f最不利组合工况下最大组合拉应力小于 yk yk 10 图 平行股道方向雨棚立面) ，+ + 破断强度自重 附加恒载 风吸力工况下最小拉 Fig, 10 Along track direction elevation of canopy 0. 05 f。应力大于 yk : / ( ) + 结构稳定指标线性极限屈曲荷载 恒 活标 14. 0 m ×21. 5 m 雨棚屋盖基本网格单元采用四 ，、边形环索弦支结构由斜拉钢棒竖向撑杆及四边形 10，/准荷载的屈曲系数大于 非线性极限屈曲荷载 ，11 ，，环索构成如图 所示通过张拉斜拉钢棒张紧环 ( ) 5。+ 恒 活标准荷载的屈曲系数大于 、。，索撑杆受压改善网格梁结构的受力和变形性能 2. 2 重力荷载 、、站房楼盖结构考虑吊顶管道检修等楼面附加 2 2 5. 25 kN / m，1 kN / m，3. 5 恒载取 隔墙处另加 活荷载 2 2 kN / m; 0. 6 kN / m，站房屋盖钢结构屋面恒载 吊顶恒 2 2 0. 6 kN / m，0. 5 kN / m; 载 屋面活荷载 站台雨棚屋面 2 2 1. 0 kN / m，0. 5 kN / m。恒载 活荷载 11 图 雨棚结构计算模型三维图及四边形2. 3 地震作用 环索弦支结构基本单元示意图 ,1,: 12，场地谱与规范谱比较见图 可以看出小震 Fig, 11 3D calculation model of canopy and standard unit ， 作用下场地谱的最大地震影响系数较规范谱略大 Ts; 0. 05 比规范谱特征周期 大 中震作用下场地谱 、70 mm 64 mm斜拉钢棒采用直径 高强合金钢g % ，2. 8最大地震影响系数 α较规范谱值小 但场地 max 、 ; 154 × 4. 5 194 × 5， 棒竖向撑杆采用圆钢管 四边 30 mm ， 形环索采用直径 高强镀锌钢丝束破断强度101 s， ( ) , ; 0. 55 = 谱特征周期较长达 大震作用下场地谱最大地最低气温 结构合拢温度?体温差 经历月最高 % ， ，70: = -。震影响系数 α较规范谱小很多为规范谱的 使用阶段整体温差 结构使用温度结构合拢温度 max 0. 7 s，0. 4 但场地谱特征周期 大于规范谱特征周期 1 表 深圳气象统计参数 s。， 结构分析中小震作用采用场地谱和规范谱双控Table 1 Meteorology statistics ( Shenzhen) ，。中震作用和大震作用采用场地谱以策安全 月份 月平均气温 / ? 月最高气温 / ? 月最低气温 / ? 1 14. 1 28. 4 0. 9 2 15. 0 29. 0 0. 2 3 18. 4 30. 7 4. 8 4 22. 2 33. 2 8. 7 5 25. 3 35. 8 14. 8 6 27. 3 35. 3 19. 0 7 28. 2 38. 7 20. 0 8 27. 8 36. 6 21. 1 9 26. 6 36. 6 16. 9 10 23. 7 33. 6 11. 7 ( a) 小震作用 11 19. 7 32. 7 4. 9 12 15. 9 29. 8 1. 7 2. 6 城市轻轨荷载 4、6北京城建设计研究总院有限责任公司提供 、 号线列车轨道及列车站台传来的竖向附加恒载和 13。活载见图 城市轻轨传来的每支座平行股道荷 : 220 kN，918 kN，载轨道伸缩荷载 断轨荷载 牵引荷 ( b) 中震作用144 kN; : 96 kN。载 垂直股道方向荷载摇摆荷载 ( c) 大震作用、 13 图 城市轻轨恒活载取值 Fg, 13 Dead oad and ve oad from LRT illil12 图 场地谱与规范谱比较 Fig, 12 Comparison of site spectrum and code spectrum 2. 7 站房结构计算模型 ( ETABS、SAP2000、MIDAS、 采用多 种 计 算 软 件 2. 4 风荷载 2 ANSYS ) : 、。等多模型对结构进行计算分析模型一: 0. 9 kN / m( 100 ) ，年一遇地面粗糙度 基本风压 -、。 单独下部钢混凝土组合结构单独上部钢屋盖结构B 。类 ，单独下部结构模型崁固端取基础顶面上部屋盖结 GB 500092001—《初步设计阶段按 建筑结构荷 、构传来的风荷载重力荷载等作为集中力加于下部 》，载规范取值施工图阶段按风洞试验结果进行调 ,2,; 结构柱顶单独上部钢屋盖结构嵌固于下部结构柱 。，整风洞试验结果表明大部分区域按规范取值 : 。、。柱顶模型二上下部结构总装为整体结构关键 、。，合理安全局部区域如垂直股道来风时迎风向的 。节点另建立有限元模型 1. 2 :1. 4，墙面和悬挑屋盖的下表面风压系数 平行 ，股道来风时雨棚多跨连续坡屋面迎风侧风压系数 0. 6 : 1. 0，,0. 1 : ,0. 6，， 背风侧 均较为不利设计3 计算结果及分析 。时宜调整加强 2. 5 温度作用 3. 1 结构振动模态 15 8 ，: 1 图 为结构前 阶振型图从图中可以看出， 温差取值采用深圳市气温资料进行统计见表 X ; 2 。1，阶振型为整体结构的 向平动阶振型为整体结 温差计算考虑了结构所经历的整体温差影响分 Y 2 : : 、构 向平动叠加钢盖结构悬挑端开洞处局部竖向振 为 个阶段?施工阶段假设混凝土低温入模钢结 ，，，; 3 Y 构低温合拢结构合拢温度取施工当月平均气温整 动同时伴有扭转阶振型为整体结构 向平动叠 102 14 图结构计算模型 Fig, 14 Calculation model 15 8 图 结构前 阶振型 Fig, 15 Structural mode shapes ，， 3. 3 加上部屋盖悬挑部分竖向振动同时带有少量扭转中震设计 1 ; 468 、、、对应于单独上部钢屋盖第 振型阶振型为屋 荷载组合和材料强度 中震弹性设计分项系数 ; 5 X 盖结构局部竖向振动阶振型为整体结构 向平动 。，， 等均同小震作用采用中震场地谱阻尼比同小震; 7 。 伴随扭转阶振型为钢屋盖悬挑端局部竖向振动0. 02，。取 考虑三向地震作用屋盖钢结构设计应力 ，，108 总体来说振型质量参与较为分散前 阶模态三 16，，与屈服强度比值见图 可见杆件应力比均小于 100% 、个平动方向及扭转方向的累积质量参与达到 0. 7，。满足要求 100% 、98% 96% 。1 和 楼盖的竖向第 主振型出现在 3. 4 大震作用下动力弹塑性时程计算分析 42 ，0. 32 s，3. 12 Hz。阶对应的周期为 振动频率 Midas ，动力弹塑性计算采用 软件采用场地安评 50 2 %报告所提供的 年基准期超越概率 的三条人工 3. 2 整体结构主要性能指标XYZ ，。、、波三向输入三向地面运动加速度比例系数 : 2，水平荷载 整体结构主要计算结果见表 可见1. 00? 0. 85? 0. 65 0. 85? 1. 00? 0. 65。为 及 动力弹塑性 ，1 /743，作用下结构的最大层间位移角为 偶然偏心 ，0. 02，分析采用非线性直接积分结构阻尼比 时间步 ，1. 2，地震作用下结构的最大扭转位移比 为扭转规 0. 02 s，20 s。长 地震波持时 ; 。则结构结构的剪重比等力学指标均满足规范要求 表 2 整体结构性能指标计算结果 Table 2 Structural parameter of overall structure MDAS SAP2000 I计算软件 1 /754( ) ，1 /1 208( ) /698( ) ，1 /1 312( ) 1 X 向地震作用下最大层间位移角 上部钢结构下部楼盖上部钢结构下部楼盖16( ) 13( )20( ) 19( )1. ，1. 1. ，1. 上部钢结构下部楼盖 上部钢结构下部楼盖 / δδ考虑偶然偏心 Xmax X1 /910( ) ，1 /1 178( )1 /883( ) ，1 /1 232( )上部钢结构下部楼盖 上部钢结构下部楼盖 Y 向地震作用下最大层间位移角1. 16( ) ，1. 02( )1. 12( ) ，1. 09( )上部钢结构下部楼盖 上部钢结构下部楼盖 / 考虑偶然偏心 δδ Ymax Y21. 3 mm( 56 m )20. 6 mm( 56 m )悬挑处 悬挑处 Z 向地震作用下最大位移1. 7 1. 5 %%X 向地震作用下剪重比 2. 0% 1. 8% Y 向地震作用下剪重比 1 /743( ) ，1 /7 701( )上部钢结构下部楼盖 — X 向风荷载作用下最大层间位移角 1 /1 802( ) ，1 /8 936( )上部钢结构下部楼盖 — Y 向风荷载作用下最大层间位移角 103 a，X 18。 下结构 向塑性铰发展情况见图 此时共出现 61 ，，53 1了 个塑性铰均为轴力铰其中 个位于阶段 ( B-O) : ，I构件只受到轻微破坏无须修复即可继续使 ; 6 2 ( IO-LS) : ，用个位于阶段 构件受到显著损坏但 ，; 2 尚不危及生命安全修复后可继续使用个位于阶 3( LS-CP) : ，， 段 构件受到严重破坏已不可修复使用 。但构件尚能承受重力荷载而避免倒塌大震作用 ，Y 18b，下结构 向塑性铰发展情况见图 此时共出现 75 ，58 1，14 了 个塑性铰个出现在阶段 个出现在阶 2，3 3，段 个出现在阶段 其中除了个别杆件出现弯矩 16 图 中震设计杆件应力比水平分布 ，。18 ，铰外其余均为轴力铰从图 可以看出大震作用 Fig, 16 Stress ratio distribution of structural members ，下结构中只有少量杆件屈服且均出现在钢结构屋 under design earthquake action ，，盖对结构整体影响较小表明该结构有较大的抗震 : Leve 1 5 l将塑性铰划分为 个不同的状态为构，“”。安全储备满足大震不倒的要求 ; Level 2 ，件截面部分屈服为构件已达到屈服状态塑 ，; Level 3 性铰生成构件不需要修复即可继续使用为 ; Level 4 ，构件破坏阶段为生命安全状态构件受到明 ，显破坏但尚能确保生命安全可修复继续使用但修 ; Leve 5 ，l复不一定经济为构件受到严重破坏已不可 ，。修复使用但构件尚能承受重力荷载而避免倒塌 ，在重力荷载与大震作用下结构塑性铰发展状 17 ，，态如图 所示可以看到所有铰都出现在屋盖结构 ，Level 1 ，。构件且都处于 状态结构基本处于弹性阶段 ( a) X 方向 ( b) Y 方向( a) X ( 302 ) 向共 个铰 18 图 大震作用下塑性铰发展状态 Fig, 18 Hinge development under rare earthquake action 3. 6 站台雨棚弦支结构 ，，弦支结构主要是通过张拉斜拉杆张紧环索使 ，竖直撑杆受压从而改善上部网格梁结构的受力性 ，。能提高上部网格梁结构的刚度和稳定性预应力 作用的大小和效率是影响弦支结构体系工作性能的 。关键目前国内外应用较多的弦支结构体系大多限 ( b) Y ( 354 ) 向共 个铰，24 : 36 ，于圆形或椭圆形平面环索多为 边形环索与 17 图 大震作用下结构塑性铰发展状态 Fig, 17 Hinge development of structural members ?，，T 90斜拉杆夹角接近 根据力系平衡斜拉杆拉力 2 under rare earthquake action T:与环索拉力 平衡式为 1 T= Tcos( 180? , ) + Tcos( 180? , ) 1() θθ 3. 5 大震静力推覆分析2 1 1 1 2 SAP 2000 静力弹塑性分析采用 倒三角分布的水 、，式中θθ分别为斜拉杆在环向索所在平面上的投 1 2 。平荷载方式加载 ( 19) ，24 : 36 ，、影的夹角图 对于 边形环索θθ接近 1 2 Pushover ，计算结果表明结构在小震和中震作用 90?，5 : 10 ，环索拉力约为斜拉杆拉力的 倍环索工作 ，。下没有出现塑性铰完全处于弹性状态大震作用 。效率低 104 ， 本工程创新采用四边形环索弦支结构斜拉杆 ( 20 ) ，与环索夹角较小图 环索拉力与斜拉杆拉力相 ，。等环索工作效率有效提高 21 图 雨棚结构试验模型 19 图 环索与斜拉杆拉力关系示意Fig, 21 Structural test model Fig, 19 Sketch of round string and inclined rod ，,5, 效应计算分析参考文献建议的有限元计算方 ，: 法温差效应计算主要考虑?进行后浇带结构生成 ; 过程的施工模拟? 考虑结构施工至使用生命全过 ; 程最不利温差取值? 计算模型上摈弃基础固定端 ，; 或不动铰假定考虑地基或桩基有限约束刚度?考 ; 虑混凝土徐变收缩时效特性? 考虑组合结构中钢 、梁混凝土板的连接栓钉与混凝土之间的相对微应 ; ， 变松弛效应?控制混凝土结构与钢结构合拢温度 ，。根据深圳市气候条件控制在月平均气温以下合拢 SAP2000 20 采用通用 有 限 元 计 算 软 件 整 体 结 构 图 四边形环索弦支结构 Fig, 20 Quadrilateral string support system ( ) 、。含基础后浇带进行建模计算取垂直股道方向 ，22、23 。典型框架负温差分析框架柱内力如图 所示 为验证该新型四边形环索弦支结构体系的各项，、 在负温差计算过程中柱最大弯矩出现在 轴，9 性能指标和安全可靠性选取了 个典型结构单元 × 4 000 mm 2 500 mm 截面为 的八边形钢管混凝土空 ( 21) ，1 ? 1，作为试验模型图 模型比例为 在浙江大学 ，5 806 kNm ，?心柱最大弯矩值为 对应的最大正应力 、空间结构研究中心实验室进行了静力加载预应力 2 ,3,= 0. 94 N / mm，1 622 kN，σ 最大剪力 对应的最大剪 : 。张拉及断索试验研究试验结果表明该弦支结 2 ，，构体系设计合理弦支体系各杆件受力安全可靠工 = 0. 31 N / mm; ，应力 τ 对于圆钢管柱温差内力最大 ，，作效率高上部网格梁内力分布均匀合理变形较 kN?m，，2 518 值 出 现 在 轴最 大 弯 矩 最 大 剪 力? ，、，小整体结构满足强度刚度要求并具有良好的稳 1 360 kN，: = 17 MPa，= 3. 63 MPa。对应最大应力σ τ ; ，，定性能同时断索试验结果表明局部断索对整体 ，。 可见附加温度应力水平较低对柱安全度影响不大 。结构工作性能及安全性影响很小 3 、表 为负温差工况下工字钢梁混凝土样板的 最大 3. 7 超长结构温差收缩计算分析 ，，温差应力由表可见钢梁附加温差收缩应力均 小于 针对本工程超长钢结构温差变化及混凝土楼板 13. 46 MPa，2混凝土附加温差收缩应力均小于 ，收缩应力的不利影响进行了专门的结构温差收缩 22 ( : kN) 图 负温差工况下框架柱剪力图单位 Fg, 22 Shear force dagram of coumns in negatve temperature varaton oad case iiliiil ( : Nm) 23 k?图 负温差工况下框架柱弯矩图单位 Fig, 23 Bending moment diagram of columns in negative temperature variation load case 105 Pa M，，温差对组合楼盖梁板内力有一定的影响但可 。通过局部加强配筋可满足安全要求 、24 图 为负温差单工况温差最不利组合工况下 ，，屋盖杆件应力比分布可以看到负温差单工况作用 ; 1 598 ，0. 16下屋盖钢结构最大应力比为 约有 根杆 :0. 2 ，8. 8% 。0. 1 件应力比在 之间约占总数的 考 ，576 虑温差作用最不利组合时有 根杆件的应力比在 0. 7 : 0. 8 ，2. 9% 。，之间约占总数的 可见屋盖钢结构 。 在考虑温差效应的荷载组合作用下满足承载力要求 ( a) 负温单工况，， 通过温差收缩计算对受力不利部位予以加强 : ? 控制在月平均 结构设计中采取针对性措施如下 ; ， 气温以下入模?设置多条双向贯通的施工后浇带 ; 45 m 分块长度基本控制在 以内?主体结构封顶进 ; ，? 入装修期后选择低温月采用无收缩混凝土浇筑 ，后浇带处钢梁支座处设月牙孔安装定位螺栓以传 ，，25递剪力混凝土后浇带封闭前予以焊接连续如图 ; 160 mm，所示?二层楼板厚双层双向贯通钢筋率 0. 4% ，、。支座跨中区按需要局部加短筋 ( b) 温差最不利组合 24 图 屋盖杆件应力比轻轨 46 号线高架车站振动分析研究 、3. 8 Fg, 24 Stress rato of roof structure ii6 ( ) ，4、26 轻轨 号线高架穿越站房图 支承于站 Y ，房下部结构 形空心钢管混凝土柱上在国内火车 。站结构设计中尚属首次使用 -，采用列车桥梁系统动力相互作用分析模型计 ( 、 包括横向力算列车作用下桥梁各节点的内力时程 、) ，纵向力竖向力和扭转力矩然后将该时程施加于 ,5,。， 本工程车站结构上计算结构响应 ，考虑列车振动对结构舒适度的影响采用结构 25 图 后浇带钢梁构造示意。火车站候车室属于 关键点的加速度作为指标控制Fig, 25 Steel beam details of post-cast strip ，人员嘈杂的公共场所其舒适度限值介于商场和室 。、Y、Z X本研究以关键点的 三方向 外人行天桥之间 、计算得到单双线轨道梁在各工况中桥梁的作 。，， 用力时程后将该反力时程施加于车站整体结构计 合成加速度作为舒适度评判的指标 算车站结构关键部位在该组反力时程作用下的加速 8 ，计算采用 节列车编组为研究列车不同进站 。: A 选取以下两个结构关键点点为离地铁 度响应， 时间对结构振动的影响分别考虑了两车同时进站 4、6 ; B 号线最近的车站高架层东入口平台中部点点 5 s10 s15 s ，4 、、及一车比另一车早进站 等情况条线 ，为屋盖东北角部点其最不利工况下加速度时程见 、。同时制动的情况为最不利工况 路列车同时进站 、28。27 图 表 3 负温差工况下工字钢梁混凝土楼板最大温差应力 、 Table 3 Maximum temperature stress of beams and floor 工字钢梁 混凝土楼板 位置 , 2 , 2 截面规格 轴力 / kN 板厚 / mm / ( Nmm ) / ( Nmm ) ?? 平均轴向应力 平均轴向应力 I1 800 × 600 × 30 × 50 10. 63 0. 84 1 308 160 : 轴 I1 800 × 1 200 × 40 × 50 13. 46 1. 13 2 450 160 : 轴 ?: 轴 ? ?I2 300 × 700 × 40 × 50 1 325 7. 93 160 0. 66 : 轴 ? ?I2 300 × 700 × 40 × 50 1 220 7. 31 160 0. 61 : 轴 ? ?I2 300 × 700 × 40 × 50 6. 91 0. 56 1 154 160 : 轴 ? ?I2 300 × 700 × 40 × 50 6. 52 0. 52 1 089 160 : ? ?轴 I2 300 × 700 × 40 × 50 4. 46 0. 40 745 160 : ? ?轴 I2 300 × 700 × 40 × 50 3. 75 0. 35 626 160 : 轴 ? ?I2 300 × 600 × 30 × 50 395 2. 67 160 0. 27 106 4 结论 ( 1) 深圳火车北站将大跨空间钢结构和桥梁结 ，，，构融为一体工程体量巨大空间关系复杂且具有 、、， 超长大悬挑多条交通枢纽纵横交错穿越等特点 。结构设计复杂于普通空间结构在详尽的计算分析 ，，，上结构精心设计对于其他大型公共建筑尤其是 。大型交通枢纽建筑具有一定的借鉴作用 ( 2) ，根据整体有限元计算结果予以针对性的加 、6 26 4图 地铁 号线结构 Fig, 26 4th and 6th metro structure ，、，强同时结合后浇带布置低温合拢等措施可有效 ; ， 解决超长结构的温差收缩效应问题对于组合楼盖工字钢梁设月牙孔螺栓是一种比较简单可行十分有 。效的技术措施 ( 3) 站台雨棚屋盖创新提出的四边形环索弦支 ，。结构提高了现有弦支结构工作效率 参 考 文 献 —2010 GB 50011S,, : ,,1,建筑抗震设计规范北京中 27 A X 图 点在最不利工况下 向加速度时程2010, ( GB 50011—2010 Code ，国建筑工业出版社Fig, 27 X direction acceleration time history for sesmc desgn of budngs ,S,, Beng: Chna iiiiliijiiof point A under the worst cmobination Archtecture , Budng Press，2010, ( in Chnese) ) 湖iilii , 深圳北站风洞试 验 报 告 南大学土木工程学院 ,2, ,R,, : 2009, ( Hunan，长沙湖南大学土木工程学院 University, Report on wind tunnel testing of the Shenzhen North Station ,R ,, Changsha: Hunan University, College of Civil Engineering，2009, ( in Chnese) ) i , 浙江大学空间结构研究中心深圳北站雨棚结构缩 ,3,R,, : 杭州浙江大学空间结构研究 ,尺模型试验报告 28 B Z 图 点在最不利工况下 向加速度时程 2009: 28-63, ( Spatial Structure Research Center ，中心Fg, 28 Z drecton acceeraton tme hstory iiiliii of Zhejiang University, Report on scale model test o f of point B under the worst cmobination the Shenzhen North Station Canopy,R,, Hangzhou: Spatial Structure Research Center of Zhejiang ，A 由图中可知车站临近地铁线路的东步行平台 Unversty，2009: 28-63, ( in Chnese) ) iii、点在各种单双线列车进站制动时所产生的振动最 ,6, ，, 傅学怡吴兵混凝土结构温差收缩效应分析计算 0. 013 5g，ATC大值为 满足美国 中商场的振动加 ,J,, ( 10 ) :5 0-59, ( Fu ，2007，40 土 木 工 程 学 报; 4 速度限值在 条线路同时进站制动这一极限工况 ,4,XueYi, Wu Bing, Analysis and calculation of ( ) 0. 018 1g，极少出现中所产生的振动最大值为 超 temperature varaton and shrnkage effects on RC iii，出满足上述文献中商场的振动加速度限值但仍满 。足室外人行天桥的振动加速度限值 、屋盖钢结构在各种单双线列车进站制动时所 Chna Civil Engneerng iiibuilding structure,J,, ，0. 037 0g，4 产生的振动其竖向加速度最大值为 在 Journal，2007，40( 10) : 50-59, ( in Chinese) ) 条线路同时进站制动时所产生的振动竖向加速度最 ，, ,M,, : 夏禾张楠车辆与结构动力相互作用北京科 ,5,，2005: 15-30, ( Xia He，Zhang 0. 061 3g， 出 版 社、大值为 发生在远离候车厅的东北东南悬 学 Nan, Dynamicinteraction of vehicles and structures ( B ) ，挑角点 点其动力效应相当于本工程屋盖悬挑 ,M,,B eijing: China Science Press，2005: 15-6% ，端重力荷载增大 比屋盖钢结构三向地震作用动 30, ( in Chinese) ) ，。力效应略低结构设计安全度可以包络 ATC Design guide 1: minimizing floor vibration ,6,,S,,Redwoo d Cty CA: Apped Technoogy Counc，ililil 1999, 107