深圳火车北站结构设计.docx

文章编号: 1000-6869( 2011) 12-0098-10深圳火车北站结构设计傅学怡1 ，吴 兵1 ，陈朝晖1 ，孟美莉1 ，孙 璨1 ，陈 强2 ，江化冰1 ，冯叶文1 ，邵建伟1 ，郭 明2 ，蒋( 1 深圳大学建筑设计研究院，广东深圳 518060; 2 中铁第四勘察设计研究院集团有限公司，湖北武汉 430063)凡2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 18 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 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、荷载分析、抗震性能化设计分析、超长结构温差收缩效 应分析、高架城市轻轨穿越振动影响分析等。研究结果表明: 结构精心设计，能完美实现建筑; 轻轨高架穿越，控制列车振 动对车站的影响是关键; 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; 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; 温差收缩效应中图分类号: tu393. 304文献标志码: astructural design of the shenzhen north railway stationfu xueyi1 ，wu bing1 ，chen zhaohui1 ，meng meili1 ，sun can1 ，chen qiang2 ，jiang huabing1 ，feng yewen1 ，shao jianwei1 ，guo ming2 ，jiang fan2( 1 the institute of architecture design research，shenzhen university，shenzhen 518060，china;2 china railway siyuan survey and design group co ，ltd，wuhan 430063，china)abstract: shenzhen north railway station，one of the major hub stations in the beijing-guangzhou-hong kong railwaysystem，with 180 000 m2 construction 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 analysis，the anti-seismic performance design，the analysis of temperature variation and concrete shrinkage effect on super-long structure，the analysis of vibration effect from elevated lrt，etc research results show that rational structural design can realize the architecture perfectly control of the vibration from the elevated lrt is an important issue for the railway station structure design finite element analysis of the overall structure and some special measures can effectively minimize the temperature variation and concrete shrinkage effects on the super-long structure quadrilateral string support system largely increases the work efficiency of string supported system in existence the project can be a reference for similar projectskeywords: 2-way spatial truss; quadrilateral string support system; elevated light rail train; super-long structure;temperature variation and concrete shrinkage effects基金项目: 国家自然科学基金项目( 90715012) 。作者简介: 傅学怡( 1945 ) ，男，江苏苏州人，研究员。e-mail: fu_xue_yi yahoo. com. cn收稿日期: 2011 年 7 月98339. 06 m，平行股道方向长 201. 50 m，面积约 7 万平方米，标准柱距 43 m、27 m，采用圆钢管混凝土柱 + 工字钢梁组合楼盖组成框架结构，圆钢管柱截面直 径1 400 1 600 mm，钢管壁厚 40 mm、50 mm，内填充 c60 自密实高性能混凝土，二层结构平面布置见图 4。 城市轻轨在站房东端高架穿越，支承结构需较 大侧向及竖向刚度，结合建筑造型，首层采用八边形 空心钢 管 混 凝 土 柱 作 为 支 承 柱，截 面 2 500 mm 4 000 mm，二层以上分叉为截面 2 500 mm 2 000 mm 七 边形钢管混凝土柱，支承上方的 4、6 号线列车轨道梁 桥墩，分叉柱之间通过矩形钢管梁连接，如图 5 所示。二层楼盖采用现浇钢筋混凝土组合楼盖，焊接 工字钢梁，跨度 23. 5 43. 0 m，梁高 2. 3 m，梁腹板均 匀布置六边形孔洞，洞高 1. 5 m，组合切割节省腹板 钢材 25% ，同时可供设备管线穿越，满足建筑净空要 求。楼板采用钢筋桁架楼承板，不需模板、不 需 支 撑，方便施工，楼盖结构双向整体性较好。1. 2 站房屋盖结构站房上部屋盖钢结构如图 6 所示，为一空间双 向桁架结构，垂直股道方向长 407. 316 m，平行股道 方向长 203 m，覆盖面积 8. 35 万平方米。平行股道方 向柱距 54 m、81 m、54 m，垂直股道方向柱距68. 75 m、85. 56 m、85. 75 m。屋盖结构由主结构和次结构构 成。主结构由两个方向的主次桁架构成，主桁架支 承于站房钢管混凝土柱上部分叉钢管柱及地铁 4、6 号线分叉钢管混凝土空心柱，次桁架支承于主桁架。 两方向主结构之间网格尺寸约 27 m 27 m，采用如 图 7 所 示 次 结 构，由 上 下 两 层 双 向 梁 系 与 斜 拉杆、竖向撑杆组成，该结构既支承了屋面，又悬挂工程概况1深圳火车北站位于深圳市龙华中心区，为京广港铁路重要交通枢纽，由站房建筑及两侧的无柱站 台雨棚组成。站房 2 层，局部设夹层，屋盖结构外形 “上平下曲”，两侧雨棚呈波浪形，总建筑面积 18 万 平方米，见图 1。图 1 深圳北站效果图fig 1 rendering of the shenzhen north station深圳火车北站为一复杂的交通枢纽项目，为实 现国铁、城市地铁、轻轨、公交车辆的“ 零换乘”，设 计围绕交通组织进行了周密的安排，城市轻轨 4、6 号 线在站房建筑中平行于下部铁路股道高架穿越，地 铁 5 号线、平南铁路垂直于铁路股道下沉穿越，新区 大道平行于铁路股道下沉穿越，见图 2、3。该工程由中铁第四勘察设计院集团有限公司和 深圳大学建筑设计研究院联合设计，结构设计于 2008 年 12 月通过铁道部鉴定中 心 结 构 设 计 专 项 审 查，2011 年 3 月结构竣工验收，2011 年年底通车运行。1. 1 站房下部结构站房结构共二层，地面层为站台层，二层为高架 站厅层，整体结构由下部结构和上部钢屋盖组成，总 用钢量6. 9 万 吨 。站房下部结构垂 直 股道方 向长 图 2 垂直股道方向剖面图fig 2 vertical track direction elevation图 3 平行股道方向剖面图fig 3 along track direction elevation99图 5 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。站台雨棚站台雨棚在站房南北两侧对称布置，建筑效果 如图 8 所示。单侧雨棚长 273 m，宽 132 m，两侧雨棚 总覆盖面积 6. 8 万平方米。支承结构为直径 800 900 mm 钢管混凝土柱，壁厚 30 mm，垂直股道方向标 准柱距 43. 0 m; 平行股道方向标准柱距 28. 0 m。雨1. 3图 4 站房二层结构平面布置图fig 4 infra-structure plan了吊顶，简化了结构杆件，满足建筑功能需要。垂直于股道方向屋盖两侧悬挑分别为 62. 5 m 和 22. 7 m的。为满足屋盖平面内刚度、稳定性及承载力，沿屋图 6 站房屋盖结构组成示意fig 6 roof sketch of the north station100、1 670 mpa; 单层网格梁，主梁矩形钢管450 250 14 16、次梁工字钢 i250 250 6 12。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 构需特殊处理。( 2 ) 超长: 站房楼盖结构 339. 06 m 201. 50 m， 屋盖结构 407. 316 m 203 m，不设变形缝。( 3) 大跨度、大悬挑: 楼盖标准柱距 43 m; 屋盖结构柱网尺寸 86 m 81 m，最长悬挑 62. 5 m。( 4) 创新: 雨棚屋盖采用四边形环索弦支空间结 构体系。图 7 次结构构成fig 7 secondary structure system结构设计标准及荷载作用2图 8 雨棚结构效果图fig 8 rending of canopy棚通过四向交叉斜柱支承于钢管混凝土直柱顶端， 斜柱为 500 650 mm 圆钢管，分别四向斜伸 7. 0 m 和10. 75 m，整个雨棚形成 14. 0 m 21. 5 m 网格的双向 连续多跨空间结构，如图 9、10 所示。2. 1 结构设计标准总体控制标准: 结构设计基准期 50 年，设计使用 年限 100 年; 安全等级一级，重要性系数 1. 1; 抗震设 防烈度 7 度，设计基本地震加速度 0. 1g( g 为重力加 速度) ，设计地震分组第一组。抗震设防等级乙类。 结构变形控制标准: 50 年重现期风荷载下及小震作用下结构层间位移角限值 1 /550，钢结构主梁、 桁架 在永久和可变荷载 标准值下的挠度限值 l /400 ( l 为桁架、梁跨度) 。动力 特 性 指 标: 屋盖竖向自振频率不小于 1. 0 hz，楼盖结构竖向自振频率控制不小于 3. 0 hz， 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 小于 0. 9 fy ( fy 设计强度) ; 钢拉杆( 索) 应力控制为: 最不利组合工况下最大组合拉应力小于 0. 45 fyk ( fyk 破断强度) ，自重 + 附加恒载 + 风吸力工况下最小拉 应力大于 0. 05 fyk 。结构稳定指标: 线性极限屈曲荷载 / ( 恒 + 活) 标 准荷载的屈曲系数大于 10，非线性极限屈曲荷载 /( 恒 + 活) 标准荷载的屈曲系数大于 5。图 9 垂直股道方向雨棚立面fig 9 vertical track direction elevation of canopy图 10 平行股道方向雨棚立面fig 10 along track direction elevation of canopy14. 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 环索构成，如图 11 所示，通过张拉斜拉钢棒，张紧环 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、检修等楼面附加恒载取 5. 25 kn / m2 ，隔墙处另加 1 kn / m2 ，活荷载 3. 5kn / m2 ; 站房屋盖钢结构屋面恒载 0. 6 kn / m2 ，吊顶恒 载 0. 6 kn / m2 ，屋面活荷载 0. 5 kn / m2 ; 站台雨棚屋面 恒载 1. 0 kn / m2 ，活荷载 0. 5 kn / m2 。2. 3 地震作用场地谱与规范谱1比较见图 12，可以看出: 小震 作用下场地谱的最大地震影响系数较规范谱略大， 比规范谱特征周期 tg 大 0. 05 s; 中震作用下场地谱 最大地震影响系数 max 较规范谱值小 2. 8% ，但场地101图 11 雨棚结构计算模型三维图及四边形环索弦支结构基本单元示意图fig 11 3d calculation model of canopy and standard unit斜拉钢棒采用直径 64 mm、70 mm 高强合金钢棒; 竖向撑杆采用圆钢管 154 4. 5194 5，四边形环索采用直径 30 mm 高强镀锌钢丝束，破断强度谱特征周期较长达 0. 55 s，大震作用下场地谱最大地震影响系数 max 较规范谱小很多，为规范谱的 70% ， 但场地谱特征周期 0. 7 s，大于规范谱特征周期 0. 4 s。结构分析中小震作用采用场地谱和规范谱双控， 中震作用和大震作用采用场地谱，以策安全。体温差 = 经历月最高( 最低) 气温 结构合拢温度; 使用阶段: 整体温差 = 结构使用温度-结构合拢温度。表 1 深圳气象统计参数table 1 meteorology statistics ( shenzhen)月份月平均气温 / 月最高气温 / 月最低气温 / 12345678910111214. 115. 018. 422. 225. 327. 328. 227. 826. 623. 719. 715. 928. 429. 030. 733. 235. 835. 338. 736. 636. 633. 632. 729. 80. 90. 24. 88. 714. 819. 020. 021. 116. 911. 74. 91. 7( a)小震作用2. 6城市轻轨荷载北京城建设计研究总院有限责任公司提供 4、6号线列车、轨道及列车站台传来的竖向附加恒载和活载见图 13。城市轻轨传来的每支座平行股道荷 载: 轨道伸缩荷载 220 kn，断轨荷载 918 kn，牵引荷 载 144 kn; 垂直股道方向荷载: 摇摆荷载 96 kn。( b) 中震作用( c) 大震作用图 12 场地谱与规范谱比较fig 12 comparison of site spectrum and code spectrum图 13 城市轻轨恒、活载取值fig 13 dead load and live load from lrt2. 7 站房结构计算模型采用多 种 计 算 软 件 ( etabs、sap2000、midas、 ansys 等) 、多模型对结构进行计算分析。模型一: 单独下部钢-混凝土组合结构、单独上部钢屋盖结构。 单独下部结构模型崁固端取基础顶面，上部屋盖结 构传来的风荷载、重力荷载等作为集中力加于下部 结构柱顶; 单独上部钢屋盖结构嵌固于下部结构柱 柱顶。模型二: 上、下部结构总装为整体结构。关键 节点另建立有限元模型。2. 4 风荷载基本风压: 0. 9 kn / m2 ( 100 年一遇) ，地面粗糙度b 类。初步设计阶段按 gb 500092001建筑结构荷 载规范取值，施工图阶段按风洞试验结果进行调 整。风洞试验结果表明2，大部分区域按规范取值 合理、安全。局部区域如垂直股道来风时，迎风向的 墙面和悬挑屋盖的下表面风压系数 1. 2 1. 4，平行 股道来风时，雨棚多跨连续坡屋面迎风侧风压系数计算结果及分析0. 6 1. 0，背风侧 0. 1 时宜调整加强。2. 5 温度作用 0. 6，均较为不利，设计33. 1 结构振动模态图 15 为结构前 8 阶振型图，从图中可以看出: 1 阶振型为整体结构的 x 向平动; 2 阶振型为整体结 构 y 向平动叠加钢盖结构悬挑端开洞处局部竖向振 动，同时伴有扭转; 3 阶振型为整体结构 y 向平动叠温差取值采用深圳市气温资料进行统计，见表1。温差计算考虑了结构所经历的整体温差影响，分 为 2 个阶段: 施工阶段: 假设混凝土低温入模、钢结 构低温合拢，结构合拢温度取施工当月平均气温，整102图 14 结构计算模型fig 14 calculation model图 15 结构前 8 阶振型fig 15 structural mode shapes加上部屋盖悬挑部分竖向振动，同时带有少量扭转，对应于单独上部钢屋盖第 1 振型; 4、6、8 阶振型为屋 盖结构局部竖向振动; 5 阶振型为整体结构 x 向平动 伴随扭转; 7 阶振型为钢屋盖悬挑端局部竖向振动。 总体来说，振型质量参与较为分散，前 108 阶模态三 个平动方向及扭转方向的累积质量参与达到 100% 、100% 、98% 和 96% 。楼盖的竖向第 1 主振型出现在42 阶，对应的周期为 0. 32 s，振动频率 3. 12 hz。3. 3中震设计中震弹性设计分项系数、荷载组合和材料强度等均同小震作用。采用中震场地谱，阻尼比同小震，取 0. 02，考虑三向地震作用。屋盖钢结构设计应力 与屈服强度比值见图 16，可见，杆件应力比均小于0. 7，满足要求。3. 4 大震作用下动力弹塑性时程计算分析动力弹塑性计算采用 midas 软件，采用场地安评 报告所提供的 50 年基准期超越概率 2% 的三条人工 波。x、y、z 三向输入，三向地面运动加速度比例系数 为 1. 00 0. 85 0. 65 及 0. 85 1. 00 0. 65。动力弹塑性 分析采用非线性直接积分，结构阻尼比 0. 02，时间步 长 0. 02 s，地震波持时 20 s。整体结构主要性能指标整体结构主要计算结果见表 2，可见: 水平荷载 作用下，结构的最大层间位移角为 1 /743，偶然偏心 地震作用下，结构的最大扭转位移比 1. 2，为扭转规 则结构; 结构的剪重比等力学指标均满足规范要求。3. 2表 2 整体结构性能指标计算结果table 2 structural parameter of overall structure计算软件sap2000midas1 /754( 上部钢结构) ，1 /1 208( 下部楼盖)1. 16( 上部钢结构) ，1. 13( 下部楼盖)1 /910( 上部钢结构) ，1 /1 178( 下部楼盖)1. 16( 上部钢结构) ，1. 02( 下部楼盖)21. 3 mm( 56 m 悬挑处)1. 7%2. 0%1 /743( 上部钢结构) ，1 /7 701( 下部楼盖)1 /1 802( 上部钢结构) ，1 /8 936( 下部楼盖)1 /698( 上部钢结构) ，1 /1 312( 下部楼盖)1. 20( 上部钢结构) ，1. 19( 下部楼盖)1 /883( 上部钢结构) ，1 /1 232( 下部楼盖)1. 12( 上部钢结构) ，1. 09( 下部楼盖)20. 6 mm( 56 m 悬挑处)1. 5%1. 8%x 向地震作用下最大层间位移角考虑偶然偏心 xmax / xy 向地震作用下最大层间位移角考虑偶然偏心 ymax / yz 向地震作用下最大位移x 向地震作用下剪重比y 向地震作用下剪重比x 向风荷载作用下最大层间位移角y 向风荷载作用下最大层间位移角103下，结构 x 向塑性铰发展情况见图 18a。此时共出现了 61 个塑性铰，均为轴力铰，其中 53 个位于阶段 1( b-io) : 构件只受到轻微破坏，无须修复即可继续使 用; 6 个位于阶段 2 ( io-ls) : 构件受到显著损坏，但 尚不危及生命安全，修复后可继续使用; 2 个位于阶 段 3( ls-cp) : 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 下，结构 y 向塑性铰发展情况见图 18b，此时共出现 了 75 个塑性铰，58 个出现在阶段 1，14 个出现在阶 段 2，3 个出现在阶段 3，其中除了个别杆件出现弯矩 铰外，其余均为轴力铰。从图 18 可以看出，大震作用 下结构中只有少量杆件屈服，且均出现在钢结构屋 盖，对结构整体影响较小，表明该结构有较大的抗震 安全储备，满足“大震不倒”的要求。图 16 中震设计杆件应力比水平分布fig 16 stress ratio distribution of structural members under design earthquake action将塑性铰划分为 5 个不同的状态: level 1 为构件截面部分屈服; level 2 为构件已达到屈服状态，塑 性铰生成，构件不需要修复即可继续使用; level 3 为 构件破坏阶段; level 4 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 复不一定经济; level 5 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 态如图 17 所示，可以看到，所有铰都出现在屋盖结构 构件，且都处于 level 1 状态，结构基本处于弹性阶段。( a) x 方向( b) y 方向( a) x 向( 共 302 个铰)图 18 大震作用下塑性铰发展状态fig 18 hinge development under rare earthquake action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 于圆形或椭圆形平面，环索多为 24 36 边形，环索与3. 6( b) y 向( 共 354 个铰)图 17 大震作用下结构塑性铰发展状态fig 17 hinge development of structural members under rare earthquake action斜拉杆夹角接近 90，根据力系平衡，斜拉杆拉力 t与环索拉力 t1 平衡式为:t2 = t1 cos( 180 1 ) + t1 cos( 180 2 ) ( 1) 式中，1 、2 分别为斜拉杆在环向索所在平面上的投影的夹角( 图 19) ，对于 24 36 边形环索，1 、2 接近90，环索拉力约为斜拉杆拉力的 5 10 倍，环索工作 效率低。2大震静力推覆分析静力弹塑性分析采用 sap 2000 倒三角分布的水 平荷载方式加载。pushover 计算结果表明，结构在小震和中震作用 下没有出现塑性铰，完全处于弹性状态。大震作用1043. 5本工程创新采用四边形环索弦支结构，斜拉杆与环索夹角较小( 图 20 ) ，环索拉力与斜拉杆拉力相 等，环索工作效率有效提高。图 21 雨棚结构试验模型fig 21 structural test model图 19 环索与斜拉杆拉力关系示意fig 19 sketch of round string and inclined rod效应计算分析，参考文献5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。采用通用 有 限 元 计 算 软 件 sap2000 整 体 结 构( 含基础、后浇带) 进行建模计算。取垂直股道方向 典型框架负温差分析，框架柱内力如图 22、23 所示。在负温差计算过程中，柱最大弯矩出现在 轴、 截面为 2 500 mm 4 000 mm 的八边形钢管混凝土空 心柱，最大弯矩值为 5 806 knm ，对应的最大正应力 = 0. 94 n / mm2 ，最大剪力 1 622 kn，对应的最大剪 应力 = 0. 31 n / mm2 ; 对于圆钢管柱，温差内力最大值 出 现 在 ? 轴，最 大 弯 矩 2 518 knm，最 大 剪 力1 360 kn，对应最大应力: = 17 mpa， = 3. 63 mpa。可见附加温度应力水平较低，对柱安全度影响不大。 表 3 为负温差工况下工字钢梁、混凝土样板的 最大温差应力，由表可见，钢梁附加温差收缩应力均 小于 13. 46 mpa，混凝土附加温差收缩应力均小于 2图 20 四边形环索弦支结构fig 20 quadrilateral string support system为验证该新型四边形环索弦支结构体系的各项性能指标和安全可靠性，选取了 9 个典型结构单元 作为试验模型( 图 21) ，模型比例为 1 1，在浙江大学 空间结构研究中心实验室进行了静力加载、预应力 张拉及断索试验研究。试验结果表明3: 该弦支结 构体系设计合理，弦支体系各杆件受力安全可靠，工 作效率高，上部网格梁内力分布均匀合理，变形较 小，整体结构满足强度、刚度要求，并具有良好的稳 定性能; 同时，断索试验结果表明，局部断索对整体 结构工作性能及安全性影响很小。3. 7 超长结构温差收缩计算分析针对本工程超长钢结构温差变化及混凝土楼板 收缩应力的不利影响，进行了专门的结构温差收缩图 22 负温差工况下框架柱剪力图( 单位: kn)fig 22 shear force diagram of columns in negative temperature variation load case图 23 负温差工况下框架柱弯矩图( 单位: knm)fig 23 bending moment diagram of columns in negative temperature variation load case105mpa，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。图 24 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 下，屋盖钢结构最大应力比为 0. 16; 约有 1 598 根杆 件应力比在 0. 1 0. 2 之间，约占总数的 8. 8% 。考 虑温差作用最不利组合时，有 576 根杆件的应力比在0. 7 0. 8 之间，约占总数的 2. 9% 。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。通过温差收缩计算，对受力不利部位予以加强， 结构设计中采取针对性措施如下: 控制在月平均气温以下入模; 设置多条双向贯通的施工后浇带， 分块长度基本控制在 45 m 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 递剪力，混凝土后浇带封闭前予以焊接连续，如图 25所示; 二层楼板厚160 mm，双层双向贯通钢筋率0. 4% ，支座、跨中区按需要局部加短筋。( a) 负温单工况( b)温差最不利组合3. 8轻轨 4、6 号线高架车站振动分析研究轻轨 4、6 号线高架穿越站房( 图 26 ) ，支承于站图 24 屋盖杆件应力比fig 24 stress ratio of roof structure房下部结构 y 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 算列车作用下桥梁各节点的内力时程( 包括横向力、 纵向力、竖向力和扭转力矩) ，然后将该时程施加于 本工程车站结构上，计算结构响应5。考虑列车振动对结构舒适度的影响，采用结构 关键点的加速度作为指标控制。火车站候车室属于 人员嘈杂的公共场所，其舒适度限值介于商场和室 外人行天桥之间。本研究以关键点的 x、y、z 三方向 合成加速度作为舒适度评判的指标。计算采用 8 节列车编组，为研究列车不同进站 时间对结构振动的影响，分别考虑了两车同时进站及一车比另一车早进站 5 s、10 s、15 s 等情况，4 条线 路列车同时进站、同时制动的情况为最不利工况。图 25 后浇带钢梁构造示意fig 25 steel beam details of post-cast strip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 算车站结构关键部位在该组反力时程作用下的加速 度响应。选取以下两个结构关键点: a 点为离地铁4、6 号线最近的车站高架层东入口平台中部点; b 点 为屋盖东北角部点，其最不利工况下加速度时程见 图 27、28。表 3 负温差工况下工字钢梁、混凝土楼板最大温差应力table 3maximum temperature stress of beams and floor工字钢梁混凝土楼板位置截面规格轴力 / kn平均轴向应力 / ( nmm 2 )板厚 / mm平均轴向应力 / ( nmm 2 )轴i1 800 600 30 50i1 800 1 200 40 50i2 300 700 40 50i2 300 700 40 50i2 300 700 40 50i2 300 700 40 50i2 300 700 40 50i2 300 700 40 50i2 300 600 30 501 3082 4501 3251 2201 1541 08974562639510. 6313. 467. 937. 316. 916. 524. 463. 752. 671601601601601601601601601600. 841. 130. 660. 610. 560. 520. 400. 350. 27 ?轴? ?轴? ?轴? ?轴? ?轴? ?轴? ?轴? ?轴106结论4( 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 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 献图 26 地铁 4、6 号线结构fig 26 4th and 6th metro structure1建筑抗震设计规范s 北京: 中gb 500112010图 27 a 点在最不利工况下 x 向加速度时程国建筑工业出版社，2010 ( gb 500112010 codefor seismic design of buildings s beijing: china architecture building press，2010 ( in chinese) ) 湖南大学土木工程学院 深圳北站风洞试 验 报 告