哈尔滨西站荷载结构综合评价汇编

1、荷载与结构设计方法阶段性考核论文哈尔滨西站荷载结构综合评价学生姓名：付豪专业班级：指导教师：学院：土木工程卓越二班郭楠土木工程学院2014年5月哈尔滨西站荷载结构综合评价摘要哈尔滨西站是哈尔滨的主要交通枢纽和标志性建筑。建筑面积69905.5m?。站房主要采用钢筋混凝土框架结构和单向预应力框架结构体系，局部采用框架夹层。地下部分采用混凝土框架结构和箱式隧道结构。屋盖采用空间钢管桁架拱形结构体系，其温度变化可采用设置伸缩缝方式处理。站房分为地上三层和地下两层。屋盖以风、雪、温度荷载为主；三层以商业、服务使用荷载为主；二层以候车旅客荷载为主；一层以机房、办公、消防、列车荷载为主；地下一层以旅客疏散

2、荷载为主；地下二层以地铁荷载为主。所以哈尔滨西站各层结构在体系、荷载和质量均相差悬殊。此篇文章主要为了介绍和评价哈尔滨西站各站层的荷载作用、布置方式、结构特征、建筑功能以及它们之间的相互联系。关键词火车站，荷载作用，框架结构，空间钢管桁架。目录摘要Abstract1工程概况1.1建筑概况1.1.1地理位置1.1.2基本功能1.2结构概况2结构体系2.1地上结构2.1.1屋盖2.1.2地面站房2.2轨道结构2.3地下结构错误！未定义书签。错误！未定义书签。错误！未定义书签。错误！未定义书签。错误！未定义书签。错误！未定义书签。错误！未定义书签。错误！未定义书签。错误！未定义书签。错误！未定义书签

3、。错误！未定义书签。3基本荷载错误！未定义书签。错误！未定义书签。错误！未定义书签。错误！未定义书签。错误！未定义书签。错误！未定义书签。错误！未定义书签。错误！未定义书签。错误！未定义书签。错误！未定义书签。错误！未定义书签。错误！未定义书签。错误！未定义书签。错误！未定义书签。错误！未定义书签。3.1楼盖荷载3.1.1温度作用3.1.2雪、风荷载作用3.2列车荷载3.3重力荷载4荷载与结构哈尔滨西站结构计算4.1.1混凝土梁计算4.1.2梁箍筋计算抵抗外力作用方法4.2.1抵抗地震影响4.2.2抵抗风雪荷载破坏温度作用处理方法大跨度楼盖安装方法结论参考文献11附录错误！未定义书签。致谢错误

4、！未定义书签。错误！使用“开始”选项卡将标题 #,章标题（有序号）应用于要在此处显示的文字。错误！使用“开始”选项卡将标题1,章标题（有序号）应用于要在此处显示的文字。错误！使用“开始”选项卡将标题 ,章标题（有序号）应用于要在此处显示的文字。错误！使用“开始”选项卡将标题1,章标题（有序号）应用于要在此处显示的文字。工程概况1.1建筑概况1.1.1地理位置哈尔滨西站位于哈尔滨市南岗区境内，哈西新区与群力新区之间。距离道里区和南岗区中心大约5公里，距离哈尔滨火车站7.2公里，距离哈尔滨太平国际机场约为25公里。其周边建有哈西万达广场、哈西客运站、哈西建设公园以及哈西住宅小区等一系列生活服务设施

5、，使得哈尔滨西站成为了一颗闪耀的新星。1.1.2基本功能哈尔滨西站是集交通运输、物品中转、商业发展和生活服务于一体的综合服务设施。其站前广场与综合立体换乘中心合一，公交线路、出租车停靠点、地铁4号线、5号线均贯穿其中。这也使得它成为了哈尔滨重要的交通枢纽。1.2结构概况哈尔滨西站站房建筑面积69905.5m?,预留商业面积10884.8m?,站台无柱雨棚投影面积83068.0m?,高架道路及闸道面积10904.0m?,高架平台投影面积7587.0m?。哈尔滨西站主体结构呈工字型,东西方向总长度192米,南北总长度313.5米,南站房高度47米,北站房高度37米,南北站房宽度36米。站场规模为1

6、0台22线,按照一站两场结构体系进行布置。主站房分为5层,其中地上部分3层,地下部分2层。地下二层为地铁隧道,层高9.5到13.76米；地下一层高9米,作为旅客行走疏散通道；首层为旅客上下火车站台,高10米；二层为高架候车厅,上方可见钢结构曲面屋盖,两侧局部高度7.5米；三层为站房商业区,是在南北方向分布的斜屋顶结构,高度约为4.5至6.5米；曲面钢结构屋盖最高点标高47米,最低点标高37米。候车区位于轨道层上10米处,出站区位于轨道层下11.5米处,人流单向行走,良好的避免了因为人群应力集中造成荷载增大破坏的现象。哈尔滨西站站房地上部分设计使用年限为50年,地下部分由于铺设地铁道路及行人通行

7、道路,为了保证结构的耐久性和实用性,设计使用年限增大为100年。哈尔滨西站是重要的交通枢纽,属于大型客运站,故建筑安全等级为一级,在计算荷载时取设计值的1.1倍进行计算。哈尔滨西站抗震设防烈度为6度,随着国家对抗震性的重视,不久后可能提升抗震设防烈度为七度。东北林业大学“荷载与结构设计方法”阶段性考核论文错误！使用“开始”选项卡将标题1,章标题（有序号）应用于要在此处显示的文字。错误！使用“开始”选项卡将标题1,章标题（有序号）应用于要在此处显示的文字。- - -结构体系2.1地上结构2.1.1屋盖哈尔滨西站屋盖选用大跨度空间钢管桁架拱形结构体系和天窗结构体系相结合的方法。刚管桁架是指用圆杆件

8、在端部相互连接而组成的格子式结构。采用这种结构后，相比于网架结构，钢管桁架结构省去了下旋纵向杆件和网架的球节点，达到了节省钢材，使结构具有更好的建筑性和稳定性。同时使截面具有更好的抗压和抗弯扭承载能力、以及较大的刚度。不使用节点板，整体具有了更好的装饰性，安装也更加方便。总体这种形式全面提升各方面性能，让材料得到充分利用，大大提高了强度。哈尔滨西站的屋面钢管桁架拱形结构是由两根上弦杆、一根下旋杆中间设置腹杆连接而成的倒三角结构组成的。这种设计克服了传统结构设计中应力集中与一个平面，而侧向刚度弱的特点。哈尔滨西站屋盖结构在天窗所在跨内抽掉部分腹杆和下旋杆，保留上弦杆来满足天窗的造型要求，其余部分

9、均采用正常的三角形称重结构。空间管桁架拱形屋面主跨度为68m，两侧各有一个14m的副跨。桁架支座坐落于下部混凝土圈梁以及框架柱上。为了满足建筑要求，两侧副跨下方的混凝土部分设置为部分混凝土斜板和框架梁。这些组织共同构成了屋盖的支撑部分，分担屋盖自身重力和支座处的水平推力。2.1.2地面站房哈尔滨西站地面以上的站房分为三层，包含一层旅客候车站台、二层旅客候车室和三层商业夹层。整体站房由二层钢筋混凝土框架结构、一层单向预应力框架结构和三层局部框架夹层组成。首层采用了单项预应力框架结构与使用普通混凝土框架结构相比具有了明显的设计优势。预应力框架结构可以显著的改善结构的性能；较大的提升结构的耐久性；较

10、钢筋混凝土框架结构的截面高度减小，结构自重减轻；钢材的强度得到更加充分的利用；采用预应力筋使得结构具有良好的裂缝闭合性能与变形恢复性能，简言之结构的抗裂性得到显著提高；抗剪承载力提高；抗疲劳强度提高；与全部使用钢筋混凝土结构相比经济性更好。地面站房为400轨道方向为2主，次梁截面置，靠近轨道处y混混凝土楼板，整体置柱网以100900）mmfem或者.21为主，框架梁劄也靠近轨道处的柱:/5m，主梁截面以100（0mm或者500柱截面扩大，可承载应力土增；好，防水性良好，布置钢筋枢纽。虽然楼板缺陷是自重大，但二层混凝土框主梁截面为700mmX1200mm，次梁沿顺轨方向柱间距为22、24m，垂直

11、1500mm、1000mX2000mm为00mm为主，所有混凝土柱呈井字形布大；使结构更加稳定。楼板使用现浇方便，抗震性良好，正适合大型交通结构作为支撑，其稳定性和较高的承载力刚好弥补了自重大的不足。站房混凝土采用C40型混凝土，fc=19.1、ft=1.71。IM道层由列车性。凝土要承4/:jrf动荷载，所以轨道层楼板厚度由-梁设计方案，便于用的是铁路道层与地下结构所用承受荷载的柱仍相同社黄向梁爭台梁和纵向梁。横向梁和站台为小定混主预轨道结,应力筋采用有粘结预应力筋为主，无粘结预应力筋为辅的混合配筋方案，可以有效地减少预应力损失，进而提高预应力梁的整体工作性能。布置时，有粘结性的预应筋配置于

12、靠近预应力混凝土梁受力较大的受拉边缘，无粘性预应力筋配置于预应力混凝土梁内侧，使得内力臂增大，预应力筋面积减小。轨道层内使用的钢筋和箍筋均适用HRB335级钢筋，抗拉、抗压强度设计值为300，混凝土使用C50级混凝土、fc=23.1、ft=1.89。另外预应力筋与非预应力普通钢筋混合配筋的部分混凝土可以有效地改善结构的抗震性能，改善裂缝并能高效提高能量耗散能力。为铁路桥设计结构、站房结构、地下结构共同作用的柱提供了足够的承载力与稳定性。设计中，一般方形混凝土框架柱截面为1500mmX1500mm；圆柱直径为2300毫米。沿铁轨方向布置每12、24m一根，垂直方向两柱间距为21.5m。由于承载力

13、要用箱型结构体网为14mX21.5m，楼层顶部由于作用列车荷载，所以梁仍使用单向预应力混凝土梁。隧道部分采用单向混凝土框架梁，地铁隧道顶板厚700mm,底板2500mm,侧壁1200mm。地下有地铁结构，设计使用年限上调为100年，设计时加厚了楼板并且避免了大面积凹凸问题，没在楼板开洞的同时使用箱式框架结构，良好的提升了整体性。基本荷载3.1楼盖影响因素建筑中有很多荷载因素能影响楼盖的设计，比如温度变化、风荷载、积灰荷载、雪荷载、楼盖是否为上人屋面，在某些工业厂房中还需要考虑积灰荷载以及下雨时的雨荷载，因为雨和灰作用会形成泥，所以雨荷载不可省略。在哈尔滨西站的楼盖中，楼盖为空间管桁架结构，所以

14、不需要考虑上人荷载和积灰荷载的影响，只需要把重点放在温度作用和风、雪荷载的影响上。3.1.1温度作用温度作用主要是指结构和构件内部温度的变化。特别是在哈尔滨，一年中温度变化大，当环境温度发生变化的时候，结构或构件会发生温度变形，就是热胀冷缩的性质。当温度变化结构产生形变的时候，如果受到边界条件约束或者相邻边界条件制约而不能自由胀缩，就会产生温度应力，对结构造成影响。由于板结构与梁结构相比截面尺寸较小，板的厚度也远小于梁的厚度，所以温度应力对板的影响更大。可以采用设置活动支座、设置结构隔热保温层、设置伸缩缝的方法解决温度作用，由于哈尔滨西站站房为整体的混凝土框架结构，所以采用设置伸缩缝的方法处理

15、。同理，哈尔滨一年中温差较大，查书后表可知哈尔滨最低温度-31C，最高气温32C，温差对钢材影响巨大，钢材的线膨胀系数为12X（10=6）/C,所以在楼盖上也使用设置伸缩缝的方法，在楼盖天窗处只有一根上弦杆连接，也能达到良好的伸缩性。3.1.2风、雪荷载作用雪荷载是楼盖的重要影响因素，是可变荷载。在出现雨雪天气的地区，因为雪荷载重量过大导致屋面破坏或者结构破坏的事时有发生。特别是对于哈尔滨西站这样的大跨结构，因为曲形钢结构楼盖质量轻，所以破坏尤为严重。在设计中，雪荷载造成的影响不可忽略。哈尔滨属于东北地区，平均雪密度取0.15t/m?。基本雪压用公式S=hpg计算（S为基本雪压，h为积雪表面到

16、地面的垂直深度，p为雪密度，g是重力加速度，哈尔滨地区取9.8m/sA2）。大跨结构属于对雪荷载敏感的结构，雪荷载容易起到控制作用，所以采用100年重现期的雪压作为基本雪压。为了表明屋面雪荷载与地面的不同，可以将屋面水平投影面积上的雪荷载与基本雪压的比值定义为屋面积雪荷载分布系数，这样屋面水平投影面上的雪荷载标准值就可由公式算得：Sk=RrXS0（Sk：雪荷载标准值pr:屋面积血分布系数S0：基本雪压）根据新荷载规范，屋面积雪在风作用下产生了飘移效应，屋面积雪会呈现中部大边缘小的情况，对于曲形钢结构楼盖中心l/2处，雪荷载分布系数为原来的1.2倍；其余两侧1/4处，雪荷载分布系数为原来的0.8

17、倍；对于拱形屋面，雪荷载分布系数还需要考虑pr=l/8f,f为曲面最大高度；对于不均匀分布的雪荷载，则取左半部分系数为原来的0.5倍，右半部分不变。风荷载的变异性大，随着结构柔性的增大，风对结构的影响也越来越大。通常在结构设计好之后，通过风洞检测测试其抗风性能是否达标。哈尔滨西站基本风速重现期为50年。50年一遇的基本风压为0.55KN/m?。由于它属于一般性城市，车站位置位于中心处，所以地面粗糙程度为C类。站房迎风面宽度为36m，侧面宽度为192m，拱形屋面最高点标高为47m，最低点为37m,所以1/f=0.1,查附录5-4得ps=-0.8,Px=1.087,pz=0.965,R2=1.07

18、8。风荷载标准值可由公式Wk=0z*ps*pz*Wo得到。由风荷载处公式计算得到结果列于下表：各区段中点风荷载系数计算计算点离地高度(m)5.87517.62529.37541.125风压咼度变化系数0.650.700.871.01振型系数0.1850.4170.6340.869背景分量因子0.2410.5030.6160.727风振系数0.6411.3371.6371.932风荷载体形系数-0.8-0.8-0.8-0.8风荷载标准值-0.18-0.41-0.63-0.86由计算图表可知，风荷载在曲面空间桁架结构上引起的力均为风吸力，楼俯视图为长方形平面，开有一个大门，风荷载在墙面上引起的系数

19、为1.2的风压力、两侧为-0.7的风吸力、后侧为0.8的风吸力形成漩涡。3.2列车荷载哈尔滨西站主要作用为运输旅客，轨道层有列车通过，有停靠列车和通行列车，在取值计算的时候，应该取最不利情况进行计算，即所有的站台上均有列车，并且列车都在行驶中，在平时生活中，这种小概率事件基本不会发生，所以保证了结构的安全性。在列车荷载中，根据铁路桥涵设计基本规范查得，列车荷载使用中-活载进行计算。中-活载分为普通活荷载和特种活荷载。在普通活荷载中，前37.5米代表机车荷载，由5个220KN相聚1.5m的集中荷载和长30m大小为92KN/m的均布荷载所组成，其余桥梁部分遍布80KN/m的均布荷载。特种活荷载代表

20、集中轴重对小跨度梁及局部杆件的影响，采用3个相邻1.5m的250KN的集中荷载处理。哈尔滨西站路线在三线以上，所以列车活荷载对主要杆件影响为各线列车荷载综合的80，承受局部荷载的杆件，按活荷载的100%处理。特曲活赣昔査E!?wiOI丁L|丁1T说33楼面及屋面荷载房屋建筑的屋面包括上人屋面和不上人屋面。哈尔滨西站的屋面是空间管桁架结构体系，屋面上不需要计算上人荷载，按不上人的屋面选取（荷载标准值为0.5KN/m?、组合值系数为0.7、频遇值系数为0.5、准永久值系数为0.0）。不上人屋面在考虑荷载时也要考虑日后工人的检修维护荷载，按照人手持工具重量计算，按实际情况取值。在不上人屋面维修荷载和

21、屋面雪荷载同时存在的时候，取两者之中的最大值为最后的荷载标准值。栏杆取值与多在地的人群密度有关，根据荷载规范对栏杆的规定，火车站的栏杆取值为，顶部水平荷载为l.OKN/m，竖向荷载取1.2KN/m，水平荷载和竖向荷载分别考虑。楼面活荷载因为各层功能设置的不同，所以荷载的取值也不同。三层为商业区，内部多为售货超市，荷载取值为5KN/m?二层为旅客候车区，存在大量固定座椅和移动人群荷载，所以荷载标准值取3.5KN/m?，在二层厕所处部分荷载可取2.5KN/m?；首层由于摆放大型机械等固定荷载和旅客站台等车荷载，所以荷载标准值取7KN/m?；列车轨道处荷载则按照铁路桥梁规范取值；地下一层为旅客疏散通

22、道，按最不利人群聚集荷载取值为0.5KN/m?。荷载与结构哈尔滨西站结构计算根据所学知识与数据资料，对简单梁和配筋结构进行计算4.1.1混凝土梁计算惯性矩M=1.12*10a11mm4混凝土强度等级为C50级，a1=1.00,fc=23.1；钢筋选取HRB335级钢筋fy=300,b=0.550。as=65mm,h0=1000-65=955mm。As=(1*23.1*(1000-750)*160+1*23.1*750*378)/300=2490.95mm2所以选取8根直径为20mm的HRB335级钢筋。4.1.2梁箍筋计算最大剪力出现在梁的支座截面处,其剪力设计值为851.4KN。验算截面尺寸

23、hw/b=925/750=1.23v4，贝V0.25*fc*b*h0=0.25*1.0*19.1*750*925=3312.6KN851.4KN所以截面尺寸符合要求。0.7ft*b*h0=0.7*1.71*750*925=830.4KNv851.4KN,所以需要按计算配置箍筋。Asv/s=(v-0.7ft*b*h0)/1.2fyv*h0=(851.4-830.4)*1000/(1.25*300*925)=0.06采用HRB335级钢筋，选用四肢箍，直径取12mm,则箍筋间距s=Asv/0.06=4*113.1/0.06=7540mm，根据混凝土结构设计技术规范，抗震等级为2级的框架梁，箍筋最小

24、直径为8mm，所以结构设计符合规范要求，选用直径为12mm的HRB335级钢筋，每隔300mm放置一处，支座处加密区长度查得为1500mm，箍筋密集摆放。抵抗外力作用的方法外力作用是结构最重要的荷载部分，考虑好如何最高效的解决外力作用，可以使得结构更加稳定，安全性能得到更好的提升。4.2.1抵抗地震影响地震影响对哈尔滨西站这种类型的车站至关重要，抵抗地震影响可以使用在连接柱的位置加入滚轮，使得一侧为固定支座，另一侧为滑动支座，在地震作用的同时，滑动支座端可以分解平衡掉大量的地震力，让结构产生的破坏降到最低。也可以使用添加预应力筋的方法来提高梁的抗裂性，或者在列车轨道下的主要承重梁部分添加碳纤维

25、布，也可以达到良好的固定性。在称重梁的下方添加支杆也可以良好的提升稳定性和承载能力，让结构更加稳定。4.2.2抵抗风雪荷载破坏可以在基础结构上使用空气膜结构。空气膜结构广泛应用于大跨度建筑，有良好的抗震性和抗风雪荷载的能力。只要设计好雪荷载的标准值，就能保证结构的安全性。且其具有良好的保温性，热量不易流失。在内部可以造成正气压来抵抗外界雪压力。膜结构极大的降低了成本，能取得良好的经济性。还可以使用微弱的电流作用在钢结构的表面，在管桁架表面铺设细微金属网，电流产生热效应可以融化表面积雪，并且形成的水可以沿着曲面屋盖流下，不会形成结冰荷载的情况。温度作用处理方法因为钢结构楼盖等结构对温度非常敏感，所以温度对结构的影响在哈尔滨西站尤为突出。对于钢筋混凝土结构而言，处理温度通常可以用设置伸缩缝，使支座改变为活动支座，增加温度保护层隔热的方法。哈尔滨西站结构复杂，每层荷载分布均不同，所以我认为选用设置伸缩缝的同时在混凝土外墙，梁柱结构上涂抹隔热材料是最好的解决方法，楼盖和二层旅客候车大厅均按照铺设每到柱时便设置一道伸缩缝，楼盖与二层相同。伸缩缝减少了材料因不能变形所产生的温度应力的影响。墙体涂抹的材料可使用最新的玄武岩棉板，它具有良好的防水性，可以防止雨水对结构的腐蚀影响，同时它也具有良好的隔热性，可有效地阻止结构因温度变化产生的过分形变。另外这种材料造价低，韧性强，适合房