高鐵中間?？空?單層空曠結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、結(jié)合高鐵中間?？空咎接憜螌涌諘绶课菘拐鹪O(shè)計(jì)陳雷 韓麗君（筑博設(shè)計(jì)股份有限公司北京分公司，北京，）摘 要高鐵是國(guó)家重點(diǎn)投資的鐵路建設(shè)項(xiàng)目，沿線設(shè)有大小車站很多個(gè)。本文主要結(jié)合中間?？空荆ㄐ⌒鸵?guī)模車站），探討小型鐵路車站的基本設(shè)計(jì)思路；同時(shí)結(jié)合車站結(jié)構(gòu)形式，對(duì)單層空曠房屋的設(shè)計(jì)進(jìn)行分析研究。關(guān)鍵詞 結(jié)構(gòu)選型 單層空曠房屋 軟件計(jì)算結(jié)果合理性判斷 Discuss of monolayer-hollowness building combine with Bullet railway stationChenLei hanlijun( Shenzhen Zhubo architectural & Tsu

2、kito design Inc Beijing branch company, )Abstract: Bullet-train is the import train investment.It have more than twenty of railway station.Combine with railway station discuss how to design.And combine with configuration discuss how to design monolayer-hollowness building.Keywords: concept design; m

3、onolayer-hollowness building；judgement software result 1 工程概況高速鐵路項(xiàng)目全線按最高時(shí)速250300公里設(shè)計(jì)，主要為客運(yùn)。全線設(shè)有若干大站，還有很多中間停靠站。中間停靠站一般日均旅客發(fā)送量1000050000人，最高聚集人數(shù)6003000人，建筑面積為30006000 m2，一般為線側(cè)式站房（站房位于站線一側(cè)）。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為50年，結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)為一級(jí)，設(shè)計(jì)耐久年限為50年，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)1.00，結(jié)構(gòu)形式鋼筋混凝土框架+屋面網(wǎng)架，為單層空曠房屋。2 鐵路車站概況現(xiàn)代車站的設(shè)計(jì)主導(dǎo)思想是盡最大努力為旅客提供方便，將最大、最好的公共

4、空間讓給旅客；站房均為大空間、大跨度結(jié)構(gòu)形式（參見圖1)，以創(chuàng)造無柱的靈活空間；對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了更加嚴(yán)格的要求。以某站為例介紹小型車站的整體設(shè)計(jì)思路。圖1某站一層平面圖站房建筑功能包括：候車大廳，售票廳，進(jìn)出站通行口及輔助用房。其中候車大廳一般為60x40m2（無柱設(shè)計(jì)），售票廳為30x20 m2（無柱設(shè)計(jì)），進(jìn)出站通道為跨度15m左右。 站房一般兩層，高度為1525m。3 結(jié)構(gòu)選型某站結(jié)構(gòu)平面布置見圖2，3。兩側(cè)輔助用房跨度7.5x7.2m，為普通框架結(jié)構(gòu)。中間站房：進(jìn)出圖2 一層結(jié)構(gòu)布置圖圖3 二層結(jié)構(gòu)布置圖站通行口跨度15x9m，售票廳30x18m，候車大廳60x36m；層高一層6m，二

5、層15m（其中網(wǎng)架高度3m）。中間站房與兩側(cè)輔助用房通過抗震縫分開?？拐鹪O(shè)防烈度7度。 由于兩側(cè)輔助用房為正?？缍龋贿M(jìn)行討論。中間站房特點(diǎn)是跨度大，層高高，空曠。結(jié)構(gòu)方案選擇上可選混凝土框架和鋼結(jié)構(gòu)兩種。比較兩者優(yōu)缺點(diǎn)見表1。鋼結(jié)構(gòu)雖在有些方面優(yōu)于混凝土兩種結(jié)構(gòu)形式比較 表1形式剛度延性施工周期造價(jià)砼結(jié)構(gòu)大差易長(zhǎng)低鋼結(jié)構(gòu)小好難短高_(dá) 作者簡(jiǎn)介：陳雷 國(guó)家一級(jí)注冊(cè)結(jié)構(gòu)工程師結(jié)構(gòu)，但鋼結(jié)構(gòu)適合建造大跨，荷載大的建筑物。對(duì)于小型站房，除候車大廳外，跨度并不是很大，且鋼結(jié)構(gòu)需加設(shè)側(cè)向支撐等構(gòu)件，影響外立面及內(nèi)部使用空間，故采用混凝土框架（局部大跨度梁加設(shè)預(yù)應(yīng)力）。候車大廳采用鋼網(wǎng)架減輕結(jié)構(gòu)自重，降低

6、地震作用下的反映。4 建筑物類別劃分，抗震等級(jí) 抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)特大型站（最高聚集人數(shù)大于10000人）為乙類建筑物，對(duì)于小型規(guī)模站可劃分為丙類建筑物?？拐鹨?guī)范7（6）度地區(qū)高度小于30米框架等級(jí)為三（四）級(jí)，同時(shí)規(guī)范10.3.2又規(guī)定對(duì)于單層空曠房屋鋼筋混凝土框架柱應(yīng)按二級(jí)框架設(shè)計(jì)，故抗震等級(jí)定為二級(jí)。5 單層空曠房屋設(shè)計(jì) 對(duì)于候車大廳，由于跨度為60x36m，雖二層沿建筑物周圈有通長(zhǎng)梁，可提供一定的剛度（僅對(duì)于X向），但無Y向剛度，結(jié)構(gòu)為單層空曠房屋，按抗震規(guī)范第十章執(zhí)行。相關(guān)震害分析表明：對(duì)于單層空曠房屋與兩側(cè)建筑物不設(shè)縫時(shí)，震害較輕；留縫時(shí)震害反而較重。 對(duì)于單層空曠房屋，屋面為網(wǎng)架結(jié)

7、構(gòu)，由于屋面大梁及層間梁的空間整體作用到底有多大，按目前的分析軟件計(jì)算，結(jié)果的正確性應(yīng)認(rèn)真分析。5.1 計(jì)算中需解決的問題1抗震規(guī)范對(duì)單層空曠房屋計(jì)算規(guī)定如下：為簡(jiǎn)化計(jì)算，可將整個(gè)房屋劃分為若干部分，分別計(jì)算，然后從構(gòu)造上和荷載的局部影響上加以考慮，互相協(xié)調(diào)。同時(shí)舉例說明了橫向及縱向分析采用排架或空間協(xié)同分析的方法。具體見抗震規(guī)范10.2條條文解釋。2屋面網(wǎng)架平面內(nèi)剛度如何簡(jiǎn)化取值：目前有三種方法可供參考：a.真實(shí)的輸入網(wǎng)架參與結(jié)構(gòu)計(jì)算，需采用復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)建立模型，按復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)分析；b.計(jì)算網(wǎng)架的平面內(nèi)剛度，按等剛度代換原則換算成鋼或砼構(gòu)件輸入整體計(jì)算模型，分析計(jì)算；c.考慮網(wǎng)架在平面內(nèi)有很

8、大的剛度，平面外無剛度，在整體計(jì)算時(shí)將網(wǎng)架輸入為同質(zhì)量的樓板（樓板定義為彈性模），同時(shí)軸線上輸入鉸接的梁，分析計(jì)算。顯然方法a，b能較真實(shí)的反映網(wǎng)架計(jì)算特點(diǎn)，只是輸入和推導(dǎo)網(wǎng)架剛度很繁瑣，目前一般的結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件無法解決。實(shí)際計(jì)算時(shí)可采用方法c計(jì)算建筑物的抗震性能。3屋面及樓層梁如何在整體建模輸入：以某站為例，采用5種計(jì)算模型，結(jié)果比較如下（計(jì)算采用PKPM（2008年版）軟件，屋面網(wǎng)架采用方法c計(jì)算）： 幾種模型計(jì)算結(jié)構(gòu)比較 表2計(jì)算模型X向最大位移mmX向相應(yīng)位移角Y向最大位移mmY向相應(yīng)位移角112.841/140213.931/1292215.271/117914.931/1205317

9、.691/101712.791/1407412.781/140813.991/12875/44.101/409注：1.柱計(jì)算高度6（一層）+2（基礎(chǔ)埋深）+15（二層高）-3（網(wǎng)架高）=20米 2.模型1 按兩層計(jì)算，輸入層間梁，見圖2，3 模型2 按兩層計(jì)算，留洞處層間圈梁取消模型3按兩層計(jì)算，輸入層間梁，一層標(biāo)高上移2m 模型4 按一層計(jì)算，層高考慮為20m 模型5 不考慮空間作用，PK單榀計(jì)算，層高20m3.位移角按 最大位移/柱高18m計(jì)算4. 08版SATWE不再將長(zhǎng)柱分層打斷，而是整體計(jì)算由表2可得如下結(jié)論：1）模型5由于不考慮空間整體作用與真實(shí)結(jié)果相距過大。2）SATWE改進(jìn)后，

10、可以真實(shí)的反映越層柱結(jié)構(gòu)性能。3）樓層圈梁可以改善Y向剛度，但對(duì)結(jié)果影響不大；對(duì)X向剛度改善效果明顯。4）應(yīng)盡量提高一層圈梁標(biāo)高位置。5）候車大廳X向柱距不宜過大，以保證各部位剛度盡量一致。4關(guān)于屋面梁與柱配筋結(jié)果的真實(shí)性：計(jì)算方法c雖可以較真實(shí)的反映建筑物的剛度和抗震性能，但無法真實(shí)的計(jì)算屋面網(wǎng)架在地震力下的水平推力。因此在計(jì)算大廳處柱及屋面梁內(nèi)力時(shí)，應(yīng)將網(wǎng)架支座內(nèi)力不利組合作用于屋面梁上，得出梁柱真實(shí)的內(nèi)力，進(jìn)行截面配筋設(shè)計(jì)。5.2 關(guān)鍵部位截面、配筋設(shè)計(jì)及構(gòu)造要求 通過分析結(jié)構(gòu)整體空間振動(dòng)簡(jiǎn)圖，結(jié)構(gòu)在地震力下反映如下：1）由于候車大廳兩側(cè)剛度大，在高振型下，中間部位呈現(xiàn)典型的整體彎曲特征

11、（見圖4 候車大廳高振型下整體彎曲圖4）。2）候車大廳柱由于有中間圈梁約束，以一層通高變形為主，同時(shí)呈現(xiàn)兩層柱的變形特點(diǎn)。3）大廳與兩側(cè)交接處柱在高振型下變形復(fù)雜。對(duì)于大廳柱設(shè)計(jì)：1).柱x向有約束，y向無約束，為保證穩(wěn)定性，截面應(yīng)各自不小于本方向柱計(jì)算高度的1/16；2).應(yīng)按地面到柱頂取柱加密區(qū)高度，同時(shí)考慮樓層圈梁可提供一定剛度，在一層圈梁上下范圍適當(dāng)設(shè)箍筋加密區(qū)；3).交接處的柱子應(yīng)考慮高振型的影響加強(qiáng)配筋。對(duì)于層間圈梁及屋面梁設(shè)計(jì)：1）.除滿足正截面、斜截面配筋要求外，應(yīng)考慮整體彎曲的影響，受力類似水平梁，梁截面寬度宜盡量加寬；腰筋、拉筋按水平梁配置并加強(qiáng)，腰筋連接采用機(jī)械連接或焊接

12、，拉筋做135度彎鉤；2).樓層及屋面圈梁（框架圖5 中間大廳高，兩側(cè)低 中間大廳與兩側(cè)同高梁）應(yīng)拉通（見圖5），以增強(qiáng)整體性和穩(wěn)定性，特別是柱頂標(biāo)高處圈梁（框架梁）尤其要保證足夠的剛度。對(duì)于屋面網(wǎng)架支座設(shè)計(jì)：支座節(jié)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)重量傳遞給下部結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部件。進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算時(shí)，邊界按簡(jiǎn)支形式考慮，可做成水平（雙向）可移動(dòng)的減震支座，如板式橡膠支座或萬向承載、萬向轉(zhuǎn)動(dòng)的抗震、減震球形鋼支座。對(duì)于首層地面設(shè)計(jì)：地面采用級(jí)配砂石經(jīng)分層碾壓處理，為預(yù)防回填施工中出現(xiàn)的不均勻性，在首層建筑地面設(shè)置鋼筋混凝土面層，以減小可能出現(xiàn)的地面裂縫寬度。對(duì)于填充墻設(shè)計(jì)：由于大廳四周填充墻體較高，需增設(shè)多道水平圈梁來加強(qiáng)穩(wěn)定性，墻頂標(biāo)高處圈梁更為重要。6 建議目前我國(guó)正在大力發(fā)展鐵路建設(shè)，投資規(guī)模上萬億。新建改建車站數(shù)以千計(jì)，其中很多均是中小規(guī)模車站。本文