速來圍觀-三大全國性鐵路站房大跨度屋蓋設(shè)計教學

精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上專心---專注---專業(yè)專心---專注---專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上專心---專注---專業(yè)速來圍觀，三大全國性鐵路站房大跨度屋蓋設(shè)計教學這里有迄今為止我國西南地區(qū)最大的旅客集散地——貴陽北火車站，也有中亞門戶“絲綢之路經(jīng)濟帶”上的加速器——烏魯木齊新客站，更有溝通中國—東盟的黃金通道——南寧東火車站。南寧東火車站南寧東站總建筑面積26.7萬㎡，其中站房面積12萬㎡，是我國溝通中國-東盟的國際性鐵路交通綜合樞紐工程，總規(guī)模3場24站臺面30線(含正線)。其強烈現(xiàn)代感的建筑外觀充分體現(xiàn)了南大門的恢宏氣勢，又展現(xiàn)出綠城崛起的未來態(tài)勢。正立面▲站房最大平面尺寸順軌方向為186m，垂直于軌道方向為414.8m。主站房地下一層，地上三層。站房結(jié)構(gòu)安全等級一級，抗震設(shè)防烈度6度，設(shè)計基本加速度為0.10g，設(shè)計分組為第一組，建筑場地類別為Ⅱ類，抗震設(shè)防類別為乙類建筑。順軌方向剖面▲屋蓋結(jié)構(gòu)順軌道方向跨度為42m+66m+42m，垂軌向跨度33.1m～46.25m。根據(jù)建筑造型及屋蓋大開洞的采光要求，屋蓋采用管桁架與網(wǎng)架相結(jié)合的結(jié)構(gòu)體系，支承屋蓋的結(jié)構(gòu)柱采用鋼管混凝土柱。為了減小中間大跨屋蓋結(jié)構(gòu)的撓度和桿件截面，設(shè)計中將兩側(cè)低標高處小跨屋蓋與中間大跨屋蓋結(jié)構(gòu)連成整體?？紤]屋蓋匯水面較大，采用結(jié)構(gòu)找坡以滿足屋面排水要求，同時也利于提高屋蓋豎向平面內(nèi)的剛度。為減小溫度作用效應和提高結(jié)構(gòu)抗震性能，設(shè)置2道與軌道平行的變形縫。分縫處屋蓋結(jié)構(gòu)垂軌向柱距為33.1m，縫設(shè)在跨中，采用網(wǎng)架（桁架）對挑來實現(xiàn)，桁架高度2m～3m左右。本工程候車大廳層高較高，為了減小柱頂位移，將管桁架上下弦均與柱連接。屋蓋網(wǎng)架結(jié)構(gòu)進行了以下三種方案比選，方案1：高度4.5～6.0m單層局部抽空網(wǎng)架；方案2：高度3.0m局部雙層加強網(wǎng)架；方案3：高度6.0m管桁架。垂直于鐵軌方向柱間布置主桁架，平行于鐵軌方向結(jié)合天窗的開洞布置次桁架。針對上述3種方案，分別進行計算分析，并按中間兩跨43m及兩側(cè)相鄰各半跨33.1m范圍進行統(tǒng)計，比選結(jié)果見下表。從結(jié)果可看出，局部雙層網(wǎng)架的用鋼量最省，管桁架的用鋼量稍高，但管桁架桿件數(shù)量少、節(jié)點構(gòu)造簡單，對屋面留設(shè)采光窗的適應性好，因此最終采用的是管桁架與局部單層網(wǎng)架相結(jié)合的屋蓋體系。結(jié)構(gòu)模型示意▲玻璃天窗采用帶拉桿和撐桿的箱型鋼梁，帶拉桿鋼梁間距為7m，跨度41.2m，鋼梁按5%起坡，形成類似三角屋架的受力形式。這種結(jié)構(gòu)布置簡潔，并將天窗荷載傳到鋼管柱附近的垂軌向桁架，減少了天窗間順軌向桁架的受力和結(jié)構(gòu)高度。設(shè)計中，拉索采用φ70的Q345鋼桿而不是鋼絞線，也不施加預張力，通過鋼梁起拱實現(xiàn)拉索的張緊，便于節(jié)點設(shè)計和施工的同時，又能滿足結(jié)構(gòu)受力需要。天窗建筑與結(jié)構(gòu)關(guān)系示意▲南北兩側(cè)站房立面上樹枝一樣的造型桿件是設(shè)計的一個亮點。由于這個桿件的設(shè)置，導致部分柱子不能升起支撐屋蓋網(wǎng)架。為了使結(jié)構(gòu)受力合理，降低工程造價，將樹枝桿件用倒放四角錐網(wǎng)架與屋蓋網(wǎng)架聯(lián)系起來，形成多點支撐的空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。這樣處理不僅極好的體現(xiàn)了建筑效果，而且用鋼量較低。轉(zhuǎn)角處柱頂造型▲站臺雨棚位于主站房兩側(cè)，對稱布置，每側(cè)站臺雨棚的平面尺寸為117m×324m，最大的柱網(wǎng)尺寸為21mx24.75m。站臺雨棚采用圓鋼管柱，順鐵道方向設(shè)置魚腹式主梁，在主梁上設(shè)置間距7m的次梁。雨棚屋面坡度通過鋼梁起坡實現(xiàn)。站臺雨棚▲雨棚鋼結(jié)構(gòu)自重輕、跨度大，在風吸力作用下，雙管鋼梁下翼緣可能受壓。在鋼梁下翼緣受壓時，為了避免因鋼梁承載力由平面外穩(wěn)定控制而造成鋼材強度利用率低，傳統(tǒng)的設(shè)計方法是通過設(shè)置連接屋面檁條與鋼梁下翼緣的角鋼隅撐來減小鋼梁下翼緣的平面外計算長度。由于這種構(gòu)造中的角鋼外露，影響建筑的美觀。對本工程雙管鋼梁尤其不能接受。設(shè)計采用了一種專利技術(shù)：雙管鋼梁的“T”形隅撐，包括圓形立管與槽鋼剛性連接形成T形結(jié)構(gòu)，圓形立管與雙管鋼梁焊接，檁條通過螺栓連接于槽鋼上。本專利技術(shù)的優(yōu)越性在于：這種T形隅撐既能有效地減小雙管鋼梁的面外計算長度、保證其面外整體穩(wěn)定性，又能與建筑相協(xié)調(diào)，滿足建筑對美觀的要求。站臺雨棚T形隅撐施工現(xiàn)場圖▲烏魯木齊新客站烏魯木齊新客站總建筑面積17萬㎡，其中站房面積10萬㎡，是新疆最大的綜合交通樞紐，集高鐵、軌道交通、城際鐵路、公交、出租等為一體，實現(xiàn)各種換乘方式無縫對接。站房東西面寬約220m、南北進深約340m，平面呈圓弧形，最高點標高41m，檐口標高18.5m，采用中間高，兩側(cè)低的形態(tài)，達到最合理的空間容積。站房地上2層，為站臺層和高架層，地下1層為出站層。站房主體結(jié)構(gòu)為鋼管混凝土柱＋鋼骨混凝土框架梁結(jié)構(gòu)體系，屋蓋采用鋼管混凝土柱＋鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)體系。站房屋蓋建筑外形為拱形殼體，投影面積約5.5萬㎡，結(jié)構(gòu)長向343m，寬152~252m，跨度最大為75m，懸挑跨度最大為24m，候車大廳屋蓋設(shè)有條形采光天窗。屋蓋結(jié)構(gòu)采用兩向正交正放網(wǎng)架，在南北向中間采用雙柱懸挑方式設(shè)伸縮縫斷開，將屋蓋分為2個溫度區(qū)段。網(wǎng)架節(jié)點采用焊接球節(jié)點，整個屋蓋支承在高架候車層上的鋼管混凝土框架柱上，柱頂支座一般采用抗震球型鉸支座，在結(jié)構(gòu)縫處的兩排柱頂采用剛接連接。根據(jù)建筑造型及使用功能需求，屋蓋結(jié)構(gòu)具有如下特點：1）屋蓋為不規(guī)則拱形曲面，造型復雜；2）下方商業(yè)高架夾層有凈高要求、檐口懸挑盡量要薄，網(wǎng)架高度受限；3）中央大廳有大面積采光帶，網(wǎng)架做挖空處理，連續(xù)性差，傳力復雜；4）網(wǎng)架與復雜的立面幕墻聯(lián)系緊密，網(wǎng)格劃分及設(shè)計應考慮幕墻的分格及支承；5）框架柱高達23m左右，柱受力大。網(wǎng)架采用Rhinoceros實現(xiàn)復雜曲面網(wǎng)架的精確建模，網(wǎng)格劃分與幕墻分格對應便于支撐幕墻。為保證和加強網(wǎng)架桿件的穩(wěn)定性，在屋蓋四周、支座處及采光天窗洞口周邊布置支撐。屋蓋計算考慮了下部結(jié)構(gòu)的共同作用，取包絡(luò)設(shè)計。根據(jù)網(wǎng)架提升施工過程進行了施工模擬分析。框架柱較高，承受內(nèi)力大，框柱的設(shè)計是確保屋蓋設(shè)計安全的關(guān)鍵之處。框架柱采用鋼管混凝土柱，進行性能化設(shè)計，采用MIDAS進行中震彈性復核，大震不屈的彈塑性分析。防震縫兩側(cè)內(nèi)力大的兩排柱柱頂剛接連接，顯著減小柱底彎矩，并且結(jié)構(gòu)抗側(cè)能力增強。柱頂側(cè)移減小，鋼管混凝土柱具有足夠的變形以增加屋蓋整體結(jié)構(gòu)耗能能力。網(wǎng)架桿件規(guī)格φ83x4.5-φ450x30，桿件材質(zhì)主要為Q345C，在支座附近受力大的桿件采用Q420GJC，板厚≥40mm、管徑≥400mm時附加Z15性能。屋蓋網(wǎng)架采用分片地面組裝、分片整體提升、高空對接的施工方法。利用高架層作為施工平臺，將整個網(wǎng)架分為幾個小單元，在地面定位放線，焊接成型，按單元整體提升到設(shè)計標高后，各單元間在高空進行整體對接。整體對接完成后，對屋蓋進行整體同步分級卸載。提升安裝作業(yè)簡便，拼裝及組拼基本上在樓面完成，施工條件好，安全性高，也有利于焊接質(zhì)量控制，有利于多區(qū)域同時施工。但整個施工過程技術(shù)難度大、要求高。整個項目采用了BIM技術(shù)，是集建模、檢測、計算、模擬、數(shù)據(jù)集成等工作為一體的三維建筑信息管理工程，這項工作覆蓋了工程的設(shè)計、深化設(shè)計、制造、施工管理乃至后期運營管理的建筑全生命周期。貴陽北火車站貴陽北火車站總建筑面積20.2萬㎡，其中站房面積12萬㎡，是迄今為止我國西南地區(qū)規(guī)模最大的綜合性鐵路交通樞紐工程。屋蓋順鐵道線方向跨度為39m+60m+39m，垂直于鐵道線方向柱距主要為42m、33m。鋼屋蓋總體上采用正放四角錐網(wǎng)架，結(jié)合采光帶布置局部抽空形成立體桁架結(jié)構(gòu)。相對于純粹的管桁架結(jié)構(gòu)，本工程邊緣區(qū)采用網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，一方面加強了管桁架平面外的約束，結(jié)構(gòu)整體剛度更好；另一方面，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)網(wǎng)格大小適中，減小了屋面檁條的跨度和截面。實際效果表明這種混合結(jié)構(gòu)可以最大限度地兼顧結(jié)構(gòu)傳力需要與建筑美觀要求。為了發(fā)揮鋼管混凝土柱上段的強度，減小層間位移，支承屋蓋的鋼管混凝土柱頂端與屋蓋結(jié)構(gòu)上下弦均連接。鋼結(jié)構(gòu)屋蓋在高架層樓面上拼裝，分塊吊裝到設(shè)計標高后再焊接成整體，然后同步施工屋面板及高架夾層，設(shè)計模擬實際施工順序進行整體計算分析。受站場條件及建筑室內(nèi)空間效果限制，站房屋面不能在變形縫兩側(cè)分別設(shè)柱形成完全脫開的結(jié)構(gòu)。由于屋蓋結(jié)構(gòu)跨度大，為了避免兩側(cè)懸挑端部在活荷載或風荷載作用下?lián)隙炔灰恢?，造成屋面變形縫蓋板連接破壞，影響防水效果，因此將變形縫設(shè)置在柱開間的正中，兩側(cè)分別懸挑16.5m。由于屋蓋變形縫位置與高架候車層變形縫位置不對齊，幕墻在屋蓋變形縫與樓面變形縫對應的位置均應設(shè)置變形縫，這兩條變形縫之間的幕墻由于下端與上端分別以不同的結(jié)構(gòu)單元為支點，因此在上端設(shè)置了只提供與幕墻面垂直的支承，但在幕墻平面內(nèi)方向可搖擺變形的支座。為了避免屋蓋撓度對幕墻立柱的不利影響，該支座還要求能適應豎向變形差，構(gòu)造詳見下