高鐵中間停靠站-單層空曠結(jié)構設計

1、結(jié)合高鐵中間停靠站探討單層空曠房屋抗震設計陳雷 韓麗君（筑博設計股份有限公司北京分公司，北京，）摘 要高鐵是國家重點投資的鐵路建設項目，沿線設有大小車站很多個。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計思路；同時結(jié)合車站結(jié)構形式，對單層空曠房屋的設計進行分析研究。關鍵詞 結(jié)構選型 單層空曠房屋 軟件計算結(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目全線按最高時速250300公里設計，主要為客運。全線設有若干大站，還有很多中間停靠站。中間?？空疽话闳站每桶l(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)構設計基準期為50年，結(jié)構的安全等級為一級，設計耐久年限為50年，結(jié)構重要性系數(shù)1.00，結(jié)構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)代車站的設計主導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)構形式（參見圖1)，以創(chuàng)造無柱的靈活空間；對結(jié)構設計提出了更加嚴格的要求。以某站為例介紹小型車站的整體設計思路。圖1某站一層平面圖站房建筑功能包括：候車大廳，售票廳，進出站通行口及輔助用房。其中候車大廳一般為60x40m2（無柱設計），售票廳為30x20 m2（無柱設計），進出站通道為跨度15m左右。 站房一般兩層，高度為1525m。3 結(jié)構選型某站結(jié)構平面布置見圖2，3。兩側(cè)輔助用房跨度7.5x7.2m，為普通框架結(jié)構。中間站房：進出圖2 一層結(jié)構布置圖圖3 二層結(jié)構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防烈度7度。 由于兩側(cè)輔助用房為正常跨度，不進行討論。中間站房特點是跨度大，層高高，空曠。結(jié)構方案選擇上可選混凝土框架和鋼結(jié)構兩種。比較兩者優(yōu)缺點見表1。鋼結(jié)構雖在有些方面優(yōu)于混凝土兩種結(jié)構形式比較 表1形式剛度延性施工周期造價砼結(jié)構大差易長低鋼結(jié)構小好難短高_ 作者簡介：陳雷 國家一級注冊結(jié)構工程師結(jié)構，但鋼結(jié)構適合建造大跨，荷載大的建筑物。對于小型站房，除候車大廳外，跨度并不是很大，且鋼結(jié)構需加設側(cè)向支撐等構件，影響外立面及內(nèi)部使用空間，故采用混凝土框架（局部大跨度梁加設預應力）。候車大廳采用鋼網(wǎng)架減輕結(jié)構自重，降低

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

7、構，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算，結(jié)果的正確性應認真分析。5.1 計算中需解決的問題1抗震規(guī)范對單層空曠房屋計算規(guī)定如下：為簡化計算，可將整個房屋劃分為若干部分，分別計算，然后從構造上和荷載的局部影響上加以考慮，互相協(xié)調(diào)。同時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)剛度如何簡化取值：目前有三種方法可供參考：a.真實的輸入網(wǎng)架參與結(jié)構計算，需采用復雜空間結(jié)構建立模型，按復雜空間結(jié)構分析；b.計算網(wǎng)架的平面內(nèi)剛度，按等剛度代換原則換算成鋼或砼構件輸入整體計算模型，分析計算；c.考慮網(wǎng)架在平面內(nèi)有很

8、大的剛度，平面外無剛度，在整體計算時將網(wǎng)架輸入為同質(zhì)量的樓板（樓板定義為彈性模），同時軸線上輸入鉸接的梁，分析計算。顯然方法a，b能較真實的反映網(wǎng)架計算特點，只是輸入和推導網(wǎng)架剛度很繁瑣，目前一般的結(jié)構計算軟件無法解決。實際計算時可采用方法c計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種計算模型，結(jié)果比較如下（計算采用PKPM（2008年版）軟件，屋面網(wǎng)架采用方法c計算）： 幾種模型計算結(jié)構比較 表2計算模型X向最大位移mmX向相應位移角Y向最大位移mmY向相應位移角112.841/140213.931/1292215.271/117914.931/1205317

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

10、可以真實的反映越層柱結(jié)構性能。3）樓層圈梁可以改善Y向剛度，但對結(jié)果影響不大；對X向剛度改善效果明顯。4）應盡量提高一層圈梁標高位置。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關于屋面梁與柱配筋結(jié)果的真實性：計算方法c雖可以較真實的反映建筑物的剛度和抗震性能，但無法真實的計算屋面網(wǎng)架在地震力下的水平推力。因此在計算大廳處柱及屋面梁內(nèi)力時，應將網(wǎng)架支座內(nèi)力不利組合作用于屋面梁上，得出梁柱真實的內(nèi)力，進行截面配筋設計。5.2 關鍵部位截面、配筋設計及構造要求 通過分析結(jié)構整體空間振動簡圖，結(jié)構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，同時呈現(xiàn)兩層柱的變形特點。3）大廳與兩側(cè)交接處柱在高振型下變形復雜。對于大廳柱設計：1).柱x向有約束，y向無約束，為保證穩(wěn)定性，截面應各自不小于本方向柱計算高度的1/16；2).應按地面到柱頂取柱加密區(qū)高度，同時考慮樓層圈梁可提供一定剛度，在一層圈梁上下范圍適當設箍筋加密區(qū)；3).交接處的柱子應考慮高振型的影響加強配筋。對于層間圈梁及屋面梁設計：1）.除滿足正截面、斜截面配筋要求外，應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，腰筋連接采用機械連接或焊接

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）應拉通（見圖5），以增強整體性和穩(wěn)定性，特別是柱頂標高處圈梁（框架梁）尤其要保證足夠的剛度。對于屋面網(wǎng)架支座設計：支座節(jié)點是結(jié)構重量傳遞給下部結(jié)構的關鍵部件。進行內(nèi)力計算時，邊界按簡支形式考慮，可做成水平（雙向）可移動的減震支座，如板式橡膠支座或萬向承載、萬向轉(zhuǎn)動的抗震、減震球形鋼支座。對于首層地面設計：地面采用級配砂石經(jīng)分層碾壓處理，為預防回填施工中出現(xiàn)的不均勻性，在首層建筑地面設置鋼筋混凝土面層，以減小可能出現(xiàn)的地面裂縫寬度。對于填充墻設計：由于大廳四周填充墻體較高，需增設多道水平圈梁來加強穩(wěn)定性，墻頂標高處圈梁更為重要。6 建議目前我國正在大力發(fā)展鐵路建設，投資規(guī)模上萬億。新建改建車站數(shù)以千計，其中很多均是中小規(guī)模車站。本文