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火车站结构设计之大跨度结构选型(二)

2021-07-07 09:59:21 佛山市昊顺商贸有限公司 阅读

火车站因受其使用功能、场地条件等因素等影响,在站房屋面及楼面、站台雨棚及天桥均较为普遍存在大跨度结构。


2.1 预应力混凝土梁板体系

近年新建火车站站房屋面采用预应力混凝土梁板体系相对比较少,主要原因是因为跨度大,混凝土梁板体系自重也明显比钢结构+轻型金属屋面大,另外建筑对造型和通透性要求高,所以一般不采用混凝土楼盖。

宁杭客专瓦屋山站体型小,屋面跨度仅为23m,考虑到混凝土耐久性好、后期维护成本低,此站屋面采用了预应力混凝土梁板体系。

2.2 大跨度钢结构+轻型屋面

(1)网架结构

安阳东站屋面采用了正交正放四角锥平板型网架,跨度约为47m,网架结构厚度为3~4.25米,节点形式为焊接球节点。网架结构与混凝土主体结构采用固定铰支座或抗震支座连接。网架结构用钢量约为47kg/m2。

南京南站屋盖采用双向正交正放钢网架结构,网架高度6m,节点采用焊接球,在网架与柱顶处采用了万向铰支座连接。为保证屋面的整体刚度,整个屋面没有设置温度缝,屋面投影尺寸为451m×210.65m,屋盖结构四边均为大悬挑结构,南北向最大挑出长度为30.0m,东西向最大挑出长度为30.0m,角部最大挑出长度达42.0m。

(2)桁架结构

唐山站、宜兴东站、溧阳站、定州东站等的屋面结构形式均采用了钢桁架。以唐山站为例,屋面钢桁架共分为3段。II段每榀主桁架共三跨,两个边跨长36m,中跨长54m,支承在钢管混凝土柱上。I段内侧主桁架共五跨,跨度分别为18m、36m、54m、36m、18m,支承在钢管混凝土柱或混凝土柱上;外侧主桁架及外挑部分支承在Y型钢管柱上。主桁架与钢管混凝土柱连接一般采用固定铰支座,也有一些节点主桁架腹杆及下弦杆汇于一点焊在钢柱上,此种情况也可以视为铰接。主桁架为倒三角形,高3.5m、宽2m,垂直主桁架方向设置平面次桁架。

虹桥站屋盖沿横向总体分为两个标高,南北两侧标高30m,中间标高40m,屋盖结构见图3,图中Y 方向为北向。标高30m 屋盖采用平面桁架结构,横向主桁架跨度45m,纵向主桁架跨度约22m,抽柱处最大跨度46. 05m。主桁架上下弦均与钢管混凝土柱刚接( 局部采用销轴连接) 形成刚架。为控制杆件外观尺寸,荷载较大处采用双弦杆桁架,标高40m 屋盖采用倒放三角形三管空间桁架,横向主桁架跨度72m,纵向主桁架跨度约22m,抽柱处最大跨度46. 05m。

(3)大跨度拱结构

常州站为高架站,候车室位于桥梁下方,与桥梁结构墩柱组成整体框架结构,站房8.5 m 以上为大跨度钢拱结构,最高点标高为32.8 m,采用钢箱梁拱作为受力结构,钢箱梁截面的最大高度为2m,最大跨度为66.4 m,间距为16.35 m。为了保证钢箱梁拱的平面外稳定,在两榀钢箱梁拱之间设置刚性系杆和支撑。下图为常州站剖面图。

(4)混凝土拱壳+钢桁架

银川站房中央主入口处通高的进站大厅布置三个清水混凝土壳,该处的混凝土壳外形既非圆弧,也不是抛物线,而是两段圆弧相交,且在壳的侧边开很大的弧形洞口,故在混凝土壳周边采用混凝土拱柱进行适当加强。站房二层候车大厅取消中间柱子形成大跨空间,根据建筑室内外装修效果的需要,候车大厅屋顶清水混凝土壳的两侧沿纵向布置两个跨度约67m的巨型三角形桁架,在巨型主桁架东西两侧布置跨度分别为14m和21m的次桁架,在两个桁架之间为型钢折梁作为支撑龙骨的玻璃采光屋面,从而最大限度的将建筑造型与结构构件设计结合起来。主桁架分别支撑于混凝土壳及混凝土柱上,次桁架一端与主桁架相连,另一端通过固定铰支座连接在混凝土拱顶部的混凝土梁上。下图为站房屋顶桁架的室内效果及结构模型。

(5)多种结构形式组合的复杂屋面结构

广州站站房钢结构屋盖体形由多个筒形和波浪形体块相互切割而成, 采用分片叠合的造型。屋盖投影面积10.4万m2。主站房屋盖外形下图所示, 平面东西长468.8m,南北宽222.0m, 筒形屋盖沿南北方向共有6 片, 每片均为上凸的柱面。在屋盖正中, 贯通东西方向有一道中央采光带, 呈半径渐变的柱面造型, 采光带总长347.6m,与6 片南北向的柱状叶片相贯。在东西主入口处, 采光带柱面向上翘起。


综上,站房屋面的做法可以大致概括为以下几种:

(1)体型很小的站房(跨度大约二十多米)可采用预应力混凝土梁板体系;

(2)中等或小型站房大都采用网架或桁架结构+轻型屋面;

(3)大型站房因屋面体型复杂、体量巨大,一般采用多种结构形式组合的复杂屋面结构;

(4)部分建筑造型独特或类型独特的站房(如银川站、常州站)屋面会采用一些独特的结构形式。