復雜大平面、大跨度結構設計關鍵技術2/11/2018復雜大平面、大跨度鋼結構的特點12

大跨度鋼結構樓蓋設計3

鋼屋蓋結構設計目錄45678利用建筑形態(tài)改善樓蓋豎向舒適度太原南站“傘”狀屋蓋結構復雜結構試驗健康檢測超長無縫鋼筋混凝土結構（十堰站前廣場）21復雜大平面、大跨度鋼結構的特點(以大型站房為例)大型站房一般為高架站房，該類型站房在使用功能上有如下特點：1)采用“上進下出”的旅客流線模式，從上至下依次為候車廳層、站臺層及出站層；31復雜大平面、大跨度鋼結構的特點(以大型站房為例)大型站房一般為高架站房，該類型站房在使用功能上有如下特點：2）站臺層到發(fā)線軌間立柱支承上部結構，在正線通過處不立柱(個別站除外)；3）高架層柱與軌道層柱直接相連，以減少最下部出站層柱數量，改善出站層的使用功能(提高使用面積、提高凈空尺寸和通透性)，即通常所說的“站橋合一”，“在房子里走火車”；4）高架候車廳層結構在垂直于軌道方向的正線通過處樓蓋跨度超過43m；5）屋蓋柱數量減少，屋蓋跨度加大，屋蓋跨度大于50m較常見，局部區(qū)域大于100m；柱和屋蓋的結構形態(tài)復雜多樣；6）屋蓋和樓蓋平面尺寸較大，樞紐站房的高架層及屋蓋在垂直于軌道方向的尺寸一般大于500m。7）高架層上幕墻結構高度一般大于20m。41復雜大平面、大跨度鋼結構的特點(以大型站房為例)根據上述特點，大型站房的大跨度高架層、商業(yè)夾層和屋蓋結構采用鋼結構較多。近幾年完成的大型站房的相關數據如表1和表2所示。表1

站房概況站房建筑面高架層平面

屋蓋平面站名站房形式站臺層結構積(萬平米)尺寸(m)尺寸(m）“站橋合一”高架站橋墩+預應力鋼筋混凝土連續(xù)箱梁長沙南站杭州東站19.932177×231177×286房橋“站橋合一”樞紐站144×463285×516鋼管混凝土柱+雙向鋼骨梁框架房“站橋合一”樞紐站鋼骨柱+雙向預應力混凝土箱型框鄭州東站太原南站4020156×476112×281272×510373×226房架高架站房混凝土地下通道51復雜大平面、大跨度鋼結構的特點(以大型站房為例)表2

高架層及屋蓋結構站名高架層主要柱距（m）高架層結構屋蓋主要柱距（m）屋蓋結構鋼管混凝土柱+

32~113×21.5~102.7鋼桁架(2.45m)長沙南站32~49×21.5~27.75鋼網架+兩級分叉鋼管柱5鋼管混凝土柱+

35~84~111×25.55

斜倒錐形橢圓鋼管柱和斜鋼管格構杭州東站

21.7~24.8×21.5~46.55鋼桁架(2.8m)~43~68.55柱+變截面鋼管空間桁架的鋼框架鋼管混凝土柱+鋼桁架(2.9m)雙向正交鋼管桁架鄭州東站太原南站20~30×21.5~44.536×20.85~31.740~78×43

~56+分叉鋼柱(直柱)鋼管混凝土柱+鋼桁架(3m)36×42.8X形雙向懸挑桁架單元61復雜大平面、大跨度鋼結構的特點(以大型站房為例)長沙南站鳥瞰圖71復雜大平面、大跨度鋼結構的特點(以大型站房為例)長沙南站西側夜景81復雜大平面、大跨度鋼結構的特點(以大型站房為例)長沙南站高架候車廳91復雜大平面、大跨度鋼結構的特點(以大型站房為例)長沙南站地下一層出站廳局部101復雜大平面、大跨度鋼結構的特點(以大型站房為例)杭州東站全景11復雜大平面、大跨度鋼結構的特點(以大型站房為例)杭州東站高架候車廳層12長沙南站高架候車廳13復雜大平面、大跨度鋼結構的特點(以大型站房為例)鄭州東站正立面14鄭州東站鳥瞰圖15鄭州東站西面夜景16鄭州東站候車廳17太原南站立面18高架候車廳局部19復雜大平面、大跨度鋼結構的特點2

大跨度鋼結構樓蓋設計1目錄345678鋼屋蓋結構設計利用建筑形態(tài)改善樓蓋豎向舒適度太原南站“傘”狀屋蓋結構復雜結構試驗健康檢測超長無縫鋼筋混凝土結構（十堰站前廣場）202

大跨度鋼結構樓蓋設計2.1

結構樓蓋選型2.2

鋼桁架樓蓋結構2.3

大跨度實腹鋼梁樓蓋結構212.1結構樓蓋選型

在進行樓蓋結構選型時，應根據樓蓋柱網尺寸、結構高度、樓蓋經濟技術指標、抗震性能、設備布置要求和施工進度等因素綜合確定，一般樓蓋結構的適用性見表2.1。表2.1樓蓋結構的適用性結構類型適用跨度（m）結構高度較小設備和管道布置抗震性能較差豎向剛度

施工便利性預應力混凝土梁宜≤25m應≤30m差大差實腹鋼梁宜≤25m小較差好較大小好鋼桁架宜＞25m較大好較好較好22結構類型適用跨度（m）結構高度設備和管道布置抗震性能豎向剛度

施工便利性2.1結構樓蓋選型

跨度不小于35m的樓蓋應考慮采用鋼桁架結構，在鋼桁架樓蓋結構布置時，應注意：1)

應注意桁架結構傳力的直接性和有效性。2)

桁架跨高比宜≤16，當跨度大于40m，且跨高比大于20時應考慮樓蓋豎向舒適度的影響。3)

鋼桁架弦桿高度為400mm較為適當。相關站房高架候車廳鋼桁架樓蓋結構的經濟技術指標見表4。232.1結構樓蓋選型表4

各站房高架層鋼結構樓蓋總體用鋼量比較溫度作用樓蓋用鋼量站房名稱

設防烈度平面尺寸(m)柱網尺寸(m)結構高度(m)(△T)(℃)kg/m2總平面：164×46121.7～24.8×21.5～46.55杭州東站6(0.05g)30；-32分縫后平面：164×169、164×129、164×1632.8172.0154.9總平面：156×476鄭州東站

7(0.015g)30；-4020～30×21.5～44.52.9分縫后平面:156×208、156×276總平面：281×112太原南站長沙南站8(0.02g)6(0.05g)30；-3030；-3036×21.6～31.73.0208.0212.0分縫后平面：108×112、172×112233×179（無縫）32～49×20～27.752.4524注：樓蓋用鋼量不含柱的用鋼量2.3大跨度實腹鋼梁樓蓋結構

受建筑層高和凈空要求限制，跨度超過40m仍采用實腹鋼梁樓蓋，樓蓋經濟性和豎向舒適度均較差(尤其雙向柱距均較大時)。為此，在結構上需采取一些措施。

杭州東站商業(yè)夾層樓面平面呈U字形，與高架層樓面之間高差(即商業(yè)夾層層高)為8.3m。樓蓋柱均為斜柱，往南北兩個方向分別傾斜約19°，夾層下凈空高度大于5.5m。252.3大跨度實腹鋼梁樓蓋結構

結構選型：1）U形平面除周邊梁高2.5m外，其余梁的結構高度為1.85m，梁上混凝土樓板厚100mm。根據梁高和柱距，樓蓋結構采用實腹鋼梁(次梁為蜂窩梁)+鋼管柱結構，空調管道布置在1.85m高的梁下，并在2.5m高的周邊框架梁腹板上設孔穿過。最大柱網46.55m×38.262m處樓蓋結構布置見圖2.3。2）框架梁采用翼緣板外挑的箱型截面，材料采用Q420GJC，次梁采用雙向井字梁布置方式，次梁截面為H1850×300×14×20～30，為蜂窩梁，材料為Q345C，井字次梁雙向間距為3m～5m，次梁相交處為剛接，次梁與箱型框架梁同樣剛接連接，以提高樓蓋的豎向剛度，樓板采用100mm厚的鋼筋混凝土平板以減小樓蓋結構高度，采用閉合形壓型鋼板作模板。夾層樓蓋結構施工圖檢算用鋼量為296kg/m2(含節(jié)點用量)。26杭州東站商業(yè)夾層最大柱距處樓蓋布置圖27復雜大平面、大跨度鋼結構的特點2

大跨度鋼結構樓蓋設計1目錄345678鋼屋蓋結構設計利用建筑形態(tài)改善樓蓋豎向舒適度太原南站“傘”狀屋蓋結構復雜結構試驗健康檢測超長無縫鋼筋混凝土結構（十堰站前廣場）283鋼屋蓋結構設計3.1

鋼屋蓋選型3.2

屋蓋柱選型293.1鋼屋蓋選型應根據柱距、結構受力特點、建筑形態(tài)(包括建筑采光、吊頂布置)合理選擇屋蓋結構，盡量使整體結構傳力直接、合理，確保結構的安全性、經濟性和美觀性。在采光區(qū)域(無吊頂)，應盡量采用結構構件數量較少的結構30鄭州東站屋蓋采光區(qū)域倒三角形管桁架(L=58.5m)31杭州東站屋蓋中央部位采光區(qū)域屋蓋(平面桁架在上弦處設置水平支撐)32杭州東站屋蓋中央部位采光區(qū)域屋蓋(平面桁架在上弦處設置水平支撐)33杭州東站東西側采光區(qū)域采用單層網殼(橢圓形的采光頂，其長、短軸尺寸分

別

為

52.5m

和

18.55m

，采用弧形單層網殼結構，構件截面為250X120X16的箱型截面）34杭州東站東西側采光區(qū)域采用單層網殼35杭州長沙南站49m跨張弦結構采光區(qū)域363.1鋼屋蓋選型應根據柱距、結構受力特點、建筑形態(tài)(包括建筑采光、吊頂布置)合理選擇屋蓋結構，盡量使整體結構傳力直接、合理，確保結構的安全性、經濟性和美觀性。在采光區(qū)域(無吊頂)，應盡量采用結構構件數量較少的結構合理利用建筑形態(tài)，改善屋蓋結構的受力性能，并減少建筑裝飾難度和造價373.1鋼屋蓋選型

杭州東站屋蓋結構采用變截面橢圓形鋼管斜柱和變截面鋼管格構斜柱+雙向鋼管桁架框架結構，框架鋼管桁架為矩形截面空間桁架(桁架寬為5m)與柱剛接連接，次桁架為平面鋼管桁架，根據柱網尺寸及建筑采光要求，在柱距不小于84m的中間區(qū)域次桁架僅沿跨度較大的順軌向布置，支承于跨度相對較小的垂直于軌道方向的框架桁架上，次桁架間距為5～7m，在桁架平面外設置水平支撐相互連接；在雙向柱距較接近的順軌向兩端區(qū)域(均為40多米)，則沿雙向布置次桁架，見圖2。

沿順軌方向，空間鋼管桁架的結構高度從中間跨的3.5m～5.4m逐漸變?yōu)閮蓚榷瞬孔畲蟮?m左右，與建筑形態(tài)變化基本吻合。3839圖2

杭州東站屋蓋上弦平面局部

東、西側最大跨度屋蓋結構40圖3

東、西側立面處屋蓋結構剖面圖西側立面屋蓋(施工中)41西側屋蓋(施工中)42施工中的鋼管格構柱(GKZ4)43施工中的格構柱(GKZ5)443.1鋼屋蓋選型

東、西側最大跨度屋蓋結構東西側最大跨度為111

m的屋蓋結構和柱結構，外部尺寸與建筑外形基本擬合，特點：a)

屋蓋與柱交接處桁架高度加高，進一步提高屋蓋桁架結構豎向剛度，起到“加腋”的作用；b)

加大了梁柱節(jié)點處剛度，利用格構柱柱截面尺寸較大(剛度較大)的特點，減小大跨度桁架的跨中撓度(此處屋面荷載為最大)；c)

較大幅度減少裝飾結構的用料和施工難度；d)

柱受力復雜，不均勻。453.1鋼屋蓋選型2.一般部位鋼管柱與鋼桁架剛接連接(最大跨度為84m)圖4

一般部位屋蓋結構剖面圖46一般部位屋蓋結構47一般部位屋蓋結構（施工中）483.2屋蓋柱選型沿順軌方向：站房東、西側均設置四根巨大的斜鋼管格構柱;其余部位:沿順軌向每榀框架均設有6根橢圓形的實腹鋼管柱，其中中間部位4根柱與高架層樓面或商業(yè)夾層樓面結構相連；端部兩根柱直接與軌道下的基礎相連，沿東、西向對稱布置。柱截面沿柱高與建筑外形變化基本吻合，其相關參數見表5。49表5屋蓋柱形式及相關參數柱截面尺柱中心線與垂直線柱截面最大無支柱編號及類型(Z向)之間的夾角

基本形狀長度(m)柱底柱頂GKZ1(鋼管柱)GKZ2(鋼管柱)16°19°橢圓形橢圓形φ2192×1512×50φ3600×2692×4029.4227.47φ2192×1524×50φ2144×1170×405603(縱)×1761(橫)φ3360×2554×40φ5808×4928×2518492(縱)×6680(橫)GKZ3(鋼管柱)30°橢圓形橄欖形32.67GKZ436°34°31.9330.72(鋼管格構柱)GKZ514137(16335)(縱)×9392(9608)(橫)準矩形

8685(9602)(縱)×5987(5862(橫)(鋼管格構柱)503.2屋蓋柱選型GKZ1~GKZ3選用變截面鋼管柱(非格構柱)的原因：a)

柱截面受鐵路限界的影響以及高架層樓蓋受力的需要，在下部必須采用截面較小的鋼管柱或鋼管混凝土柱，上部采用鋼管柱，連接方便。b)

屋蓋柱均為斜柱，在豎向荷載作用下，斜柱雙向彎距較大，P-Δ效應明顯；截面形狀復雜，同一截面內應力變化較大；在框架桁架中產生較大的軸拉力，柱頂沿柱傾斜方向水平位移明顯，采用鋼管柱，其承載力更大，截面應力調整能力更強。c)

柱外形復雜，采用與建筑外形擬合的鋼管柱，建筑裝飾結構更簡單，外表皮擬合和成形難度降低，提高裝飾結構的安全性(行車及旅客安全至關重要)。5152鋼管斜柱GKZ3(施工中)復雜大平面、大跨度鋼結構的特點2

大跨度鋼結構樓蓋設計1目錄345678鋼屋蓋結構設計利用建筑形態(tài)改善樓蓋豎向舒適度太原南站“傘”狀屋蓋結構復雜結構試驗健康檢測超長無縫鋼筋混凝土結構（十堰站前廣場）534.利用建筑形態(tài)改善樓蓋豎向舒適度鄭州東站商業(yè)夾層78m跨樓蓋與斜幕墻結構相連解決樓蓋豎向舒適度問題:1.

商業(yè)夾層位于站房東、西兩側，每側樓面呈U形布置，最大柱網尺寸為27.5m(橫向)×78.0m(縱向)。2.柱距為27.5m×78.0m樓蓋結構布置a)

按間距為5.5m左右布置跨度為78m的鋼桁架作為樓蓋次梁并延伸至相鄰短跨(跨在78m跨及其相鄰跨區(qū)域采用上下弦的中心距為3.35m，桁架高跨度為39.15m)，提高樓蓋的豎向剛度。比為1／23.3的鋼桁架，該鋼桁架豎向剛度較小，同時受荷面積又很b)

軸A(X)處78m跨框架桁架形成剛度較大的空間鋼桁架結構(兩榀桁架水平間距為大，見圖5。樓蓋豎向舒適度難以滿足設計要求。3.25m)。c)

在軸18、19處設置兩榀跨度為27.5m的橫向主桁架(ZHJ-9)并與邊桁架(BHJ-1)相連，見圖5。54圖5

鄭州東站商業(yè)夾層78m跨樓蓋布置圖4.利用建筑形態(tài)改善樓蓋豎向舒適度鄭州東站商業(yè)夾層78m跨樓蓋與斜幕墻結構相連解決樓蓋豎向舒適度問題:1.

商業(yè)夾層位于站房東、西兩側，每側樓面呈U形布置，最大柱網尺寸為27.5m(橫向)×78.0m(縱向)。2.柱距為27.5m×78.0m樓蓋結構布置3.利用幕墻結構將樓蓋鋼桁架與屋蓋結構相連，提高樓蓋豎向剛度；564.利用建筑形態(tài)改善樓蓋豎向舒適度支承立面幕墻的三向網格結構作為腹桿，高架層夾層樓面鋼桁架(即圖5中的BHJ-1)和屋蓋鋼管桁架分別作為下弦桿和上弦桿，形成跨層桁架，立面如圖6所示。圖6

跨層桁架立面圖574.利用建筑形態(tài)改善樓蓋豎向舒適度利用幕墻結構將樓蓋鋼桁架與屋蓋結構相連，提高樓蓋豎向剛度；a)

根據建筑幕墻布置要求，桁架端部采用高為3.75m的“目”字形實腹截面，提高下弦桿的抗剪和抗彎能力;b)

78m跨層桁架的兩端上、下弦分別與橫向框架桁架的懸挑端相連，框架桁架的跨度分別為：下弦桿處：27.5m(單跨)+6.5m(懸挑)；上弦桿處：27.5m(單跨)+14m(懸挑)。為提高懸在框架桁架的懸挑段及單跨桁架與柱連接區(qū)域的幾個節(jié)間處，同樣采用高為3.75m的“目“字形實腹截面支承跨層桁架?？鐚予旒艿亩瞬考袅Υ蟛糠钟上孪覙烁咛幍臋M向桁架承擔?？鐚予旒芗皧A層樓蓋桁架線實體模型如圖7所示;584.利用建筑形態(tài)改善樓蓋豎向舒適度圖7跨層桁架橫剖面圖594.利用建筑形態(tài)改善樓蓋豎向舒適度利用幕墻結構將樓蓋鋼桁架與屋蓋結構相連，提高樓蓋豎向剛度；c)

跨層桁架上下弦之間三向網格結構中的構件均采用類似菱形截面，如圖8、9所示。滿足設計所需平面外強度和剛度要求；另一方面是作為外露結構，需滿足建筑外形的要求;d)為確?？鐚咏Y構安全，在結構設計時，分別按考慮跨層桁架共同作用圖8

水平腹桿圖9

斜腹桿和不考慮共同作用進行計算和包絡設計。60施工中的鄭州東站商業(yè)夾層幕墻61投入使用時的鄭州東站商業(yè)夾層幕墻62復雜大平面、大跨度鋼結構的特點2

大跨度鋼結構樓蓋設計1目錄345678鋼屋蓋結構設計利用建筑形態(tài)改善樓蓋豎向舒適度太原南站“傘”狀屋蓋結構復雜結構試驗健康檢測超長無縫鋼筋混凝土結構（十堰站前廣場）635.太原南站“傘”狀屋蓋結構主站房概況5.15.25.35.4屋蓋結構結構分析屋蓋結構復雜節(jié)點設計645.太原南站“傘”狀屋蓋結構主站房概況

鐵路太原南站由主站房和站臺雨棚組成，總建筑面積為20.12萬m2，主站房體現了“唐風晉韻”的建筑風格，為“線側+高架”式站房，其建筑立面見圖5.1。圖5.1太原南站全景一點透視655.太原南站“傘”狀屋蓋結構主站房概況

主站房為地上2層(有商業(yè)夾層處為3層)，地下1層，屋面結構最高標高為35.600m，工程在2012年建成，2014年投入使用。建成后的相關照片如下：圖5.2太原南站夜景圖665.太原南站“傘”狀屋蓋結構主站房概況圖5.3

西側立面局部圖5.4

候車廳675.太原南站“傘”狀屋蓋結構主站房概況圖5.5西側立面局部685.太原南站“傘”狀屋蓋結構各層功能布置(1)地下一層為出站廳層：主要為東、西側出站大廳以及配套設施、設備用房。東、西側出站廳的平面尺寸分別為34.2m×134m(順軌方向)和54.45m×204m(順軌方向)，東、西側出站廳由地下通道相連。地面標高為-8.000m，層高為8.000m。(2)一層為站臺層：由線路、站臺、基本站臺、進站廣廳、售票廳、候車廳和辦公用房組成。樓面標高為±0.000，層高為10.500m。線路與站臺均位于地面；該層結構為位于線側的地下東、西側出站廳層的頂板結構(稱為線側結構)，其平面尺寸同地下一層。(3)二層為高架侯車廳層：由普通候車廳及相關設施用房、辦公用房等組成。樓面標高為10.500m，平面尺寸為282.31m(垂直于軌道方向)×112m(順軌方向)。695.太原南站“傘”狀屋蓋結構各層功能布置(4)商業(yè)夾層(局部三層)位于站房南、北兩側，平面尺寸均為220.16m(垂直于軌道方向)×18m(順軌方向)。(5)根據屋蓋高低，屋蓋可分為三個結構單

元

：

西

側

單

元

的

屋

面

標

高

為29.800m~30.800m；中間屋蓋單元的屋面標高34.600m~35.600m；東側屋蓋單元的屋面標高為29.300m~30.800，站房垂直于軌道方向(即東、西向)剖面見圖5.6。圖5.6

太原南站垂直于軌道方向剖面屋蓋總水平投影尺寸為372.46m(垂直于軌道方向)×225.912m(順軌方向)。705.太原南站“傘”狀屋蓋結構各層功能布置

站房的抗震設防烈度為8度，設計基本加速度為0.20g，設計分組為第一組，建筑場地類別為Ⅲ類，抗震設防類別：高架候車廳層為乙類建筑。715.2屋蓋結構5.2.1建筑布置(1)屋蓋由多個平面投影尺寸為36m×42.8m的單元體組合而成；(2)每個單元體僅有一根柱，柱截面呈X形，柱截面“上大下小”；(3)在立面上，與柱相交處屋蓋結構高度最大、遠離柱處屋蓋結構高度最小；(4)與柱截面X方向對應方向上設置變寬度的采光帶。圖5.7屋蓋單元采光帶布置圖(5)屋蓋設有吊頂。725.2屋蓋結構5.2.2結構布置

從建筑形態(tài)來看，每個屋蓋單元類似于“傘”，從整體結構受力考慮，由于柱與柱之間屋蓋結構跨中部位和柱頂部位的結構高度分別1.3m、6.2m，而作為主要受力構件的主桁架的跨度(柱與柱之間)約為57m，采用常規(guī)的框架桁架結構顯然是不合適的。滿足建筑形態(tài)并符合結構合理受力的結構形式：平面呈X形對稱懸挑的單側懸挑桁架結構，每側桁架高度從1.3m～6.19m均勻變化，桁架根部結構跨高比為，結構受力合理、剛度較好。從結構外形上形成“傘”狀結構單元。735.2屋蓋結構5.2.2結構布置

屋蓋單元的主要受力結構由兩榀變截面主桁架(ZHJ)與X形鋼柱構成，桁架方向與X形鋼柱的肢方向相同；主桁架下弦與X形柱剛接連接；次桁架與主桁架相連構成相互支撐的穩(wěn)定結構體系；在桁架上弦平面和下弦平面內設置鋼次梁以支承屋面板及吊頂(兼作鋼桁架的側向支撐)，單元平面布置見圖5.4。屋蓋采光帶沿主桁架上弦桿布置，平面呈X形，見圖5.3。布置屋蓋次梁和次桁架時，盡可能減小結構對采光的影響。圖5.4

屋蓋結構單元布置平面圖745.2屋蓋結構5.2.2結構布置

整體屋蓋結構由

“傘”狀結構單元組合而成，屋蓋結構局部布置圖見圖5.5，圖2.2所示為垂直于軌道方向的單元布置情況；在順軌方向由6個“傘”狀結構單元組成。屋蓋結構選型時將建筑形態(tài)與結構受力特點相結合，使結構受力合理、經濟；同時滿足建筑室內外形態(tài)的要求，將兩者完美地結合在一起。圖5.5

屋蓋結構局部布置圖755.2屋蓋結構5.2.2結構布置

主桁架(ZHJ)根部上下弦桿中心距為6.19m；而與其它單元相連處(端部)為1.3m，外側懸挑長度為27.964m，見圖5.6。圖5.6屋蓋主桁架(ZHJ1)構件布置765.2屋蓋結構5.2.3結構受力特點及措施5.3.3.1“傘”單元受力特點及措施(1)豎向荷載作用作為對稱結構，“傘”狀結構單元在對稱豎向荷載作用下屋蓋平面變形對稱、構件受力均勻，但在非對稱荷載作用下由于屋蓋懸挑長度大，屋蓋平面豎向變形差異較大，對柱而言，則會產生較大的彎矩。采取的結構措施：提高主桁架豎向結構剛度，提高X形柱的抗彎承載力，X形柱的肢與主桁架同一平面，柱剛度及承載力均較高。775.2屋蓋結構5.2.3結構受力特點及措施5.3.3.1“傘”單元受力特點及措施2)水平荷載或作用屋蓋需承擔和傳遞的水平荷載或作用為風荷載、地震作用。屋蓋結構布置及措施：屋蓋平面結構單元由主桁架、次桁架、上下弦平面內的鋼次梁及沿單元周邊布置的水平支撐組成，形成非常穩(wěn)定的空間結構體系，見圖2.4，確保各種荷載或作用下結構單元平面?zhèn)髁χ苯?、可靠?85.2屋蓋結構5.2.3結構受力特點及措施5.3.3.2整體結構布置及特點1)整體結構布置要求根據單元體布置、受力特點，整體結構布置時應滿足以下要求：(1)整體屋蓋結構應具有較好的側向剛度；(2)結合建筑形態(tài)，提高X形柱的抗彎和抗扭剛度、提高其正截面和抗扭承載力。795.2屋蓋結構5.2.3結構受力特點及措施5.3.3.2整體結構布置及特點2)整體屋蓋結構布置如前所述，屋蓋平面順軌向均為6個“傘”單元，為整體結構，不分縫，即沿順軌向為由6根柱組成的框架結構(框架梁為變截面的桁架)；在垂直于軌道方向，屋蓋面標高可分為三部分，見圖2.2。結構布置上則分為兩個結構單元，兩個結構單元之間設防震縫分開。(1)西側站房低屋面為2

個

“傘”單元(2排柱)，該部分屋蓋結構與其它屋蓋設縫分開，分縫后在該方向形成類似單跨的“框架”結構；805.2屋蓋結構5.2.3結構受力特點及措施5.3.3.2整體結構布置及特點2)整體屋蓋結構布置(2)中間部分(5個“傘”單元)和東側站房低屋面1個“傘”單元為另一屋蓋結構單元。鑒于1個“傘”單元屋蓋結構在豎向地震、風荷載或活載作用下水平和豎向變形均難以滿足設計要求。因此，通過在高低屋蓋交界處設置空間鋼桁架與中間屋蓋連成整體，空間鋼桁架的截面寬為3m，高為3.5m，見圖5.7。東側站房高低屋面之間豎向力和水平力通過此桁架傳遞，協(xié)調高低屋面的變形。對比計算表明：連接桁架較明顯地減小了低屋面的水平和豎向變形。815.2屋蓋結構5.2.3結構受力特點及措施5.3.3.2整體結構布置及特點2)整體屋蓋結構布置屋蓋結構主桁架的構件均采用矩形截面；次桁架弦桿采用矩形截面，腹桿采用圓鋼管。圖5.7東站房高低屋蓋桁架連接圖825.3結構分析5.3.1分析模型和分析軟件中間及東側站房整體結構分析模型如圖5.8所示。圖5.8中間及東側站房整體分析模型835.3結構分析5.3.2主要荷載和作用

結構設計基準期為50年，主體結構設計使用年限(耐久性)為100年。建筑結構的安全等級為一級，結構重要性系數為1.1。主要荷載取值如下：(1)

垂直活載按“建筑結構荷載規(guī)范”(GB50009—2001)(2006年版)確定(2)

基本風壓：0.45

kN/m2(按100年一遇取值)；地面粗糙度為B類，風載根據規(guī)范及風洞試驗確定。(3)

基本雪壓：0.40kN/m2(按100年一遇取值)。(4)

抗震設防烈度為8度，設計基本地震加速度為0.20g，設計地震分組為第一組，場地類別為Ⅲ類，主站房建筑抗震設防類別：考慮高架層為跨線建筑，高架層樓蓋為乙類建筑，考慮豎向地震作用。845.3結構分析5.3.2主要荷載和作用

結構設計基準期為50年，主體結構設計使用年限(耐久性)為100年。建筑結構的安全等級為一級，結構重要性系數為1.1。主要荷載取值如下：(5)

溫度作用：溫度作用是本工程的主要荷載作用之一，而《建筑結構荷載規(guī)范》(GB50009—2001)(2006年版)中并無溫度作用和組合的相關規(guī)定。我國的公路橋涵規(guī)范采用極限狀態(tài)法進行設計，與建筑結構設計原則一致或接近。在《公路橋涵設計通用規(guī)范》(JTG

D60—2004)中對橋梁結構的溫度作用取值和組合有具體規(guī)定。參照此規(guī)范以及太原南站使用環(huán)境，太原歷史最高和最低氣溫，并考慮結構合攏環(huán)境溫度為10℃～20℃，結構設計中溫度作用取值如下：主站房鋼結構樓、屋蓋：正溫度差ΔT=30℃；負溫度差ΔT=－30℃；室外混凝土結構：正溫度差ΔT=15℃；負溫度差ΔT=－20℃；室內混凝土結構：正溫度差ΔT=10℃；負溫度差ΔT=－15℃.。85荷載分項系數為1.4，組合系數為0.6。5.3結構分析5.3.3站房整體彈性分析計算結果

本工程中地震作用和溫度作用對結構的側向位移影響最大，根據計算結果，正溫差與負溫差作用下結構樓層側向位移基本相同，取較大者。結構彈性層間位移角見表5.1。表5.1

樓層結構彈性層間位移角表5.2

中間及東站房結構前三階振型水平地震作用溫度作用樓層或部位振形周期(s)1.0593110.9958240.903576振型描述Y向(垂直軌道方向)平動X向(順軌向)平動扭轉平均1/12501/7721/8211/657最大平均1/9111/8471/11061/819最大1/7771/7451/10951/764高架候車層西側低屋蓋中間屋蓋1/9621/6601/7771/573東側低屋蓋

計算結果均滿足設計要求。865.4屋蓋結構復雜節(jié)點設計5.4.1主桁架與X形柱連接節(jié)點

根據建筑室內裝飾要求，屋蓋主桁架下弦桿外露并與X形柱的箱形肢等寬，形成一整體，見圖5.9。主桁架下弦桿截面尺寸為700×700×30(根部)和700(500)×700×12；上弦桿截面尺寸為350×300×16(根部)和350×300×12(350~250×200×10)；根部腹桿為250×250×10。柱與桁架的連接節(jié)點見圖5.9。圖5.9主桁架與X形柱連接節(jié)點875.4屋蓋結構復雜節(jié)點設計5.4.1主桁架與X形柱連接節(jié)點

柱與桁架下弦桿連接部位設置弧形變化的鋼牛腿，如圖5.9所示。牛腿端部區(qū)域應力集中，尤其是與下弦桿的下翼緣相交處。為減小牛腿部位的應力集中，在牛腿長度范圍內設置多道20mm厚的加勁板，以便將桁架端部剪力傳至柱內并加強牛腿的豎向剛度。對柱頂實體模型進行有限元分析，考慮材料非線性和幾何非線性，柱頂部局部模型如圖5.10所示。圖5.10柱頂部局部模型885.4屋蓋結構復雜節(jié)點設計5.4.1主桁架與X形柱連接節(jié)點

牛腿若采用一次性焊接連接，分析顯示：雖然設置加勁板，改善了牛腿的受力狀態(tài)，但牛腿下翼緣端部局部區(qū)域內仍出現屈服區(qū)域，應力云圖見圖5.11。

鑒于該區(qū)域的重要性，將牛腿分兩次焊接，最端部牛腿在結構受力后再焊，基本起裝飾作用。調整后的柱應力云圖如圖5.12所示，整個柱處于彈性受力狀態(tài)。89圖5.11牛腿一次性焊接柱應力云圖圖5.12牛腿兩次焊接柱應力云圖5.4屋蓋結構復雜節(jié)點設計5.4.2主桁架與次桁架相交處下弦節(jié)點設計與分析

由圖5.13可見，主桁架平面外兩個方向均與次桁架相交，節(jié)點處節(jié)點桿件數量多且次桁架弦桿內力較大；下弦桿截面截面尺寸大，若采用相貫焊節(jié)點，則節(jié)點區(qū)域必須進行加強才能滿足節(jié)點承載力的要求。90圖5.13主桁架與次桁架相交處下弦節(jié)點5.4屋蓋結構復雜節(jié)點設計5.4.2主桁架與次桁架相交處下弦節(jié)點設計與分析

經過多次分析與優(yōu)化，從有效提高節(jié)點承載力和方便施工兩方面考慮，節(jié)點區(qū)域的加強措施如下：(1)根據節(jié)點各平面上桿件內力大小，節(jié)點區(qū)域主桁架下弦桿采用不同厚度的板件：上翼緣為18mm；腹板均為16mm；下翼緣板為14mm。(2)節(jié)點區(qū)域縱向加勁肋設置如下：上翼緣板：

300mm×14mm(2塊)；腹板：160mm×12mm(每側2塊)；下翼緣板：-150mm×12mm(1塊)。見圖5.13中的2-2剖面。(3)14mm厚的橫隔板與縱向加勁板焊接連接，布置于次桁架弦桿與主桁架下弦相交處。915.4屋蓋結構復雜節(jié)點設計5.4.2主桁架與次桁架相交處下弦節(jié)點設計與分析

由于無法采用規(guī)范方法計算節(jié)點承載力，采用有限元進行節(jié)點應力分析，分析結果如圖5.14所示。

分析顯示，節(jié)點區(qū)域基本處于彈性階段，節(jié)點承載力滿足要求。92圖5.14下弦節(jié)點內部加勁肋應力圖形5.4屋蓋結構復雜節(jié)點設計5.4.3四個傘形單元交匯處下弦節(jié)點設計

該節(jié)點處有8根弦桿相交，且不在同一平面內，連接復雜。采用的節(jié)點如圖5.15所示。

連接節(jié)點處采用十字形的連接板，相交桁架的弦桿均與此十字板相連，傳力直接且焊接方便；豎腹桿則插入連接板，與之焊接連接。該節(jié)點傳力直接，施工簡單。圖5.15

四個傘形單元交匯處下弦節(jié)點連接圖935.4屋蓋結構復雜節(jié)點設計5.4.4

X形柱應力分析

與高架層、商業(yè)夾層及屋蓋結構相連X形鋼柱受力大，截面復雜，且在高架層結構高度范圍內進行部分截面轉換，柱截面在高架層以上為沿高度變尺寸X形截面，在高架層以下呈矩形，見圖5.16。柱應力分析極為重要。圖5.16

X形柱截面變化945.4屋蓋結構復雜節(jié)點設計5.4.4

X形柱應力分析(1)用SAP和ANSYS分別對結構進行整體彈性分析和有限元彈性分析，找到構件設計的控制工況為1.2D+0.98L+0.84W0+1.3T+。表(2)采用該控制工況的內力，用ABAQUS對X形柱進行整體非線性有限元分析。分析時，考慮幾何非線性和材料非線性(采用雙線性隨動強化模型，考慮材料的包辛格效應)，不考慮高架層以下的鋼管混凝土柱中的混凝土，將其作為安全儲備。主桿件的應力云圖見圖5.17，柱高方向各控制截面分析結果見表5.3。商高柱截圖5.17

X形鋼管柱主桿件應力云圖955.4屋蓋結構復雜節(jié)點設計5.4.4

X形柱應力分析(3)非線性分析結果①柱底部在沒有考慮混凝土作用的情況下，屈服范圍很小，柱截面基本處于彈性范圍內；②與高架層與商業(yè)夾層水平構件連接部位，柱桿件整體應力水平較低；③柱截面轉換區(qū)域應力處于彈性狀態(tài)，從外側轉換鋼板的應力可知，內部加勁肋有效地將上部需轉換的板件內力傳至了外側轉換鋼板上，達到了設計目的。④柱底內部加勁肋處于彈性受力狀態(tài)，在承受荷載的同時，可以抑制外側鋼板平面外屈曲。⑤高架層鋼桁架與柱連接出弦桿最大應力為184MPa，斜腹桿、弦桿基本上處于彈性受力狀態(tài)，與SAP計算結果較吻合。96復雜大平面、大跨度鋼結構的特點2

大跨度鋼結構樓蓋設計1目錄345678鋼屋蓋結構設計利用建筑形態(tài)改善樓蓋豎向舒適度太原南站“傘”狀屋蓋結構復雜結構試驗健康檢測超長無縫鋼筋混凝土結構（十堰站前廣場）976.復雜結構試驗6.1

復雜鋼結構節(jié)點試驗6.2

屋蓋整體結構承載力特性的驗證986.1復雜鋼結構節(jié)點試驗節(jié)點試驗主要解決以下問題：a)

節(jié)點形式復雜，無相關節(jié)點承載力計算方法，有限元分析結果需加以驗證;b)

節(jié)點受力復雜且重要，施工質量影響較大;c)

由于拼裝工藝的限制，節(jié)點焊接與設計要求不符。杭州東站鋼節(jié)點試驗試驗內容鄭州東站鋼結構節(jié)點試驗996.1復雜鋼結構節(jié)點試驗6.1.1

杭州東站鋼節(jié)點試驗

結合杭州東站工程實際，在單層網殼、格構斜柱、屋蓋桁架、站臺雨棚桁架等不同位置選取關鍵節(jié)點類型7種，并對屋蓋桁架和站臺雨棚桁架的3個節(jié)點進行插板對比試驗，總計10個節(jié)點試驗。

試驗節(jié)點在屋蓋的位置和節(jié)點圖分別如圖9、10所示。100a)單層網殼b)格構斜柱d)屋蓋桁架c)格構鋼管柱圖9

試驗節(jié)點所在位置101a)節(jié)點1c)

節(jié)點3d)

節(jié)點4g)節(jié)點7f)節(jié)點6e)節(jié)點5圖10試驗節(jié)點圖102a)節(jié)點5試件插板位置(圖中CB1、CB2、CB3位置)c)節(jié)點7試件插板位置(圖中CB位置)圖11

試件插板位置示意b)J節(jié)點6試件插板位置1036.1.1杭州東站鋼節(jié)點試驗其中節(jié)點5、6和7三個試件進行插板對比試驗。各試件的插板位置示意見圖11所示。插板對比試驗的試件尺寸、荷載信息、測點布置和加載方案均與無插板試件相同。試件編號規(guī)則：無插板試件編號為1(如節(jié)點5-1)，帶插板試件編號為2(如節(jié)點5-2)。部分節(jié)點試驗結果見表6。104表6試驗結果值實際加載節(jié)點編號節(jié)點破壞形式備注／設計荷載節(jié)點1節(jié)點24.0桿件及節(jié)點區(qū)域未見明顯變形，尚未破壞1.75主弦桿及多根腹桿均出現明顯變形，節(jié)點破壞節(jié)點42.02.0桿件及節(jié)點相貫區(qū)未見明顯變形，相貫區(qū)部分屈服桿件及節(jié)點相貫區(qū)未見明顯變形，弦桿相貫區(qū)部分屈服節(jié)點5-1節(jié)點6-1節(jié)點6-22.01.7桿件及節(jié)點相貫區(qū)未見明顯變形，弦桿相貫區(qū)大部分屈服桿件及節(jié)點相貫區(qū)未見明顯變形，節(jié)點基本處于彈性階段設備故障節(jié)點7-1節(jié)點7-22.52.5桿件及節(jié)點相貫區(qū)未見明顯變形，弦桿相貫區(qū)部分屈服桿件及節(jié)點相貫區(qū)未見明顯變形，弦桿相貫區(qū)部分屈服1056.1.2鄭州東站鋼節(jié)點試驗

節(jié)點試驗種類分為五大類，并根據隱蔽焊縫焊接與否，是否有插板等分為20多個節(jié)點進行足尺試驗。較為詳細地研究了節(jié)點插板和隱蔽焊縫焊接對節(jié)點承載力的影響。

JD01：空間KK型節(jié)點，加節(jié)點板，隱蔽焊縫焊接。

JD02:空間KKK型節(jié)點，加節(jié)點板，中間面層的腹桿插入節(jié)點板中并與主管焊接，隱蔽焊縫焊接

JD03：多維復雜空間節(jié)點，中間面加插板，隱蔽焊縫焊接

JD04:多維復雜空間節(jié)點，主管中設置橫隔板，次桁架弦桿中加插板，隱蔽焊縫接

JD05:主方支圓節(jié)點，節(jié)點域附近的主管加厚，并加設橫隔板106JD02JD03JD01JD04圖12

節(jié)點示意JD051076.2屋蓋整體結構承載力特性的驗證

杭州東站屋蓋整體結構受力復雜，特別是斜柱和單層橢球殼，除整體結構進行分析設計外，選擇西側屋蓋結構單元作縮尺模型試驗(1:20)，模型檢測部位見圖13,其屋蓋模型平面尺寸為14.241m×6.564m。

模型試驗原則：幾何相似、物理相似、物理過程相似、以軸向應力一致原則選擇桁架構件截面。1幾何相似比

Cl20Cq

3荷載相似比應力相似比應力相似比C

0.7Cq2C

0.0107CAlC1086.2屋蓋整體結構承載力特性的驗證6.2.1試驗內容

模型試驗采用整體加載和局部加載相結合的方法，共進行5種加載工況試驗，測試模型在加載過程中的內力、變形發(fā)展情況，并與有限元分析結果進行比較。

局部加載主要確定受力復雜的單層橢球殼、變橢圓截面斜鋼柱和大型鋼管格構式斜柱及其相應的屋蓋桁架結構的內力及變形情況。1096.2屋蓋整體結構承載力特性的驗證圖13模型監(jiān)測部位位置圖1106.2屋蓋整體結構承載力特性的驗證6.2.1試驗內容

模型荷載加載方案見表7，各荷載工況加載試驗見圖14。表7模型荷載值試驗類別單級荷載/(kN/m2)

荷載級數/級

總荷載/(kN/m2)加載總值/ton全跨加載試驗半跨加載試驗1.301.95333.905.8537.2027.9橢球殼加載試驗橢圓柱加載試驗格構柱加載試驗5.103.003.0054420.5012.0012.005.4025.9212.96111c)橢球殼局部加載圖a)全跨加載圖b)半跨加載圖d)橢圓柱局部加載圖圖14縮尺模型各荷載工況加載圖e)鋼管格構柱局部加載圖1126.2屋蓋整體結構承載力特性的驗證6.2.2主要結論通過縮尺模型試驗及有限元分析，得到主要結論如下：a)

所有工況的整個加載過程中，結構處于彈性工作階段，整體結構具有良好的受力特性。b)

全跨荷載試驗：①屋蓋管桁架、格構式斜柱的大部分桿件內力以軸向力為主，所受彎矩很小，結構受力合理，能較好地利用桿件截面；單層橢球殼結構長軸方向桿件的軸向應力明顯大于彎曲應力，短軸方向桿件彎曲應力明顯大于軸向應力。格構式斜柱和變橢圓截面鋼斜柱存在雙向受彎，受力情況復雜。1136.2屋蓋整體結構承載力特性的驗證6.2.2主要結論通過縮尺模型試驗及有限元分析，得到主要結論如下：②格構式斜柱和變橢圓截面鋼斜柱柱頂均存在雙向水平位移，結構最大水

平位移位于HJ2端部柱TZ1(即GKZ3)的柱頂(為外推)；HJ1和HJ2各跨中測點的豎向位移沿結構跨度方向基本呈對稱分布，整體結構具有較好的剛度。c)

半跨荷載試驗：各應變測點和位移測點求得的應力和位移均較小，表明大跨度屋蓋結構對半跨荷載不具有敏感性。HJ1和HJ2上直接受荷側的大部分測點應力明顯大于另一側對稱位置上的測點應力；桁架部分最大壓、拉應力值出現在直接受荷載一側的ZJ1跨中上弦桿上表面和下弦桿下表面。1146.2屋蓋整體結構承載力特性的驗證6.2.2主要結論通過縮尺模型試驗及有限元分析，得到主要結論如下：d)

局部加載試驗中各測點應力、位移隨荷載的變化規(guī)律與全跨加載試驗基本一致，表明可用局部加載試驗來研究各構件在全跨均布荷載作用下的受力特性。e)

單層橢球殼周邊支承環(huán)梁對網殼的約束與計算假定基本一致，橢球殼局部加載試驗加載完成后，網殼的最大位移僅為10.28mm(向下)，網殼結構具有較好的豎向剛度。f)

TZ1(即GKZ3)和TZ2(即GKZ2)從柱底截面到柱頂截面的平面內彎矩會發(fā)生變號，即橢圓斜柱的平面內彎矩圖的反彎點處于柱高度范圍內。橢圓柱處于軸壓與雙向受彎的受力狀態(tài)，受力情況復雜，柱剛度滿足要求。1156.2屋蓋整體結構承載力特性的驗證6.2.2主要結論通過縮尺模型試驗及有限元分析，得到主要結論如下：g)

格構柱(即GKZ4和GKZ5)存在雙向受彎，且各主要桿件的軸向應力明顯大于彎曲應力，格構柱桿件以承受軸向力為主，柱剛度滿足要求。h)

有限元分析結果與試驗結果總體上吻合良好，有限元模型及結果合理、可靠。116復雜大平面、大跨度鋼結構的特點2

大跨度鋼結構樓蓋設計1目錄345678鋼屋蓋結構設計利用建筑形態(tài)改善樓蓋豎向舒適度太原南站“傘”狀屋蓋結構復雜結構試驗健康檢測超長無縫鋼筋混凝土結構（十堰站前廣場）1177健康檢測7.1

健康檢測內容的目標7.2

杭州東站健康檢測的內容7.2.1應力應變(含溫度)測點布置7.2.2位移測點布置7.2.3結構振動加速度測點布置7.2.4屋面風荷載測點布置1187健康檢測7.1

健康檢測內容的目標對結構的安全性與功能性進行評價與預警；對荷載的長期效益以及結構的老化、病變進行定期的綜合性診斷；建立結構的健康檔案，為建筑的日常運行與維護提供可靠依據；通過監(jiān)控中心再現結構的當前受力狀態(tài)，向管理者提供相關信息。1197健康檢測7.2杭州東站健康檢測的內容1)

對站房結構的關鍵部位的應力進行監(jiān)測:掌握結構的應力變化狀態(tài)，分析結構應力與荷載及使用狀態(tài)的相關性；2)

對溫度伸縮縫處的位移進行監(jiān)測:掌握結構在溫度效應作用下的變形特性，分析結構變形與環(huán)境荷載的相關性；3)

對結構關鍵部位的加速度進行監(jiān)測:掌握該部位的振動情況，分析不同外界激勵下鋼結構的振動特性；4)

對候車廳的振動加速度進行監(jiān)測:掌握其振動情況，分析火車通行和人行荷載與候車廳的相互作用，評價旅客舒適度；5)

對站房屋面的風速、風向進行監(jiān)測:掌握建筑所處的風場環(huán)境;6)

對結構關鍵部位的溫度進行監(jiān)測:掌握結構所處的溫度環(huán)境，為分析溫度對結構的影響提供原始數據。1207.2.1應力應變(含溫度)測點布置杭州東站主站房屋蓋結構采用了由變橢圓截面鋼斜柱和巨型鋼管格構式斜柱支承的復雜大跨度鋼管桁架結構。桁架結構跨度大、應力大，變橢圓截面斜柱、巨型格構式斜柱受力復雜，是應力應變監(jiān)測的主要對象。1)

屋蓋主桁架測點

屋蓋結構由沿軌道方向的橫向主桁架及與之垂直方向的縱向主桁架組成，主桁架間距較大(最小、最大間距分別為68.55m、111m)。

因此在屋蓋上跨度較大的桁架的跨中部位布置應力應變測點，如圖15所示。每處的上、下弦桿的上、下表面各布置一個應變傳感器，即每處布置四個傳感器。121圖15屋蓋應力應變（溫度）測點布置圖a)軸測圖b)剖面圖圖16屋蓋應力應變(溫度)測點布置圖7.2.1應力應變(含溫度)測點布置3)

變橢圓截面斜柱柱腳測點部分變橢圓截面斜柱與商業(yè)夾層相連，在夾層鋼梁與斜柱的交接處，柱子彎矩特別大，整個橢圓柱的最大應力出現于此，因此在橢圓柱與夾層鋼梁交接處布置測點，如圖17所示。b)剖面圖a)軸測圖124圖17

變橢圓截面斜柱與夾層鋼梁交接處應變(溫度)測點布置7.2.1應力應變(含溫度)測點布置4)

格構柱測點東西兩端的8個巨型鋼管格構式斜柱是整個屋蓋結構的關鍵支承結構，柱腳、柱頂以及拐角復雜節(jié)點等部位的應力分布十分復雜，因此在格構柱的柱腳、柱頂和中部分別布置測點，監(jiān)測關鍵受力構件以及復雜節(jié)點的應力，布置如圖18。5)

巨型柱外表皮測點

東西兩端8個巨型鋼管格構式斜柱外包雙曲面外表皮，是本工程的主要建筑特色和亮點之一。擬在其中2個巨型柱曲面變化顯著的外表皮內側位置布置12個測點以掌握其在溫度變化情況下的應力應變。圖18

格構柱應力應變(溫度)測點布置1257.2.2位移測點布置

本工程屋蓋體系東西向長度極大，考慮溫度變化可能帶來的結構變形，在屋蓋中設置了兩處變形縫。

為了更進一步地掌握溫度對結構整體變形的影響，在分縫處設置變形測點，監(jiān)測變形縫的寬度變化。

變形測點設置于屋蓋變形縫內，每條變形縫內各設置5個變形測點，沿變形縫全長均勻布置，如圖19所示。另在幕墻桁架頂部對應位置設5個變形測點。1267.2.2位移測點布置圖19變形縫位移測點布置1277.2.3結構振動加速度測點布置

通過對屋蓋結構關鍵部位的振動加速度進行實時監(jiān)測，實時掌握該部位的振動情況，分析不同外界激勵下鋼結構的振動特性；通過對高架層、商業(yè)夾層的振動加速度進行實時監(jiān)測，實時掌握其振動情況，分析火車通行與候車廳的相互作用，為評價旅客舒適度提供依據。1)

屋蓋測點

屋蓋加速度測點均布置于屋蓋下弦桿上以及魚眼下弦層的中間區(qū)域(圖20),總體布置圖見圖21。1287.2.3結構振動加速度測點布置圖20布置于魚眼下弦層的加速度測點1297.2.3結構振動加速度測點布置圖21屋蓋下弦桿加速度測點布置1307.2.3結構振動加速度測點布置2)

高架層測點

高架層為旅客候車層，對樓蓋豎向剛度和豎向舒適度的要求較高。高架層樓蓋結構的最大柱距為46.55m，桁架上下弦中心距為2.8m;此外在站房東、西區(qū)域還設有消防車道，桁架跨度為27m左右，桁架上下弦中心距為2.65m。由于跨度大、荷載大，其舒適度能否滿足要求特別值得關注。

高架層加速度測點均布置于其桁架梁下部，選取其跨中部位，圖22所示為高架層典型桁架的加速度測點布置部位示意；總體布置圖見圖23。131圖22高架層典型桁架加速度測點布置部位示意圖圖23高架層加速度測點布置圖7.2.3結構振動加速度測點布置3)

商業(yè)夾層測點

商業(yè)夾層的最大柱網尺寸達46.55m×38.262m，為減小結構高度，夾層樓蓋結構采用實腹鋼梁(或蜂窩梁)雙向井字梁樓蓋。梁最大跨高比為25:1，因此對商業(yè)夾層樓蓋的振動加速度進行監(jiān)測十分重要。

商業(yè)夾層加速度測點均布置于鋼梁的下翼緣，選取其跨中部位，總體布置圖見圖24。133圖24

商業(yè)夾層加速度測點布置7.2.3結構振動加速度測點布置4)

站臺層測點

軌道層軌8米的梁底部；位于軸線圖25站臺層橋梁結構加速度測點布置1357.2.4屋面風荷載測點布置

對站房屋面的風速、風向進行實時監(jiān)測，實時掌握建筑所處的風場環(huán)境，獲取建筑物風環(huán)境的第一手資料，并了解結構的實際風效應，了解結構及屋面維護體系的實際風荷載，有助于對強風后的結構性態(tài)進行詳細的分析和診斷。

風荷載測點考慮對稱性，對屋蓋進行風場數值模擬，選擇風荷載不利位置進行測點布置，風荷載測點總數為108個。

此外，在屋面布置10個溫度傳感器，與前述布置于屋蓋桁架、變截面橢圓柱的溫度傳感器(集成于應變傳感器)一起，為了解鋼結構屋蓋表面及其內部的溫度分布梯度提供實測數據。1367.2.4屋面風荷載測點布置圖26屋面風載與溫度測點布置137復雜大平面、大跨度鋼結構的特點2

大跨度鋼結構樓蓋設計1目錄345678鋼屋蓋結構設計利用建筑形態(tài)改善樓蓋豎向舒適度太原南站“傘”狀屋蓋結構復雜結構試驗健康檢測超長無縫鋼筋混凝土結構（十堰站前廣場）1388超長無縫鋼筋混凝土結構（十堰站前廣場）8.1建筑布置及功能8.2地下室樓蓋結構選型8.3地上結構8.4

結構分析8.5雙向密肋樓蓋結構設計中需注意的事項1398.1建筑布置及功能

工程位于十堰市火車站北側,

地上3層(局部地上1層)、地下2層(局部地下3層與原鐵路地下通道相連)，建筑面積為12萬平方米。

地下室平面尺寸為316m×138m，柱網尺寸基本上為12m×12m和12m×15~16m；個別部位因為抽柱形成12m×24m柱網。

建筑功能：主要為商業(yè)綜合體、地下綜合交通換乘樞紐和站房候車、進出站等圖1

十堰站前廣場鳥瞰圖1408.1建筑布置及功能1.地下室:(1)±0.000層除少量的商業(yè)外，基本為廣場和市政道路，廣場的覆土厚度為1m～1.5m，較大面積范圍內需考慮消防車荷載；(2)地下一層主要為公交車場、商業(yè)、站房候車廳層和下沉式廣場；(3)地下二層為車庫、商業(yè)、設備用房和下沉式廣場。1418.1建筑布置及功能2.地上部分：(1)地上3層為商業(yè)用途，屋蓋上覆蓋裝飾鋼結構構架(2)部分地上1層為鋼構架圖2

地上3層建筑圖3

地上1層建筑1428.2地下室樓蓋結構選型8.2.1荷載作用1.基本風壓：Wo=0.3kN/m2

；2.基本雪壓：So=0.4kN/m2

；3.抗震設防烈度為6度，設計基本地震加速度為0.05g，設計地震分組為第一組?？拐鹪O防類別為重點設防類建筑(乙類建筑)。4、抗浮水位：本工程抗浮設計水位在地下二層樓(地)面以下，只有地下三層需考慮抗浮問題，范圍很小。1438.2地下室樓蓋結構選型8.2.1荷載作用5.溫度作用：十堰月平均最高氣溫為35℃；月平均最低氣溫為-7℃，考慮結構合攏溫度為10℃~20℃，考慮室內外溫差：夏季為10℃，冬季為15℃，混凝土收縮等效溫降-4℃，對于鋼筋混凝土結構考慮溫度作用時計算溫差如下：混凝土結構：室內：正溫差取8℃；負溫差－8℃室外：正溫差取10℃；負溫差－10℃鋼結構：正溫差取25℃；負溫差－27℃6.豎向荷載：在±0.000由于覆土厚，消防車道范圍較大等原因，荷載較大。其他部位除地下機械停車庫和公交車場荷載較大外，其余活載一般。1448.2地下室樓蓋結構選型8.2.2

整體結構特點1.柱網規(guī)則:如前所述，柱網尺寸基本上為12m×12m和12m×15~16m；個別部位因為抽柱形成12m×24m柱網。2.地下室建筑面積大，且為超長無縫結構(1)本工程主要建筑功能和面積位于地下室，南側地下室在地下二層樓(地)面與室外地面齊平，無擋土外墻；(2)北側地下室雖然目前為全地下室，但今后與二期地下室相連(結構上設縫分開)，僅一半區(qū)域設置永久性地下室外墻，其余為臨時性擋墻；(3)東西兩側設置為永久性的地下室側壁。(4)地下室不分縫，平面尺寸為316m×138m，為超長無縫結構。1458.2地下室樓蓋結構選型8.2.2

整體結構特點3.豎向荷載大：如±0.000廣場部分覆土厚度1m～1.5m，市政道路及消防車道活載大。4.地下室樓層標高變化較大，各層主要標高如下：地下二層：-11.750、-12.000、-13.250；地下一層：-5.750、-6.100、-7.250；±0.000層:

2.600、1.650、±0.000。1468.2地下室樓蓋結構選型8.2.3樓蓋結構的類型及特點平板體系(無梁樓蓋)體系樓蓋結構類型主次梁樓蓋體系雙向密肋樓蓋體系1478.2地下室樓蓋結構選型8.2.3樓蓋結構的類型及特點樓蓋體系經濟適用范圍結構高度特點(1)柱距：平板體系

4.5～7.2m(RC)；7.2～10.5m(PC)(板柱)

(2)

13.5m(1)樓蓋結構高度小，施工方便。(2)對整體結構剛度貢獻小，抗震性能較差；(3)混凝土折算厚度大；(1/30～1/45)L最大柱距：設置柱帽后(3)雙向柱距相等或比較接近；(1)承載能力大；(1)主次梁高相同，次主次梁

(1)柱距：9～12mx13.5～18m(PC)；

梁跨度沿長跨方向；

(2)對結構整體剛度貢獻大；體系(2)最大跨度21～36m(2)主梁變形控制在次

(3)結構受力清晰，傳力途徑明確、直接。梁變形的1/2～1/3；(4)結構高度大。(1)經濟適用跨度大；(2)樓蓋結構折算厚度小，結構高度較小，美觀不用吊頂；(1)柱距：9～12m(RC);12～21m(PC)(2)密肋格構間距2.1～3.6m(4.2m)雙向密肋體系(1/22～1/30)L(3)柱頂設置實心柱帽，提高結構剛度，與柱相連的梁承擔大部分荷載。8.2地下室樓蓋結構選型8.2.3

地下室樓蓋結構選型1

樓蓋選型中考慮的主要因素1)柱距:如前所述，柱網尺寸基本上為12m×12m和12mX15~16m；個別部位因為抽柱形成12m×24m柱網；2)使用功能:主要為公交車場、商業(yè)、站房候車廳層和下沉式廣場，樓層使用凈空要求較高；3)荷載:荷載較大，尤其是±0.000廣場；4)結構抗震要求；5)綜合造價:包括建筑裝飾及施工措施對造價的影響。1498.2地下室樓蓋結構選型8.2.3

地下室樓蓋結構選型1

樓蓋選型中考慮的主要因素柱距大荷載大采用梁板式結構較為合適上部結構抗震嵌固要求1508.2地下室樓蓋結構選型8.2.3

地下室樓蓋結構選型1

樓蓋選型中考慮的主要因素工程場地地貌為山體，開挖深度范圍內大部分為從強風化至微風化的片巖，中風化和微風化片巖的承載力特征值分別為1500kPa和2000kPa。微風化巖石需爆破開挖，開挖量難度大，造價高。土方開挖對造價的影響1518.2地下室樓蓋結構選型8.2.3

地下室樓蓋結構選型1

樓蓋選型中考慮的主要因素樓層使用凈空樓蓋結構選型中應盡可能降低樓蓋結構高度，提高樓層凈空高度和減少開挖土方量基坑開挖難度1528.2地下室樓蓋結構選型

樓蓋結構選型對于不同柱距，樓蓋結構選型如下(1)柱距為12m×12m的樓蓋，若采用框架梁+井字梁結構，框架梁的梁高較大，對改善樓層凈空和降低土方開挖意義不大。經多次比較，采用雙向密肋樓蓋形式，肋梁間距為3m，板厚120mm，柱頂設置與梁高度相同的柱帽，典型結構單元布置見圖4。圖4

柱網為12mx12m典型樓蓋單元結構布置1538.2地下室樓蓋結構選型

樓蓋結構選型對于不同柱距，樓蓋結構選型如下(1)雙向密肋樓蓋形式：

±0.000：一般肋梁：250mm×900mm；與柱帽連接肋梁：400mm×900mm；

地下一層：一般肋梁：250mm×700mm與柱帽連接肋梁：350mm×700mm；圖4

柱網為12mx12m典型樓蓋單元結構布置1548.2地下室樓蓋結構選型

樓蓋結構選型對于不同柱距，樓蓋結構選型如下(2)柱距為12m×24m的樓蓋，采用主次梁結構為唯一選擇，次梁跨度為24m，框架主梁跨度為12m；采用采用單向布置有粘結預應力混凝土梁結構，預應力梁間距3m，預應力梁高為1.4m，柱頂同樣設置柱帽，典型結構單元布置見圖5。圖5

柱網為12mx24m典型樓蓋單元結構布置1558.2