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关于高铁中间停靠站单层空旷房屋结构设计研究

发表时间：2021/6/29 来源：《基层建设》2021年第6期作者：徐超

[导读] 摘要：随着我国经济水平和科学技术的逐渐发展，高速铁路的建设获得了极大的进步，其已然成为我国重点建设的项目之一。

        上海经纬建筑规划设计研究院股份有限公司浙江分公司浙江杭州 311215
        摘要：随着我国经济水平和科学技术的逐渐发展，高速铁路的建设获得了极大的进步，其已然成为我国重点建设的项目之一。由此也建造了诸多高铁站，一条高速铁路需要配置诸多高铁站，其设计思路对于单层空旷房屋设计具有一定的研究价值。本文结合高铁中间停靠站，分析其基本设计思路和结构，从而对单层空旷房屋的抗震设计进行深入探讨，以期为相关领域的研究提供参考。
        关键词：高铁中间停靠站；单层空旷房屋；结构设计
        百余年来，随着铁路的逐渐发展，形成了以高铁为代表的高速铁路系统。相伴而生的是众多高铁站的建设，其结构复杂，工程体量较大，种类较多，包括线端式、穿越式、线侧式等。其中，中间停靠站主要是线侧式，其设计思路对于单层空旷房屋的结构设计具有一定参考价值，通过对高铁中间站停靠站的研究可以促进类似单层空旷房屋的建筑结构设计。
        一、高铁中间停靠站
        （一）高铁中间停靠站概况
        高铁车站主要是服务于全线最高时速250~300公里的客运列车，其需要包含众多车站，包括大站和若干中间停靠站。在实际建设中，中间停靠站的设计需要尽可能满足旅客的需求，提供较为方便的环境，为旅客提供较大、较为合理的公共空间。根据统计，中间停靠站的日均旅客发送量较高，一般可以达到10000~50000人，因其需要满足较多人员聚集的需要，聚集人数最高时可以达到600~3000人，因此，其建筑面积往往较大，采用大空间和大跨度的建筑结构，通常选用“无柱”的建造形式，以形成更为灵活的活动空间，其面积一般可以达到3000~6000m2。
        高铁中间停靠站的设计形式通常是线侧式，这种站房的乘客需要通过地下通道或高架通道进出站，其长度往往大于宽度，适用于中小型站房。通常情况下，高铁中间停靠站必须做到经久耐用，其结构设计的基准期是50年，根据要求，其安全性必须得到保证，所以其安全等级应为一级，通常采用钢筋混凝土框架，结合屋面网架，属于单层空旷房屋。
        （二）高铁中间停靠站的结构
        高铁中间停靠站主要分为候车大厅、售票处、通行处和其他辅助空间，一般都采用大跨度结构设计，辅助空间和中间站房通常采用抗震缝的形式分开。中间站房的跨度比较大，相对比较高，可以选用混凝土或钢结构。二者各有利弊，前者刚度大，施工难度低，造价也较低，但延性差，建设周期较长；后者延性好，施工周期短，但刚度小，施工难度大，造价比较高。对于中小型的高铁中间停靠站而言，其跨度不是很大，选择混凝土结构相对更合适，候车大厅可以采用钢结构，这样可以很大程度上减轻结构自重，在发生地震时，可以降低地震的影响。
        （三）建筑物类别划分及其抗震等级
        建筑物类别的划分和其抗震等级的确定需要根据中华人民共和国国家标准《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2019）的规定，高铁中间停靠站属于小型规模站，可以划分为丙类建筑物。同时还规定，单层空旷房屋钢筋混凝土框架柱应按二级框架设计，所以高铁中间停靠站的抗震等级应该为二级。
        二、关于高铁中间停靠站的单层空旷房屋抗震设计
        （一）单层空旷房屋抗震设计
        单层空旷房屋是一种较为常见的建筑形式，通常是指具有较为空旷的空间的单层大厅，往往还会有一些附属房屋。这种房屋类型往往会汇集大量人员，如车站、剧场等，其结构布置、屋盖构造等对于防震的效果都有很大影响，因此，对其的建筑结构要求和防震要求往往也比较高。对于这种建筑而言，如果与两侧的建筑物设置防震缝，可以将复杂结构分割为较为规则的结构单元，有利于减少房屋的扭转并改善结构的抗震性能。
        屋面采用网架结构，应对其进行正确计算。根据中华人民共和国国家标准《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2019）规定，在计算该类房屋时，可将其划分为多个部分，从而进行分别计算，以降低计算难度。同时，还要仔细分析其荷载和构造的局部影响，做到相互协调。

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        （二）屋面网架平面内刚度取值
        在进行这中取值时，通常采用的方法有三种：第一种，根据实际情况输入网架参数进行结构计算。由此进行计算，需要建立复杂空间结构模型，以复杂空间结构的模式进行分析计算。第二种，通过等刚度代换原则进行，首先计算网架的平面内刚度，利用等刚度代换原则将其换算为钢或混凝土，再将其输入整体计算模型进行进一步的研究和计算。这两种方式相对能够较为切实地展现出网架计算特点，但是在实际工作中，其输入和推导的过程较为困难和繁复，因此，很难通过结构计算软件进行计算，这是这两种方法的制约条件。通常情况下，在实际工作中可以采用第三种方法，网架在平面内有较强的刚度，在平面外则无刚度，在进行整体的计算工作时，将网架输入为同质量的楼板，再在轴线上输入铰接的梁，由此而进行分析计算，这种方法可以在实际工作中更便捷地计算建筑结构的性能。
        （三）屋面梁与柱配筋结果的真实性计算
        在使用第三种方法进行计算分析后，虽然可以较好地反映建筑物的受力性能，但是，这种方法的弊端在于，其难以反映屋面网架在地震力水平推力下的效应。这是不能忽略的因素，所以，在实际的计算大厅处柱和屋面梁内力的工作中，应在将网架支座内力不利组合作用于屋面梁上，从而算出梁柱的真实内力，在确保数据结果的准确性后，再进行截面配筋设置。这样不仅可以使计算结果更为精准可靠，还可以更好地保障建筑的安全性。
        （四）关键部位截面、配筋设计及构造要求
        1.大厅柱
        在大厅柱的设计中，尤其应考虑到稳定性的问题，其截面应符合各方向柱计算高度的相应比例。同时，因为楼层圈梁是可以提供一定程度的刚度的，所以可以根据地面到柱顶得出柱加密区高度，在适当的范围内设置箍筋加密区。最后，考虑到高阶振型的影响，对于交接处的柱子应适当加强配筋。
        2.层间圈梁及屋面梁
        对于层间圈梁和屋面梁的设计也较为重要，一方面需要满足正、斜截面的配筋要求，另一方面，还需要参考平面外弯曲可能产生的影响，梁截面应该宽度应该尽量加宽。此外，腰筋和拉筋应该根据框架梁配置，并给予一定程度的加强。楼层板和屋面圈梁应该进行拉通连接，这样可以增强建筑整体的稳定性。
        3.屋面网架支座
        对于支座而言，其节点会将结构重量传递给下部结构，这是整体设计中的关键部件，应尤其注意。在进行实际的计算时，可以将边界考虑为简支形式，这样就可以将它简化为滑动铰支座，从而简化计算模型的繁复性。
        4.首层地面
        在地面的设计过程中，很有可能在回填时会产生不均匀沉降，为了避免这种不利情况的发生，应该在首层地面建筑的过程中利用钢筋混凝土进行浇筑，这样不仅可以防止不均匀沉降，还可以减小地面裂缝产生。
        5.填充墙
        对于大厅而言，其周围的填充墙往往都会很高，这就需要对其进行一定的处理，通常可以在其上设置多道水平圈梁，这样可以起到加强稳定性的作用，使建筑更为安全和稳固。
        三、总结
        我国目前的铁路事业发展十分迅速，在几十年间建成了庞大的铁路网络，近年来，随着高铁技术的发展，更便利了民众的出行和生活，也很大程度上推动了国家经济的发展。在与此同时，兴建的车站也越来越多，本文从高铁中间停靠站的结构设计角度出发，在多种科学技术手段的辅助下，结合力学与工程经验，对高铁中间停靠站类似的单层空旷房屋的结构设计提供了详细的思路和解决方案，期望有助于相关领域的进一步发展。
        参考文献：
        [1]史铁花，《建筑抗震鉴定标准》（GB50023-2009）与《建筑抗震加固技术规程》（JGJ116-2009）疑问解答[M]．北京：中国建筑工业出版社，2011，6
        [2]郑健，沈中伟，蔡申夫，中国当代铁路车站设计理论探索[M]，人民交通出版社，2009
        [3]铁道第四勘察设计院，铁路工程设计技术手册——站场与枢纽，北京：中国铁道出版社，2004