南京南站主站房结构设计概述

南京南站主站房结构设计概述

接要：南京南站主站房工程具有尺度大(主站房南北向约410m，东西向约156m)、跨度大(最大柱网尺寸72m)、分缝多(承轨层六道结构缝，候车层两道结构缝)、错层及夹层分布多，结构类型繁杂(包含混凝土结构，钢骨混凝土结构、钢结构三种结构类型)，荷载种类多(承轨层列车相关荷载分布复杂)、所涉规范跨领域(涉及普通民用建筑规范及铁路桥涵规范)等诸多特点。本文叙述了“建桥合一”结构的主要特点和设计方法，介绍了站房各主要楼层(承轨层、候车层、屋面层)的结构特点及设计要素。

关键词：建桥合一车站站房复杂结构

工程概述

南京南站站房工程是新建京沪高速铁路南京大胜关长江大桥南

京南站及相关工程中的一个子项，由中铁第四勘察设计院集团有限公司与北京市建筑设计研究院组成的联合体共同完成。

南京南站由京沪站场、沪汉蓉宁杭站场及宁安城际站场组成，共计15台28线；采用上进下出的进出站模式，站台位于12.4m，最高聚集人数为8000人/小时：站房地下二层为南京市地铁1号、3号线站台层，地下一层为地铁站厅层、预留商业用房和设备用房，层高9.6m，首层为车站出站厅、换乘厅，层高12.4m，2层南北两端为车站站房，中间为高架站台，主要用于火车停靠及旅客上下车

使用。层高10m，3层为候车大厅，层高27 600m，其中东、西两层设置6m高的商业夹层，站房总建筑面积约28万m2，檐口高度为48.376m，屋面最高点标高为58.30m。

南京南站结构体系复杂，主站房与东西两侧无站台柱雨棚采用防震缝完全脱开。主站房地下室采用钢筋混凝土框架剪力墙结构；首层(承轨层)采用钢筋混凝土框架结构，其中框架梁及承轨次梁(直接承托列车荷载)内增设钢骨：候车层楼盖采用钢管混凝土柱与钢桁架、钢梁及混凝土组合楼板组成的结构体系：屋顶采用两向正交正放钢网架结构，网架高度6m，节点采用焊接空心球。因站房建筑南北向尺度大，承轨层设置6道东西向结构缝将平面分成七段，各区段完全独立：候车层楼盖设置两道东西向结构缝将平面分成三段，变形缝处通过牛腿及单向滑动支座实现各区段南北向可自由滑动，东西向变形同步。屋顶网架不设结构缝，仅在南北两端柱顶支座处设置双向滑动支座释放部分温度应力(图1)。

承轨层结构设计

1 建桥合一框架结构体系的优势

南京南站地上二层结构为承轨层(建筑专业称站台层)，站台层为附属架空夹层，其上所有楼面荷载与列车荷载均传递给承轨层结构(图2)。该楼层主要用于列车停靠和旅客上下火车，属于典型的“建

桥(特指站房建筑与铁路桥梁)合一”建筑，本层结构需要同时满足民用建筑设计相关规范和铁路桥涵设计相关规范的基本要求。目前，国内建桥合一高架站房采用的结构体系多为线式桥梁结构上托站房结构(如广州南站和武汉站)，桥梁结构承托列车荷载及相关水平力和上部结构传递的竖向荷载和水平荷载，桥梁分析采用铁路桥梁的相关设计规范；上部结构分析时假定结构柱嵌固在桥梁结构上，上部结构作为一个独立的建筑物进行分析，采用民用建筑设计的相关规范。将桥梁结构与桥上站房结构统一建模分析作为桥梁结构与站房结构设计的辅助手段。

线式桥梁结构+站房结构这种建桥合一高架站房结构体系，存在下列不足：

由于桥梁结构在沿轨道方向为连续刚构结构，桥梁之间的站台梁采用橡胶支座浮搁在桥梁结构上，造成承轨层沿轨道方向整体刚度大，垂直于轨道方向为简支梁连接，整体刚度小，故承轨层两方向整体刚度相差极大，而承轨层恰恰为站房结构的支撑层。桥梁结构设计时仅考虑了上部站房柱传来的包络内力，没有考虑站房结构活荷载不利分布造成的站房柱内力变化的影响并将这种影响与桥梁结构的不利荷载进行组合，有可能遗漏桥梁设计中的不利工况；同样，站房设计中也未完全考虑桥梁不同线路上荷载变化对站房结构的影响。有可能遗漏站房设计中的不利工况组合。

由于桥梁结构为单向线性结构，桥梁之间的联系为简支可变位橡

胶支座，桥梁的抗扭刚度小，桥梁上多承托双线轨道，为避免列车荷载对桥梁产生的扭转效应，桥梁柱在垂直于轨道方向截面尺寸较大，约6m左右(图3)。由于高架站房桥梁下部空间多为站房的出站层，过大的柱截面对旅客产生较大的压抑感，占用了较大的建筑面积，影响出站层的使用效率。

鉴于线式桥梁结构+站房结构这种建桥合一高架站房结构体系的不足，南京南站采用了建桥合一——高架站房框架结构体系，承轨层结构采用整体现浇框架结构，站台柱与上部站房柱结合在一起，增加了承轨层的整体刚度，避免承轨层双方向刚度相差悬殊问题：通过将承轨层与站房结构整体分析，避免了对承轨层和站房结构可能存在的不利工况的组合；承轨层采用框架结构(图2)，有效减小了柱截面，避免了桥梁柱对旅客的不利影响，增大了出站厅的使用面积。

2 承轨层结构设计要点

由于温度变化和混凝土收缩的影响，各层结构都会产生伸长和收缩变形，其中首层顶板(承轨层)在垂直于轨道方向温度引起的位移变化，直接影响轨道的平顺性。主站房外的无柱雨棚区域采用单向桥梁结构，其在垂直于轨道方向的温度变形很小，造成在垂直于轨道方向主站房的变形与桥梁的变形不同步，两者之间的变形差影响轨道的平顺度要求。根据轨道专业的要求，两者之间的变形差限值为4mm。为满足轨道专业的要求，减少主站房首层楼板在垂直于轨

道方向上的温度变形，结合列车正线桥于到发站脱离的因素，在平行于轨道方向将首层楼板分成七部分，即首层为七个独立的结构体，图6所示虚线为结构缝位置。

列车从站房内通过，承轨层结构需承受列车传来的竖向荷载和水平荷载，图5、图6所示为本工程中所采用竖向zk活载，此荷载值较普通民用建筑荷载要大得多。除所示竖向荷载外，承轨层还要承受诸如摇摆力、制动力、钢轨伸缩力等水平向荷载的作用。在我国现阶段，民用建筑结构设计和铁路桥涵结构设计的方法和思路有较大区别，民用建筑采用的是极限承载力设计方法，而铁路桥涵结构采用的是容许应力法，设计过程中主要荷载的类型、荷载组合的基本方式、变形容许限值等均有较大区别。表1所列为《铁路桥涵设计基本规范》中关于铁路桥涵设计的基本荷载分类，除恒载、温度荷载、风荷载及地震荷载外，其余荷载类型均为民用建筑设计规范中未提及的荷载类型。另外，《铁路桥涵设计基本规范》中对由列车竖向静活载所引起的竖向挠度的限制要求，相比于民用建筑也要严格的多。国内目前对于该类型工程的设计方法尚没有定论，可参照的已建成建筑更是少之又少。因此，鉴于本工程的特殊性和重要性，在结构设计时，分别采用以上所提及的两种方法对构件进行设计，取其包络结果作为最终设计依据。尤其是在按民用建筑规范方法设计时，需将铁路桥涵规范中所规定的多种列车相关竖向、水平荷载灵活引入，并综合考虑其加载方式、组合方式，以保证结构设