西安北站站台雨棚结构设计与分析_袁波峰

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图2 雨棚效果图
由桩长控制, 桩端进入持力层深度约为 7 ~ 16m 。 单 桩竖向承载力特征值不小于3 000kN , 单桩水平承载 力特征值不小于 270kN 。 需特别指出的是站台雨棚 不设置基础梁, 基底水平力需全部由 一般跨度较大, 桩承担 。 柱脚采用埋 入 式 刚 接 柱 脚, 见 图 3。 钢 柱 埋 入 沿柱身设置栓钉 19 @ 150 承台内 3 倍管径的长度, × 150 , 距承台 面 以 下 800mm 处 在 柱 上 加 焊 短 工 字 梁钢牛腿 。 柱底压 力 由 钢 牛 腿 传 递, 栓钉作为构造 措施起补充作用 。 钢牛腿的截面按传递全部柱底压 其伸出长度为梁高的 1. 5 ~ 2 倍 。 采用此措 力确定, 施, 使传力更加直接可靠, 经济合理 。 雨水管在承台 面以上开洞穿出, 其 洞 口 处 需 采 取 补 强 措 施。承 台 面以 上 钢 管 柱 采 用 混 凝 土 包 裹 至 自 然 地 面 以 上
图6
2 剖面 2-
表面边缘也会产生部分正压 。 从压力大小的分布规 律来看, 屋盖上下表面边缘部分的负值风压比较大, 从总体上来看, 屋盖 上 表 面 的 负 压 比 下 表 面 的 负 压 绝对值要大, 经过叠加后, 雨棚的风荷载以向上的吸 力为主 。 进一步分 析 表 明: 站 台 雨 棚 的 风 致 位 移 响 应分布有明显的规律 。 一般情况下, 平均位移 、 均方 根位移和最大位移值在雨棚两跨中间的地方和屋盖 边缘地方出现最大值 。 风致静态位移与风致动态位 移的比例可从位移风振系数的值得到 。 对于站台雨 棚这种开敞结构, 由于其上下表面平均风压系数相 使得叠加后的平均风压很小, 而叠加后的脉 互抵消, 这样就加大了其位移风振系数, 一般 动风压会增大, 在 2. 2 ~ 4. 8 左右 。 风振系数分布很不均匀, 在局部 达到相当大的值 。 基本风压与风振系数相乘的等效 1. 795 ~ 1. 336kN / m 2 之间 。 风压在 温度作用: 西 安 地 区 最 高 气 温 41. 8℃ , 最低气 温 - 20. 6℃ 。 站台雨棚为室外结构, 无室内外温差, 结构温度可取基本气温; 建筑构造有保温隔音层, 无 辐射温度 。 由于结 构 的 合 拢 时 间 无 法 预 测, 考虑施 工的 可 行 性, 取一个合理的屋盖合拢温度区间为 5 ~ 20℃ , 则设计结构 升 温 为 41. 8 - 5 = 36. 8℃ , 设计 结构降温为 - 20. 6 - 20 = - 40. 6℃ 。 其中屋面以上 部分的钢拉杆考虑太阳的直射作用设计结构升温增 加 10℃ , 即为 46. 8℃ 。
[3]
: 基 本 风 压 为 0. 40kN / m 2 ( n = 100 ) 。
由于站台雨棚为开敞式大跨结构, 属于风敏感体系, 所以通过 风 洞 试 验 和 风 致 响 应 分 析 来 确 定 风 荷 载 值 。 风洞试验结果 表 明: 屋 盖 上 下 表 面 的 风 压 都 以 在个别风向角, 屋盖表面边缘和中间位置 负压为主, 这是 由 于 屋 盖 的 建 筑 形 式 采 用 局 部 也有正压出现, 凹陷结构, 而由于气流分离后的再附效应, 在屋盖上



2011 年
跨度 5. 75m , 规格为冷弯薄壁 C 型钢 C200 × 70 × 20 × 2. 2 , 间距 1. 5m 。
主要构件截面
构件编号 GKZ1 GKL1 GKL2 GKL6 GKL7 GLGa , b 截面尺寸 钢材牌号 备注 直缝焊接圆钢管 内灌 C40 混凝土 焊接箱形截面 焊接 H 型钢 焊接 H 型钢 焊接 H 型钢 张紧钢拉杆
Email : yuanbf80 @ 作者简介: 袁 波 峰, 硕 士, 一 级 注 册 结 构 工 程 师, 163 . com 。
图1
线wk.baidu.com模型示意图
2
基础设计
[2]
工程采用钻孔灌 注 桩, 桩端持力层为层⑦中粗 桩径 800mm , 设计 有 效 桩 长 为 24m , 终孔条件 砂层,
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表1
1 200 × 30 ~ 800 × 30 Q345 GJC □1 000 × 400 × 16 × 25 Q345 JGC H1 000 × 400 × 16 × 25 H989 × 500 × 14 × 25 H986 × 500 × 16 × 30 GLG650-UU50 Q345 JGC Q235 C Q345 GJC GLG650
第 41 卷 第 7 期
袁波峰, 等 . 西安北站站台雨棚结构设计与分析
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图5
1 剖面 1-
采用基于 Ritz 向 量 的 Rayleigh-Ritz 法, 对雨棚 结构的自振周期和振型进行计算 。 结构主要振型见 T 2 = 0. 79s , 图 7, 结构前 3 阶周期分别为 T 1 = 0. 83s , T 3 = 0. 76s 。
第 41 卷 第 7 期 2011 年 7 月
建 筑 结 构 Building Structure
Vol. 41 No. 7 Jul. 2011
西安北站站台雨棚结构设计与分析
袁波峰 , 李 霆 , 陈 兴 , 江 红
( 中南建筑设计院股份有限公司, 武汉 430071 )
[摘要] 西安北站站台雨棚采用钢管混凝土柱与钢框架梁及钢拉杆组成的斜拉预应力钢框架结构, 对钢 拉 杆 施 加 一定的预应力作为梁的弹性支点 。 工程采用允许钢拉杆在风负压下退出受拉状态 的 设 计 思 想, 以减小拉杆拉力过 大带来的负作用 。 作为风敏感体系, 通过风洞试验和风振分析为结构的抗风设计 提 供 了 科 学 的 依 据 。 介 绍 了 该 工 程的结构选型与布置 、 节点设计 、 温度作用分析及结构分析 。 [关键词] 西安北站; 站台雨棚; 预应力; 钢拉杆; 钢框架; 销轴节点; 温度作用 中图分类号: TU318 文献标识码: A 848X ( 2011 ) 07004505 文章编号: 1002-
图4 结构平面布置图
3. 1 主体结构布置
3. 2 主体结构分析 采用有限元程 序 SAP2000V11. 0. 8 对 雨 棚 主 体 结构进行了分析 。 主 要 荷 载 取 值 如 下: 屋 面 采 用 直 立锁边 压 型 钢 板 加 轻 质 隔 音 棉 和 吊 顶, 恒荷载为 0. 35kN / m 2 ; 活荷载为 0. 5kN / m 2 ( 不上人屋面) 。 风荷 载
1
工程概况 西安北站
[1]
站台雨 棚 位 于 主 站 房 两 侧, 两侧雨
2 棚完全 对 称, 雨 棚 建 筑 面 积 93 816m , 为 18 台 34
线 。 每侧雨棚 顺 股 道 方 向 长 116m , 跨 度 23m ; 垂 直 股道方向长 404. 38m , 于正线处设缝分开, 分缝后长 主 要 跨 度 43m 。 图 度分别为 201. 36m 和 198. 52m , 1 为雨棚线框模型示意图, 图 2 为雨棚效果图 。 工程主体结构设计使用年限为 50 年, 抗震设防 烈度为 8 度, 设计基本 地 震 加 速 度 值 为 0. 20 g , 设计 地震分组为第一 组 。 抗 震 设 防 类 别 为 丙 类, 建筑结 构的安全等级为二级 。
2 雪荷载: 基本雪压为 0. 30kN / m ( n = 100 ) 。
图7
主要振型图
在 1. 0 恒 荷 载 + 1. 0 活 荷 载 作 用 下, 跨中最大 挠度为 48. 8mm ( l /862 ) , 悬 挑 最 大 挠 度 为 61. 4mm ( l /314 ) 。 在 风 荷 载 作 用 下, 柱 顶 最 大 位 移 36. 6mm , 与柱高 22. 5m 的比值为 1 /615 。 X 向 地 震 作 用 下 柱 顶 水 平 位 移 平 均 值 为 20. 6mm ,与 柱 高 比 值 为 1 /1 092 ; Y 向 地 震 作 用 下 柱 顶 水 平 位 移 平 均 值 为 24. 0mm , 与柱高比值为 1 /938 。 3. 3 钢拉杆预拉力计算[4] 钢拉杆需施加 一 定 的 预 拉 力, 预拉力大小的确 定是设计的关键 。 如 施 加 的 力 过 小, 则所起作用有 限; 如施加的力过大, 比如确保钢拉杆在任何荷载组 合下均不退出工作, 则会导致梁的轴力过大, 对结构 起到负作用 。 经计 算 比 较, 施加预拉力的大小以平 衡结构构件自重( 不含面 层 恒 载 ) 为 宜, 即在构件自 重和预拉力共同作用下与钢拉杆相连处的梁竖向位 可 采 用“降 温 法 ” 施加 移基本为 0 。 在 程 序 计 算 中, 预拉力, 施 加 的 等 效 温 降 值 由 公 式 Δ T = N / αEA 计 算确定 。 其中 N 可 先 取 每 根 钢 拉 杆 在 自 重 作 用 下 的拉力值, 求 出 各 根 钢 拉 杆 的 ΔT 后 再 按 比 例 调 整 需施加的负温度值, 经过反复试算直到平衡自重, 从 而确定最终需施加 的 负 温 度 值 及 产 生 的 预 拉 力 值 。 张拉 完 毕 后 钢 拉 杆 的 拉 力 分 布 图 见 图 8 , 其最大拉 力为 360kN ( 图 8 中箭头所示) 。 在风吸作用下, 钢拉杆会出现退出受拉的情况, 即工程允许钢拉杆退出受拉状态以减小拉杆拉力过 大带来的负作用 。 在程序计算中设置钢拉杆为只拉 单元, 同时将分析工况设定为非线性分析, 此时拉压
图3
柱脚详图
150mm 处, 以防止钢管柱锈蚀 。 3 主体结构设计 站台雨棚 基 本 柱 网 尺 寸 为 23m × 43m , 采用圆 钢管混凝土柱与钢框架梁及钢拉杆组成的斜拉预应 钢次梁 力钢框架结构 。 平 面 结 构 构 件 由 钢 框 架 梁 、 及水平支撑组成 。 同时, 建筑需要轻巧的感觉, 限制 梁高不大于 1m , 且 四 周 均 有 较 大 的 悬 挑, 最大悬挑 故结合建筑造型需要从每根柱顶向 尺寸达 18. 25m , 下伸出呈“米 ” 字形的 8 根钢拉杆作为梁的弹性支 点 。 结构平面 布 置 图 及 双 向 剖 面 图 见 图 4 ~ 6 。 在 2 中, 图 6 剖面 2左 右 各 出 挑 11m , 在 风 吸 作 用 下, 上部钢拉杆会出现 退 出 受 拉 的 情 况, 故在梁下部亦 设置钢拉杆作为风吸时的弹性支点 。 在每个结构单 元周边设置水平支撑, 与钢梁形成水平桁架, 保证屋 面平面内的稳定性, 并提供足够的刚度以传递水平 力 。 主要构件截面见表 1 。 构件防腐涂装要 求: 除 锈 等 级 为 Sa2. 5 ; 环 氧 富 锌底漆 2 × 50 μ m ; 环 氧 云 铁 中 间 漆 2 × 30 μ m ; 无 防 火涂料时, 采用聚氨酯面漆 2 × 30 μ m 。 檩条布置: 垂直股道方向的次梁可兼做主檩条, 故屋面系统只需 要 一 级 次 檩 条 。 次 檩 为 简 支 檩 条,
Structural design and analysis on the canopy of Xi ’ an North Railway Station Yuan Bofeng ,Li Ting ,Chen Xing ,Jiang Hong
( Central-South Architectural Design Institute Co. ,Ltd. ,Wuhan 430071 ,China ) Abstract : Cable-supported prestressed steel frame structure ,which consists of concrete-filled column ,steel beam and steel an North Railway Station. Prestressed steel tie rod is the elastic support of beams. The tie rod ,is used for canopy of Xi ’ steel tie rod is permitted to do not work in wind suction in order to reduce the negative effects made by large tension force of steel tie rod. The structure is sensitive to wind load ,so wind tunnel test and wind-induced response analysis had been adopted to provide scientific basis for wind-resistant design. The structural scheme selection and layout , joint design , thermal actions and structural analysis were presented. Keywords : Xi ’ an North Railway Station ; canopy ; prestress ; steel tie rod ; steel frame ; pin axis joint ; thermal actions
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