邊建烽

（廣州珠江外資建筑設(shè)計(jì)院有限公司，廣東 廣州 510060）

上海西站位于位上海普陀區(qū)，是滬寧城際軌道交通線上站房之一。站房平面呈矩形狀，東西長(zhǎng)約124m，南北長(zhǎng)為25.4m，結(jié)構(gòu)總高約17.5m，東、西兩側(cè)局部有兩層輔助功能用房，層高為5.4m，中部為17.5m通高，南北跨度為25.4的候車廳，四周均為玻璃幕墻。

1 結(jié)構(gòu)概況

綜合建筑功能、幕墻形式、結(jié)構(gòu)安全、經(jīng)濟(jì)等因素，本工程實(shí)施階段采用框架結(jié)構(gòu)體系，框架柱柱距為10m，局部候車廳中部由于建筑立面要求，柱距達(dá)20m。屋蓋結(jié)構(gòu)采用了正放四角錐平板網(wǎng)架，網(wǎng)架點(diǎn)支承于周圈24根框架柱上，網(wǎng)架采用結(jié)構(gòu)找坡，厚度約為1.5~2.1m，由于網(wǎng)架結(jié)構(gòu)對(duì)整個(gè)長(zhǎng)達(dá)125m起到一個(gè)平面協(xié)調(diào)的作用，在設(shè)計(jì)上不進(jìn)行分縫處理，因此，為較小溫度效應(yīng)對(duì)支承網(wǎng)架柱的影響，在局部柱頂設(shè)置了抗震球形彈性支座。幕墻與結(jié)構(gòu)的關(guān)系是本工程關(guān)鍵點(diǎn)之一，由于空間通高達(dá)17.5m，東、西、南側(cè)幕墻在5.4m以上往外懸挑約2.5m，只能支承于上下孤框架梁上，框架梁受力較為復(fù)雜，為雙向受彎構(gòu)件。通過(guò)與幕墻單位協(xié)商，為減小幕墻結(jié)構(gòu)對(duì)整體結(jié)構(gòu)的聯(lián)系，明確兩者的支撐與被支撐的關(guān)系，減小幕墻的受力負(fù)擔(dān)，幕墻采用上掛形式，豎向荷載由10.8m標(biāo)高處的大框架梁承受，側(cè)向風(fēng)荷載則由梁柱組成的豎向平面支撐和網(wǎng)架屋蓋組成的空間抗側(cè)體系承受。圖1、2分別為上海西建筑效果圖和二層建筑平面圖。

圖1 上海西站房效果圖

圖2 二層建筑布置圖

由于場(chǎng)地具有較厚的回填土及軟弱層，本工程基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁，樁長(zhǎng)約40m。場(chǎng)地抗震設(shè)防烈度為7度（0.1g），按上海地方標(biāo)準(zhǔn)，特征周期為0.9s，由于結(jié)構(gòu)屋蓋為鋼結(jié)構(gòu)，適當(dāng)考慮阻尼比折減，取為0.045。乙類建筑框架結(jié)構(gòu)抗震措施提高一度，抗震等級(jí)為二級(jí)。50年一遇基本風(fēng)風(fēng)壓和基本雪壓分別為 0.55kN/m2和 0.2kN/m2。

內(nèi)部夾層框架柱截面主要為600×600，周圈支撐上部網(wǎng)架柱主要截面為800×1200和 1200×1200 及 1100×1200。

2 結(jié)構(gòu)計(jì)算設(shè)計(jì)

由于本工程除屋蓋網(wǎng)架為較為完整的平面協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)（在東西兩側(cè)局部有掏空）外，其余只有局部夾層的樓板，整個(gè)結(jié)構(gòu)樓板嚴(yán)重不連續(xù)，如果采用一般的層模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載計(jì)算及傳遞上存在一定問(wèn)題，尤其對(duì)柱子的設(shè)計(jì)存在較為嚴(yán)重的安全隱患。因?yàn)閷幽Ｐ偷募俣▽?dǎo)致在計(jì)算分析中，無(wú)法計(jì)算出柱子的扭矩值，按《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》[1]第7.6.13條，柱子應(yīng)考慮軸力、剪力、扭矩及彎矩共同作用的驗(yàn)算。而對(duì)于本工程柱子，尤其是中間候車廳入口20m的柱子及角柱，在風(fēng)荷載作用下柱子扭矩不可忽略，從后續(xù)分析看，實(shí)際上抗扭截面限值起到了控制作用。從概念上分析結(jié)構(gòu)體系來(lái)看，南北方向?qū)嶋H上是單榀排架，網(wǎng)架實(shí)際上是連接彈性桿，因此，在設(shè)計(jì)中無(wú)夾層處的柱子在南北方向計(jì)算長(zhǎng)度按規(guī)范取為1.5倍的柱子凈高。由于網(wǎng)架結(jié)構(gòu)不僅僅是承受豎向荷載，實(shí)際上是重要的水平協(xié)調(diào)構(gòu)件，其與支承柱的連接尤其重要，只有將其與作為主體結(jié)構(gòu)整體建模才能充分考慮到其安全性。因此，本工程采用了sap2000作為計(jì)算設(shè)計(jì)程序。結(jié)構(gòu)計(jì)算考慮偶然偏心地震作用、扭轉(zhuǎn)耦連?？紤]到幕墻和結(jié)構(gòu)結(jié)合密切，本工程分析當(dāng)中考慮了以下兩個(gè)不同的分析模型進(jìn)行包絡(luò)設(shè)計(jì)，第一種情況為模型中不含幕墻結(jié)構(gòu)，僅將幕墻荷載作用到主體作用點(diǎn)上；第二種情況為模型將主體結(jié)構(gòu)和幕墻結(jié)構(gòu)整體建模。圖3為帶有幕墻結(jié)構(gòu)的計(jì)算模型。

由于本工程長(zhǎng)度達(dá)125m，屋蓋采用網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，溫度作用不可忽略，為減小溫度影響，通過(guò)試算分析，最后在柱頂設(shè)置抗震球形鋼支座，支座南北方向與柱子為固定鉸連接，縱向則為彈性鉸接支座，支座剛度為5kN/mm。

圖3 結(jié)構(gòu)整體分析模型

結(jié)構(gòu)整體計(jì)算的主要指標(biāo)見(jiàn)下表1。

表1 結(jié)構(gòu)整體計(jì)算主要結(jié)果

圖4 Y方向風(fēng)荷載下南面柱子扭矩圖

圖4給出了Y方向風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值作用下中間20m跨柱的扭矩圖，扭矩達(dá)到了345kN—m，角柱也達(dá)到了150kN—m，這些扭矩對(duì)柱子的剪扭設(shè)計(jì)不可忽略，需要加以重視。通過(guò)柱頂設(shè)置彈性支座后，溫度作用顯著降低，對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)影響不大，僅在設(shè)計(jì)中對(duì)適當(dāng)加強(qiáng)即可滿足要求。

結(jié)論

火車站站房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有跨度大、樓板布置不連續(xù)或嚴(yán)重缺失，其完全不起空間協(xié)調(diào)作用，幕墻與結(jié)構(gòu)關(guān)系緊密，尤其是存在大量的臨空幕墻須有框架柱及其上部支承屋蓋共同組成抗風(fēng)體系等特點(diǎn)。我國(guó)目前正在大量新建高速鐵路，通過(guò)上海西站的設(shè)計(jì)經(jīng)歷，針對(duì)此類結(jié)構(gòu)，須采用空間有限元分析軟件,如sap2000等進(jìn)行分析，而不能簡(jiǎn)單采用以層為基本單位的分析模型，這樣容易造成周邊框架柱的安全隱患；在具體設(shè)計(jì)中，看結(jié)構(gòu)整體指標(biāo)等可以不必考慮幕墻的結(jié)構(gòu)作用，僅需考慮其荷載即可，而對(duì)于具體構(gòu)件的驗(yàn)算，建議在模型中帶入幕墻支承于結(jié)構(gòu)上的支點(diǎn)一定范圍內(nèi)的幕墻結(jié)構(gòu)，以準(zhǔn)確計(jì)算其對(duì)支承結(jié)構(gòu)（梁、柱）的作用；網(wǎng)架屋蓋在設(shè)計(jì)中應(yīng)該整體建入模型，其不僅僅是承受豎向荷載，其更重要的是對(duì)結(jié)構(gòu)起到了一個(gè)協(xié)調(diào)整合的作用，是結(jié)構(gòu)抗側(cè)的重要組成部分，設(shè)計(jì)中應(yīng)加強(qiáng)其與柱子的連接，加強(qiáng)支座附近的腹桿，適當(dāng)降低其截面利用率。

[1] 中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn).混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50010-2002[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2002.