王明亮

（中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京 102600）

隨著我國工業(yè)制造水平不斷提高，以及國家政策進(jìn)一步推進(jìn)，大力發(fā)展預(yù)制裝配式建筑將是重中之重。與傳統(tǒng)混凝土站臺相比，裝配式站臺加工不受惡劣天氣等自然環(huán)境的影響，工期更為可控，且生產(chǎn)效率遠(yuǎn)高于手工作業(yè)；裝配式構(gòu)件工廠化生產(chǎn)，質(zhì)量大幅提高，可大幅降低人工依賴。所以，大力發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)建筑、推廣裝配式建筑，是打造具有國際競爭力的“中國建造”品牌的必經(jīng)之路。

1 高架站臺主要特征

站臺是車站內(nèi)高于路面的平臺，供上下乘客及裝卸貨物。高架站臺顧名思義，是在高架橋梁上的升起的站臺。傳統(tǒng)高架站臺多以混凝土為主，因?yàn)榛炷两Y(jié)構(gòu)自重較重，所以對下部橋梁負(fù)擔(dān)較大，導(dǎo)致下部橋梁設(shè)計(jì)困難，而且高架站臺高度較高，施工不便工期較長。文章以鋼結(jié)構(gòu)為主要材料的裝配式高架站臺，彌補(bǔ)傳統(tǒng)混凝土站臺的不足。

2 工程概況

站臺采用高架站臺，站場規(guī)模為2臺4臺面6線，站臺總長450 m×12 m×1.25 m，站臺雨棚面積10 162 m2，設(shè)鋼結(jié)構(gòu)雙柱輕鋼雨棚。

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限為50年，建筑結(jié)構(gòu)等級為二級，抗震設(shè)防烈度為7度，建筑耐火等級地面以上為二級，地下為一級。設(shè)站臺2座，均為島式站臺，兩端均為曲線。每座站臺長450 m，最寬處12 m，原設(shè)計(jì)為高架鋼筋混凝土現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)站臺，距地面高度為13～18 m。兩座站臺共27（跨）×12.35～20.18（m/跨）×2（座）。主框架鋼筋混凝土現(xiàn)澆梁截面為700 mm（寬）×1 500 mm（高），站臺混凝土結(jié)構(gòu)梁板懸挑至到發(fā)線內(nèi)2.20～2.85 m，站臺面積10 162 m2。

2.1 裝配式站臺必要性分析

現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)站臺與站前單位負(fù)責(zé)施工的到發(fā)線橋梁、鋪軌施工存在工序交叉，整體施工工序?yàn)椋赫厩皢挝坏桨l(fā)線箱梁架設(shè)→站房的現(xiàn)澆鋼筋混凝土站臺施工（梁板的模板支架落在到發(fā)線箱梁上）→現(xiàn)澆站臺模板拆除→站前單位橋面系及鋪軌作業(yè)（見圖1）。因此，根據(jù)招標(biāo)指導(dǎo)性施組安排，站臺結(jié)構(gòu)在線路箱梁架設(shè)完成后進(jìn)行施工，站臺工期7個月。如無其他影響，站前單位的到發(fā)線箱梁如期完成，施工圖設(shè)計(jì)的現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)站臺在招標(biāo)指導(dǎo)性施組規(guī)定的7個月內(nèi)采取分段支架現(xiàn)澆方案能夠滿足工期要求。但因拆遷原因，站前單位的到發(fā)線箱梁架設(shè)不能如期完成，致使站臺結(jié)構(gòu)施工作業(yè)無法實(shí)施。

圖1 站臺頂板梁支撐體系與到發(fā)線箱梁位置關(guān)系圖

為了滿足開通的目標(biāo)，同時降低投資，創(chuàng)新性的采用 “鋼框架+預(yù)制板”結(jié)構(gòu)：站臺77.200～78.435 m標(biāo)高柱接高采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)嵌固770 mm長的Q345B-M30地腳螺栓，78.435～82.365 m標(biāo)高柱由原來的現(xiàn)澆鋼筋混凝土柱變更為600 mm直徑鋼管混凝土柱，站臺原現(xiàn)澆鋼筋混凝土梁變更為鋼結(jié)構(gòu)梁，站臺原現(xiàn)澆鋼筋混凝土板變更為預(yù)制鋼筋混凝土板；站臺長寬、高度及里程范圍均不變。

2.2 主要技術(shù)條件

（1）恒荷載。①站臺面采用鋼筋混凝土預(yù)制板+找坡層+30厚花崗石板做法，恒荷載取7.0 kN/ m2。②站臺雨棚柱柱腳反力。

（2）活荷載?？紤]到橋面板人流的不均勻性，按照《城市人行天橋與人行地道技術(shù)規(guī)范》（CJJ69-95），站臺面取活荷載5.0 kN/m2。

（3）風(fēng)荷載。根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB50009-2012）（下文簡稱荷載規(guī)范），基本風(fēng)壓按百年一遇取值為0.45 kN/m2。

（4）地震荷載。根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB5011-2010），工程抗震設(shè)防烈度為8度（0.2 g），抗震設(shè)防類別為丙類，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，場地類別Ⅳ類。

2.3 設(shè)計(jì)荷載組合

工程設(shè)計(jì)荷載組合見下：

恒載+活載

恒載+活載+風(fēng)載

恒載+活載+地震

3 高架站臺結(jié)構(gòu)體系

高架站臺由鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)變更調(diào)整為“鋼框架+預(yù)制板”結(jié)構(gòu)：站臺49.000～50.575 m標(biāo)高柱接高采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)嵌固770 mm長的Q345B-M30地腳螺栓，50.575～54.500 m標(biāo)高柱由原來的現(xiàn)澆鋼筋混凝土柱變更為600 mm直徑鋼管混凝土柱，站臺原現(xiàn)澆鋼筋混凝土梁變更為鋼結(jié)構(gòu)梁，站臺原現(xiàn)澆鋼筋混凝土板變更為預(yù)制鋼筋混凝土板。

4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

采用Midas Gen軟件與上部鋼結(jié)構(gòu)雨棚共同建模計(jì)算，構(gòu)件采用桿系結(jié)構(gòu)，局部站臺+雨棚整體模型見圖2。

圖2 站臺+雨棚整體模型

5 主要設(shè)計(jì)標(biāo)注及結(jié)果分析

5.1 主要設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，詳見表1

表1 主要設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)表

5.2 計(jì)算分析結(jié)果

5.2.1 撓度

（1）標(biāo)準(zhǔn)跨撓度。1.0恒載+1.0活載工況下，鋼結(jié)構(gòu)站臺標(biāo)準(zhǔn)跨鋼梁最大撓度為22.3 mm，標(biāo)準(zhǔn)梁跨16 350 mm，規(guī)范允許撓度40.87 mm。人群荷載工況下?lián)隙戎禐? mm，小于規(guī)范要求27.25 mm。均滿足規(guī)范撓度限值要求。如圖3、圖4。

圖3 標(biāo)準(zhǔn)跨1.0恒載+1.0活載撓度

（2）站臺端部撓度。1.0恒載+1.0活載工況下，鋼結(jié)構(gòu)站臺標(biāo)準(zhǔn)跨鋼梁最大撓度為22.3 mm，標(biāo)準(zhǔn)梁跨16 350 mm，規(guī)范允許撓度40.87 mm。人群荷載工況下?lián)隙戎禐? mm，小于規(guī)范要求27.25 mm。均滿足規(guī)范撓度限值要求。如圖5、圖6。

圖5 站臺端部1.0恒載+1.0活載撓度

圖6 站臺端部人群荷載工況下?lián)隙?/p>

5.2.2 應(yīng)力

非地震組合和多余地震組合工況下，標(biāo)準(zhǔn)跨應(yīng)力最大值為0.708＜1.0（圖7）站臺端部跨應(yīng)力最大值為0.675＜1.0（圖8）。

圖7 標(biāo)準(zhǔn)跨應(yīng)力圖

圖8 站臺端部跨應(yīng)力圖

5.2.3 站臺舒適度分析

考慮到高架鋼結(jié)構(gòu)站臺跨度大、阻尼低，需要考慮舒適度問題，按照《城市人行天橋與人行地道技術(shù)規(guī)范》要求“天橋上部結(jié)構(gòu)豎向自振頻率不應(yīng)小于3 Hz”，側(cè)向固有頻率按照不小于1.2 Hz控制，以偏離人行步頻率，避免“共振”現(xiàn)象。通過Midas Gen 計(jì)算高架鋼結(jié)構(gòu)站臺標(biāo)準(zhǔn)跨、樓梯跨、端跨三部分的一階豎向自振頻率，標(biāo)準(zhǔn)跨豎向頻率4.07 Hz，樓梯跨豎向頻率4.24 Hz，站臺端跨豎向頻率3.05 Hz，三類結(jié)構(gòu)部位均豎向頻率均大于3 Hz；標(biāo)準(zhǔn)跨側(cè)向頻率1.53 Hz，樓梯跨側(cè)向頻率2.11 Hz，站臺端跨側(cè)向頻率2.04 Hz，均滿足要求（詳見圖9、圖10）。

圖9 豎向頻率對比圖

圖10 側(cè)向頻率對比圖

6 節(jié)點(diǎn)構(gòu)造設(shè)計(jì)

本工程主跨鋼梁高度為1.8 m，若按照文獻(xiàn)[3]要求，鋼梁腹板厚度最少為28 mm，導(dǎo)致自重較大，經(jīng)濟(jì)性較差。本項(xiàng)目考慮采用加勁肋設(shè)置要求設(shè)置縱向和橫向加勁肋（間距1 600 mm）以減小高厚比，具體措施如圖11。最終經(jīng)過措施優(yōu)化，截面尺寸修改為H1 800×400×16×25，滿足《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB50017-2017中局部穩(wěn)定性要求。

圖11 鋼梁加勁肋設(shè)置圖

7 結(jié)論

（1）本工程利用鋼結(jié)構(gòu)工程施工周期短的特點(diǎn)，在特定條件下，為實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目建設(shè)需求提供了可實(shí)施的設(shè)計(jì)方案。

（2）針對高架鋼結(jié)構(gòu)站臺設(shè)計(jì)思路和流程做了詳細(xì)闡述，對設(shè)計(jì)過程中關(guān)鍵控制點(diǎn)需要重點(diǎn)關(guān)注。

（3）本工程利用設(shè)置局部加勁肋等措施，有效減少鋼梁腹板厚度，降低造價，可作為后續(xù)相似工程優(yōu)化參考。