以某高架站臺設計為例探討鋼結構在建筑中的應用

王明亮

（中鐵第五勘察設計院集團有限公司，北京 102600）

隨著我國工業制造水平不斷提高，以及國家政策進一步推進，大力發展預制裝配式建筑將是重中之重。與傳統混凝土站臺相比，裝配式站臺加工不受惡劣天氣等自然環境的影響，工期更為可控，且生產效率遠高于手工作業；裝配式構件工廠化生產，質量大幅提高，可大幅降低人工依賴。所以，大力發展鋼結構建筑、推廣裝配式建筑，是打造具有國際競爭力的“中國建造”品牌的必經之路。

1 高架站臺主要特征

站臺是車站內高于路面的平臺，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。傳統高架站臺多以混凝土為主，因為混凝土結構自重較重，所以對下部橋梁負擔較大，導致下部橋梁設計困難，而且高架站臺高度較高，施工不便工期較長。文章以鋼結構為主要材料的裝配式高架站臺，彌補傳統混凝土站臺的不足。

2 工程概況

站臺采用高架站臺，站場規模為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，設鋼結構雙柱輕鋼雨棚。

建筑結構設計使用年限為50年，建筑結構等級為二級，抗震設防烈度為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，原設計為高架鋼筋混凝土現澆結構站臺，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澆梁截面為700 mm（寬）×1 500 mm（高），站臺混凝土結構梁板懸挑至到發線內2.20～2.85 m，站臺面積10 162 m2。

2.1 裝配式站臺必要性分析

現澆鋼筋混凝土框架結構站臺與站前單位負責施工的到發線橋梁、鋪軌施工存在工序交叉，整體施工工序為：站前單位到發線箱梁架設→站房的現澆鋼筋混凝土站臺施工（梁板的模板支架落在到發線箱梁上）→現澆站臺模板拆除→站前單位橋面系及鋪軌作業（見圖1）。因此，根據招標指導性施組安排，站臺結構在線路箱梁架設完成后進行施工，站臺工期7個月。如無其他影響，站前單位的到發線箱梁如期完成，施工圖設計的現澆鋼筋混凝土框架結構站臺在招標指導性施組規定的7個月內采取分段支架現澆方案能夠滿足工期要求。但因拆遷原因，站前單位的到發線箱梁架設不能如期完成，致使站臺結構施工作業無法實施。

圖1 站臺頂板梁支撐體系與到發線箱梁位置關系圖

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

2.2 主要技術條件

（1）恒荷載。①站臺面采用鋼筋混凝土預制板+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。考慮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規范》（CJJ69-95），站臺面取活荷載5.0 kN/m2。

（3）風荷載。根據《建筑結構荷載規范》（GB50009-2012）（下文簡稱荷載規范），基本風壓按百年一遇取值為0.45 kN/m2。

（4）地震荷載。根據《建筑抗震設計規范》（GB5011-2010），工程抗震設防烈度為8度（0.2 g），抗震設防類別為丙類，設計地震分組為第一組，場地類別Ⅳ類。

2.3 設計荷載組合

工程設計荷載組合見下：

恒載+活載

恒載+活載+風載

恒載+活載+地震

3 高架站臺結構體系

高架站臺由鋼筋混凝土框架結構變更調整為“鋼框架+預制板”結構：站臺49.000～50.575 m標高柱接高采用鋼筋混凝土結構嵌固770 mm長的Q345B-M30地腳螺栓，50.575～54.500 m標高柱由原來的現澆鋼筋混凝土柱變更為600 mm直徑鋼管混凝土柱，站臺原現澆鋼筋混凝土梁變更為鋼結構梁，站臺原現澆鋼筋混凝土板變更為預制鋼筋混凝土板。

4 結構設計

采用Midas Gen軟件與上部鋼結構雨棚共同建模計算，構件采用桿系結構，局部站臺+雨棚整體模型見圖2。

圖2 站臺+雨棚整體模型

5 主要設計標注及結果分析

5.1 主要設計標準，詳見表1

表1 主要設計標準表

5.2 計算分析結果

5.2.1 撓度

（1）標準跨撓度。1.0恒載+1.0活載工況下，鋼結構站臺標準跨鋼梁最大撓度為22.3 mm，標準梁跨16 350 mm，規范允許撓度40.87 mm。人群荷載工況下撓度值為7 mm，小于規范要求27.25 mm。均滿足規范撓度限值要求。如圖3、圖4。

圖3 標準跨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，鋼結構站臺標準跨鋼梁最大撓度為22.3 mm，標準梁跨16 350 mm，規范允許撓度40.87 mm。人群荷載工況下撓度值為7 mm，小于規范要求27.25 mm。均滿足規范撓度限值要求。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撓度

5.2.2 應力

非地震組合和多余地震組合工況下，標準跨應力最大值為0.708＜1.0（圖7）站臺端部跨應力最大值為0.675＜1.0（圖8）。

圖7 標準跨應力圖

圖8 站臺端部跨應力圖

5.2.3 站臺舒適度分析

考慮到高架鋼結構站臺跨度大、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規范》要求“天橋上部結構豎向自振頻率不應小于3 Hz”，側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”現象。通過Midas Gen 計算高架鋼結構站臺標準跨、樓梯跨、端跨三部分的一階豎向自振頻率，標準跨豎向頻率4.07 Hz，樓梯跨豎向頻率4.24 Hz，站臺端跨豎向頻率3.05 Hz，三類結構部位均豎向頻率均大于3 Hz；標準跨側向頻率1.53 Hz，樓梯跨側向頻率2.11 Hz，站臺端跨側向頻率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 側向頻率對比圖

6 節點構造設計

本工程主跨鋼梁高度為1.8 m，若按照文獻[3]要求，鋼梁腹板厚度最少為28 mm，導致自重較大，經濟性較差。本項目考慮采用加勁肋設置要求設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。最終經過措施優化，截面尺寸修改為H1 800×400×16×25，滿足《鋼結構設計標準》GB50017-2017中局部穩定性要求。

圖11 鋼梁加勁肋設置圖

7 結論

（1）本工程利用鋼結構工程施工周期短的特點，在特定條件下，為實現項目建設需求提供了可實施的設計方案。

（2）針對高架鋼結構站臺設計思路和流程做了詳細闡述，對設計過程中關鍵控制點需要重點關注。

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