09年二级专业结构工程师考试辅导：双曲造型车站的设计与施工

作为地面车站，除了具备遮风避雨的基本功能外，其外观造型随着城市景观的要求，显得越来越重要。在先期完成的3号线北延伸段8个车站，千篇一律地采用管桁架的棚廊形式，造型简单，挡风避雨性能又差，在这种状况的迫使下，对轨道交通1号线北延伸三站造型设计提出了新的要求。
    轨道交通1#线北延伸段宝安路站、友谊路站、富锦路站，站台钢结构屋盖工程，三车站屋面均呈双曲面造型，两端低，中间高，为双曲面空间钢结构，纵横双向均为弧形拱（主要尺寸及技术参数见表1）。
    车站名称纵向轴线长   椭圆横轴长   拱顶标高   箱形拱梁截面           钢结构总量（t）
    宝安路站  187.26m       26.8m      26~28.7m    400×300×10×20           600
    友谊路站  185.00m       26.4m       25.597m    400×300×10×20           660
    富锦路站  185.00m     20.9+8.55m  22.1~24.3m   400×300×10×20           780
    对于这样复杂的曲面空间钢结构，区别于普通的框架式平面钢结构，在设计及深化设计及施工上，有着特殊的新点及难点。
    一、钢结构设计的新点和难点
    1、由于双曲线建筑物外形的特殊性，如只依据GB50009《建筑结构荷载规范》无法对应到相适合建筑外形的体形系数。因此有必要做这类模型的风洞试验，以获得准确的风载体型系数，经风洞试验，其体型系数为+0.2~-0.6之间，基本上体现为吸力，非常有利于结构的受力分析。
    2、空间钢结构荷载传递路径复杂，不可按平面计算，本工程须建立完整的结构三维模型，准确定义钢结构与下部钢筋混凝土结构的连接关系，保证整个体系在空间各个方面上均有可靠的刚度，以承担各个方向的荷载。
    3、必须对结构进行稳定分析  大跨度空间钢结构可能发生失稳破坏，本工程纵向投影最大长188m，横向投影近30m，属大跨结构，稳定问题突出，为保证结构安全，需进行振型分析，以找出结构的薄弱环节，在此基础上，按屈曲模态进行push-over分析，以求出结构失稳时的最大荷载，并将此荷载与使用过程中的最大荷载比较，防止结构发生失稳破坏及倾覆。
    4、要求对下部混凝土结构影响小由于下部混凝土结构已先期设计出图，施工各连接埋件已施工，要求上部钢结构不仅要满足连接的尺寸要求，且传入反力要小于原设计值，这就要求钢结构设计时需对计算模型进行精确试点调整，改善各节点的约束条件，柱脚采用销轴较支座，以尽可能降低对下部结构的影响。
    二、钢结构深化设计难点
    钢结构设计图一般都需要经深化设计，转化为钢结构施工图，才便于工厂制作。
    1、需采用三维钢结构深化软件  本工程属双曲面空间钢结构，众多构件的端点不在同一坐标平面，且构件本身带有弧度，增加了深化难度，应在结构计算模型的基础上将其导入三维钢结构深化软件，精确定位，保证与计算模型符合，并且需先生成三维实体模型，才能保证深化图质量，保证构件能进行顺利安装，确保质量和工期。
    2、节点深化设计需进行有限元分析  对于本工程的空间结构，其梁梁连接节点、梁柱连接节点，各不相同，而且都是空间节点，相交关系复杂，因此，各类型节点需作节点有限元计算，以保证各节点连接的安全。

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