南京南站主站房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概述.doc

南京南站主站房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概述接要：南京南站主站房工程具有尺度大(主站房南北向約410m，東西向約156m)、跨度大(最大柱網(wǎng)尺寸72m)、分縫多(承軌層六道結(jié)構(gòu)縫，候車層兩道結(jié)構(gòu)縫)、錯(cuò)層及夾層分布多，結(jié)構(gòu)類型繁雜(包含混凝土結(jié)構(gòu)，鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)三種結(jié)構(gòu)類型)，荷載種類多(承軌層列車相關(guān)荷載分布復(fù)雜)、所涉規(guī)范跨領(lǐng)域(涉及普通民用建筑規(guī)范及鐵路橋涵規(guī)范)等諸多特點(diǎn)。本文敘述了“建橋合一”結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)和設(shè)計(jì)方法，介紹了站房各主要樓層(承軌層、候車層、屋面層)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及設(shè)計(jì)要素。關(guān)鍵詞：建橋合一車站站房復(fù)雜結(jié)構(gòu)工程概述南京南站站房工程是新建京滬高速鐵路南京大勝關(guān)長(zhǎng)江大橋南京南站及相關(guān)工程中的一個(gè)子項(xiàng)，由中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司與北京市建筑設(shè)計(jì)研究院組成的聯(lián)合體共同完成。南京南站由京滬站場(chǎng)、滬漢蓉寧杭站場(chǎng)及寧安城際站場(chǎng)組成，共計(jì)15臺(tái)28線；采用上進(jìn)下出的進(jìn)出站模式，站臺(tái)位于12.4m，最高聚集人數(shù)為8000人/小時(shí)：站房地下二層為南京市地鐵1號(hào)、3號(hào)線站臺(tái)層，地下一層為地鐵站廳層、預(yù)留商業(yè)用房和設(shè)備用房，層高9.6m，首層為車站出站廳、換乘廳，層高12.4m，2層南北兩端為車站站房，中間為高架站臺(tái)，主要用于火車?？考奥每蜕舷萝囀褂?。層高10m，3層為候車大廳，層高27 600m，其中東、西兩層設(shè)置6m高的商業(yè)夾層，站房總建筑面積約28萬m2，檐口高度為48.376m，屋面最高點(diǎn)標(biāo)高為58.30m。南京南站結(jié)構(gòu)體系復(fù)雜，主站房與東西兩側(cè)無站臺(tái)柱雨棚采用防震縫完全脫開。主站房地下室采用鋼筋混凝土框架剪力墻結(jié)構(gòu)；首層(承軌層)采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，其中框架梁及承軌次梁(直接承托列車荷載)內(nèi)增設(shè)鋼骨：候車層樓蓋采用鋼管混凝土柱與鋼桁架、鋼梁及混凝土組合樓板組成的結(jié)構(gòu)體系：屋頂采用兩向正交正放鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，網(wǎng)架高度6m，節(jié)點(diǎn)采用焊接空心球。因站房建筑南北向尺度大，承軌層設(shè)置6道東西向結(jié)構(gòu)縫將平面分成七段，各區(qū)段完全獨(dú)立：候車層樓蓋設(shè)置兩道東西向結(jié)構(gòu)縫將平面分成三段，變形縫處通過牛腿及單向滑動(dòng)支座實(shí)現(xiàn)各區(qū)段南北向可自由滑動(dòng)，東西向變形同步。屋頂網(wǎng)架不設(shè)結(jié)構(gòu)縫，僅在南北兩端柱頂支座處設(shè)置雙向滑動(dòng)支座釋放部分溫度應(yīng)力(圖1)。承軌層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1建橋合一框架結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)勢(shì)南京南站地上二層結(jié)構(gòu)為承軌層(建筑專業(yè)稱站臺(tái)層)，站臺(tái)層為附屬架空夾層，其上所有樓面荷載與列車荷載均傳遞給承軌層結(jié)構(gòu)(圖2)。該樓層主要用于列車?？亢吐每蜕舷禄疖?，屬于典型的“建橋(特指站房建筑與鐵路橋梁)合一”建筑，本層結(jié)構(gòu)需要同時(shí)滿足民用建筑設(shè)計(jì)相關(guān)規(guī)范和鐵路橋涵設(shè)計(jì)相關(guān)規(guī)范的基本要求。目前，國內(nèi)建橋合一高架站房采用的結(jié)構(gòu)體系多為線式橋梁結(jié)構(gòu)上托站房結(jié)構(gòu)(如廣州南站和武漢站)，橋梁結(jié)構(gòu)承托列車荷載及相關(guān)水平力和上部結(jié)構(gòu)傳遞的豎向荷載和水平荷載，橋梁分析采用鐵路橋梁的相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范；上部結(jié)構(gòu)分析時(shí)假定結(jié)構(gòu)柱嵌固在橋梁結(jié)構(gòu)上，上部結(jié)構(gòu)作為一個(gè)獨(dú)立的建筑物進(jìn)行分析，采用民用建筑設(shè)計(jì)的相關(guān)規(guī)范。將橋梁結(jié)構(gòu)與橋上站房結(jié)構(gòu)統(tǒng)一建模分析作為橋梁結(jié)構(gòu)與站房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的輔助手段。線式橋梁結(jié)構(gòu)+站房結(jié)構(gòu)這種建橋合一高架站房結(jié)構(gòu)體系，存在下列不足：由于橋梁結(jié)構(gòu)在沿軌道方向?yàn)檫B續(xù)剛構(gòu)結(jié)構(gòu)，橋梁之間的站臺(tái)梁采用橡膠支座浮擱在橋梁結(jié)構(gòu)上，造成承軌層沿軌道方向整體剛度大，垂直于軌道方向?yàn)楹?jiǎn)支梁連接，整體剛度小，故承軌層兩方向整體剛度相差極大，而承軌層恰恰為站房結(jié)構(gòu)的支撐層。橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)僅考慮了上部站房柱傳來的包絡(luò)內(nèi)力，沒有考慮站房結(jié)構(gòu)活荷載不利分布造成的站房柱內(nèi)力變化的影響并將這種影響與橋梁結(jié)構(gòu)的不利荷載進(jìn)行組合，有可能遺漏橋梁設(shè)計(jì)中的不利工況；同樣，站房設(shè)計(jì)中也未完全考慮橋梁不同線路上荷載變化對(duì)站房結(jié)構(gòu)的影響。有可能遺漏站房設(shè)計(jì)中的不利工況組合。由于橋梁結(jié)構(gòu)為單向線性結(jié)構(gòu)，橋梁之間的聯(lián)系為簡(jiǎn)支可變位橡膠支座，橋梁的抗扭剛度小，橋梁上多承托雙線軌道，為避免列車荷載對(duì)橋梁產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，橋梁柱在垂直于軌道方向截面尺寸較大，約6m左右(圖3)。由于高架站房橋梁下部空間多為站房的出站層，過大的柱截面對(duì)旅客產(chǎn)生較大的壓抑感，占用了較大的建筑面積，影響出站層的使用效率。鑒于線式橋梁結(jié)構(gòu)+站房結(jié)構(gòu)這種建橋合一高架站房結(jié)構(gòu)體系的不足，南京南站采用了建橋合一高架站房框架結(jié)構(gòu)體系，承軌層結(jié)構(gòu)采用整體現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu)，站臺(tái)柱與上部站房柱結(jié)合在一起，增加了承軌層的整體剛度，避免承軌層雙方向剛度相差懸殊問題：通過將承軌層與站房結(jié)構(gòu)整體分析，避免了對(duì)承軌層和站房結(jié)構(gòu)可能存在的不利工況的組合；承軌層采用框架結(jié)構(gòu)(圖2)，有效減小了柱截面，避免了橋梁柱對(duì)旅客的不利影響，增大了出站廳的使用面積。2承軌層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)由于溫度變化和混凝土收縮的影響，各層結(jié)構(gòu)都會(huì)產(chǎn)生伸長(zhǎng)和收縮變形，其中首層頂板(承軌層)在垂直于軌道方向溫度引起的位移變化，直接影響軌道的平順性。主站房外的無柱雨棚區(qū)域采用單向橋梁結(jié)構(gòu)，其在垂直于軌道方向的溫度變形很小，造成在垂直于軌道方向主站房的變形與橋梁的變形不同步，兩者之間的變形差影響軌道的平順度要求。根據(jù)軌道專業(yè)的要求，兩者之間的變形差限值為4mm。為滿足軌道專業(yè)的要求，減少主站房首層樓板在垂直于軌道方向上的溫度變形，結(jié)合列車正線橋于到發(fā)站脫離的因素，在平行于軌道方向?qū)⑹讓訕前宸殖善卟糠郑词讓訛槠邆€(gè)獨(dú)立的結(jié)構(gòu)體，圖6所示虛線為結(jié)構(gòu)縫位置。列車從站房?jī)?nèi)通過，承軌層結(jié)構(gòu)需承受列車傳來的豎向荷載和水平荷載，圖5、圖6所示為本工程中所采用豎向zk活載，此荷載值較普通民用建筑荷載要大得多。除所示豎向荷載外，承軌層還要承受諸如搖擺力、制動(dòng)力、鋼軌伸縮力等水平向荷載的作用。在我國現(xiàn)階段，民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和鐵路橋涵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法和思路有較大區(qū)別，民用建筑采用的是極限承載力設(shè)計(jì)方法，而鐵路橋涵結(jié)構(gòu)采用的是容許應(yīng)力法，設(shè)計(jì)過程中主要荷載的類型、荷載組合的基本方式、變形容許限值等均有較大區(qū)別。表1所列為鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范中關(guān)于鐵路橋涵設(shè)計(jì)的基本荷載分類，除恒載、溫度荷載、風(fēng)荷載及地震荷載外，其余荷載類型均為民用建筑設(shè)計(jì)規(guī)范中未提及的荷載類型。另外，鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范中對(duì)由列車豎向靜活載所引起的豎向撓度的限制要求，相比于民用建筑也要嚴(yán)格的多。國內(nèi)目前對(duì)于該類型工程的設(shè)計(jì)方法尚沒有定論，可參照的已建成建筑更是少之又少。因此，鑒于本工程的特殊性和重要性，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，分別采用以上所提及的兩種方法對(duì)構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計(jì)，取其包絡(luò)結(jié)果作為最終設(shè)計(jì)依據(jù)。尤其是在按民用建筑規(guī)范方法設(shè)計(jì)時(shí)，需將鐵路橋涵規(guī)范中所規(guī)定的多種列車相關(guān)豎向、水平荷載靈活引入，并綜合考慮其加載方式、組合方式，以保證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全可靠。本結(jié)構(gòu)層的主要承重構(gòu)件為鋼骨混凝土梁，鋼骨橫斷面為工字型鋼梁。選用該種承重結(jié)構(gòu)主要基于以下兩方面原因：本層框架梁所連之豎向構(gòu)件為鋼管混凝土柱，混凝土梁增設(shè)鋼骨使得框架梁、柱節(jié)點(diǎn)易于連接(圖7、8)，節(jié)點(diǎn)的受力性能也更為穩(wěn)定：基于前述的荷載量級(jí)較大、變形要求嚴(yán)苛的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，鋼骨混凝土梁無論是在承載能力、整體剛度還是在抗震延性的特殊要求方面都要比傳統(tǒng)的鋼筋混凝土梁有較大優(yōu)勢(shì)(圖9)，圖4、5所列的zk列車靜活載直接作用于承軌次梁，而且其分布模式可任意截取，承軌次梁再將該荷載傳遞給所搭的南北向布置的框架主梁。列車荷載在單條承軌次梁內(nèi)可任意截取，而在各條承軌次梁間又可隨機(jī)分布，雙維度、移動(dòng)式的列車荷載分布模式給該層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)帶來了很大麻煩。必要的簡(jiǎn)化計(jì)算且保證安全是承軌層設(shè)計(jì)首先要解決的問題。本工程中，對(duì)承軌次梁而言，各框架主梁相當(dāng)于它的簡(jiǎn)支支座，因上述列車荷載是任意截取、任意移動(dòng)的，如果要求出承軌梁不同部位的跨中最大彎矩、支座最大彎矩及剪力，必須首先明確單位移動(dòng)荷載在不同的結(jié)構(gòu)部位產(chǎn)生的內(nèi)力影響線，然后據(jù)此影響線分析結(jié)果布置列車豎向動(dòng)荷載。這種加載方式理論上是沒有問題的，可以據(jù)此定性地布置荷載。但在實(shí)際計(jì)算中仍存在如下問題：首先，連續(xù)梁作為超靜定結(jié)構(gòu)，很難確切地找到連續(xù)梁下部到底會(huì)在哪個(gè)截面出現(xiàn)彎矩最大值，即使找到這個(gè)截面也很難按規(guī)范的要求，確定集中荷載布置到什么位置時(shí)該截面才能出現(xiàn)最大彎矩。其次，很難確切地找到集中荷載布置在連續(xù)梁跨中什么位置時(shí)，支座彎矩會(huì)達(dá)到最大值。為解決此問題，設(shè)計(jì)方與探索者軟件公司的技術(shù)人員密切合作，共同開發(fā)出一個(gè)小軟件，其原理如下：第一，在滿足計(jì)算精度的前提下，為了便于計(jì)算機(jī)進(jìn)行模擬計(jì)算，將zk標(biāo)準(zhǔn)荷載進(jìn)一步簡(jiǎn)化，取值如圖10所示。第二，將連續(xù)梁分成很多小段，建立一個(gè)數(shù)據(jù)庫，分別統(tǒng)計(jì)梁兩端的剪力和彎矩，理論上梁段越小，越逼近真實(shí)結(jié)果，但相應(yīng)的也會(huì)增加計(jì)算量。在本工程中，取每段梁的長(zhǎng)度為0.5m。第三，根據(jù)計(jì)算部位和所需求解的內(nèi)力，首先將均布荷載根據(jù)影響線圖形布置于相應(yīng)的梁段上，四個(gè)集中荷載則作為一組動(dòng)荷載，布置于相應(yīng)的梁段的初始位置上，然后進(jìn)行第一次計(jì)算，求得并記錄每個(gè)小梁段的第一組內(nèi)力數(shù)據(jù)；然后將這組動(dòng)荷載移動(dòng)一小步，再進(jìn)行計(jì)算，求得并記錄每個(gè)小梁段的第二組內(nèi)力數(shù)據(jù)。如此反復(fù)迭代計(jì)算，直到這組動(dòng)荷載完全移出相關(guān)梁段。第四，匯總統(tǒng)計(jì)每個(gè)小梁段的n組數(shù)據(jù)，從而找到關(guān)鍵部位的內(nèi)力包絡(luò)值。經(jīng)上述工作，承軌次梁的設(shè)計(jì)即可迎刃而解，之后將承軌次梁在支座處的最大剪力提取出來，作為集中荷載施加到整體計(jì)算模型中，并根據(jù)力學(xué)原理進(jìn)行必要的排列組合，為框架主梁的設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。候車層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)南京南站高架候車層(地上三層)樓面結(jié)構(gòu)尺度超大，南北向395m，東西向156m。為減小樓層因溫度荷載產(chǎn)生的變形及應(yīng)力。本工程中采用桁架(混凝土，柱)側(cè)加牛腿及限位滑動(dòng)支座方式將樓面分成三塊，分別為132.75156(m)、107.5156(m)和154.75156(m)。本層南北向最大跨度43m，東西向最大跨度24m，結(jié)構(gòu)形式采用的是雙向布置的鋼結(jié)構(gòu)桁架，桁架矢高達(dá)2.9m。其既作為候車層樓面的承重結(jié)構(gòu)，同時(shí)又充分發(fā)揮其矢高和中空優(yōu)勢(shì)，為設(shè)備專業(yè)提供了既隱蔽又寬敞的布置空間，最終實(shí)現(xiàn)了各專業(yè)各取所需、協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)的良好效果(圖11、圖12)。1候車層分縫處牛腿設(shè)計(jì)根據(jù)南京南站站房工程超限審查的要求，上述候車層結(jié)構(gòu)縫處承托牛腿的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為中震彈性、大震保持承載能力。圖13、14為該處牛腿的大樣圖，下弦桿件向外延伸形成牛腿，其上承托可單向滑動(dòng)的成品抗震支座，上弦桿件延伸與另一側(cè)桁架上弦銷軸連接，橢圓形開孔保證在溫度荷載和中震荷載組合下銷軸不受力，可在長(zhǎng)圓孔內(nèi)自由滾動(dòng)：大震時(shí)上弦桿件可通過銷軸拉結(jié)并進(jìn)入受力狀態(tài)，抵抗地震荷載產(chǎn)生的作用：在極端情形下，若大震時(shí)上弦銷軸喪失承載能力，承托支座的牛腿可通過設(shè)置其上的擋板保證所承托桁架不脫落。該處構(gòu)件位于結(jié)構(gòu)受力關(guān)鍵部位，除在整體計(jì)算模型中保證在各工況下其應(yīng)力比控制在較低水平外，本工程還將其局部節(jié)點(diǎn)(鋼管混凝土柱處)提取出來，利用有限元軟件分析其在復(fù)雜受力狀態(tài)下的承載性能和應(yīng)力分布，從而驗(yàn)證其構(gòu)造合理性(圖15)。計(jì)算中，牛腿處豎向剪力為不斷增加的變化荷載，其他各構(gòu)件荷載與線彈性分析中所采取的荷載相同，均為各工況荷載包絡(luò)值。圖16所示為牛腿處豎向剪力與端部豎向位移的非線性分析全過程曲線，其反映了結(jié)構(gòu)在正常工作狀態(tài)下所承受荷載與所能承受的極值荷載之間的數(shù)量關(guān)系。從荷載位移曲線及應(yīng)力發(fā)展趨勢(shì)圖(圖18)可知：設(shè)計(jì)荷載約為理論計(jì)算的彈塑性荷載極值的1/10，為彈性極值的1/3.6，節(jié)點(diǎn)區(qū)應(yīng)力屈服點(diǎn)擴(kuò)展充分，屬延性破壞。該處牛腿節(jié)點(diǎn)安全儲(chǔ)備充足，構(gòu)造合理。2候車層舒適度分析大跨度鋼結(jié)構(gòu)樓蓋豎向振動(dòng)舒適度問題在國內(nèi)是一個(gè)新的課題。目前，我國還沒有關(guān)于樓蓋振動(dòng)對(duì)人們生活、工作舒適度影響的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，僅在城市人行天橋與人行地道技術(shù)規(guī)范中有一條相關(guān)條文：“為避免共振，減少行人不安全感，天橋上部結(jié)構(gòu)豎向自振頻率不應(yīng)小于3hz”。人在樓蓋上運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生規(guī)律性的激勵(lì)荷載(圖7)，從而使樓蓋結(jié)構(gòu)產(chǎn)生豎向振動(dòng)。當(dāng)樓蓋跨度增大時(shí)，其豎向自振頻率將降低，當(dāng)自振頻率降低到與人的步行頻率(1.5hz2.5hz)接近時(shí)，人在樓蓋上的運(yùn)動(dòng)可能引起結(jié)構(gòu)的共振，此時(shí)樓板的豎向振動(dòng)可能超出人能夠接受的程度，人體舒適度則難以得到保證。國外在這方面的研究已經(jīng)多年，美國、日本等國家發(fā)布了相關(guān)的設(shè)計(jì)指南，本文計(jì)算分析時(shí)的相關(guān)數(shù)據(jù)主要參考美國文獻(xiàn)(參考文獻(xiàn)6和7，見表2)。結(jié)果顯示，在所選的荷載激勵(lì)工況下，結(jié)構(gòu)豎向振動(dòng)響應(yīng)均滿足參考文獻(xiàn)6中所推薦的限值要求，但考慮到模型所計(jì)算的振動(dòng)頻率較低(僅為2.4hz)，實(shí)際情形必定和計(jì)算假定之間存在一定的區(qū)別，為避免將來在使用時(shí)出現(xiàn)舒適度不佳的情形，結(jié)構(gòu)在該區(qū)段(43m跨)預(yù)留了一定的安全儲(chǔ)備，可通過安置一定數(shù)量共振阻尼器的方法實(shí)現(xiàn)降低結(jié)構(gòu)響應(yīng)并滿足相關(guān)要求。屋面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1屋面網(wǎng)架設(shè)計(jì)(圖19、20)南京南站屋面結(jié)構(gòu)的最大跨度為72m，最大懸挑長(zhǎng)度38.8m，南北向最大長(zhǎng)度約450m，東西向最大長(zhǎng)度約210m，屬長(zhǎng)懸挑，大跨度，超長(zhǎng)平屋面結(jié)構(gòu)。從安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性及施工易行性等各方面綜合考慮，本工程選用了國內(nèi)較為常用的空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)體系。對(duì)本工程而言，風(fēng)荷載、雪荷載及溫度場(chǎng)的分布是影響屋面設(shè)計(jì)的重要因素。根據(jù)建研科技股份有限公司提供的南京南站站房風(fēng)洞試驗(yàn)研究報(bào)告確定屋面的體型系數(shù)，通過對(duì)屋蓋結(jié)構(gòu)進(jìn)行風(fēng)致振動(dòng)分析，求得屋面各部位的風(fēng)振系數(shù)，從而得到屋面各點(diǎn)的風(fēng)荷載，并以此為依據(jù)進(jìn)行屋面設(shè)計(jì)；根據(jù)南京地區(qū)的氣候變化，考慮屋面做法和室內(nèi)環(huán)境對(duì)網(wǎng)架工作環(huán)境溫度的影響，采用cfd技術(shù)進(jìn)行數(shù)值模擬，求出網(wǎng)架結(jié)構(gòu)在極值工作下的溫度場(chǎng)分布，為合理確定屋面的合攏溫度和溫度梯度提供依據(jù)：2008年初，我國南方許多地區(qū)經(jīng)歷了雨雪冰凍災(zāi)害，經(jīng)調(diào)查分析，許多屋面實(shí)際承受的荷載已經(jīng)超過建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范規(guī)定的雪荷載數(shù)值。南京南站作為大型公共建筑，如何避免在超越建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范的雪荷載下屋面結(jié)構(gòu)的倒塌是屋蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須解決的問題，為此，設(shè)計(jì)方搜集近年來南京地區(qū)氣候變化的有關(guān)資料，評(píng)估氣候變暖對(duì)雪荷載變化的影響，并對(duì)屋面結(jié)構(gòu)進(jìn)行了在超越雪荷載下非線性極限承載力分析，分析中考慮了幾何非線性的影響，結(jié)果表明：在超越雪荷載1.6kn/m2作用下(建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范規(guī)定南京地區(qū)100年雪壓為0.75kn/m2)，屋蓋結(jié)構(gòu)部分桿件進(jìn)入屈服，整體結(jié)構(gòu)不會(huì)發(fā)生倒塌。2斗拱節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)本工程中，南北兩排鋼管混凝土柱與屋面網(wǎng)架采用鋼斗拱的形式進(jìn)行連接。作為中國傳統(tǒng)建筑的重要元素，斗拱設(shè)計(jì)突出表現(xiàn)了南京這一六朝古都的深厚文化底蘊(yùn)(圖27)。而作為重要的受力節(jié)點(diǎn)，屋面結(jié)構(gòu)的豎向荷載、滑動(dòng)支座水平摩擦力及大震下鋼管混凝土柱的剪力效應(yīng)均要通過鋼斗拱進(jìn)行傳遞，此處構(gòu)造獨(dú)特，傳力復(fù)雜，是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難點(diǎn)、重點(diǎn)之一(圖21)。依據(jù)南京南站房工程超限審查報(bào)告，斗拱節(jié)點(diǎn)的性能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為：非地震荷載組合下，斗拱承受豎向重力、水平剪力(滑動(dòng)支座的水平摩擦力)，此時(shí)節(jié)點(diǎn)須完全處于彈性工作狀態(tài)，不允許材料進(jìn)入塑性；小震和中震荷載組合下，斗拱承受豎向重力(代表值)、水平摩擦剪力(小震和中震滑動(dòng)支座有效，可自由滑動(dòng))，節(jié)點(diǎn)處于彈性工作狀態(tài)；罕遇地震荷載組合下，斗拱承受豎向重力、水平地震剪力，節(jié)點(diǎn)整體承載性能應(yīng)處于線彈性階段或剛度退化不明顯(可根據(jù)荷載位移曲線的切線模量變化進(jìn)行判斷)，斗拱節(jié)點(diǎn)允許部分區(qū)域進(jìn)入塑性。基于該處節(jié)點(diǎn)在結(jié)構(gòu)受力體系中的重要性和復(fù)雜性，本工程中，采用了有限元分析結(jié)合節(jié)點(diǎn)模型試驗(yàn)的方法對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)。有限元分析模型(圖22、圖23)中，分別針對(duì)各典型荷載工況進(jìn)行了線彈性和非線性極限承載力計(jì)算；考慮了施工過程極端情形下節(jié)點(diǎn)的受力狀態(tài)，保證其在安裝過程直至最后參與整體受力全過程的安全與穩(wěn)定：細(xì)致分析了加載偏心與構(gòu)件初始缺陷對(duì)節(jié)點(diǎn)受力性能的影響。模型試驗(yàn)(1：4縮尺)則進(jìn)行了三組(圖25圖27)，分別為軸壓加載、偏壓加載和壓剪加載，三種加載方式基本代表了節(jié)點(diǎn)在各工況下的受力狀態(tài)，能夠較好反映出節(jié)點(diǎn)的受力性能。其中模型試驗(yàn)由清華大學(xué)土木工程系完成，中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院和北京市建筑設(shè)計(jì)研究院協(xié)助提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)并全程參與。最終試驗(yàn)報(bào)告由清華大學(xué)提供。有限元模型分析及縮尺模型試驗(yàn)的結(jié)果均表明，該斗拱節(jié)點(diǎn)的受力性能良好，具有較好的延性，較大的冗余度和較強(qiáng)的應(yīng)力重分布能力，實(shí)現(xiàn)了建筑外觀與結(jié)構(gòu)受力的完美結(jié)合。結(jié)語“建橋合一”高架站房采用整體框架結(jié)構(gòu)體系，能夠消除由于橋梁結(jié)構(gòu)和站房結(jié)構(gòu)互為邊界、各自獨(dú)立計(jì)算而產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差，承軌層橫軌向剛度較橋梁結(jié)構(gòu)明顯加強(qiáng)，是值得推廣的一種結(jié)構(gòu)體系?！敖蚝弦弧苯Y(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)應(yīng)同時(shí)滿足民用建筑設(shè)計(jì)規(guī)范和鐵路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范的要求。兩個(gè)領(lǐng)域的荷載分類、工況組合、設(shè)計(jì)方法均有較大區(qū)別。設(shè)計(jì)過程需對(duì)各復(fù)雜工況考慮縝密，保證結(jié)構(gòu)安全。網(wǎng)架作為大跨度屋面的支撐結(jié)構(gòu)，從經(jīng)濟(jì)性，安全性和施工易行性角度考慮是合適的。