以某高架站台设计为例探讨钢结构在建筑中的应用

王明亮

（中铁第五勘察设计院集团有限公司，北京 102600）

随着我国工业制造水平不断提高，以及国家政策进一步推进，大力发展预制装配式建筑将是重中之重。与传统混凝土站台相比，装配式站台加工不受恶劣天气等自然环境的影响，工期更为可控，且生产效率远高于手工作业；装配式构件工厂化生产，质量大幅提高，可大幅降低人工依赖。所以，大力发展钢结构建筑、推广装配式建筑，是打造具有国际竞争力的“中国建造”品牌的必经之路。

1 高架站台主要特征

站台是车站内高于路面的平台，供上下乘客及装卸货物。高架站台顾名思义，是在高架桥梁上的升起的站台。传统高架站台多以混凝土为主，因为混凝土结构自重较重，所以对下部桥梁负担较大，导致下部桥梁设计困难，而且高架站台高度较高，施工不便工期较长。文章以钢结构为主要材料的装配式高架站台，弥补传统混凝土站台的不足。

2 工程概况

站台采用高架站台，站场规模为2台4台面6线，站台总长450 m×12 m×1.25 m，站台雨棚面积10 162 m2，设钢结构双柱轻钢雨棚。

建筑结构设计使用年限为50年，建筑结构等级为二级，抗震设防烈度为7度，建筑耐火等级地面以上为二级，地下为一级。设站台2座，均为岛式站台，两端均为曲线。每座站台长450 m，最宽处12 m，原设计为高架钢筋混凝土现浇结构站台，距地面高度为13～18 m。两座站台共27（跨）×12.35～20.18（m/跨）×2（座）。主框架钢筋混凝土现浇梁截面为700 mm（宽）×1 500 mm（高），站台混凝土结构梁板悬挑至到发线内2.20～2.85 m，站台面积10 162 m2。

2.1 装配式站台必要性分析

现浇钢筋混凝土框架结构站台与站前单位负责施工的到发线桥梁、铺轨施工存在工序交叉，整体施工工序为：站前单位到发线箱梁架设→站房的现浇钢筋混凝土站台施工（梁板的模板支架落在到发线箱梁上）→现浇站台模板拆除→站前单位桥面系及铺轨作业（见图1）。因此，根据招标指导性施组安排，站台结构在线路箱梁架设完成后进行施工，站台工期7个月。如无其他影响，站前单位的到发线箱梁如期完成，施工图设计的现浇钢筋混凝土框架结构站台在招标指导性施组规定的7个月内采取分段支架现浇方案能够满足工期要求。但因拆迁原因，站前单位的到发线箱梁架设不能如期完成，致使站台结构施工作业无法实施。

图1 站台顶板梁支撑体系与到发线箱梁位置关系图

为了满足开通的目标，同时降低投资，创新性的采用 “钢框架+预制板”结构：站台77.200～78.435 m标高柱接高采用钢筋混凝土结构嵌固770 mm长的Q345B-M30地脚螺栓，78.435～82.365 m标高柱由原来的现浇钢筋混凝土柱变更为600 mm直径钢管混凝土柱，站台原现浇钢筋混凝土梁变更为钢结构梁，站台原现浇钢筋混凝土板变更为预制钢筋混凝土板；站台长宽、高度及里程范围均不变。

2.2 主要技术条件

（1）恒荷载。①站台面采用钢筋混凝土预制板+找坡层+30厚花岗石板做法，恒荷载取7.0 kN/ m2。②站台雨棚柱柱脚反力。

（2）活荷载。考虑到桥面板人流的不均匀性，按照《城市人行天桥与人行地道技术规范》（CJJ69-95），站台面取活荷载5.0 kN/m2。

（3）风荷载。根据《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）（下文简称荷载规范），基本风压按百年一遇取值为0.45 kN/m2。

（4）地震荷载。根据《建筑抗震设计规范》（GB5011-2010），工程抗震设防烈度为8度（0.2 g），抗震设防类别为丙类，设计地震分组为第一组，场地类别Ⅳ类。

2.3 设计荷载组合

工程设计荷载组合见下：

恒载+活载

恒载+活载+风载

恒载+活载+地震

3 高架站台结构体系

高架站台由钢筋混凝土框架结构变更调整为“钢框架+预制板”结构：站台49.000～50.575 m标高柱接高采用钢筋混凝土结构嵌固770 mm长的Q345B-M30地脚螺栓，50.575～54.500 m标高柱由原来的现浇钢筋混凝土柱变更为600 mm直径钢管混凝土柱，站台原现浇钢筋混凝土梁变更为钢结构梁，站台原现浇钢筋混凝土板变更为预制钢筋混凝土板。

4 结构设计

采用Midas Gen软件与上部钢结构雨棚共同建模计算，构件采用杆系结构，局部站台+雨棚整体模型见图2。

图2 站台+雨棚整体模型

5 主要设计标注及结果分析

5.1 主要设计标准，详见表1

表1 主要设计标准表

5.2 计算分析结果

5.2.1 挠度

（1）标准跨挠度。1.0恒载+1.0活载工况下，钢结构站台标准跨钢梁最大挠度为22.3 mm，标准梁跨16 350 mm，规范允许挠度40.87 mm。人群荷载工况下挠度值为7 mm，小于规范要求27.25 mm。均满足规范挠度限值要求。如图3、图4。

图3 标准跨1.0恒载+1.0活载挠度

（2）站台端部挠度。1.0恒载+1.0活载工况下，钢结构站台标准跨钢梁最大挠度为22.3 mm，标准梁跨16 350 mm，规范允许挠度40.87 mm。人群荷载工况下挠度值为7 mm，小于规范要求27.25 mm。均满足规范挠度限值要求。如图5、图6。

图5 站台端部1.0恒载+1.0活载挠度

图6 站台端部人群荷载工况下挠度

5.2.2 应力

非地震组合和多余地震组合工况下，标准跨应力最大值为0.708＜1.0（图7）站台端部跨应力最大值为0.675＜1.0（图8）。

图7 标准跨应力图

图8 站台端部跨应力图

5.2.3 站台舒适度分析

考虑到高架钢结构站台跨度大、阻尼低，需要考虑舒适度问题，按照《城市人行天桥与人行地道技术规范》要求“天桥上部结构竖向自振频率不应小于3 Hz”，侧向固有频率按照不小于1.2 Hz控制，以偏离人行步频率，避免“共振”现象。通过Midas Gen 计算高架钢结构站台标准跨、楼梯跨、端跨三部分的一阶竖向自振频率，标准跨竖向频率4.07 Hz，楼梯跨竖向频率4.24 Hz，站台端跨竖向频率3.05 Hz，三类结构部位均竖向频率均大于3 Hz；标准跨侧向频率1.53 Hz，楼梯跨侧向频率2.11 Hz，站台端跨侧向频率2.04 Hz，均满足要求（详见图9、图10）。

图9 竖向频率对比图

图10 侧向频率对比图

6 节点构造设计

本工程主跨钢梁高度为1.8 m，若按照文献[3]要求，钢梁腹板厚度最少为28 mm，导致自重较大，经济性较差。本项目考虑采用加劲肋设置要求设置纵向和横向加劲肋（间距1 600 mm）以减小高厚比，具体措施如图11。最终经过措施优化，截面尺寸修改为H1 800×400×16×25，满足《钢结构设计标准》GB50017-2017中局部稳定性要求。

图11 钢梁加劲肋设置图

7 结论

（1）本工程利用钢结构工程施工周期短的特点，在特定条件下，为实现项目建设需求提供了可实施的设计方案。

（2）针对高架钢结构站台设计思路和流程做了详细阐述，对设计过程中关键控制点需要重点关注。

（3）本工程利用设置局部加劲肋等措施，有效减少钢梁腹板厚度，降低造价，可作为后续相似工程优化参考。