某城际铁路高架车站雨棚钢结构设计

郧哉粤晕郧阅韵晕郧粤砸悦匀陨栽耘悦栽哉砸耘悦陨灾陨蕴耘晕郧陨晕耘耘砸陨晕郧广东土木与建筑Vol.26晕燥援6JUN圆园19某城际铁路高架车站雨棚钢结构设计李士平

（中铁第四勘察设计院集团有限公司

武汉430063）

旅客列车设计速度200km/h及以下的快速、便捷、高密度客运专线铁路。摘要：城际铁路是专门服务于相邻城市间或城市群，

结构形式、整体分析、节点设计等几个方面，以某城际铁路高架车站钢结构雨棚为工程案例，从工程概况、对高架车站钢结构雨棚设

相关结构设计经验计进行总结及节点有限元分析。此外工程充分考虑建筑功能和外观美化，实现建筑造型与结构设计的合理统一，

及建议可供类似工程结构设计参考。

关键词：城际铁路；高架车站；雨棚；钢结构；结构设计；有限元分析中图分类号：TU318.2文献标志码：A文章编号：1671-4563（2019）06-020-04

LiShiping

Ltd.（ChinaRailwaySiyuanSurveyandDesignGroupCo.，

Wuhan430063，China）

Theintercityrailwayisafast，convenientandhigh-densitypassenger-dedicatedrailwaywhichspeciallyservestheadjacentcitiesorurbanagglomerationsandthemaximumdesignspeedofitspassengertrainis200km/h.Takingthesteelstructurecanopyofanintercityrail-wayelevatedstationastheengineeringcase，fromtheaspectsofengineeringoverview，structuralform，integralanalysisandjointdesign，thesteelstructurerainawningdesignoftheelevatedstationissummarizedandthenodefiniteelementanalysisiscarriedout.Inaddition，theprojectfullyconsidersthebuildingfunctionandappearancebeautification，andrealizesthereasonableunificationofarchitecturalmodelingandstructuraldesign.Relevantstructuraldesignexperienceandsuggestionscanbeusedasreferenceforsimilarengineeringstructuraldesign.intercityrailway；elevatedstation；rainawning；steelstructure；structuredesign；finiteelementanalysis0引言

金防雨遮阳百叶；屋面大部分采用铝镁锰合金直立锁边金属，银杏叶造型部分采用超细玻璃纤维织物基材聚四氟乙烯树脂涂层PTFE膜材咱3暂。建筑整体外观如图1所示。

旅城际铁路是专门服务于相邻城市间或城市群，

便捷、高密客列车设计速度200km/h及以下的快速、

度客运专线铁路咱1暂。一般情况下，城际铁路的高架车站结构由站厅层、站台层、站台雨棚及承轨结构等部分组多为钢结构体系。成。站台雨棚由于大跨度造型需求，

本文以某城际铁路高架车站钢结构雨棚为工程案例，从多个方面对高架车站钢结构雨棚设计进行总结，相关结构设计经验及建议可供类似工程结构设计参考。

1工程概况

图1车站雨棚效果图

Fig.1

TheRenderingoftheRainAwning

该车站钢结构雨棚采用弧形单层单跨轻型刚架

总该城际铁路高架车站主体为钢筋混凝土结构，

车站体呈东西向布置，位于地面道路的绿化带内，的2层为站厅层，3层为站台层，车站结构总长.0m，总宽20.6m，采用轨道梁与车站主体结构刚接的桥建合一咱2暂的结构型式。

高架车站雨棚屋面设计为弧形屋面，其上有立体交错并凸出屋面的对称银杏叶造型，侧面设计有铝合

作者简介：李士平（1992-），男，硕士研究生，助理工程师，主要975278320@qq.comE-mail：从事地铁车辆段和高架车站结构设计方面的工作。

结构总长103.0m，结构，车站雨棚不设变形缝，总宽25.0m，平面投影面积2518.0m2。

2

2.1

钢结构设计

设计条件

根据现行规范规程及项目设计要求，该高架车站

雨棚结构设计使用年限为50年，结构安全等级为二级，结构重要性系数1.0咱4暂，建筑抗震设防类别为标准

咱5暂设防类（丙类）。

20

圆园19年6月第26卷第6期李士平：某城际铁路高架车站雨棚钢结构设计JUN圆园19Vol.26晕燥援6系统恒优荷载据恒荷载实：取结构值，自金重属由屋计面算部程分序取自0.81动考虑kN/m，屋2，覆面膜部分取0.5kN/m2悠活荷载：屋面。

活荷载取0.5kN/m2，天沟积水荷载取忧2.5雪kN/m荷载，接：50触网荷载根据相应专业资料取值。

于轻尤钢屋风面荷载为风：50年重现期基本雪压0.45kN/m2。

由敏感年建筑，重现期基本本风风压压乘以系数0.45kN/m2，

基1.1，取值0.495kN/m2，地面粗糙度类别为B类咱6暂；结构风荷

载体型由系数地震作参照用荷载规范：本工程表抗震8.3.1设防烈第4度项取6度，值。本地震加速度值为0.05g，设计地震分组为第一设计组，场

基

地类邮别为域类，特征周期Tg=0.35s咱7暂。2.2

铀温荷载度作组合：用：计按算规范取值相升降温各25益。该结构车站形钢式

关要求执行。结构雨棚为弧形单层单跨轻型刚架结

构，车站雨棚不设变形缝，雨棚整体由13榀横向主刚架以及2榀端部悬挑结构组成，

沿纵向设置钢次梁兼做系杆；雨棚横向刚架支承于站台板下层的混凝土

梁、柱上，柱脚采用铰接形式。主刚架如图2所示（不含银杏叶造型部分）

。图2

横向主刚架

Fig.2

MainFrameintheHorizontalDirection

2518.0雨棚m结构总长103.0m，总宽25.0m，平面面积

2，

纵向柱距7.5m，端部纵向柱距6.6m，端部悬挑7.0m，结构跨度20.1m，柱高7.3m。

屋面上方设计有立体交错并凸出屋面的对称银杏叶造型，单片银杏叶造型的对称轴与主刚架的平面

投影重合，

如图3所示。图3

结构屋面梁平面

Fig.3

PlanViewoftheStructuralRoofBeams

2.3

该端雨部棚悬结构挑结构8暂纵向风两荷载不端均为利悬布置咱挑结构，

且悬挑距离较大，属于突出构件，风荷载体型系数取

为保障安全，分析悬挑结构在风荷载不s=-2.0利布置。

情

况下的性能，除2.1节所述风荷载外，另设置风荷载

不利布置工况：悬挑结构布置风吸荷载，体型系数

取-2.0，相邻柱距范围内的结构布置风压荷载，体型系数取0.5。荷载布置及悬挑结构如图4所示。

訳

s

=-2.0

图4

悬挑訴结构s=0.5

荷载布置

Fig.4

LoadArrangementoftheCantileverStructure

2.4

结构结构整整体建体计模算分以及计析

算分析采用同济大学3D3S

软件V13.0版进行，结构整体计算模型如图5所示。

图5结构整体计算模型

Fig.5

StructuralCalculationModel

根据计算分析模型，进行规范检验，

检验结果表明：

结构能够满足承载力极限状态的设计要求，应力比最大值为0.78。应力比最大的杆件位于端部悬挑结构的柱脚附近，这是由于悬挑结构整体为上拉下压的受力形式，在柱脚附近存在较大的压力及推力，杆件轴向强度应力比和稳定应力比均较大。

正常使用极限状态方面，在荷载的标准组合下，中部及端部主刚架跨中的最大竖向挠度为34.5mm，满足34.5/20100=1/583约1/400的要求；在风荷载标准组合28.1下，中部及风荷载mm端部主刚架柱顶的最大水平位移以及，满足风荷载不28.1/7300=1/260利布置的情况约1/150下，的要端部求悬；

在均布为

挑结构

最远处的最大相对竖向挠度均较小，

满足规范要求咱9暂。在结构的动力特性方面，

前三阶振型及周期如图6所示。由于该车站钢结构雨棚的平面形状较细长，横向抗侧刚度相对较弱，

因此第1阶振型为结构整体横向约0.9振，动满足，

第要2求阶振型为扭转振动，周期比T咱10暂t/T1=0.812.5

该柱车脚。站设计

钢结构雨棚的柱脚咱11暂主要分为3种情况21

：

圆园19年6月第26卷第6期广东土木与建筑JUN圆园19Vol.26晕燥援6訳T1=1.242s整体横向振动

Fig.6

訴T2=1.002s整体扭转振动

图6雨棚结构前三阶振型

訵T3=0.580s整体纵向振动

TheFirstThreeModesoftheRainAwningStructure

淤竖向立柱位于站台板下层的混凝土梁、柱顶面上；

柱侧面于弧形侧面构件位于站台板下层的混凝土梁、上；盂结构端部悬挑封边构件位于站台板下层的混凝

土梁侧面上，且推力较大；柱脚均采用铰接形式。根据销轴铰接分析，3种柱脚分别采用常规铰接柱脚形式、

（见图7）柱脚形式、圆管十字插板铰接柱脚形式，其中圆管十字插板铰接柱脚通过后封板保障了该构件良好的建筑外观，同时将锚栓放在圆管内部，缩小了混凝土止推墩的尺寸。

C20素混凝土包裹C40无收缩细石混凝土混凝土梁抗剪键预留槽抗剪栓钉GZ1节点有限元模型如图8所示。

该节点的荷载即各杆件的内力值，均取自3D3S整体计算模型。首先，由于该节点所连构件均为管材，

因此在构件断面处建立内力无法施加到构件断面上，

刚性封板（见图9），将内力施加到刚性封板的形心处，其次，由于3D3S软件输出以完成对构件内力的施加。

的构件内力值为构件局部坐标系下的内力，因此将该MIDASGEN节点有限元模型上。最后，单工况内力施加内力值转化为整体坐标系下的内力值后再施加到

完毕后，进行荷载组合，组合同3D3S软件中的设置一致。

封头板42销钉混凝土梁訳常规

混凝土梁訴销轴

混凝土C40无收缩止推墩细石混凝土端板后封板封头板十字插板图8

Fig.8

梁柱节点有限元模型

FiniteElementModeloftheBeam-columnJoint

图7Fig.7

訵圆管十字插板

铰接柱脚形式

HingedColumnBase

2.6

纵观该钢结构雨棚，竖向立柱与弧形屋面梁之间

图9节点中部与节点刚性边界

Fig.9

CentralPartandRigidBoundariesoftheJoint

梁柱节点有限元分析

的梁柱节点为重要节点，梁柱均为矩形管型式，平面且为结构外有焊接系杆相连，该节点受力较为复杂，对该节点进行有限元分析，以验证在复合应力作用下，关键节点，因此采用MIDASGEN软件V2016版该节点的安全性能。

与之节点取某一榀横向主刚架的一侧梁柱节点，相连的构件均取1.0m建立该节点模型。模型采用板并划分均匀单元。该单元建立，厚度与实际厚度一致，

22

咱12暂经过MIDASGEN有限元分析，得到该节点在各荷载组合下的应力云图，对所有荷载组合取包络值

（见后，可以得到该节点中部的最大等效应力云图图10）。从图10可知：该梁柱节点的最大等效应力为

由此可知，该节点295MPa，小于材料的强度设计值，是安全可靠的。

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图10

Fig.10

梁柱节点等效应力云图

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EquivalentStressCloudPictureoftheBeam-columnJoint

3结语

本文从多个方面对某城际铁路高架车站的钢结

构雨棚结构设计进行了总结：

行了结构选型工作，有效利用了大跨度钢结构的特

实现建筑与结点，满足建筑功能和外观美化的要求，构设计的合理统一。

优钢结构雨棚结合建筑外观及车站主体结构进

悠钢结构雨棚端部为大悬挑结构，应考虑其在

风荷载不利布置情况下的安全性能。

忧对静力及地震作用下结构的受力性能进行了研究，得出了合理的结论。

尤对结构中的重要梁柱节点进行了有限元分

保证了结构的安全析，符合“强节点弱构件”的理念，性和经济性。

（上接第12页）

2013，43343-346.构，（S1）：

4结论

本文介绍了佛山新城NBA级别篮球馆预制看台

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23