本书依托近20年来完成的一系列重点铁路项目的科研、咨询、设计工作,立足现代铁路站房结构特点,对其设计、分析、试验测试关键技术进行了全面梳理与总结。书中涉及的具体项目包括武汉站、天津西站、北京南站、青岛北站、济南东站、丰台站、南京南站、星火站、昆明南站、南阳站等。
各章题为:1、概述;2、现代站房的新型屋盖体系;3、现代铁路站房高架层与承轨层结构体系;4、站房结构的静力荷载与作用;5、站房结构的动力作用与分析方法;6、规范与超限;7、构件验算;8、节点设计;9、振动台试验;10、节点试验;11、现场测试。
作为基础设施建设的典型代表,高速铁路在中华大地上快速延展,充分体现了国人强大的技术实力与建造能力,是中国自主创新的一面旗帜。
高速铁路站房是高速铁路的重要组成部分,也是其“门面”及广大乘客接触高速铁路的第一个环节。随着高速铁路建设的高歌猛进,高速铁路站房也经历了数量从无到有、规模从小到大、功能从少到多的发展过程。由于建筑形式、功能布局、空间范式、荷载激励等因素有别于其他公共建筑,高速铁路站房对结构设计提出许多新要求、新挑战,迫切需要结构专业在体系、分析、设计、规范等方面有所创新与突破。
中国建筑科学研究院有限公司从2002年开始介入铁路站房的建设项目,先后参加了南京站、北京南站、武汉站、天津西站、南京南站、青岛北站、昆明南站、济南东站、丰台站等项目的设计、咨询工作,并与相关铁路专业设计院及地方设计院进行了全面的合作;与此同时,还承担了包括铁道部科技研究开发计划重点课题等相关科研工作。通过这些工作,形成涵盖高速铁路站房结构体系、风工程与列车激励、设计分析、试验测试等高速铁路站房建设各个方面的成套技术体系。
本书的出版意图是希望通过系统、全面地介绍上述成果,以期对从事高速铁路站房设计、科研的技术人员提供参考与帮助。全书紧密围绕高速铁路站房结构展开,以“桥一建”合一体系为主要载体,不追求内容面面俱到,而是聚焦于高速铁路站房结构特有的问题。内容共分为四篇:
第Ⅰ篇为“结构体系”,分为三章,通过分析高速铁路站房建筑与结构特点,重点介绍四种新型屋盖体系及其特性与工程应用,包括树枝状拱支网壳结构、预应力立体拱架结构等。另外,对站房建筑特有的承轨层、高架层及高架夹层的结构形式及其选型原则进行了探讨。
第Ⅱ篇为“结构计算分析关键技术”,分为两章,分别从静力与动力两个角度对涉及高速铁路站房的计算分析成果作了介绍,内容包括风载、承轨层荷载、车致振动与车致风、多维多点地震动分析的时程与反应谱方法、人行振动分析、防连续倒塌分析等。
第Ⅲ篇为“结构设计关键技术”,分为三章,从适用规范、超限审查、特殊构件验算、复杂节点设计等方面,重点讨论高速铁路站房设计工作中的常遇问题。
第Ⅳ篇为“试验与测试技术”,分为三章,以站房结构经常开展的振动台试验、节点试验及其特有的列车风、天桥振动测试为切入点,介绍相应的模型简化、测试方法、结果分析等技术。
书中第2.3~2.6节由建研院会同中铁第四勘察设计院集团有限公司、中国铁路设计集团有限公司、中铁二院工程集团有限公司及北京市建筑设计研究院有限公司、中建科工集团有限公司共同完成;第3章、第4.2-4.3节、第6.1节、第8章由建研院会同中铁第四勘察设计院集团有限公司、中国铁路设计集团有限公司、中铁二院工程集团有限公司共同完成;其余章节由建研院完成。本书部分图片、资料由上述单位或其设计联合体提供。全书由赵鹏飞统稿与完善。
特别感谢汤荣伟、杜义欣、阳升同志对上述项目的突出贡献。在本书的编著过程中,引用了同行专家论著中的成果,在此表示衷心的感谢。时继瑞、秦格同志为文稿的整理开展了大量的工作,在此一并致谢。由于时间有限,难免有引用而未能详细说明出处的地方,敬请谅解。由于高速铁路站房建设的不断创新,加之编者水平有限,书中难免存在疏漏或不当之处,敬请读者批评指正。
赵鹏飞,博士,1971年3月出生,现任中国建筑科学研究院有限公司研究员、中国钢结构协会监事及专家委员会委员、中国钢结构协会房屋建筑钢结构分会常务理事、中国建筑学会建筑结构分会理事、IASS(International Association for Shell and Spatial Structures)会员。长期从事钢结构及大跨度空间结构的科研、试验、工程设计与咨询工作。 作为负责人或主要成员参与了包括武汉站、天津西站、青岛北站、济南东站、北京南站、南京站、丰台站、星火站、天津国家会展中心、红岛国际会展中心、国家游泳中心等多个大型项目的设计与咨询工作。同时在本专业领域取得了丰富的科研成果,参加多本规程编制及国家和部委的多项课题项目,如十二五国家科技支撑计划、十三五国家重点研发计划、铁道部科技研究开发计划重点课题等。
第Ⅰ篇 结构体系
1 概述
1.1 研究背景
1.2 高速铁路站房的建筑特点
1.3 高速铁路站房的结构特点
2 高速铁路站房新型屋盖体系
2.1 站房屋盖结构的支承特点
2.2 屋盖结构的主要形式
2.3 新型拱壳体系——树枝状拱支网壳结构
2.4 预应力立体拱架结构
2.5 联方网格变截面单层网壳
2.6 新型双曲抛物面拱系
3 高速铁路站房高架层与承轨层结构体系
3.1 高架层(高架夹层)结构体系
3.2 承轨层结构体系
第Ⅱ篇 结构计算分析关键技术
4 高速铁路站房结构的静力荷载与作用
4.1 站房结构的风载作用
4.2 承轨层荷载及组合
4.3 计算模型建立的一般原则
5 高速铁路站房结构的动力作用与分析方法
5.1 车致振动
5.2 车致风
5.3 车致振动疲劳效应研究
5.4 多维多点时程分析方法
5.5 多维多点反应谱
5.6 人行振动
5.7 防连续倒塌分析
第Ⅲ篇 结构设计关键技术
6 规范与超限
6.1 规范的采用
6.2 站房结构常见超限问题及其对策
7 构件验算
7.1 复杂约束条件下构件计算长度的确定
7.2 特殊构件截面的处理
7.3 异型薄壁构件的截面验算
8 复杂节点设计
8.1 背景
8.2 不同形式竖向构件的交接节点
8.3 拱脚
8.4 梁柱滑动节点
第Ⅳ篇 试验与测试技术
9 振动台试验
9.1 背景
9.2 振动台模型设计
9.3 地震波及工况
9.4 试验内容及测点布置
10 节点试验
10.1 背景
10.2 节点模型设计与加载制度
11 现场测试
11.1 天桥振动测试
11.2 列车风测试
11.3 高架层舒适度测试
参考文献