本書詳細闡述了青島北站結(jié)構設計的全過程,以及施工的關鍵技術,內(nèi)容豐富、系統(tǒng)完整。共分3篇,第1篇主要介紹青島北站工程的基本情況;第2篇系統(tǒng)介紹青島北站地下結(jié)構、主站房(屋蓋、高架候車層、東西廣廳與觀景平臺、幕墻鋼結(jié)構)和兩側(cè)對稱的站臺無柱雨棚等各部位的結(jié)構計算分析與設計;第3篇詳細介紹青島北站結(jié)構設計研究中的關鍵技術。
本書是我國重大建設工程中高鐵站房領域的空間結(jié)構科技著作,內(nèi)容的深度與廣度非常少見,編寫團隊做了很多開拓新與創(chuàng)新性的工作,是我國科技界與工程界難能可貴的著作。
青島北站是集高(普)速鐵路、城際鐵路、軌道交通、公交、長途客運、出租車和社會車輛等多種交通方式為一體的綜合性大型交通樞紐,為山東省目前最大的鐵路客運樞紐站。站場規(guī)模按8臺18線布置,整個火車站由售票廳、廣廳、高架候車廳、地下出站廳、無站臺柱雨棚等客運部分,以及車站辦公服務用房與設備用房組成。
青島北站整體造型富有動感又伸展飄逸,挺拔而富有張力,似一只海鷗振翅高飛,預示著青島市經(jīng)濟文化的蓬勃發(fā)展;建筑優(yōu)美曲線的靈感來自于展翅飛翔的海鷗,給人以無限的遐想;同時采用預應力立體拱架結(jié)構體系直接外露,是建筑美與結(jié)構美的完美演繹,形成了一種城市門戶的形象,象征著青島以博大的胸懷迎接來自五湖四海的賓客。
青島北站的海鷗方案造型奇特,注定了結(jié)構設計的極大挑戰(zhàn)性,設計難度與復雜程度在國內(nèi)近年建造的火車站房中比較少見。中鐵二院、北京市建筑設計研究院有限公司及法國AREP公司三家單位組成的設計聯(lián)合體為此付出了艱苦卓絕的努力。從2007年青島北站方案投標開始,設計工作先后經(jīng)歷了結(jié)構方案深化設計、初步設計、修改初步設計、施工圖設計、施工配合、車站運營配合設計等多個階段,聯(lián)合體內(nèi)部經(jīng)歷了無數(shù)的不眠之夜,車站各結(jié)構單體也都進行了充分的討論和多輪的修改,共歷時6年多的時間。青島北站于2013年12月正式通車,工程圓滿竣工,為業(yè)主、為青島市民提供了一項精品工程,構成了青島市新的城市名片與新城市景觀。
青島北站在結(jié)構設計過程中,設計聯(lián)合體曾協(xié)同西南交通大學、同濟大學、北京科技大學、東南大學、建研科技股份有限公司、北京市建筑工程研究院等設計研究團隊,對結(jié)構設計進行系統(tǒng)的理論研究、試驗驗證及設計方法研究,成功突破了結(jié)構設計中的關鍵技術,解決了項目設計過程中的諸多難題,為項目的順利進行奠定了良好的基礎。
青島北站屬于多種結(jié)構體系巧妙組合而成的混合體,含預應力立體拱架結(jié)構、拉索結(jié)構和鋼桁架結(jié)構及部分混凝土結(jié)構,而且主構件截面多為異形截面,加之單體長度與跨度超限,結(jié)構設計難點頗多。通過預應力立體拱架的應用,緊密結(jié)合建筑造型,在滿足建筑外觀要求的基礎上,良好地達到了屋蓋結(jié)構的安全可靠使用要求,實現(xiàn)了獨特建筑造型與新穎結(jié)構體系的統(tǒng)一;大量運用復雜節(jié)點和異形截面構件,通過大尺度縮尺模型試驗及節(jié)點與異形截面試驗的驗證,同時進行相應的電算模擬,圓滿完成了對其工作性能的驗證,同時為其他相似工程問題提供了經(jīng)驗;通過耐火試驗,驗證高礬索在初始預應力作用下,噴涂防火涂料后,拉伸變形0.3%,在500 ℃高溫下達到1.5 h的耐火極限,結(jié)果表明拉索受力性能滿足要求,此類拉索耐火試驗在國內(nèi)尚屬首次;運用TMD阻尼器,有效避免了高架候車層與觀景平臺大跨度樓面與人群行走頻率的共振,同時顯著減小了樓面加速度,保證了良好的舒適度要求;防屈曲支撐在西廣廳的應用,在不增大原有框架柱截面的基礎上,控制住了結(jié)構在地震作用下的層間位移角與振動響應,從而有效地保護結(jié)構在強震下的安全,而且安裝方便,施工快捷;預應力幕墻鋼結(jié)構在滿足建筑外觀和結(jié)構安全可靠的基礎上,良好地實現(xiàn)了其功能作用,與主體結(jié)構的靈巧通透形成了呼應。
自2013年12月車站正式通車后迄今為止,青島北站結(jié)構設計關鍵技術等各項科研課題均通過了相關部門驗收,達到國際先進水平,部分成果達到國際領先水平,共完成關鍵技術研究報告11項,發(fā)表論文20余篇,相關成果共獲得省部級獎勵5項。
青島北站結(jié)構設計過程中,中國鐵路總公司(原鐵道部)、青島市政府給予了大力支持,曾得到柯長華、汪大綏、劉樹屯、陳富生、王亞勇、傅學怡、齊五輝、薛慧立、苗啟松、陳彬磊、盛平、覃陽、朱興剛、肖從真、錢基宏、于海平、周學軍、夏世群、蔣世林等國內(nèi)專家的指導和幫助;
另外,設計聯(lián)合體內(nèi)各單位的領導和許多專家同行亦給予了熱情關心、指導與幫助,在此表示最誠摯的感謝。
工程建設過程中,在青島北站建設指揮部強有力的領導下,總包單位中鐵二局、中建股份等單位,以及中建鋼構有限公司、中建安裝有限公司等鋼結(jié)構施工單位密切配合,通力合作,最終高質(zhì)量的完成了本工程。
本書編寫自火車站通車后正式籌備,全書由張相勇組織并定稿,各章節(jié)編寫人員如下:第1章:張相勇;第2章:張相勇,張克意;第3章:張相勇,趙鵬飛;第8、9章:張克意,張相勇;第13章:李黎明,張相勇;第14章:張相勇,張志強;第16章:牟在根,張相勇;其他章節(jié)均由張相勇編寫。參與過本項目的羅斌、談政、孟祥沖、魏建友、王瑩、陽升、方云飛、韓龍勇、陳晗、陳新禮、司波、堯金金、冉鵬飛、張爵揚、湯理達等提供了工程建設過程中相關的資料與素材。參加本書編寫的還有李靜姝、葛鵬等。部分攝影圖片由王順成提供。
薛慧立、楊惠東、牟在根、趙鵬飛、李文峰、呂黃兵、徐瑞龍等專家校審了書稿。
中鐵二院的業(yè)務建設課題為本書的順利出版提供了極大的幫助。
在此一并致謝!
張相勇:博士、教授級高工,國家一級注冊結(jié)構工程師,國家注冊咨詢工程師(投資),原為北京市建筑設計研究院有限公司主任工程師,現(xiàn)為中國電子工程設計院一所總工。工作期間以第一專業(yè)負責人參與大小工程20余項,曾參與北京銀泰中心及北京財源國際中心等超高層超限項目,主持并負責青島北站(含無柱雨棚)及合肥南站等大跨超限工程。為北京CBD核心區(qū)Z15地塊高528m中國尊項目專業(yè)負責人之一。共發(fā)表專業(yè)學術論文40余篇。 作者所著《建筑鋼結(jié)構設計方法與實例解析》一書由中國建筑工業(yè)出版社2013年5月出版,書中所選實例實用性強,符合設計人員實際需求,緊貼設計一線,獲得了包括同濟大學李國強教授、中國鋼結(jié)構協(xié)會專家委員會委員甘明等業(yè)內(nèi)知名專家學者的一致好評。出版時還得到了范重、錢基宏、朱丹、薛慧立、朱忠義、王燕、戴立先等代表設計院、高校、施工方等各方專家的積極點評與認可。該書由于其實用性及目前我國一線鋼結(jié)構設計師相關著作的稀缺性,受到廣大鋼結(jié)構技術人員歡迎并持續(xù)熱銷,在行業(yè)內(nèi)產(chǎn)生了比較廣泛的影響。目前該書已經(jīng)印刷5次共14000余冊,與本書配套的張相勇博士教學光盤也已成為鋼結(jié)構設計從業(yè)者的*培訓課程。
第1篇工程基本情況
第1章工
程 概 況3
11工程概況3
12設計概況4
13工程大事記21
14主要科技成果29
第2章結(jié)構方案設計31
21海鷗形屋蓋鋼結(jié)構31
22高架候車層鋼結(jié)構33
23東西廣廳與觀景平臺結(jié)構34
24站臺無柱雨棚35
25地下結(jié)構與地基基礎36
第2篇結(jié)構設計分析
第3章海鷗形屋蓋鋼結(jié)構47
31結(jié)構體系與成形47
32結(jié)構計算分析49
33屋蓋鋼結(jié)構設計139
第4章高架候車層結(jié)構152
41結(jié)構體系152
42技術條件153
43驗算控制標準159
449000 m標高候車層整體計算159
45計算結(jié)果檢驗166
46其他計算173
47高架候車層部分施工圖187
第5章東西廣廳與觀景平臺190
51工程概況190
52觀景平臺結(jié)構舒適性分析191
53消能減振分析設計191
54節(jié)點設計197
第6章幕墻鋼結(jié)構199
61結(jié)構體系說明199
62幕墻鋼結(jié)構設計依據(jù)及引用技術文件200
63基本參數(shù)201
64南(北)區(qū)幕墻鋼結(jié)構201
65幕墻鋼結(jié)構部分施工圖210
第7章站臺無柱雨棚 213
71結(jié)構形式及特點213
72結(jié)構計算分析214
73結(jié)構分析情況221
74構件截面驗算225
75鋼柱落地斜拉索設計228
76關鍵節(jié)點計算229
77雨棚部分施工圖233
第8章地
下 結(jié) 構238
81橋建合一地下結(jié)構238
82東西廣廳地下結(jié)構247
83基礎設計248
第3篇關鍵技術
第9章大型基坑設計與施工261
91前期設計261
92基坑工程設計266
93基坑工程的重點設計268
94本章小結(jié)272
第10章大跨鋼結(jié)構風荷載效應274
101數(shù)值風洞研究274
102風洞試驗研究281
103本章小結(jié)284
第11章大跨鋼結(jié)構抗火性能化設計286
111主站房FDS火災模擬286
112主站房屋蓋結(jié)構抗火承載力驗算294
113本章小結(jié)301
第12章預應力鋼結(jié)構302
121預應力立體拱架302
122無柱雨棚預應力鋼結(jié)構310
123本章小結(jié)315
第13章鋼結(jié)構異形截面承載力驗算316
131異形截面驗算思路316
132截面驗算程序EAS
MIDAS317
133截面驗算結(jié)果320
134本章小結(jié)322
第14章消能減振設計323
141有限元分析模型及動力特性分析323
142人群荷載模擬與分析工況定義324
143TMD減振方案及效果分析325
144屈曲約束支撐消能原理327
145消能減振設計方案328
146多遇地震下彈性時程分析330
147罕遇地震下彈塑性時程分析331
148本章小結(jié)333
第15章大型拱腳節(jié)點設計334
151有限元分析討論335
152邊界條件和荷載取值336
153計算結(jié)果的分析與討論337
154本章小結(jié)339
第16章結(jié)構試驗研究341
161立體拱架縮尺模型試驗341
162異形截面試驗356
163復雜節(jié)點試驗360
164本章小結(jié)368
第17章含預應力張拉與卸載的施工仿真分析369
171拼裝過程369
172卸載方式374
173施工仿真374
174結(jié)果分析375
175拉索抗火試驗377
176本章小結(jié)380
第18章大跨鋼結(jié)構施工監(jiān)測與健康監(jiān)測381
181監(jiān)測的必要性381
182監(jiān)測的內(nèi)容382
183監(jiān)測的結(jié)果386
184本章小結(jié)407
參考文獻408