青岛北站：大型空间钢结构体系

青岛北站全景

青岛北站站内效果

1、工程概况

青岛北站位于青岛市李沧区。车站建筑部份为地上2层、地下3层，局部设置夹层。青岛北站屋盖跨度141米、长度超过340米，采取立体拱架的结构型式，且主要构件均为异型截面。

青岛北站结构体系复杂，主要由大型空间钢结构站房和无柱站台雨棚组成。主站房和无柱站台雨棚是完全脱开的两个独立结构系统。在主站房结构中，屋盖结构与主站房候车厅结构也是两个完全独立的结构系统。其中，主站房候车厅标高9米，采取Y型钢柱+钢梁的框架结构体系，最大跨度22米；具有地下室承轨层采取混凝土柱+预应力混凝土梁的结构体系，跨度22米；屋盖结构平面尺寸为213米×352米。

2、屋盖结构体系

1.屋盖结构布置青岛北站屋盖的建筑造型独特，结构采取立体拱架的情势予以实现。全部屋盖结构由10榀立体拱架组成，轴间距分别为44米、33米、22米。每榀立体拱架由1榀拱、2根横梁、6对V撑、16根交叉索和2根横梁间的纵向檩条组成。2根横梁的间距1般为22米；拱的跨度为94米~141米。为了减少基础与地基的水平推力负担，拱的拱脚利用拉索连接在1起。

依照交叉索角度的不同和在重力荷载、负风压下的不同反应，将其分为两组：承重索和抗风索――重力荷载作用下，承重索索力加大；负风压作用下，抗风索索力加大。

沿结构纵向，立体拱架之间除檩条、屋盖交叉撑等联系外，在拱顶还设置了截面为3600毫米×5000毫米的3角形截面屋脊纵梁。中间4榀立体拱架的横梁两两共用；在横轨方向，V撑组成3角撑情势。

由于建筑造型的要求，交叉索与拱的下弦存在偏心，此偏心对结构受力有较为重要的影响。V撑为1轴心受力构件，采取预应力钢结构情势――由中心杆件和外设的3根拉索组成，构件的稳定性依托外设的拉索保证。

作为围护结构的幕墙，其支承结构在水平向与屋盖结构有连系，在竖直方向完全独立，即屋盖结构仅需承受幕墙结构传递的风荷载。

2.构件截面

为了得到特殊的建筑效果，青岛北站屋盖结构的部份构件采取异型截面。拱由类椭圆形下弦、圆形上弦、竖腹板3部份组成；横梁由类半椭圆形下弦、矩形上弦、竖腹板3部份组成；3角形中心屋脊纵梁由2个3角形上弦、1个3角形下弦和腹板4部份组成。

如何在保证精度的条件下，用最小的计算本钱摹拟这些异型截面是需要探讨的问题。

3、屋盖结构的分析条件

1.荷载作用

⑴站房东体结构设计基准期为50年，耐久性年限100年，结构安全等级1级。

⑵站房东体的抗震设防种别为乙类，按抗震设防烈度6度进行地震作用计算，按抗震设防烈度7度要求采取抗震构造措施，抗震等级为1级。地震动参数按《建筑抗震设计规范》（GB50011―2002）选取。

⑶屋盖结构荷载与作用来自4个方面：1是恒载，除钢结构自重外，根据屋盖作法，取屋盖恒载为0.8节/平方米。2是活载，0.5节/平方米。由于拱结构的特殊性，本次计算还斟酌了活载半侧布置的情况。3是温度作用，升温取30℃；降温取⑶0℃。4是风荷载，基本风压ω0＝0.7节/平方米（百年1遇）；风振系数βZ＝1.7。

2.单元类型

拱、横梁为异型截面，为了更好地对其进行摹拟，本次计算采取的摹拟方式为：将截面拆分为上弦、下弦和腹板；其中，上弦、下弦为梁单元，腹板以壳单元摹拟。

V撑在计算模型中仅斟酌中心杆的作用，但在截面验算中将斟酌拉索的有益作用。3角形中心纵梁也采取格构式摹拟，分别建立上弦、下弦、腹杆。交叉索与拱下弦的偏心以刚臂的情势予以斟酌。分析软件采取SAP2000V11.0.8和ANSYSV11.0。