西昌西站高架站房候车厅楼板人行舒适度分析

西昌西站高架站房候车厅楼板人行舒适度分析

刘伯军1   ,徐起2

1中国铁路成都局集团有限公司客站建设指挥部 四川省成都市 610000 

2中铁二院工程集团有限责任公司 四川省成都市 610000 

Abstract: The span of elevated station buildings is generally large, and the span size is determined by the number of tracks on the line and platform layout. The elevated station building often adopts concrete frame (prestressed beam) structure system, and also adopts steel structure frame system. When steel structures are used, the steel beams are usually in the form of H-shaped (or box shaped) plane giant trusses, and the floor slabs are made of composite floors or steel bar trusses. The large span of the elevated large-span floor of the station building is large, the internal partition wall is few, and there is no other object except the passenger seat, which is easy to produce vertical vibration and resonance, causing insecurity and discomfort to passengers. Combined with the elevated station building project of Xichang West Railway Station, the vertical vibration frequency and acceleration of the floor slab of the waiting hall of the elevated station building are analyzed and studied, and the results are compared with the specifications, which has certain guidance and reference significance for the design of similar projects.

摘要：高架站房一般跨度大，跨度大小由线路股道数量及站台布置决定。高架站房常采用混凝土框架（预应力梁）结构体系，也采用钢结构框架体系。采用钢结构时，钢梁常采用H型（或箱型）平面巨型桁架形式，楼板采用组合楼板或钢筋桁架楼承板做法。站房高架大跨度楼盖跨度大、内隔墙少、除旅客座椅外没有其他物件，容易产生竖向振动及共振，给旅客造成不安全和不适感。结合西昌西站高架站房工程，对高架站房候车厅楼板进行竖向振动频率、加速度两项指标分析研究，并与规范进行对比结果，对类似工程设计具有一定的指导和借鉴意义。

关键词：钢结构桁架、钢筋桁架楼承板、竖向振动频率、加速度

高铁站房主要分为线侧下式、线侧平式、高架站房。高架站房布局主要为“侧式站房+高架站房+侧式站房”的形式。高架站房常采用大跨度、大柱网的混凝土（或预应力）结构。根据工期、及现场施工条件等因素，也有采用钢结构框架结构。钢结构施工速度快、工厂化预加工、现场拼装，可以节约大量施工时间，由于钢结构具有可回收功能，符合绿色建筑要求。

西昌西站高铁站房为高烈度设防区大跨空间组合结构，其中侧式站房包括出站层、进站层及候车层，高架包括站台层及高架候车层，屋盖采用空间管桁架结构。高架站房结构设计使用年限为 50 年，抗震设防类别为乙类，抗震设防烈度为 8 度（0.3g），设计地震分组为第二组，场地类别为Ⅱ类。

西昌西站主要结构尺寸如下：高架候车主要由16.6米标高候车层、22.0米标高商业夹层、27.1米设备层（局部）及屋面桁架部分组成，高架候车部分平面投影为矩形，长95.07米x宽83.8米。基本柱距为12米、16米和18米，跨度约26.42米、20.72米、26.53米、21.4米等。16.6标高米以下柱采用矩形钢管混凝土、16.6标高米以上采用矩形钢管和圆钢管柱，16.6米标高钢梁采用H型钢巨型桁架、次梁为H型钢，22.0米标高夹层及27.1米标高设备层梁采用H型钢梁，楼板采用150mm钢筋桁架楼承板上浇钢筋混凝土楼板。

依据《建筑楼盖结构振动舒适度技术标准》（JGJ/T 411-2019）对西昌客站大跨度楼盖人行致振动控制进行研究，主要研究高架候车厅竖向振动响应进行计算分析，并与规范要求的舒适度限值进行比较。

一、方案选定

结构方案阶段分别采用混凝土框架（钢骨柱）结构或钢结构框架（H型钢梁桁架）进行对比分析，混凝土框架柱截面为2.0米x2.0米、梁截面2.4米，由于混凝土柱截面超出限界要求，后直接采用钢结构框架形式，柱截面控制在1.5米x1.2米以内。

高架站房钢结构截面、楼承板型号选择参照“长昆线贵安站高架站房施工图”和“成都东站站房施工图”进行设计，高架站房柱采用矩形钢管柱，截面为矩1200x1200x30+C50、矩1300x1000x30+C50,钢材质质为Q390B。主梁根据柱网布置，二级主梁考虑次梁长度控制在9米以内设置。H型钢桁架高度控制在2650mm（上、下弦梁翼缘顶面及底面），次梁截面以不超过H型钢桁架梁上弦截面高度为准，间距不大于4.5米布置。楼承板考虑免支模、内部穿管线、高速列车噪声、施工机械行走等因素，采用150mm钢筋桁架楼承板体系。

二、楼盖动力舒适度分析

（一）结构计算简图

次梁跨度8.050米，截面为H600X250X14X16（Q355B材质），次梁间距最大4.0米，楼承板厚为150mm厚C30混凝土钢筋桁架楼承板。建筑面层厚150mm。

主要平面如下：

图 1.1 高架候车厅主桁架布置图

图 1.2 高架候车厅次梁布置图

图 1.3 典型桁架结构立面布置图

图 1.4 钢筋桁架楼承板截面示意图

图 1.5 钢筋桁架楼承板参数表

（二）结构动力特性分析

本次分析采用有限元软件 MIDAS GEN，对该高架候车厅进行减振前的动力特性分析，计算按三维空间结构进行分析，计算模型如图 2.1 所示，楼板标号划分如图 2.2 所示。

图 2.1 高架候车厅结构模型

图 2.2 高架候车厅楼板标号

（三）结构模态分析

对该结构采用特征向量法进行模态分析，取竖向振动强烈的振型的周期、频率及质量参与系数统计如表 2.1 所示，加粗部分为主要讨论振型。结构振型图如图 2.3 所示。

表 2.1 结构的各阶模态和参与质量

图 2.3 结构模态振型图

通过对每块板对各个频率进行试加载，并结合模态振型图，得到各板共振频率。选取的分析频率如表 2.2 所示。

表 2.2 工况分析频率

（四）荷载模拟与工况定义

步行工况考虑楼板实际使用功能，采用施加移动荷载的方式，模拟行人从楼板上经过的情况。在本工程中，加载时人群荷载均布于对应频率最不利部分，考虑人步行频率范围大致为 1.50Hz~2.50 Hz，针对楼板的竖向舒适度控制，本次分析选取步行荷载频率见表 2.3。

表 2.3 步行工况参数计算表

荷载加载情况如图 2.4 所示。

图 2.4 步行荷载加载情况

（五）结果分析

根据《建筑楼盖结构振动舒适度技术标准》（JGJ/T 411-2019），本工程步行工况振动峰值加速度限值取 0.15m/s²。各模态分析结果见表 2.4，加速度时程曲线如图 2.5。

表 2.4 各板对应模态下竖向加速度峰值

（a）板 1 加速度时程（max=0.04660 m/s²）

（b）板 8 加速度时程（max=0.04101 m/s²）

（c）板 24 加速度时程（max=0.04331 m/s²）

（d）板 29 加速度时程（max=0.02994 m/s²）图 2.5 加速度时程

由表 2.4 可见，各板在对应模态下的竖向加速度峰值均小于规范限值，且由图 2.5 可知，施加人行荷载并未与楼板产生共振。分析表明，楼盖舒适度满足相关规范限值要求。

三、结论

1、高架两侧边跨为商业及设备用房，均有砌体围护墙体，模型仅考虑荷载，竖向频率中间板跨小，实际情况远大于计算值。

2、中间部分候车大厅自动频率大于规范限制，加速度值远小于规范要求。

3、项目在施工完成后，根据客流量组织人员模拟行走，均未感受到振动。

参考文献：

[1] JGJ/T 411-2019 建筑楼盖结构振动舒适度技术标准[s]. 北京：中国建筑工业出版社, 2019.