本書詳細(xì)闡述了青島北站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的全過程,以及施工的關(guān)鍵技術(shù),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(gòu)、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(gòu))和兩側(cè)對稱的站臺無柱雨棚等各部位的結(jié)構(gòu)計(jì)算分析與設(shè)計(jì);第3篇詳細(xì)介紹青島北站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究中的關(guān)鍵技術(shù)。
本書是我國重大建設(shè)工程中高鐵站房領(lǐng)域的空間結(jié)構(gòu)科技著作,內(nèi)容的深度與廣度非常少見,編寫團(tuán)隊(duì)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(yùn)、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(yùn)樞紐站。站場規(guī)模按8臺18線布置,整個(gè)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(yùn)部分,以及車站辦公服務(wù)用房與設(shè)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(yù)示著青島市經(jīng)濟(jì)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(shí)采用預(yù)應(yīng)力立體拱架結(jié)構(gòu)體系直接外露,是建筑美與結(jié)構(gòu)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(gòu)設(shè)計(jì)的極大挑戰(zhàn)性,設(shè)計(jì)難度與復(fù)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(shè)計(jì)研究院有限公司及法國AREP公司三家單位組成的設(shè)計(jì)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(biāo)開始,設(shè)計(jì)工作先后經(jīng)歷了結(jié)構(gòu)方案深化設(shè)計(jì)、初步設(shè)計(jì)、修改初步設(shè)計(jì)、施工圖設(shè)計(jì)、施工配合、車站運(yùn)營配合設(shè)計(jì)等多個(gè)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(gòu)單體也都進(jìn)行了充分的討論和多輪的修改,共歷時(shí)6年多的時(shí)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(xiàng)精品工程,構(gòu)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(gòu)設(shè)計(jì)過程中,設(shè)計(jì)聯(lián)合體曾協(xié)同西南交通大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)、北京科技大學(xué)、東南大學(xué)、建研科技股份有限公司、北京市建筑工程研究院等設(shè)計(jì)研究團(tuán)隊(duì),對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行系統(tǒng)的理論研究、試驗(yàn)驗(yàn)證及設(shè)計(jì)方法研究,成功突破了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵技術(shù),解決了項(xiàng)目設(shè)計(jì)過程中的諸多難題,為項(xiàng)目的順利進(jìn)行奠定了良好的基礎(chǔ)。
青島北站屬于多種結(jié)構(gòu)體系巧妙組合而成的混合體,含預(yù)應(yīng)力立體拱架結(jié)構(gòu)、拉索結(jié)構(gòu)和鋼桁架結(jié)構(gòu)及部分混凝土結(jié)構(gòu),而且主構(gòu)件截面多為異形截面,加之單體長度與跨度超限,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難點(diǎn)頗多。通過預(yù)應(yīng)力立體拱架的應(yīng)用,緊密結(jié)合建筑造型,在滿足建筑外觀要求的基礎(chǔ)上,良好地達(dá)到了屋蓋結(jié)構(gòu)的安全可靠使用要求,實(shí)現(xiàn)了獨(dú)特建筑造型與新穎結(jié)構(gòu)體系的統(tǒng)一;大量運(yùn)用復(fù)雜節(jié)點(diǎn)和異形截面構(gòu)件,通過大尺度縮尺模型試驗(yàn)及節(jié)點(diǎn)與異形截面試驗(yàn)的驗(yàn)證,同時(shí)進(jìn)行相應(yīng)的電算模擬,圓滿完成了對其工作性能的驗(yàn)證,同時(shí)為其他相似工程問題提供了經(jīng)驗(yàn);通過耐火試驗(yàn),驗(yàn)證高礬索在初始預(yù)應(yīng)力作用下,噴涂防火涂料后,拉伸變形0.3%,在500 ℃高溫下達(dá)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(yàn)在國內(nèi)尚屬首次;運(yùn)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(shí)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(yīng)用,在不增大原有框架柱截面的基礎(chǔ)上,控制住了結(jié)構(gòu)在地震作用下的層間位移角與振動響應(yīng),從而有效地保護(hù)結(jié)構(gòu)在強(qiáng)震下的安全,而且安裝方便,施工快捷;預(yù)應(yīng)力幕墻鋼結(jié)構(gòu)在滿足建筑外觀和結(jié)構(gòu)安全可靠的基礎(chǔ)上,良好地實(shí)現(xiàn)了其功能作用,與主體結(jié)構(gòu)的靈巧通透形成了呼應(yīng)。
自2013年12月車站正式通車后迄今為止,青島北站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)等各項(xiàng)科研課題均通過了相關(guān)部門驗(yàn)收,達(dá)到國際先進(jìn)水平,部分成果達(dá)到國際領(lǐng)先水平,共完成關(guān)鍵技術(shù)研究報(bào)告11項(xiàng),發(fā)表論文20余篇,相關(guān)成果共獲得省部級獎勵5項(xiàng)。
青島北站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(xué)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(xué)軍、夏世群、蔣世林等國內(nèi)專家的指導(dǎo)和幫助;
另外,設(shè)計(jì)聯(lián)合體內(nèi)各單位的領(lǐng)導(dǎo)和許多專家同行亦給予了熱情關(guān)心、指導(dǎo)與幫助,在此表示最誠摯的感謝。
工程建設(shè)過程中,在青島北站建設(shè)指揮部強(qiáng)有力的領(lǐng)導(dǎo)下,總包單位中鐵二局、中建股份等單位,以及中建鋼構(gòu)有限公司、中建安裝有限公司等鋼結(jié)構(gòu)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(qiáng);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(xiàng)目的羅斌、談?wù)、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(yáng)、湯理達(dá)等提供了工程建設(shè)過程中相關(guān)的資料與素材。參加本書編寫的還有李靜姝、葛鵬等。部分?jǐn)z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(wù)建設(shè)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(gòu)工程師,國家注冊咨詢工程師(投資),原為北京市建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司主任工程師,現(xiàn)為中國電子工程設(shè)計(jì)院一所總工。工作期間以第一專業(yè)負(fù)責(zé)人參與大小工程20余項(xiàng),曾參與北京銀泰中心及北京財(cái)源國際中心等超高層超限項(xiàng)目,主持并負(fù)責(zé)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(xiàng)目專業(yè)負(fù)責(zé)人之一。共發(fā)表專業(yè)學(xué)術(shù)論文40余篇。 作者所著《建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法與實(shí)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(shí)例實(shí)用性強(qiáng),符合設(shè)計(jì)人員實(shí)際需求,緊貼設(shè)計(jì)一線,獲得了包括同濟(jì)大學(xué)李國強(qiáng)教授、中國鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會專家委員會委員甘明等業(yè)內(nèi)知名專家學(xué)者的一致好評。出版時(shí)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(shè)計(jì)院、高校、施工方等各方專家的積極點(diǎn)評與認(rèn)可。該書由于其實(shí)用性及目前我國一線鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師相關(guān)著作的稀缺性,受到廣大鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)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(xué)光盤也已成為鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)從業(yè)者的*培訓(xùn)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(shè)計(jì)概況4
13工程大事記21
14主要科技成果29
第2章結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)31
21海鷗形屋蓋鋼結(jié)構(gòu)31
22高架候車層鋼結(jié)構(gòu)33
23東西廣廳與觀景平臺結(jié)構(gòu)34
24站臺無柱雨棚35
25地下結(jié)構(gòu)與地基基礎(chǔ)36
第2篇結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析
第3章海鷗形屋蓋鋼結(jié)構(gòu)47
31結(jié)構(gòu)體系與成形47
32結(jié)構(gòu)計(jì)算分析49
33屋蓋鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)139
第4章高架候車層結(jié)構(gòu)152
41結(jié)構(gòu)體系152
42技術(shù)條件153
43驗(yàn)算控制標(biāo)準(zhǔn)159
449000 m標(biāo)高候車層整體計(jì)算159
45計(jì)算結(jié)果檢驗(yàn)166
46其他計(jì)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(gòu)舒適性分析191
53消能減振分析設(shè)計(jì)191
54節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)197
第6章幕墻鋼結(jié)構(gòu)199
61結(jié)構(gòu)體系說明199
62幕墻鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)依據(jù)及引用技術(shù)文件200
63基本參數(shù)201
64南(北)區(qū)幕墻鋼結(jié)構(gòu)201
65幕墻鋼結(jié)構(gòu)部分施工圖210
第7章站臺無柱雨棚 213
71結(jié)構(gòu)形式及特點(diǎn)213
72結(jié)構(gòu)計(jì)算分析214
73結(jié)構(gòu)分析情況221
74構(gòu)件截面驗(yàn)算225
75鋼柱落地斜拉索設(shè)計(jì)228
76關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)計(jì)算229
77雨棚部分施工圖233
第8章地
下 結(jié) 構(gòu)238
81橋建合一地下結(jié)構(gòu)238
82東西廣廳地下結(jié)構(gòu)247
83基礎(chǔ)設(shè)計(jì)248
第3篇關(guān)鍵技術(shù)
第9章大型基坑設(shè)計(jì)與施工261
91前期設(shè)計(jì)261
92基坑工程設(shè)計(jì)266
93基坑工程的重點(diǎn)設(shè)計(jì)268
94本章小結(jié)272
第10章大跨鋼結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載效應(yīng)274
101數(shù)值風(fēng)洞研究274
102風(fēng)洞試驗(yàn)研究281
103本章小結(jié)284
第11章大跨鋼結(jié)構(gòu)抗火性能化設(shè)計(jì)286
111主站房FDS火災(zāi)模擬286
112主站房屋蓋結(jié)構(gòu)抗火承載力驗(yàn)算294
113本章小結(jié)301
第12章預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)302
121預(yù)應(yīng)力立體拱架302
122無柱雨棚預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)310
123本章小結(jié)315
第13章鋼結(jié)構(gòu)異形截面承載力驗(yàn)算316
131異形截面驗(yàn)算思路316
132截面驗(yàn)算程序EAS
MIDAS317
133截面驗(yàn)算結(jié)果320
134本章小結(jié)322
第14章消能減振設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)方案328
146多遇地震下彈性時(shí)程分析330
147罕遇地震下彈塑性時(shí)程分析331
148本章小結(jié)333
第15章大型拱腳節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)334
151有限元分析討論335
152邊界條件和荷載取值336
153計(jì)算結(jié)果的分析與討論337
154本章小結(jié)339
第16章結(jié)構(gòu)試驗(yàn)研究341
161立體拱架縮尺模型試驗(yàn)341
162異形截面試驗(yàn)356
163復(fù)雜節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)360
164本章小結(jié)368
第17章含預(yù)應(yīng)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(yàn)377
176本章小結(jié)380
第18章大跨鋼結(jié)構(gòu)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(xiàn)408