1 工程概况

　　 济青高铁青岛红岛站为新建铁路枢纽站房，规模为10台20线，由站房和雨棚组成，站房面积约7万m²,雨棚覆盖面积约4万m²。站房平面呈工字形，中部为高架候车厅，顶部为单向坡屋面，屋脊标高45.893m, 距地面高度51.893m。南北站房上部均为五朵浪花形状造型，其中北部站房顶部最高点标高55.072m, 距地面高度61.072m; 南部站房顶部最高点标高60.138m, 距地面高度66.138m。高架候车层平面中部顺轨向宽度约171m, 两端顺轨向宽度约268m, 垂轨向长度约310m。站房主要柱跨为：垂轨21.5,28.5m; 顺轨19.0,21.0,22.0m。站台雨棚采用无站台柱雨棚，主要柱跨度为：垂轨21.5,28.5m; 顺轨31.0m, 站台雨棚与站房完全脱开。站房东西两侧和四角有配套高架车道引桥，均和站房分开设置。站房鸟瞰图见图1,站房总平面图见图2。

　　 图1 站房鸟瞰图   

　　  

　　 图2 站房总平面图   

　　  

　　 图3 站房顺轨向剖面图

　　  

　　 站房自下而上分别为城市轨道交通层(分两层，标高分别为-24.420,-18.720m)、城市通廊层(标高-12.000m)、广场层(地面层，标高-7.120m)、承轨层(标高-2.900m)、站台层(标高0.000m)、高架候车层(标高9.600m)、旅服夹层(标高17.100m)。站房顺轨向剖面图见图3。

　　 本文主要介绍站房主体结构部分，城市轨道交通、正线桥、高架落客车道及其引桥、雨棚、基础等内容将不作深入介绍。站房承轨层及其以下部分设计使用年限为100年，站房承轨层以上部分设计使用年限为50年，站房耐久性设计年限均为100年 ^[1]。建筑抗震设防类别为重点设防类(乙类) ^[2],建筑结构安全等级为一级，地基基础设计等级为甲级，以基础顶作为嵌固端。根据《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2010) ^[3](简称抗规),抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.10g,多遇地震下水平地震影响系数最大值为0.08,设计地震分组为第二组。根据地质勘察报告，场地类别为Ⅱ类，场地特征周期为0.40s。50年一遇基本风压为0.60kN/m²,100年一遇基本风压为0.70kN/m²,地面粗糙度类别为A类 ^[4]。50年一遇基本雪压为0.20kN/m²,100年一遇基本雪压为0.25kN/m^{2 [4]}。

2 主站房结构体系和结构布置

　　 站房主体结构为框架结构，站台层以上采用钢结构，站台层及以下采用钢筋混凝土结构(部分柱采用钢骨混凝土柱)。

2.1 广场层结构

　　 广场层结构标高-7.120m, 广场层建筑地面标高与室外广场持平；楼板范围为站房南、北两端Ⓒ轴、轴外侧及城市通廊东、西两侧各一跨范围。本层除上部延伸至高架候车层的柱采用钢骨混凝土柱外，其余均采用钢筋混凝土柱。典型钢骨混凝土柱截面为□2 200×2 200,□1 900×1 900,柱混凝土强度等级C55。主、次梁均采用普通钢筋混凝土梁，板采用现浇钢筋混凝土板，典型板厚为150mm(室内)和250mm(室外),梁、板混凝土强度等级C40。广场层被正线桥划分为三个独立的结构单元，从南往北三个独立结构单元的长度分别为76,129,156m。广场层结构平面图如图4所示，典型钢骨混凝土柱截面如图5所示。

　　 图4 广场层结构平面图 

　　  

　　 图5 典型钢骨混凝土柱截面  

　　  

　　 图6 承轨层结构平面布置图   

　　  

2.2 承轨层结构

　　 济青高铁青岛红岛站站场有两条高速正线桥，承轨层主体结构与高速正线桥之间设缝脱开，高速正线桥按桥梁结构设计；其余线路桥梁(均为有砟轨道到发线)与站房主体结构采用“桥建合一”的结构体系，设计时同时满足铁路桥梁与民用建筑的相关规范。由于高速正线桥与站房主体结构设缝脱开，承轨层结构分成3个温度区段，从南往北3个温度区段的长度分别为19,129,65m。本层结构标高-2.900m, 除上部延伸至高架候车层的柱采用钢骨混凝土柱外，其余均采用普通钢筋混凝土柱。典型钢骨混凝土柱截面为□2 200×2 200, □1 900×1 900,柱混凝土强度等级C50。主框架梁与承轨次梁均采用普通钢筋混凝土梁，典型梁截面尺寸为800×2 000, 1 000×2 200, 1 200×2 400, 1 400×2 600等。楼板采用现浇混凝土板，典型板厚为250mm(非轨道区)和400mm(轨道区),梁、板混凝土强度等级C40。承轨层的结构平面布置图和局部典型单元分别见图6、图7。

2.3 站台层结构

　　 站台层结构标高-0.200m, 本层包含轴之间共10个站台以及站房南、北两端的集散广厅和室外平台。站台为支承于承轨层上的附属结构，在承轨层设置梁上柱，典型柱网为5.0m×3.85m, 6.0m×3.85m, 柱截面尺寸为500×500,柱高度为2.7m。站台结构采用现浇钢筋混凝土梁、板，典型梁截面尺寸为350×600,典型板厚为150mm。站房南、北两端的集散广厅和室外平台平面范围为站房Ⓒ轴、轴外侧，框架柱截面类型及尺寸同下部广场层；框架主、次梁均采用普通钢筋混凝土梁；板采用现浇钢筋混凝土板，典型板厚为150mm。站台层柱混凝土强度等级C50,梁、板混凝土强度等级C40。站台层的结构平面布置图和局部典型剖面分别见图8、图9。

2.4 高架候车层结构

　　 高架候车层结构标高9.400m, 本层平面为工字形，由于轨道线间空间受限，无法设置双柱，本层垂轨方向按不设缝设计。工字四角各有约60m长的部分(站房四角独立小浪花造型下部)与中间主站房部分设缝分开。中间部分垂轨向长约310m, 顺轨向宽处约268m, 窄处约171m。高架候车层结构形式采用钢管混凝土柱+钢桁架结构，柱间设双向主桁架，垂轨向设单向次桁架，顺轨向设单向实腹钢次梁，楼板采用150mm厚压型钢板组合楼板，板混凝土强度等级C35。钢管混凝土柱截面为ϕ1 100,ϕ1 400,□1 100×1 100,钢材等级Q420GJC,灌芯混凝土强度等级C50。钢桁架典型高度为2 300mm(中心距),局部高度2 000, 2 500mm。上、下弦杆典型截面为□400×400×16×16～□400×1 200×50×50,腹杆典型截面为□400×400×12×20～□400×1 200×50×50,钢材等级Q345GJC。顺轨向钢次梁截面为H400×300×10×18(梁跨度大于6m)及H400×200×8×12(梁跨度不大于6m),钢材等级Q345C。桁架下弦局部设有设备夹层，按梁板式布置，做法同上弦楼面做法；下弦其余位置在桁架平面外设置系杆，防止下弦杆在温度效应作用下受压失稳。高架候车层结构平面布置图及典型局部布置图和桁架立面图如图10、图11所示。

　　 图7 承轨层局部典型单元  

　　  

　　 图8 站台层结构平面布置示意图   

　　  

　　 图9 承轨层与站台层典型局部剖面图 

　　  

　　 图10 高架候车层结构平面布置图   

　　  

　　 图11 高架候车层典型局部布置图和桁架立面图  

　　  

2.5 旅服夹层结构

　　 旅服夹层标高17.000m, 本层位于候车厅的东西两侧的局部范围，采用钢框架结构。旅服夹层个别框架柱为梁台柱，柱立于高架候车层的桁架上，柱的截面为□800×1 000×40×40,钢材等级Q420GJC。框架梁采用实腹箱形梁，主梁梁高为800～1 400mm, 钢材等级Q345C。楼板采用150mm厚压型钢板组合楼板，板混凝土强度等级C35。旅服夹层结构平面布置图如图12所示。

　　 图12 旅服夹层结构 平面布置图  

　　  

2.6 钢屋盖结构

　　 站房中部钢屋盖结构形式采用钢管混凝土框架柱+空间管桁架，钢屋盖与钢管混凝土柱之间采用铰接连接。钢屋盖南、北两端各通过一榀矩形过渡桁架同端头浪花造型结构连成整体。屋面顺轨向长度为262m, 垂直轨道方向投影长度为248m。屋面钢桁架均采用倒三角空间管桁架，顺轨道方向为5跨，相应跨度为49,37,65,37,49m, 两侧各悬挑12.6m。顺轨道方向除在柱顶设置主桁架外，每跨间根据跨度大小设置2～3道次桁架；垂直轨道方向除在柱顶设置主桁架外，在每处屋脊转折处各设置两道次桁架增强屋面刚度，同时在悬挑末端各布置1道封边桁架。主、次桁架宽度2 400mm、高度约3 500mm, 悬挑端部封边桁架宽度2 100mm、高度约为886mm, 桁架钢材材质为Q345B。屋盖主桁架与下部支撑柱通过成品抗震铰接球型钢支座进行连接。中部钢屋盖结构平面布置图与桁架立面图 ^[5]、倒三角空间管桁架典型截面图分别如图13,14所示。

　　 图13 钢屋盖结构平面布置图和桁架立面图  

　　  

　　 图14 钢屋盖倒三角空间管桁架典型截面图  

　　  

2.7 浪花造型结构

　　 南北入口处浪花造型南北向各为一个柱跨，跨度均为21.5m, 浪花尖部最大外挑27m, 结构形式采用空间网格钢结构，考虑到其单独脱开将形成单跨且带大悬挑的不利情况，因此均将其通过一榀矩形过渡桁架同钢结构大屋面连成一个整体。浪花造型东西向为9跨，两侧各悬挑15.5m, 在轴与轴间和轴与轴间跨中设缝，将浪花造型分为3个结构体系，顺轨向左右两侧为一跨(跨度31.0m),两端各悬挑15.5m, 中间部分为5跨，相应跨度为31,55,65,55,31m, 浪花造型支撑柱材质为Q420GJC,其余构件材质为Q345B。浪花造型结构立面、剖面图见图15～17。

　　 图15 中间跨浪花造型立面图  

　　  

　　 图16 端跨浪花造型立面图  

　　  

　　 图17 浪花造型剖面图 

　　  

3 结构分析与设计

3.1 分析模型与分析软件

　　 本项目采用YJK软件和MIDAS/Gen软件对站房结构进行计算分析，YJK计算模型如图18所示。

　　 图18 站房结构YJK计算模型  

　　  

3.2 站房主要荷载与作用

　　 承轨层及以下部分、基础的设计使用年限100年，设计基准期100年；其余部分设计使用年限50年，设计基准期50年，耐久性年限100 年。场地自然条件见第1节；风荷载根据风洞试验报告确定；屋面下凹处容易积水及积雪，设计时考虑一定的积水及积雪荷载详见第1节。竖向活荷载按照《建筑结构荷载规范》(GB 50009—2012)(简称荷载规范)确定。

　　 温度作用： 根据荷载规范，青岛月平均最高温度+33℃,月平均最低温度-9℃。根据本项目地质勘察报告中提供的气象资料，青岛极端最高温度38.9℃(2002年7月15日),极端最低温度-20.5℃(1957年1月22日)。青岛寒潮一般发生于每年11月～次年2月，平均每年发生4.9次，年均结冰日82d。本项目结构合拢(钢结构合拢、混凝土后浇带封闭)温度定为10～20℃。由于钢结构大屋盖严重超长，对气温的变化比较敏感，需要考虑极端气温的影响。根据气象资料，钢结构屋盖温差取值为升温30℃,降温-40℃;钢结构大屋盖以下(旅服夹层、高架候车层、站台层)按月平均气温的温差取值为升温25℃,降温-30℃;站台层以下温差取值为升温13℃,降温-15℃(地面以下按0.5倍折减)。室外地面10m以下范围不考虑温度荷载。考虑混凝土的徐变，由温差作用引起的混凝土的温度折减系数取0.30。

3.3 列车荷载

　　 列车竖向静活载采用《高速铁路设计规范》(TB 10621—2014) ^[1](简称高速铁路规范)中的“ZK标准活载”,承轨层在分析时，根据最不利内力等效的原则将ZK标准活载等效为均布荷载。由列车活载引起的列车竖向动力作用、横向摇摆力、制动力和牵引力等按高速铁路规范和《铁路桥涵设计基本规范》(TB 10002.1—2005) ^[6](简称铁路桥梁规范)中的相关规定取值。

　　 本工程桥建一体承轨层结构上部列车轨道均为到发线，列车进出时速度较慢，车行振动较小，且轨道为有砟轨道，道砟能有效缓冲列车运行时的振动，结构受列车运行振动的影响较小，因此结构设计时未考虑车行振动对结构的影响。

3.4 结构抗震设计

3.4.1 抗震计算

　　 主站房在多遇地震作用下进行抗震计算时，承轨层以上的站房结构按抗震规范的要求采用 7 度(0.10g) 进 行 计 算； 鉴于承轨层桥梁结构为桥建合一站房中的桥梁结构，将其作为重要桥梁结构加以考虑，根据《铁路工程抗震设计规范》(GB 50111—2006)(2009年版) ^[7]的规定，在多遇地震作用下，地震作用乘以重要性系数 1.4,相当于加大了结构的地震作用，承轨层桥梁结构按铁路桥梁规范进行抗震设计与计算。

　　 由于主站房结构中承轨层以上为钢结构，阻尼比为 0.02; 承轨层及站台层结构按混合结构，阻尼比为 0.04。抗震计算时按楼层结构的材料类型分别选用不同的阻尼比。

　　 本工程屋盖最大跨度65m, 纵向支承点间最大间距291m, 投影面长度约310m, 属于平面投影尺度很大的空间结构，须按多点输入进行抗震计算并考虑行波效应的影响。因工程处于7度区Ⅱ类场地，按抗规要求可采用简化方法考虑多点输入和行波效应对结构的影响。因此设计时对其短边两跨范围内构件乘以附加地震作用效应系数1.15。

3.4.2 抗震措施

　　 如前所述，主站房为框架结构，站台层以下为钢筋混凝土结构，站台层以上为钢结构。平面基本对称，质量和刚度分布较均匀，但广场层、站台层、旅服夹层楼板均没有满铺，高架候车层和钢屋盖没有设缝，钢屋盖总长度310m, 大于300m, 属于超限高层建筑 ^[8],在设计中考虑了如下设计措施：1)采用YJK软件进行结构整体分析，采用MIDAS/Gen软件建立对比模型，互相印证分析结果的正确性与合理性。2)提高结构关键构件的性能目标为B级；性能化设计的具体内容见3.4.4节。3)主框架柱采用钢管混凝土柱(承轨层以下为钢骨混凝土柱),提高结构的延性。4)对不同部位的构件控制不同的应力比，关键构件采用较小的应力比控制限值。5)进行动力弹塑性分析，对结构在罕遇地震作用下的反应进行分析和评价。6)采用MIDAS/Gen软件进行考虑几何非线性的非线性屈曲分析。7)针对建筑的特殊性，对结构进行防连续倒塌分析。8)对结构整体组装模型、钢屋盖分体模型、高架候车层钢桁架及以下分体模型分别分析进行包络设计。9)针对屋盖特殊的复杂节点利用SAP2000及ANSYS软件进行有限元分析。

3.4.3 主站房在多遇地震作用下的计算结果

　　 按抗规、《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ 3—2010) ^[9](简称高规)及《钢管混凝土结构技术规范》(GB 50936—2014) ^[10]要求，层间位移比采用规定水平力作用下的计算结果，其余采用CQC法的计算结果。本工程在多遇地震作用下整体计算结果如表1,2所示。

　　 多遇地震作用下结构自振周期 表1

	T1	1.109 6
前3阶振型周期/s	T2	1.089 5
	T3	0.992 0
周期比(T3/ T1)		0.84

 

　　 注：前3阶的振型质量参与系数X向、Y向、Z向分别为99.74%,99.65%,97.37%。

　　  

3.4.4 主站房整体结构抗震性能化设计

　　 根据本工程的实际情况，结合高规及超限审查意见的要求，本工程的整体抗震设防性能目标定为C级，关键构件抗震设防性能目标提高一级，定为B级，其中关键构件包括钢结构屋面主桁架、南北浪花空间网格结构、支撑钢屋盖的钢管混凝土柱、高架候车层钢桁架、承轨层框架柱、承轨层框架梁。不同构件在不同地震水准下的性能目标见表3。

　　 多遇地震作用下结构整体计算结果 表2

指标		数值
底层地震力/kN	X向	279 300
	Y向	260 420
最大层间位移角(楼层)	X向	1/433(旅服夹层)
	Y向	1/963(站台层)
最大位移比(楼层)	X向	1.31(广场层)
	Y向	1.13(承轨层)
剪重比/%	X向	4.77
	Y向	4.45

 

　　 注：承轨层及以下按钢筋混凝土框架结构，弹性层间位移角限值取为1/550;承轨层以上按钢管混凝土框架结构，弹性层间位移角限值取为1/30。

　　  

　　 不同构件在不同地震水准下的性能目标 表3

构件		多遇	设防	罕遇
钢结构 屋面	主桁架(关键) 浪花造型结构(关键)	弹性	弹性	不屈服
	次桁架	弹性	不屈服	允许屈服
支撑钢屋面的钢管混凝土柱 (关键)		弹性	弹性	抗弯不屈服； 抗剪弹性
旅服 夹层	梁上柱(关键)	弹性	抗弯不屈服； 抗剪弹性	抗弯允许屈服； 抗剪不屈服
	框架梁	弹性	抗弯不屈服； 抗剪弹性	抗弯允许屈服； 抗剪不屈服
高架 候车层	钢桁架(关键)	弹性	弹性	不屈服
	钢管混凝土柱 (关键)	弹性	弹性	抗弯不屈服； 抗剪弹性
站台层	框架梁	弹性	抗弯不屈服； 抗剪弹性	抗弯允许屈服； 抗剪不屈服
	框架柱	弹性	抗弯不屈服； 抗剪弹性	抗弯允许屈服； 抗剪不屈服
承轨层	框架柱(关键)	弹性	弹性	抗弯不屈服； 抗剪弹性
	框架梁(关键)	弹性	弹性	抗弯不屈服； 抗剪弹性
节点	主桁架节点(关键) 浪花造型节点(关键)	弹性	弹性	弹性
	次桁架节点	弹性	弹性	不屈服

 

　　  

　　 设防烈度和罕遇地震作用下的构件截面及配筋复核采用YJK软件进行分析，参数设置如表4所示。计算结果表明，在罕遇地震作用下，下部各层部分钢筋混凝土框架梁端发生屈服，但是抗剪未发生屈服；钢筋混凝土框架柱、型钢混凝土柱、钢管混凝土柱抗弯均未屈服，抗剪保持弹性；施工图配筋时各构件按设定的抗震性能目标进行多遇地震、设防地震、罕遇地震不同工况的配筋结果进行包络设计。高架候车层钢桁架和钢屋盖的主桁架，以及南北入口浪花造型部分空间网格结构在大震不屈服性能目标下应力比均未超限。大震不屈服的部分关键部位的计算结果见图19,20。

　　 性能化设计参数 表4

计算参数	中震弹性	中(大)震不屈服
地震作用影响系数αmax	0.23	0.23(0.50)
作用分项系数	和小震相同	1.0
材料分项系数	和小震相同	1.0
抗震承载力调整系数	和小震相同	1.0
材料强度	和小震相同	采用标准值
活荷载最不利布置	不考虑	不考虑
风荷载计算	不计算	不计算
温度荷载	不计算	不计算
周期折减系数	1.0	1.0
抗震等级有关的调整系数	不调整	不调整
双向地震作用	考虑	考虑
偶然偏心	不考虑	不考虑
结构阻尼比	和小震相同	和小震相同(0.045)
中梁刚度放大系数	1.0	1.0
计算方法	弹性计算	等效弹性计算

 

　　 注：大震不屈服特征周期为0.45s, 其他未列参数与小震计算相同。

　　  

　　 图19 承轨层框架大震不屈服验算结果(局部)   

　　  

　　 图20 高架候车层桁架大震不屈服验算结果(局部)  

　　  

3.4.5 主站房罕遇地震作用下弹塑性时程分析及主要结果

　　 通过对本工程进行3组地震记录、三向输入并轮换主次方向，共计6个计算分析工况的动力弹塑性分析，结果中对混凝土构件的损伤因子定义依据《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)附录C,即对钢构件通过塑性应变与极限应变的比值来定义损伤因子，塑性损伤评价标准见图21。动力弹塑性分析部分关键部位损伤情况见图22～25。由图22可知，柱、梁损伤因子均小于0.3;由图23可知，柱损伤因子均小于0.3,梁损伤因子均小于0.5;由图24,25可知，高架候车层桁架大部分构件损伤因子小于0.5,只有个别构件达到0.65左右。

　　 图21 构件塑性损伤评价标准(损伤因子)  

　　  

　　 图22 承轨层(局部)受压损伤云图   

　　  

　　 图23 承轨层(局部)受拉损伤云图  

　　  

　　 图24 高架候车层桁架(局部)受压损伤图  

　　  

　　 图25 高架候车层桁架(局部)受拉损伤图  

　　  

　　 通过大震弹塑性时程分析，对本工程抗震性能评价可知：1) 结构大震弹塑性时程分析基底剪力约为小震弹性时程分析结果的5.036～5.632倍，部分结构构件进入弹塑性状态。2)主体结构在各组地震波下的最大弹塑性层间位移角为1/148,满足规范限值要求；结构无明显的薄弱层。3)结构主要部位参考点的位移时程响应合理，未出现整体倾斜。4) 结构关键构件损伤情况如下：各层框架柱无损伤或出现少量轻微损伤；承轨层梁出现少量轻微损伤，大部分仍为弹性；高架候车层钢桁架出现少量轻微～中等损伤，大部分仍为弹性；钢屋盖主桁架出现不同程度的轻微损伤，损伤集中在桁架的端部及跨中部位；南北两端支撑浪花造型的框架柱及东西两侧穿层柱出现轻微损伤。综合判定关键构件基本处于弹性状态。5)在罕遇地震作用下本工程结构耗能机制合理，结构抗震性能良好，能够满足预定的抗震性能目标。

3.5 楼、屋盖变形计算结果

　　 承轨层的承轨梁须满足铁路桥梁规范要求，竖向位移控制值取为跨度的1/1 400;其他楼盖竖向位移控制值取跨度的1/400(悬挑结构为1/200);钢屋盖竖向位移控制值取为跨度的1/250(悬挑结构为1/125) ^[11];主站房楼、钢屋盖结构在恒荷载+活荷载标准值荷载工况下的挠度计算结果最大值见表5。

　　 主站房楼、钢屋盖结构在恒荷载+活荷载标准值荷载工况下的挠度计算结果最大值 表5

楼层		最大挠度/mm	挠跨比
承轨层	顺轨方向	7.3	1/3 013
	垂轨方向	0.9	1/11 944
高架候车层	顺轨方向	20	1/1 425
	垂轨方向	20	1/1 050
旅服夹层	顺轨方向	29	1/851
	垂轨方向	24	1/1 188
屋盖	中间跨	131	1/496
	悬挑端	102(向上)	1/123
浪花造型		36	1/1 527

 

　　 注：钢屋盖悬挑端部由于相邻跨跨度较大造成悬挑端变形主要以向上为主，最不利组合挠跨比为1/123(向上),基本满足要求。

　　  

　　 图26 A区竖向自振频率图(f=2.38Hz)   

　　  

　　 图27 B区竖向自振频率图(f=2.26Hz)  

　　  

　　 图28 C区竖向自振频率图(f=2.56Hz)  

　　  

3.6 专项分析和设计

3.6.1 楼层舒适度分析

　　 由于高架候车层采用钢管混凝土柱+主次钢桁架的结构布置形式，结构跨度大，最大处为28.5m×22.0m, 楼盖竖向刚度较小，人流密集且行人对振动比较敏感，对行人舒适度要求较高，故重点对本层进行了舒适度分析。根据高规3.7.7 条规定：楼盖结构应具有适宜的舒适度，其竖向振动频率不宜小于3Hz, 竖向振动加速度峰值不应超过规范限值，一般情况下，当楼盖结构竖向振动频率小于3Hz 时，应验算其竖向振动加速度。

　　 采用YJK软件对高架候车层进行楼盖竖向模态分析，结果如图26～28所示。由图26～28可知，A,B,C区竖向自振频率均小于3Hz, 说明楼盖竖向刚度较小，需要进行竖向振动加速度分析。行人楼盖舒适度分析行人激励输入方式包括同步行走、同步跑动、随机行走、随机跑动等，一般情况候车厅楼盖不会出现人群同步行走的情况，故本工程行人舒适度分析采用人随机行走的激励输入方式，采用YJK软件进行时程分析。

　　 考虑到人行走的随机性，不可能穷尽各种可能，原则上应尽量将激励荷载施加在竖向刚度最小的位置即图26～28所述的A,B,C区这三处楼盖竖向振动频率较小的区域。关于人群分布空间状态，正常使用状态下，行人密度0.3～0.6人/m²为稍稠状态，一般在稍稠状态的人群密度激励下，加速度响应满足要求，可认为其舒适度满足要求。本工程高架候车层人群密度按0.6人/m²考虑，将人行激励作为集中力分别施加在A,B,C区这三处楼盖竖向刚度较小的部位。行人荷载模型采用国际桥梁与结构工程协会(IABSE)建议模型，人重量取0.75kN,人行走频率取1.6,2.0,2.4Hz三种情况，假定行人行走从落足开始，荷载从0开始逐渐增大，其中行走频率取2.0Hz时，人连续行走激励时程曲线见图29。

　　 图29 人连续行走激励时程曲线(行走频率取2.0Hz) 

　　  

　　 计算分析完成后根据各区域的竖向位移云图、竖向振动加速度云图判断最不利点(即特征点)的位置，从而提取楼盖竖向振动加速度时程的计算结果，其中行走频率取2.0Hz时，人行激励下A区特征点加速度响应时程曲线见图30。根据结果可以找出人行激励下楼盖竖向振动加速度最大值，A,B,C三个区域不同频率人行激励下的竖向振动峰值加速度统计见表6。

　　 图30 A区特征点加速度响应时程曲线  

　　  

　　 行人连续行走激励下楼盖竖向振动峰值加速度/(m/s²) 表6

激励频率/Hz	A区	B区	C区
1.6	0.076	0.092	0.116
2.0	0.084	0.105	0.132
2.4	0.088	0.106	0.138

 

　　  

　　 由表6可知，对应同一区域，竖向振动峰值加速度与激励频率成正比。各工况下各区域特征点中竖向振动峰值加速度最大值为0.138 m/s²<0.150 m/s²,满足高规3.7.7条的规定，舒适度验算满足要求。同样，对旅服夹层模态分析表明该层楼盖人行区域自振频率均不小于3Hz, 满足舒适度验算频率限值。

3.6.2 超长楼板温度应力分析

　　 图31 高架候车层降温工况下楼板应力云图/(N/mm²) 

　　  

　　 图32 高架候车层楼板诱导缝做法  

　　  

　　 图33 钢筋混凝土梁和钢骨混凝土柱连接节点做法  

　　  

　　 本工程严重超长，为防止在温度变化作用下楼板开裂，特对温度作用下楼板的温度应力进行分析。温度变化作用下，结构两侧分别向内收缩或向外膨胀，在结构的平面刚心附近会形成一个不动点。由于混凝土抗拉能力较弱，因此对于混凝土楼面的设计是由降温工况控制。以高架候车层为例，降温工况下其西北象限1/4局部楼面楼板的温度应力如图31所示。

　　 由分析结果可知，楼层楼板在降温工况主要承受拉力，结构外轮廓阴角部位及大洞口角部局部区域应力较大。对于大部分区域，通过分析温度拉应力并增配钢筋来控制裂缝，尤其加强外轮廓阴角部位及大洞口角部的楼板配筋，同时在材料、施工、养护等过程进行全过程控制。减小温度、收缩效应的措施包括：混凝土低温入模合拢；钢结构低温合拢；在混凝土配合比设计中，采用收缩小的水泥；将膨胀加强带与后浇带的设置相结合，后浇带内浇筑补偿收缩混凝土，以一定的膨胀应力补偿结构合拢后温差收缩应力。

3.6.3 超长楼盖抗裂诱导缝设计

　　 如前文所述，高架候车层垂轨向长度约310m, 中间不设缝，属于超长结构，设计中对楼盖进行了既定温差下的温度应力分析并采取了一系列楼板加强措施和施工措施。由于高架候车层是乘车人员主要的集中和停留空间，为了避免地面铺装产生不规则裂缝，影响人们的出行体验，在楼板设计中考虑设置诱导缝，从而将可能产生的裂缝引导至一定的部位，该部位亦是地面铺装的接缝位置。诱导缝的做法如图32所示，垂轨向每隔两跨(约40～50m)设置一道，设置位置为沿顺轨向主桁架顶部通长设置。

3.6.4 钢筋混凝土梁和钢骨混凝土柱连接节点设计

　　 本工程站台层以上部分柱为钢管混凝土柱，站台层以下在钢管混凝土柱的外围包裹400mm厚钢筋混凝土形成钢骨混凝土柱，广场层、承轨层、站台层的钢筋混凝土梁须与钢骨混凝土柱连接，其典型连接做法如图33所示。梁纵筋伸入钢筋混凝土叠合层后通过外环板与钢管柱连接，外环板内侧设置加强内隔板。置于外环板上部的钢筋可以现场焊接，置于外环板下部的钢筋因为需要仰焊，为了保证焊接质量要求工厂先焊接钢筋头，后采用机械连接器连接。

3.6.5 高架候车层钢桁架与钢管混凝土柱连接节点设计

　　 高架候车层钢桁架与钢管混凝土柱之间均采用焊接连接，弦杆与柱之间为刚接，弦杆通过外加强环板与柱相接，同时在柱内对应位置设置内隔板以便传力连接；为便于浇筑混凝土，内隔板上设置直径600mm的圆孔。为了便于桁架拼接、减少桁架与柱节点处外环板和内隔板层数、保证钢管混凝土柱内混凝土的浇筑质量，桁架上、下弦杆的高度均取统一的高度，即400mm。通过调整杆件的宽度和壁厚来满足不同承载力的需要，弦杆最小宽度为400mm, 最大宽度为1 200mm。钢桁架与钢管混凝土柱的典型连接做法见图34。

　　 图34 钢桁架与钢管混凝土柱典型连接节点做法 

　　  

4 结论

　　 (1)红岛站主站房主体采用框架结构，下部采用钢筋混凝土柱和钢骨混凝土柱，上部采用钢管混凝土柱；承轨层采用桥建合一设计，高架候车层采用钢桁架结构，钢屋盖采用大跨空间管桁架结构，浪花造型采用空间网格钢结构，建筑造型美观，结构体系传力明确。

　　 (2)结构分析表明，站房主体结构在各类设定工况下的构件承载力满足要求，在各类设定工况下的结构变形满足规范要求。

　　 (3)红岛站主站房主体结构在多遇地震作用下弹性分析和罕遇地震作用下的弹塑性时程分析表明，结构具有良好的抗震性能，主体结构选型和布置满足抗震设计的要求。按桥建合一方式设计的承轨层梁板结构在罕遇地震作用下基本处于弹性阶段，具有较高的抗震承载力。

　　 (4)对大跨度钢结构候车厅楼盖和商业夹层楼盖进行人行活动所致的楼盖舒适度进行分析可知大跨度楼盖竖向舒适度满足要求。

　　 (5)对高架候车层超长楼盖进行了温度分析，采取了一系列抗裂措施，并设置楼板抗裂诱导缝，能有效避免候车厅地面铺装的开裂。

　　 (6) 红岛站结构连接节点设计构造清晰、传力明确，有良好的可靠性。