黄 刚

(中铁第四勘察设计院集团有限公司,武汉 430063)

铁路昆明南站位于呈贡新区吴家营片区，车站距西面新建的市行政中心约3 km、距滇池约7 km，距离昆明站约28 km，车站外部造型结合昆明独有的地域文化特点，演绎“雀舞春城”的主题。新建昆明南客站后，枢纽内将形成昆明站、昆明南站“两站并重”格局。昆明南站设计总规模为16站台30条到发线(含正线)，铁路车场布置渝昆场、沪昆场、云桂场三场。昆明南站车站建筑是新建昆明南站工程中的核心项目，它包括了客运站房(约12万m2)、站台雨棚(约8万m2)、北侧轨行区下部架空停车场及换乘空间(约7万m2)。见图1。

图1 昆明南站效果图

昆明南站地上3层，地下1层。首层为地下1层，地面高程为-10.500 m，用于地下停车场、国铁出站厅、地铁入口及设备等。二层为站台层，站台面高程为±0.000 m，主要柱网为10.75 m×22 m；三层(9.500 m高程)为高架候车室，在站房外设置了高架车道及落客平台；候车室四角设置有设备及商业夹层，楼面高程为16.7 m。建筑物室外屋面高度44.5 m。站房顺轨方向为226 m，垂直于轨道方向为430.5 m，主要柱网为21.5 m×22 m。

昆明南站采用“桥建合一”的框架结构。根据《铁路桥涵设计基本规范》(TB10002.1—2005)[3]1.0.5条的要求，桥梁结构的使用年限为100年。本工程±0.000 m(即承轨层)以下设计使用年限为100年；±0.000 m以上非承轨层结构设计使用年限为50年，混凝土结构耐久性为100年。为了提高站房结构的设计使用年限，在结构设计中采取了以下措施：(1)基本风压和基本雪压均按100年一遇取值；(2)建筑结构安全等级为一级，结构重要性系数为1.1；(3)钢筋混凝土结构设计中采用的混凝土等级、配比及相关参数、钢筋保护层厚度按照100年使用年限确定。

《建筑结构抗震设计规范》(GB50007—2010)[1]规范中的昆明南呈贡区地震参数：抗震设防烈度为8度，水平地震影响系数为0.16，设计地震加速度值为0.2g，地震分组为第3组，场地特征周期：0.45 s。昆明南站主站房建筑抗震设防类别为乙类。根据《建筑抗震设计规范》(GB50011—2010)[1]和《高层混凝土结构技术规程》(JGJ3—2010)[2]，昆明南站房框架结构应采用比一级更为有效的抗震构造措施。

昆明南站房融铁路桥梁与房屋建筑于一体，按照铁路桥梁设计使用年限100年的要求，小、中震：承轨层按照规范反应谱的1.4倍取值；其他结构为50年规范反应谱。大震按3条地震时程曲线计算结果取包络，进行了大震动力弹塑性反应分析，根据计算结果有针对性的调整结构布置、构件大小、梁柱配筋等[11]。

在多遇地震(小震)作用下满足抗震性能第1水准的要求，即昆明南站站房所有构件处于弹性，满足承载力和变形的要求，保证小震不坏。设防地震(中震)作用下，采用必要的抗震措施保证中震可修的目标可以实现。关键节点和重要构件：承轨层梁和柱、支撑屋面结构柱子、转换梁——承载力性能2，其中高架候车层以上结构变形控制按性能3(中震不屈服)要求；一般构件：其他梁柱、0.000～9.5 m的柱子——性能3。罕遇地震作用下，变形符合规范的要求，采取必要的措施实现大震不倒的目标，满足抗震性能第4水准的要求[11]。

由于《铁路桥涵设计基本规范》[3]温度作用为附加力，在桥梁组合中不折减，温度荷载取值考虑混凝土结构收缩和室外温度变化的影响。《建筑结构荷载规范》(GB50009—2012)昆明地区的基本气温：最高为28 ℃，最低为-1 ℃；考虑合龙温度为10～15 ℃。温度作用为降温16 ℃，升温18 ℃。考虑混凝土收缩-10 ℃和徐变引起的应力松弛系数0.4。

昆明南站二期恒载采用200 kN/双线；利用midas gen软件试算楼面荷载计算构件的内力，将弯矩、剪力包络值，面荷载按照等效原则取值为20 kN/m2。

考虑到车站只运行客车的条件，列车静活载取ZK活载；列车动活载按《高速铁路设计规范》(TB10621—2009)[5]计算，取列车静活载乘以动力系数(1+μ)。ZK标准荷载形式见图2。

图2 ZK标准荷载形式(单位：m)

将列车活载加载图示等效成均布面荷载的方式处理，并在结构设计时考虑列车活荷载的最不利布置，保证构件的截面设计满足受力要求，即将ZK荷载施加于midas civil软件利用影响线计算结果，试算楼面均布荷载使梁柱各构件满足弯矩、剪力的包络值，考虑动力冲击系数μ=1.2，活载取值为20 kN/m2。

横向摇摆力取100 kN，其作用点位于垂直于线路方向的结构层(±0.000高程)，每一结构区段只考虑一个横向摇摆力。列车制动力和牵引力按列车竖向静活载的10%计算。制动力与牵引力是顺轨方向的水平力，以集中力按不利位置考虑就行。钢轨伸缩力按35 kN/轨/柱计算，设计时，首先计算出该轨道下部的承重柱数目，从而计算出该根轨道的伸缩力，该伸缩力为沿轨道方向的水平力，作用于沿轨道方向的楼层(±0.000高程)。断轨力只考虑一线一轨，其他线考虑钢轨伸缩力。

承轨结构层及站台层主要用于火车停靠及旅客上下车使用。该层采用钢筋混凝土框架结构，主框架梁及承托列车轨道次梁为钢骨混凝土梁，框架柱为钢骨钢筋混凝土柱。本层作为承托列车的主要载体，其构件设计应满足铁路工程相关设计规范的要求；同时，本层作为上部站房结构的一部分，也必须满足相关民用建筑设计规范的要求，因此本层结构设计必须兼顾铁路工程和民用建筑的相关要求。为此，特按如下要求进行设计[7，10]。

(1)采用整体模型进行计算，承轨层活荷载按《铁路桥涵设计基本规范》(TB10002.1—2005)中的规定并根据昆明南站房的具体布置取值，鉴于枢纽型车站，列车经过和停留频繁，列车荷载作为可变荷载，其组合值系数、频遇值系数和准永久系数采用了与汽车库中汽车可变荷载相同的系数；在不同的设计组合中，对温度作用效应的组合值系数取0.6，频遇值系数取0.5，准永久值系数取0.4。

按照《铁路桥涵设计基本规范》(TB10002.1—2005)中的规定，参照《建筑结构荷载规范》(GB50009—2012)进行荷载组合并结合昆明南站房结构的特殊性，考虑列车在线路上不同位置和站场内的不同位置对承轨层的不利影响，求出各构件的设计内力，并根据此内力进行构件设计。抗震设计时，分别进行多遇地震、设防地震和罕遇地震下的地震计算，结构安全等级为一级。

(2)采用整体模型进行计算，承轨层活荷载按《铁路桥涵设计基本规范》(TB10002.1—2005)中的规定并根据昆明南站房的具体布置取值，采用《铁路桥涵设计基本规范》中的规定进行荷载组合，考虑列车在线路上不同位置和站场内的不同位置对承轨层的不利影响，求出各构件的包络内力，并根据此内力按照《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》(TB10002.3—2005)的容许应力法进行构件设计。

来的亲戚朋友，也要放炮仗。比较特别的是，见不到唢呐，整个葬礼，既见不到唢呐，也见不到敲锣打鼓的娱乐场面。大概能够娱乐的，就只有芦笙了（唯一的鼓在棺材边挂着，不能随便敲）。

抗震计算采用整体计算模型，计算参数采用《铁路工程抗震设计规范》(TB50111—2006)设计地震的设计参数，计算出构件的包络内力，并根据此内力按照《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》[4]的容许应力法进行构件设计。

对比方法(1)和方法(2)构件配筋结果，在满足各自对应规范所要求的强度、变形、裂缝的前提下，取两者之间的大值作为构件的实际配筋[12]。

多遇地震作用下钢骨混凝土柱层间位移角限值：1/550；罕遇地震作用下钢骨混凝土柱层间位移角限值：1/50；多遇地震作用下钢管混凝土柱层间位移角限值：1/300；罕遇地震作用下钢管混凝土柱层间位移角限值1/50。钢管混凝土框架风荷载作用下层间相对位移与层高之比不大于1/400；雨棚钢管混凝土柱风荷载作用下层间相对位移与层高之比不大于1/150。在建筑规范中，承轨层梁、板裂缝控制等级为三级，环境类别为一类，最大裂缝为0.3 mm，在桥梁结构中一般大气条件下的无防护措施钢筋混凝土结构构件裂缝宽度不超过0.2 mm，因此昆明南站的承轨层梁、板裂缝按照0.2 mm控制；其他建筑结构梁、板裂缝宽度不大于0.3 mm。

梁式桥跨结构由于列车竖向静活载所引起的竖向挠度不超过L/800(边跨)，L/700(中跨)。在列车摇摆力、离心力和风力的作用下，梁体的水平挠度应小于或等于梁体计算跨度的1/4 000。

昆明南站主站房平面尺寸226 m×430.5 m，按照《混凝土结构设计规范》(GB50010—2010)和《建筑抗震设计规范》(GB50011—2010)的要求，为避免过大的温度应力对结构产生不利影响，顺轨方向通过设置两道变形缝将平面分割成三部分，分别位于Q、H轴，横轨方向也通过设置两道变形缝将平面分割成B1、B2、B3三部分。在承轨层(±0.000 m)以下采用双柱设缝，缝宽150 mm，高架层(9.500 m)采用钢桁架布置于一个柱跨，一端滑动，一端固定。屋面在Q～R轴、H～G轴横轨向桁架跨中设置伸缩缝，如图3所示。

图3 变形缝处剖面

昆明南站站房结构及雨棚结构分析主要应用了PKPM和MIDAS/GEN软件(7.8.0)进行分析设计。PKPM主要是分区进行匡算结构，MIDAS主要分析屋面、整体模型以及雨棚等，梁、柱及桁架采用梁单元，板采用薄壳单元，为考虑楼板结构的刚度作用，结构整体计算时将楼面结构梁进行了偏置。

5.2.1 整体计算模型

图4 站房结构整体模型

5.2.2 模态分析

质量按照重力荷载代表值进行计算，9.5 m高架候车室楼板按照弹性楼板考虑。结构的振动周期及频率见表1。

表1 整体结构自振周期

结构主要振动形态见图5。

图5 整体模型振型图

前3阶振型为Y向平动，第4阶振型为X向平动，第5、6阶振型为X向平动+扭转，第7阶振型为扭转。通过观察振型，可发现前45阶振型主要为钢结构屋盖的振动，从第46阶振型开始出现下部框架结构楼面板的整体竖向振动，因而下部混凝土框架结构的刚度较上部钢屋盖结构要大得多。

5.2.3 站房结构分析

昆明南站B区站房混凝土结构在地震作用下层间位移角计算结果见表2，X方向为顺轨方向，Y方向为垂轨方向，单向地震考虑了5%的偶然偏心影响。其中承轨层为小震100年规范反应谱计算结果，其他层为50年计算结果。

表2 B区单向地震作用下层间位移角计算结果

5.2.4 屋面计算分析

在荷载组合作用下，屋面桁架竖向最大位移，详见图6，最大应力比详见图7。

图6 空间桁架结构标准组合下竖向位移(最大0.171 m)

图7 空间桁架结构主构件应力比云图

在X、Y向单向地震作用下，屋面桁架的最大水平位移分别为114、154 mm。

屋面空间桁架最大应力比0.9，桁架弦杆应力比控制在0.85以下。支撑屋面钢管混凝土柱最大应力比0.81。中震下的支撑屋盖钢管混凝土柱最大应力比为0.96，保持弹性状态，顺轨向的层间位移1/256，垂轨向的层间位移1/235，能满足性能2要求。

5.2.5 中震计算分析

由于承轨层的设计使用年限为100年，对于承轨层的地震效应，还考虑了1.4的放大系数[1]。以B2区为例，分别进行了50年小震和50年中震(高架层)，以及100年小震和100年中震(承轨层)弹性分析计算。小震和中震下各层的地震剪力和位移见表3、表4。

表3 小震和中震下B2区地震剪力 kN

表4 小震和中震下B2区地震位移

对比小震和中震的计算结果，中震下构件内力增加显著。按照抗震性能目标，承轨层梁和柱、支撑屋面结构柱子、转换梁等关键节点和构件在中震下应基本完好且基本保持弹性状态。

(1)昆明南站站房混凝土结构采用型钢混凝土结

构，较好地满足了建筑功能和平面、空间以及造型的需求，特别是在高烈度地震区域，能保证结构的安全性。

(2)“桥建合一”设计思路即同时满足房屋建筑结构和铁路桥结构设计要求，满足抗震性能的要求，并取其设计效应较大值作为结构设计的依据，是可行、可靠的。

[1] 中华人民共和国住房和城乡建设部.GB50011—2010 建筑抗震设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2010

[2] 中华人民共和国住房和城乡建设部.JGJ3—2010 高层建筑混凝土设计规程[S].北京：中国建筑工业出版社，2010.

[3] 中华人民共和国铁道部.TB10002.1—2005 铁路桥涵设计基本规范[S].北京：中国铁道出版社，2005.

[4] 中华人民共和国铁道部.TB10002.3—2005 铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范[S].北京：中国铁道出版社，2005.

[5] 中华人民共和国铁道部.TB10621—2009 高速铁路设计规范(试行)[S].北京：中国铁道出版社，2009.

[6] 中华人民共和国住房和城乡建设部.GB50007—2010 混凝土结构设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2010.

[7] 白鸿国，刘祥君，施威.北京南站轨道层桥梁结构特点[J].铁道标准设计，2010(7)：34-36.

[8] 雷素敏.南京南高架站桥梁设计[J].铁路标准设计，2010(1)：52-54.

[9] 孙俊岭.框架结构体系在上海虹桥站正线桥的应用研究[J].铁道工程学报，2010(8)：73-76.

[10] 龚俊虎，王庭正.沪宁城际铁路高架站桥梁设计与研究[J].铁道标准设计，2012(8)：36-39.

[11] 中铁第四勘察设计院集团有限公司.昆明南站抗震设防专项审查报告[R].武汉：中铁第四勘察设计院集团有限公司,2010.

[12] 游又能.桥建合一式高架车站设计在莞惠城际轨道交通中的应用[J].铁道标准设计，2012(8)：121-125.

[13] 史娣.武汉站桥建合建结构桥梁设计的关键技术研究[J].桥梁建设，2008(6)：34-36.

铁道标准设计2013年6期