清河站造型新颖，西侧立面仰斜，屋面西高东低，为实现京张精品站房“展示结构自然美”的设计理念，结构主站房根据建筑立面及内装修效果要求，采用了建桥合一结构体系。地面以上结构采用钢结构，设计了“A柱+Y柱+直柱支承悬链型钢桁架屋盖”的结构体系。其中A型柱西侧支腿倾斜角度与建筑仰斜角度吻合，巧妙地将结构构件融合于建筑立面，同时为结构体系提供了有效的抗侧力支撑及竖向支撑；Y柱为候车厅争取了更宽敞舒适的使用空间，丰富了室内视觉效果，同时减小了屋面两跨主桁架的结构跨度，为屋面结构提供竖向支撑；直柱实现了建筑东侧立面的效果，同时为屋面结构体系提供竖向支撑；悬链型主桁架梁避免二次结构找型带来的造价增加及施工难度。此结构体系建桥合一、体系独特。承轨层以下为混凝土结构，承轨层以上为钢结构，两种结构材料的阻尼比不同，上下两部分抗侧刚度存在突变；主站房区进站大厅上空存在大挑空区，候车层楼板不连续；商业夹层为转换结构，竖向构件不连续；钢结构屋盖最大跨度84米，屋面最大悬挑18米，建筑最大高度43米，本工程为复杂组合结构，为此进行了结构体系的方案比选

高铁候车厅层候车厅柱网为25m×21m，采用钢管混凝土柱，柱锚固于下层承轨梁桥墩柱内，柱 载面为（1200~1800）mm×1200mm的近似椭圆形钢管柱，壁厚50mm，Q390GJ钢，内灌C60高强 昆凝土。楼面采用主次梁结构，梁为H型钢梁，主梁及顺轨向主要次梁截面高度为2100mm，板件厚 度主要为40~55mm，候车厅下设设备管道（包括真压排污系统）层，设备管道、桥架众多，为实现管 道设备层的安装及使用阶段检修功能，需要设置楼板，为此，考虑将候车厅的楼面梁与设备夹层的楼 面梁合二为一，既避免结构侵入下部高铁限界，又更大限度发挥站厅层楼面梁的承载能力，在候车层 楼面及设备夹层楼面处分别设置次钢梁，候车层布设钢筋桁架组合楼板，设备夹层铺设5mm厚花纹 钢板。同时在主梁及次梁的跨中腹板区域预留了一定数量的结构洞，供管线穿越及人员检修用，保证 设备管线及检修有通畅的路由可以通过。 根据候车厅建筑功能的布置，候车厅层的主框架柱有2/3的数量不能延伸至商业夹层，为此进行 了结构柱转换，转换后柱截面为圆钢管，截面为850mm,壁厚40mm，柱底铰接，与转换梁通过球形 钢支座连接。楼面结构采用主次梁结构，楼板采用钢筋桁架楼承板。

西侧作为站房的主人口，为满足通透简 架，避免杆件受压，有效减小杆件截面。设计考虑拉杆承担玻璃重量，水平横梁抵抗水平风荷载（图 5），采用单独模型及整体模型包络设计，保证准确的边界假定及一定的安全富裕度，

本工程结构安全等级为一级，设计基准期为50年，设计使用年限为50年，防腐设计寿命20 年，抗震设防类别为乙类，抗震设防烈度8°，基本地震加速度值0.20g，场地特征周期0.55s，结构阻 尼比0.04，钢结构屋盖的阻尼比为0.02。

3.3结构体系的动力特性分析

主站房为建桥合一体系，承轨层以下为混凝土结构检验检疫标准，承轨层以上为钢结构，两种结构材料的阻尼 比不同，上下两部分抗侧刚度存在突变；主站房区进站大厅上空存在大挑空区，候车层楼板不连续； 商业夹层为转换结构，竖向构件不连续；钢结构屋盖最大跨度84m，屋面最大悬挑18m，存在多项抗 震不利项；依据《抗规》的相关要求，在采取抗震性能化设计的同时，对结构进行了大震动力弹塑 性时程分析

整体模型（图7）采用MidasGen和BIADPaco两种软件进行分析和设计，下部站台层结构 计算，计算结果见表2。可以看出，各软件的计算结果接近，模型真实可靠。同时对A柱的 了比较，内力计算结果基本一致，相差5%以内

京张高铁清河站主站房钢绍

3.3.2动力弹塑性分析

图8Y主方向人工波作用下，支撑的塑性应变分布

动力弹塑性时程分析结果进一步验证了概念设计及性能化设计成果，并找出了个别不易发现 立或构件，为进一步提高结构的抗震性能，优化设计提供了依据

3.4结构的振动舒适度分析

3.4结构的振动舒适度分析

3.4.1振动舒适度分析

本工程采用建桥合一结构体系，当高速列车在承轨层结构上运行时，对站房结构产生动力冲击， 人而使结构产生振动并向上向下传递至候车层等人员集中区，候车层的振动舒适度需要进行相关研究 分析，如《清河站建桥合一结构的车致振动舒适度研究》[4]一文所论述。 评判标准采用《城市区域环境振动标准》[3]。清河站候车层和商业夹层参照混合区、商业中心区 取其限值。考虑到办公及商业在夜间时段的（22：00一6：00）的人很少，其Z振级容许值可按昼间 75dB（6:0022:00）取值。 通过建立车辆一轨道模型得到列车对轨道的振动激励，将激励时程输入轨道一结构一环境土体模 型，计算结构动力响应，评价车致振动的舒适度，通过分析得出：高铁列车在到发线进出站时，清河 站候车层楼板最大预测Z振级满足规范要求；在正线高速通过时，正线上方相关区域候车层楼板最大 预测乙振级超过规范限值，不满足要求。

3.4.2结构改进措施

高至600mm，楼板厚度从150mm增加至180mm的结构措施后，楼板振动Z振级最大值为74.4dB， 满足现行规范要求。

3.5钢屋盖的内力与变形

A形柱材质采用Q390GJC，内灌C60混凝土，截面尺寸如图10所示。

京张高铁清河站主站房

3.7.2直柱柱脚的设计

图11A柱外侧柱脚节点

直柱柱脚嵌固于基础，按理入式柱脚设计， 从基础顶到承轨层直柱内置于桥梁墩柱，桥墩柱截面 5500mmx2800mm，钢管直柱截面为1800mmx1200mm的椭圆柱，壁厚50mm，承轨层以上结构柱由 昆凝土柱变为钢管柱，从材质到截面均发生变化，结构刚度发生突变，这点从动力弹塑性的分析结果 可以看到，为此，对直柱与桥梁墩柱交接部位的节点采取了加强措施：1）桥梁墩柱增加四周纵筋配 筋率，2）在钢直柱与桥墩柱分界面的影响范围对钢支柱截面加强。影响范围为钢柱插入桥墩柱 1.5H(H为钢支柱截面高度）深度及桥墩柱分界面以上1.0H高度范围。钢直柱的壁厚由50mm增加到 50mm，内侧加劲板厚度由30mm增加 口到50mm。具体见图12

3.8关键节点有限元分析

图12直柱与桥墩柱交接处加强措施

A柱柱头是与屋盖相连的重要位置，且与西侧悬挑19m桁架相连，采用Q390GJC，对该节点进 行有限元分析。采用壳单元进行有限元网格划分，典型节点在控制组合下的vonMises应力如图13所 示，可以看出，节点大部分网格最大等效应力均在315MPa以下，仍在弹性阶段，仅在两斜柱汇交位 置处局部网格应力达到350MPa

图13A柱节点vonMises应力

经软件分析计算，两斜柱汇交位置处存在局部应力居中，为减小应力集中，提 度，在斜柱交汇位置处设置加劲肋（图14）

3.8.2Y柱铸钢节点

勘探标准图 14 局部设置加劲肪

Y柱分叉位置处采用铸钢节点，铸钢件材质为G20Mn5QT，铸钢件壁厚为80mm。该节点进行有 限元分析结果如图15所示。由计算结果可知，在最不利荷载组合作用下铸钢件大部分范围应力都很 小，处于弹性状态。最大等效应力发生于铸钢件连接角点处约为208N/mm，该值小于铸钢件的极阳 抗拉强度，且成点状，故可认为该节点是安全的。

张高铁清河站主站房钢结构

3.8.3中间支撑Y柱与屋面主桁架的连接节点

梁杆材质为Q390，通过有限元模型计算在最不利荷载组合作用下支座大部分范围应力都超 力390N/mm，连接角点处最大约为516N/mm2值大于钢材的极限抗拉强度，该节点是不 尤化施工图设计加大支座节点板厚及尺寸后满足强度要求。 原节点设计见图16，应力分析结果见图17。

路桥工程表格柱顶部与主桁架连接处应力云图

通过对清河站主站房地上部分空间钢结构体系的设计，得出以下结论： 1）设计中与建筑充分融合，利用建筑造型采取了悬链式钢桁架和A型柱的构件形式，充分发挥 了构件受力优势，有效提高了结构整体刚度、节省用钢量，满足建筑造型同时兼顾安全性和经济性。 2）结构体系复杂，需要通过大震动力弹塑性分析对体系的抗震性能评判，对抗震薄弱部位进行 生能化设计； 3）钢结构对高铁通过时产生的振动比较敏感，需要进行振动舒适度的评判，对舒适度不足部位 长取措施； 4）加强钢结构的重要节点设计，必要时通过节点有限元分析进行判断。

5）本工程采用理入式钢柱用 《高钢规》[6中的柱脚规定进行了 柱脚设计。钢结构节点交汇处往往存在应 应采取措施减小应力集中