1 工程概况

广州新客站（图1）位于广州市番禺区钟村镇，距市中心17km，是我国第一条客运专线——武广客运专线的终点，也是广深客运专线和广珠城际铁路的起点，站场按照15台28线布置，总平面尺寸525m×586m，建筑面积56万m2，工程体量大，结构复杂。

广州新客站主站房长476m，宽222m，地下1层，地上3层，地下室主要为车库、机房，层高为3.95m；首层主要为停车场、公交等，层高12.0m；层2为旅客上下火车的站台层，层高9.0m；层3为候车室，屋面由各种不同的空间曲面组成。主站房两侧为无站台柱雨棚区，相互独立，高度在13～26m之间，由圆弧形曲面组成。基础采用钻孔灌注桩桩基，桩径以1250和1000mm为主，持力层为弱风化岩。

图1 广州新客站俯视图

2 结构体系及其布置

广州新客站的最主要特点就是火车从建筑物楼层中间穿过，采取站桥合一方案，使火车站候车室和铁路桥梁站台层结构合二为一。火车站候车室结构体系为框架结构；铁路桥梁站台层主要为线性结构体系，构件尺寸较大，以列车相关的荷载为主，为室外建筑。铁路桥梁平行轨道方向分缝较多，而主站房候车室只能少量分缝，其上的屋顶钢结构由于功能的需要无法分缝，无站台柱雨棚位于主站房的两侧，与主站房的屋顶钢结构不直接相连。图2为新客站屋顶平面主要分区示意图。

图2 广州新客站屋顶平面图

2.1 地下室结构

地下室被地铁分为左右两个区域，每个区域长为359m，宽为178m，层高为3.9m，采用现浇钢筋混凝土框架结构，柱网主要为8m×8m，一般结构柱截面为500mm×500mm，桥墩截面为2800mm×4800mm，桥墩柱网主要为32m×23.5m，结构不留伸缩缝。图3为地下室局部结构平面布置图。

图3局部地下室结构平面图

2.2 首层结构

首层除局部机房外，均为与室外自然环境相通的停车场，为铁路桥梁结构的架空层，仅有桥墩存在。

2.3 站台层结构

站台层桥梁主要为直线分布结构。在主站房区，轨道梁长205.5m，在中间跨与桥墩形成拱形结构，在边跨，两端与桥墩相连接的支座(图4轴⑤，⑥与10，11处)均为滑动支座，仅支承候车室的柱子全部落在轨道梁上；既支承候车室，又支承屋顶的柱子，落在桩基承台或铁路桥墩上，见图4。

图4站房结构横剖面示意图

为了减少列车振动对上部结构的影响，将正线两侧与一般轨道梁设缝分开，正线上方采用大跨钢结构跨越。在无站台柱雨棚区，轨道梁与桥墩之间为滑动支座和铰接支座交替布置的形式，布置原则以最有效地释放温度应力为准。

2.4 候车室结构布置

候车层包括落客平台、贵宾候车室和普通候车室，总长436.7m，宽256.0m，其中候车室部分长341.4m，宽197.3m，面积达7.6万m2。使用钢桁架沿长度方向将整个候车层分为四个钢筋混凝土区，三个钢桁架区，中间最大的一块混凝土区尺寸达到114.5m×192m，钢桁架区相当于“伸缩缝”的作用，钢桁架均支承在混凝土区并与混凝土区设置滑动支座(图5)。

图5 候车室结构平面布置图

支承候车室层的柱由钢管混凝土柱和钢筋混凝土柱组成：钢管混凝土柱，有的落在铁路桥墩的桩基承台上，在铁路轨道梁之间穿过(图6)，在轨道梁以下截面为1800mm×2400mm，在候车室以下变为格构式柱子，在候车室以上为A形柱，直接支承屋顶钢结构；还有的柱落在铁路桥墩上，与轨道梁不直接发生关系，直径为2600mm；钢筋混凝土柱，直接落在轨道梁上，截面为1400mm×2000mm，而轨道梁与桥墩间为单向滑动支座。

图6部分梁柱空间关系

2.5 屋顶及无站台柱雨棚结构布置

屋顶长468m，宽222m，为超长结构，采用分片叠合的造型，寓意南国的芭蕉叶。屋面主要采用预应力索拱和索壳两种基本结构体系（图7）。

图7 屋顶中央采光带

无站台柱雨棚位于候车室两侧，每侧长189.6m，宽421.8m，其屋面与候车室屋面脱开，竖向构件仅一列斜柱与主站房站台层相连(图4)，其余柱子均落在桥墩上，与轨道梁完全脱开，为抵抗索拱推力在边跨设置了斜撑钢柱。屋面结构同样采用了索拱结构形式，拱的跨度为34.0～77.8m，支撑在Y形钢柱上，Y形柱沿轨道方向柱距为32m，大部分预应力索弯曲方向与拱为同一方向，图8为雨棚斜撑柱柱脚节点做法。

图8 雨棚斜撑柱柱脚节点做法

3 结构主要设计难点及其措施

3.1 结构主要设计难点

(1)各层结构体系不同：地下室为钢筋混凝土框架结构，与上部几乎不发生关系；层2为铁路桥梁结构，采用拱和连续梁相结合的结构体系，以线性结构为主；层3主要采用预应力钢筋混凝土梁结构，以框架结构为主；屋顶采用大跨索拱和索壳等空间结构。

(2)各层柱形式不同：地下室柱网为8m×8m；首层柱网一般为32m×23.5m，中部为64m×23.5m，层2柱网一般为16m×23.5m，32m×23.5m，柱形式为圆形钢骨柱、矩形钢骨柱和钢筋混凝土柱；屋顶层柱网一般为32m×68m，柱形式为钢柱。

(3)各层抗侧刚度不同：主站房结构体系类似框架结构，但又与一般框架结构不同，层2为铁路桥梁结构，平行轨道方向抗侧刚度很大，垂直轨道方向抗侧刚度相对较小。

(4)各层质量不同：层2为铁路桥梁，列车通过、到发，旅客上下，恒载和活载都很大，层3为候车室，恒载和活载相对较小，屋顶为大跨钢结构，质量最轻。

(5)各层分缝不同：平面尺寸为398m×192m，地下室在垂直轨道方向被地铁分为左右两部分；层2站台层平行轨道方向共分了9道缝；层3候车室平行轨道方向分了3道缝；屋顶钢结构不分缝，图9为结构分缝示意。

图9 结构分缝示意图(为分缝位置)

(6)各层活荷载差异大：地下室及首层主要以车库、办公、机电等荷载为主；层2以列车类荷载为主，还有人行荷载等；层3主要以候车、商业荷载为主；屋顶以风荷载、温度作用为主。

(7)执行规范标准不同：层2执行铁道部颁发的铁路桥梁设计规范；地下室、层3以及屋顶执行建设部颁发的建筑设计规范。

3.2 主要措施

3.2.1 结构试验

(1)索拱试验（图10）：主站房屋盖结构主要部分为跨度68m的索拱，为了验证设计成果，并为设计提供设计参数，取两榀缩尺模型进行加载试验，模型比例为1：3，试验荷载主要采用均布荷载、半跨不利荷载。结果表明，索拱结构试验设计合理，其结果验证了结构设计的可靠性，为工程设计和施工提供了依据。

图10 索拱试验模型

(2)索夹试验：预应力索拱和索壳的预应力索通过索夹与拱、壳连系成整体，索夹由2个半圆片铸钢结构通过高强螺栓夹紧，依靠索夹内壁与预应力索间的摩擦力来抵抗沿索方向的索力差，阻止索夹与预应力索间产生滑移。选取了两个典型的索夹进行足尺试验，验证理论计算的可靠性。

3.2.2复杂节点有限元分析

站房的大尺度钢管混凝土柱-钢筋混凝土梁节点（图11）采用桁架式穿心承重销和穿心钢筋相结合的节点形式，应用大型有限元分析软件MSC.MARC，对节点进行有限元分析，研究了节点受力性能、破坏模式和协同工作能力，以及钢桁架牛腿的作用。针对屋顶钢结构的关键节点、铸钢节点，应用ANSYS软件建模进行有限元分析，验证了节点承载力和刚度，合理确定了铸钢材质、屈服准则，根据有限元分析结果优化了节点构造。

图11 钢管混凝土柱–钢筋混凝土梁典型节点示意图

关于“广州新客站”的更多内容详见《转自：建筑结构-公众号》2009年12期，北京建筑设计研究院建院60周年专辑中：“广州新火车站建筑工程设计研究”专栏，以下为文章目录。

·广州新火车站建筑工程设计研究·

广州新客站结构总体设计……盛平，柯长华，甄伟，王轶，高昂，徐福江，赵明，陈强，沈婷(1)

广州新客站结构设计方案的比较研究……盛平，柯长华，甄伟(6)

广州新客站主站房屋盖钢结构设计……甄伟，盛平，柯长华，秦凯，朱忠义(11)

广州新客站雨棚钢结构设计及索拱实验…….甄伟，冯健，盛平(17)

站桥合一的大型客站站房结构抗震性能研究……王轶，张力，甄伟，徐福江，盛平(23)

广州新客站结构多点输入地震反应分析……甄伟，李志东，高昂，盛平(28)

广州新客站屋顶钢结构整体稳定性分析……秦凯，徐福江，柯长华，盛平，朱忠义(33)

车站大跨度索拱钢结构雨棚弹塑性时程分析…….徐福江，甄伟，赵明，刘家菱(36)

大跨度索拱空间结构预应力控制研究……甄伟，冯健，盛平(39)

大型站桥合一客站建筑的舒适度研究……盛平，王轶，张楠，甄伟(43)

不均匀温度作用对广州新客站主站房钢结构影响……高昂，陈兆雄，冯健，盛平(46)

带钢桁架牛腿的巨型钢管混凝土柱–混凝土梁节点有限元法分析研究……赵明，甄伟，盛平(48)

逆作法施工对广州新客站主站房结构设计的影响……徐福江，盛平，柯长华(52)

新广州火车站大跨屋盖结构风荷载风洞试验与数值模拟研究……金新阳，杨易，盛平，沈婷，唐意，金海(55)

新广州火车站大跨屋盖结构风振响应及等效静力风荷载研究……唐意，金新阳，甄伟，盛平(59)

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