1工程概况
厦门火车西站建筑效果图如图1所示，站房主体采用巨型大跨桁架和两向正交钢管桁架结构体系，沿平行于铁轨方向的C、E、F、H轴设置四榀巨型大跨钢桁架，钢桁架支承在两端的钢骨混凝土塔柱上，在屋脊之间及屋脊与边柱之间设置两向不等高正交钢管桁架，创造出体现结构力学的轻盈之美，仿似腾飞双翼（见图2）。站台雨棚采用钢管桁架结构，位于主站房两侧，与站房之间设防震缝分开。总建筑面积16.3万㎡，其中站房10.9万㎡，站台雨棚5.4万㎡。站房建筑共三层，地下1层，地上2层：建筑高度主屋面梁顶最高点53米，主屋面梁顶最低点47.5米。
图1整体鸟瞰图
厦门火车西站站房屋面钢结构（见图2）主要由ZHJ1、ZHJ2、ZHJ3、ZHJ4、ZHJ5、ZHJ6、ZHJ7和屋面两向正交钢管桁架及ZHJ1外侧的悬挑桁架组成。
图2站房结构整体轴测图
2深化设计方法
2.1主桁架深化设计方法
本工程造型奇特、结构形式复杂，ZHJ2为跨度和单榀重量最大，最具有代表性的主桁架（见表1），所以仅以ZHJ2为例阐述主桁架的深化设计方法。
表1 ZHJ2主要技术参数
由于ZHJ2具有结构形式新颖、跨度大、弯管杆件截面大和节点形式复杂等特点，给加工制作及安装带来了很大的难度。因此，在深化设计中，充分结合工厂制作条件、运输条件、现场安装条件和现场安装方案等，采用既经济，又合理、科学的生产加工工艺和选择合理、科学的拼装顺序、连接部位的焊缝形式等就显得尤为重要。
首先根据设计院提供的设计图纸，并结合桁架跨度、结构形式等因素确定桁架的预起拱值。由于桁架预起拱值较大且上弦杆呈圆弧线布置，所以采用工厂制作预变形来处理，从而达到实际安装后结构合理、满足设计要求。
根据桁架预起拱后各节点的实际空间坐标建立1:1的桁架三维模型，用圆弧线精确模拟弧形钢管，使各不同半径弧形钢管相交点圆滑过渡，满足建筑要求。然后沿轴线生成整体结构的实体模型，再结合施工图对每个节点（包括节点板、连接板等）建立1:1的实体模型，之后便可结合施工方案、运输条件及工厂加工工艺等因素对杆件进行合理分段和编号，对每个节点进行分析，确定合理的拼装顺序和焊缝形式等，为工厂加工制作和现场安装提供详细的图纸和说明。
1）ZHJ2下弦节点深化设计
节点示意图见图3、图4所示，深化设计要求如下：
a.桁架杆件分段点避开桁架节点1000mm左右。
b.节点板焊于钢管后需将表面打磨平整，以保证相贯口的吻合。
c.桁架杆件的对接焊缝与哑铃式弦杆腹板的对接焊缝错开300mm左右。
d.节点各构件的拼装顺序（以隐蔽焊缝需施焊为原则，先将节点板焊在钢管内并打磨焊缝，然后将耳板定位后焊于下弦杆，再焊接哑铃式腹杆，最后与其余构件焊接）及焊缝形式与焊缝等级的合理确定。
e.通过节点有限元分析，得到节点强度符合设计要求，且具有一定的安全储备。
2)ZHJ2腹杆节点深化设计
因桁架腹杆节点板是在工厂焊接于直腹杆内，在现场与斜腹杆拼装。所以节点板的拼装角度及方向将直接影响到整体桁架的拼装精度。
a.对桁架节点绘制拼装定位图及节点板详图（见图5、图6），并要求在加工和拼装过程中，严格按照详图尺寸控制。
b.在绘制节点板详图时，需在板上标明拼装方向，如图6中的“上下左右”标示。避免因方向弄反而返工。
c.其余要求同ZHJ2下弦节点。
2.2次桁架深化设计方法
依据主桁架的间距确定次桁架的跨度并根据其结构形式及屋面荷载等确定次桁架预起拱值。由于次桁架为折线型平面桁架，上下弦杆呈折线分布，所以预变形采用现场安装来控制，在安装时靠节点标高控制来实现预起拱，即采用安装预起拱。以达到变形后结构合理、满足设计要求。
之后建立桁架1:1实体模型，依据施工方案、运输条件及工厂加工工艺等因素对杆件进行合理分段和编号，对节点进行分析，绘制详细的加工及拼装图纸，编写设计说明，为加工制作和现场安装提供依据。
次桁架上弦节点深化设计
节点示意图见图7、图8所示,深化设计要求如下：
a.绘制节点拼装定位图及节点板详图，并要求在加工和拼装过程中，严格按照详图尺寸控制。
b.节点牛腿长度控制在700mm左右。
c.其余要求同ZHJ2下弦节点。
2.3深化设计关键技术
1）节点有限元分析
对关键节点进行了有限元分析，通过分析计算结果（图9~图12），得到节点强度符合设计要求，且具有一定的安全储备。
2）节点力学性能试验
对受力较大的关键节点进行了1:1的力学性能试验（见图13~图16），并将试验结果与节点有限元分析结果进行了比较。由试验结果可知，在设计荷载作用下，节点处的最大等效应力未达到材料的屈服极限，节点所有测点应力均在弹性范围内，节点强度满足设计要求，且具有一定的安全储备；由节点应力试验值与有限元计算值比较可知，应力分布规律基本一致，多数测点应力试验值与有限元计算值接近。从而验证了节点有限元分析的正确性，通过有限元计算分析能够对节点的受力性能作出全面的评估。
3）计算机二次开发技术
次桁架下弦节点采用了大量的弦杆穿透竖腹杆的节点形式（见图17），因屋面呈双曲面变化，所以每个节点杆件间形成的角度只有细微差别而各不相同。所以在深化设计中，开发了一些小程序。利用了Excel强大的计算功能，用列表计算的方式得到所有构件拼装时所需的尺寸(见表2)，然后在每组数据前面加上次桁架下弦节点所对应的编号，再将表格输入到AutoCAD中，加上焊缝要求、说明等必要技术要求，即完成了所有次桁架下弦节点的拼装图（见图18）。由于采用了计算机二次开发技术，不仅使深化设计效率提高了近50%，同时也使深化设计的正确率达到了100%。
图19 屋面结构现场安装
3结束语
整个工程的深化设计在完善原设计图内容及细部节点构造的同时，对关键节点进行了有限元分析和节点试验，实践证明是完全正确、合理的，完全满足了建筑及结构的设计意图，为工程的顺利实施提供了充分的保证。
参考文献
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