火车站雨棚建筑结构设计要点分析

引言：

火车站不仅是城市交通的枢纽，它们承载了人们出行的希望和城市脉动的象征。作为连接地面与空中的“桥梁”，雨棚的设计无疑是站点建筑的灵魂之一。面对日益增加的客流量与环境复杂性，雨棚的结构设计逐渐从单纯的遮挡功能，向着更高的技术与美学追求转变。然而，如何在大跨度与复杂环境中兼顾安全、稳定、耐久性和美观，始终是设计师们亟需破解的难题。本文将对火车站雨棚建筑结构设计的要点进行深入剖析，探寻其发展与创新的可能。

1.火车站雨棚建筑结构概述

火车站雨棚不仅仅是一个遮雨棚，它是城市现代交通系统复杂性和流动性的一个缩影，作为车站的第一道门面，火车站雨棚担负了遮阳、挡雨、通风甚至是美化等功能。伴随车站交通量的增多、建筑形式的多样化，火车站雨棚的结构设计趋向于功能与美学的统一，趋向于在有限的资源条件下实现最佳荷载传力与气候适应[1]，同时也对建筑师的审美和工程师智慧是个重大挑战。

2.当前设计中的主要技术难点

2.1 大跨度雨棚的荷载传递与稳定性问题

大跨度结构如何有效地传递荷载一直是火车站雨棚在设计中不可回避的问题，如何保证在强风、积雪等极端环境下雨棚的结构安全，是结构设计中很重要的一个问题，其中尤为关键的是支撑体系的设计问题，这直接决定了雨棚在结构受载方面的传递效果，静态荷载并不是结构设计唯一考虑的因素，结构设计不仅要关注静态荷载，而且要考虑雨棚设计过程中的动态荷载影响，杜绝结构在日后使用过程中出现较大的变形或损坏的可能[2]，要求设计人员精确地核算和预测极端情况下可能产生的现象。

2.2 复杂环境下的耐久性与维护挑战

火车站雨棚是一个暴露在室外的建筑构件，面临的考验不仅仅是气候的影响，更多的是在复杂的环境中维持结构的耐久性。由于雨棚多会经历风沙、酸雨等污染物的影响以及高频率的温度变化，使得结构的材料老化速度加快。应如何选择材料，如何在设计中进行防风化以及防腐蚀的问题就显得尤为重要，而雨棚的维护维修成本又往往被忽略，在使用时间越来越长的背景下，如何减少维修步骤，增加使用寿命，也是设计师必须考虑的一系列问题[3]。

3.火车站雨棚结构设计关键技术

3.1 大跨度桁架与网壳结构的节点优化

火车站雨棚大跨度桁架式、网壳式等都是其支撑构件，然而大跨度的桁架式、网壳式车站雨棚，其节点优化设计一直作为技术难点存在。以往的传统节点形式能在小跨度雨棚中很好地将节点荷载合理传递，但对于大跨度雨棚在极端荷载下可能出现较大变形，从而威胁整个雨棚的结构稳定性。在满足设计对美学、实用性双重要求的同时，如何在保证结构稳定性的条件下，使节点形式更简单、更合理，则成为设计的难题，节点优化不仅仅对力学有要求，更对材料、结构形式有着考验。节点的优化在于力在节点处合理的传力路径，减小结构位移、应力集中是节点优化的主要原则[4]。为了满足上述需求，设计师便采用了新的分析手段，即有限元（FEA）分析，在模拟节点处力的传递形式时，能最大程度得到节点传力的合理结构形貌。其分析的关键在于“平衡点”的求解，既要确保雨棚能够抵抗来自列车、风荷载和其他环境因素的考验，避免因节点形式过于复杂导致浪费材料的情况出现。此外，由于现代设计师对雨棚要求的可持续性及施工便捷性，节点形式的优化主要是如何降低施工难度，使雨棚建设快捷、经济。综合这些设计要素，节点设计每进一步优化，便是对整个结构性能的进一步优化，便是将雨棚的建筑美学与结构功能进一步融合，最终实现雨棚建

筑的“实用”与“艺术”统一。

3.2 风荷载与列车气动效应的耦合分析

铁路站房雨棚结构风荷载及车行气动效应耦合分析是研究的重点，与普通建筑结构不同，铁路站房雨棚上部结构上除了受到自身的结构荷载之外，还要受到站场大风与高速车行气动效应的影响。在站场这种开放空间，风力和列车行进的速度会产生列车气动力，这种气动效应会对结构的受力造成复杂的影响。传统的风荷载分析仅针对风荷载的大小，而在实际情况中，在站场这个复杂的条件下列车行进中产生列车气动力，或与风力同时作用，或与风力形成乱流气动效应，使得结构承受不均匀荷载，甚至对雨棚产生影响。耦合分析不仅要确定如何合理地分析列车产生的气动效应与风荷载相互耦合，运用流体、结构的多方面相结合的分析方法来全面预估两者耦合的载荷对雨棚的影响[5]。通过模拟列车行驶气流的情况，可以看到不同风速、列车速度对雨棚的作用情况。而在风力与车行气动效应相互作用下，在局部的位置会有风力发生变化的可能性，在大风天气下，风与列车气流相互作用造成的局部压力不正常的情况在静态分析中是无法预见的。将更为先进的计算流体力学分析(CFD)以及气动分析模型应用到结构设计，就能了解雨棚在各种动态荷载的作用下不同位置、不同方向结构的实际情况，以及可以合理计算出不同位置不同方向的结构尺寸、长度，完善结构的细节。

3.3 雨棚排水系统的结构集成设计

雨棚排雨系统看起来设计起来并不是一件难事，但是它涉及到雨棚结构的合理匹配，决定了整个雨棚是否安全正常使用。合理的雨棚排雨系统设计可以保障雨棚不因局部积水而损失结构，也不影响后期使用寿命，减少维护次数。对于雨棚而言，设计时将排雨水管道和落水管与建筑结构直接关系分为了一个相对独立的单元，但在当今设计手段的引导下，人们逐渐考虑这种集成的关系结构设计[6]。如何将排水排雨水管道、落水管和整个雨棚结构体系相结合，做到经济、合理的排雨水且低维护的技术问题十分困难。排雨水管道、落水管与雨棚结构集成时要考虑雨水流通顺畅，不应因积水而局部超载或者水与钢构材发生锈蚀等问题。

结束语：

随着国家高铁事业的发展，火车站雨棚结构必将朝着智能化和一体化设计发展，通过进行大跨度结构设计优化及环境适应性分析，雨棚不仅能承受超强气候的考验，还将在整体使用寿命中能保持长期稳定性和安全性。也许一点点对细节的考量，就会让这个为旅客遮风避雨的家更牢固漂亮。面对后续的需求，新的发展和实践为火车站雨棚建筑赋予了更多的可能，车站雨棚建筑将进入更多绿色智慧可持续发展的时期。

参考文献：

[1]宫海,刘乐,郭建好,etal.国产低 Mo 耐火钢高大空间建筑雨棚结构抗 火设计[J].钢结构,2024,39(6):31-41.

[2]谭月仁,葛晓峰,蒋东宇,等.铁路站台钢雨棚装配式柱脚节点试验研究[J].中国建筑金属结构,2024,23(2):7-10.

[3]裴彦军,彭波,孙朝,等.桥式车站装配式钢结构雨棚设计与施工要点简析[J].建筑施工,2023,45(2):352-355.

[4]丁伟亮,李萌.风荷载作用下复杂雨棚结构 UHPC 人行天桥关键节点分析[J].城市道桥与防洪,2024(11):129-131.

[5]杨璐.青藏铁路格拉木段站台钢结构雨棚锈蚀分析[J].结构工程师,2024,40(2):155-162.

[6] 周超. 浅析大跨度树状钢结构雨棚安装技术[J]. 石油化工建设,2023,45(9):111-113.