0 引言
换乘站作为地铁交通网的重要节点，一般都是整条线的控制性工程。在换乘节点处，为保证两线或者多线的换乘效果，尤其是客流存在交叉的十字换乘车站，需要大空间进行客流疏导及设备布置。考虑限界等因素后，车站往往会形成大跨度结构。本文以郑州市同步实施的地铁3号、4号线换乘车站新柳路站为例，利用三维BIM设计对建筑空间进行优化，将32根钢筋混凝土柱优化为15根钢管柱；并利用三维有限元对大跨度结构进行计算分析，将原设计的混凝土梁调整为型钢混凝土梁，型钢混凝土梁与钢管柱形成型钢组合结构。通过以上2种三维方法解决了建筑空间及结构大跨度的问题。
1 圆形换乘大厅空间及结构 BIM 设计
1.1 空间优化设计
新柳路站为郑州地铁3号线和4号线同期实施的换乘车站，3号线车站为地下二层岛式站台车站，4号线为地下三层岛式站台车站，采用十字换乘，换乘大厅为3号线新柳路站和4号线长兴路站的公用大厅，大厅呈圆形，半径30.85m，结构净高5.25m。初步设计方案中，为满足正常结构的受力需求，该换乘大厅共设有32根钢筋混凝土柱子，梁的跨度均小于10m。在后期经BIM建模、三维空间效果分析的基础上，将32根钢筋混凝土柱优化调整为15根钢管柱。图1、图2为运用BIM三维软件Revit模拟设计的新柳路站圆形换乘大厅优化前后方案效果图。
由图1优化前方案可见，柱子间距密集，虽然采用了圆柱设计，但是圆形换乘大厅空间不通透，3圈柱子视线遮蔽较严重，客流组织受柱子影响不够顺畅，乘客使用不太方便。经分析并经BIM优化设计，调整了相应的结构布置，将视线遮蔽较严重部位的柱子去掉，营造出相对舒服的空间效果，得到优化后的方案，如图2所示。BIM主要进行了如下优化。
（1）优化取消了中心垂梯与闸机间的1圈柱子。
（2）根据空间视觉效果、综合管线以及车站顶板上方回迁市政管线的覆土要求，将圆形大厅范围内的顶板上抬1m，适当加大了层高。
图1 优化前圆形大厅柱子效果图
图2 调整后圆形大厅柱子效果图
（3）通过去掉1圈柱子、增大层高使圆形换乘大厅空间更宽敞，使用效果更好。优化设计使得地下车站结构跨度达到了16m，成为新柳路站的设计亮点。
1.2 结构设计
BIM空间优化设计过程中，离不开结构专业的配合，尤其是换乘节点去掉1圈柱子之后，换乘大厅范围内结构跨度最大达16.167m，结构顶板覆土 3.25m，顶板荷载达8.5t/m2。由于交叉节点工期紧、空间受限制，如此大的荷载和跨度给结构设计带来较大难度：①钢筋混凝土梁结构在此大跨度工况下不满足自身挠度要求，且混凝土梁尺寸较大，对空间侵占较多；②钢梁结构用钢量大，造价较高，且钢梁迎水、土侧防腐处理极为困难。可见，钢筋混凝土梁和钢梁2种结构均不能很好地满足大跨度梁的要求。
采用菌落形态对比、电镜显微特征对比(电镜图片为广东省微生物研究所拍摄)、产孢结构对比分析(采用奥林巴斯普通光学显微镜BX53)，将选育菌株和出发菌株进行制曲发酵酱油，对比相应指标的变化情况。
型钢组合结构是近年来在高层、大跨建筑中逐渐推广应用的新型组合结构体系，它具有用钢量小、施工速度快、承载力强等特点，且其结构迎水、土侧为混凝土结构，耐久性好。最终，圆形大厅范围内选择了型钢组合结构作为大跨度地下结构的解决方案，如图3所示。
图3 圆形大厅型钢组合结构图（单位：mm）
2 结构有限元计算分析
圆形换乘大厅各构件尺寸较大，空间效应较为明显，简单的二维计算已经不能满足结构受力分析的要求，平面方法分析也不能较好地反应结构的真实受力情况，所以圆形大厅结构采用三维有限元进行结构计算分析。
利用三维有限元分析软件MIDAS-GTS/NX建立三维计算模型如图4所示。采用梁单元模拟梁柱，采用板单元模拟各层板及侧墙，限制模型边界的法向变形。本文仅截取圆形大厅顶板及底板计算结果，其余部分为常规设计，不再赘述。
图4 圆形大厅三维有限元模型
2.1 变形计算
图5、图6给出了圆形换乘大厅顶板、底板（板最大跨度均为13.525m）结构变形计算结果。结构顶板、底板（第一层中板）最大变形均发生在跨中，顶板最大竖向位移为-17.48mm，底板最大竖向位移为-12.12mm，最大结构扰度为17.48/13525=1/774＜1/400，满足GB50010-《混凝土结构设计规范（）》第3.4.3条关于受弯构件挠度限值的规定。
治疗后对照组平均 FPG 为（8.45±1.42）mmol/L；治疗后试验组（6.21±0.89）mmol/L，差异有统计学意义（P<0.05）。试验组平均 2 hPG 为（7.43±1.69）mmol/L，对照组平均2 hPG（10.21±1.72）mmol/L，差异有统计学意义（P<0.05）。
总而言之，建安时期诗与乐的风格有着内在紧密的一致性，且在文人的生活中音乐扮演着重要的角色，文人将在音乐中得到的滋养又转注到诗歌中，在这过程中离不开文人们音乐修养的提高，为了更好地了解建安时期音乐对诗歌的具体影响，我们应当梳理一下此期的音乐来源、特点等。
图5 圆形大厅顶板变形云图（单位：m）
图6 圆形大厅底板（第一层中板）变形云图（单位：m）
2.2 内力计算
（1）图7～图10给出了圆形换乘大厅顶板结构弯矩计算结果。结构顶板支座处承载能力极限状态下（图7、图8）的最大弯矩约为2444kN·m，跨中为834kN·m。根据混凝土结构计算结果，支座上部实配筋B32mm@150mm+B28mm@150mm，跨中下部实配筋B32mm@150mm。此配筋结构在正常使用极限状态下（图9、图10），裂缝宽度为0.284mm＜0.3mm，满足抗裂要求。
（2）图11给出了圆形换乘大厅内柱子的轴力图，最大轴力的柱子位于一层圆形大厅交角处，最大轴力N=25553.57kN。若采用直径1m的钢筋混凝土圆柱时，轴压比为0.908＞0.85，不满足结构要求；若采用直径1m，壁厚25mm的钢管柱（C50混凝土充填密实），并考虑钢管柱端弯矩作用（图12），此时钢管柱承载力Nu=37493.82kN，最大轴力N=25553.57kN＜Nu=37493.82kN，满足结构设计要求，故将圆形换乘大厅钢筋混凝土柱优化调整为钢管柱是合理的。
2.3.3 新异刺激：新异刺激诱发出了明显的P2、N2和P3成分(见图1)，且三者的波幅均具有显著的组别主效应，P2和P3波幅的电极位置主效应也同样显著(见表7～表9)。组别主效应的事后分析表明：化疗组的N2波幅边缘显著低于健康对照组(P=0.052)；术后化疗前组的P2波幅显著低于化疗组(P=0.011)，也边缘显著低于健康对照组(P=0.055)；化疗组(P=0.043)与术后化疗前组(P=0.046)的P3波幅显著低于健康对照组。
3 圆形大厅型钢组合结构设计
3.1 型钢混凝土梁设计
根据上述圆形换乘大厅顶板梁计算结果，结构顶板梁支座处承载能力极限状态下（图13）的最大弯矩约为11920.7kN·m，跨中为5814.7kN·m，根据混凝土结构计算结果，1200mm×1800mm的混凝土梁在支座处满配B32的钢筋也不能满足正常使用极限状态下（图14）的裂缝使用要求，若继续增大梁截面，则会侵占建筑及管线回迁空间。为满足规范要求，在原有的混凝土梁内插入尺寸为650mm×1400mm×40mm的型钢，形成型钢混凝土梁，并保持原混凝土梁配筋不变。计算表明，型钢混凝土梁正常使用极限状态下的裂缝为0.212mm＜0.3mm，满足结构受力及裂缝要求。
图7 顶板承载能力极限状态弯矩云图 Myy（单位：kN·m）
图8 顶板承载能力极限状态弯矩云图 Mxx（单位：kN·m）
图9 顶板正常使用极限状态弯矩云图 Myy（单位：kN·m）
图10 顶板正常使用极限状态弯矩云图 Mxx（单位：kN·m）
圆形大厅底板（第一层中板）下方设置有主体结构侧墙，大跨度梁在此处仅为构造作用，按照常规设计即可。
图11 圆形大厅柱子轴力云图（单位：kN）
图12 圆形大厅柱子弯矩云图（单位：kN·m）
图13 顶板梁承载能力极限状态弯矩图（单位：N·m）
图14 顶板梁正常使用极限状态弯矩图（单位：N·m）
3.2 型钢组合结构连接设计
由于圆形大厅柱子为圆形钢管柱，需考虑型钢混凝土梁与钢管柱的连接问题。对于顶板的型钢混凝土梁和钢管柱节点，混凝土梁顶钢筋可直接从钢管柱柱顶穿过，梁底钢筋需搭接于钢管柱周边的圆环钢板之上，并将型钢混凝土梁中的工字钢与钢管柱周边的肋板通过螺栓及连接钢板连接起来，保证型钢混凝土梁与钢管柱连接完整后一同浇筑型钢混凝土梁及钢管柱的混凝土。中板处的节点处理与顶板类似，仅需在中梁顶部钢筋高程处增设1道圆环钢板，用于焊接中梁的钢筋。板钢筋与钢管柱的搭接与梁柱节点的类似，在板钢筋对应高程处增设1道圆环钢板，用于焊接板钢筋即可。
在“南航”读完学士、硕士，又到“上海交大”读完博士，再到“北京大学”博士后出站；一直坚持“计算机软件开发、研究”的梅宏，1999年3月，到美国贝尔实验室作访问科学家。
以上型钢混凝土梁与钢管柱组成的型钢组合结构均满足结构受力、行车限界及施工工期的要求。型钢混凝土梁、钢管柱及连接节点大样如图15、图16所示。
图15 顶板型钢混凝土梁与钢管柱节点大样图
图16 底板（第一层中板）钢筋混凝土梁与钢管柱节点大样图
4 结束语
通过以上研究可以看到，借助三维BIM可视化、协同化设计，新柳路站采用了新颖的圆形十字换乘大厅形式。该设计较之以往的轨道交通换乘大厅设计，建筑功能和流线组织更加明确和清晰；通过三维有限元计算及型钢组合结构的应用，解决了地下建筑物的大跨度问题。这些三维技术在地铁建设中具有推广和应用价值，也是未来设计的发现趋势。
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