火車站結(jié)構(gòu)設(shè)計的秘密...今!日!大!公!開!

隨著建造技術(shù)的發(fā)展，線上(下)候車逐漸成為主流，人們可以通過候車室方便的到達各個站臺，便捷的城際輕軌、高鐵也不斷涌現(xiàn)。

▲ 線上候車

車站在不斷更迭，不變的是人們匆匆的腳步和對出發(fā)的渴望。

擴張-荷蘭三劍客

為應(yīng)對客流需求以及增加城市與周邊的活力，由BenthemCrouwel Architects主持設(shè)計鹿特丹中央車站(Rotterdam Central Station)、烏得勒支中央火車站(Utrecht Central Station)以及海牙中央車站(HagueCentral Station)的擴建工程。

鹿特丹中央車站

(Rotterdam Central Station)

▲ 車站夜景

鹿特丹中央火車站是荷蘭最重要的交通樞紐之一。連接歐洲高速列車(HST)網(wǎng)絡(luò)以及輕軌鐵路系統(tǒng)(RandstadRail)。從剖面圖可以看出，屬于線下候車，通過扶梯上達各出發(fā)站臺。

▲ 車站剖面

車站南側(cè)面對的是19世紀建筑風格的風情小鎮(zhèn)(Provenierswij)，為應(yīng)對較少的客流量以及與城市平緩地過渡，沒有進行大體量的擴建，入口為多向開放的三角形，人流指向性很強。

▲ 車站南入口

由于起伏的折角三角形對風荷載較為敏感，經(jīng)過風洞試驗后，風壓為荷蘭當?shù)匾?guī)范數(shù)值的1.5~6倍，在西側(cè)雨棚到相鄰屋頂表面的過渡處為最大值。

▲ 整體模型

南入口為創(chuàng)造無柱空間采用大跨桁架，上拱的形態(tài)也有效的減少了桁架的高度，東西兩側(cè)各有一個混凝土主支座，支座處有較多桁架以及管線匯集，通過實體建模輔助節(jié)點設(shè)計。屋面的三角天窗也呼應(yīng)著入口的形態(tài)。

▲ 西側(cè)支座

▲ 南入口桁架施工現(xiàn)場

▲南入口桁架示意

車站北側(cè)面對的是較為現(xiàn)代的市中心以及一條平直的主干道，所以立面采用折角玻璃幕墻平鋪開，更具都市感。

▲北入口立面

▲幕墻立面

站臺區(qū)為正交的框架，采用分叉柱減少跨度，柱位與走道沖突的地方轉(zhuǎn)向90度后再次分叉。

▲站臺分叉柱

依據(jù)周圍高層建筑的遮擋以及玻璃屋面的不同透光率，太陽能電池板被放置在屋面日照最充足的地方，使得車站二氧化碳排放減少8%左右，且每年能為將近100戶家庭供電。

烏得勒支中央火車站

(Utrecht Central Station)

烏得勒支中央火車站每年客流約3500萬人次，這個數(shù)字在不斷增加，預(yù)計2030將達到一億。車站屬于線上候車，火車、公共汽車和有軌電車包裹在一片起伏的屋頂之下。

▲候車大廳

屋面為沿縱向的一條條弧形連續(xù)梁，由剖面可以看出在兩側(cè)波谷近似反彎點處做成了鉸接(格貝梁)，樓板也沿縱向分為三個區(qū)段。

▲車站剖面

因為中部波峰下方為密集鐵路，兩側(cè)波谷為輕軌和巴士，格貝梁可以減小支座不均勻沉降以及溫差帶來的附加彎曲內(nèi)力，同時也為施工帶來了方便。

▲鉸接節(jié)點

中部和端部的內(nèi)傾斜柱，減小跨度的同時也有效的增加了抗側(cè)能力。

▲車站效果圖

曲梁在天窗處沿高度方向一分二，立柱貫通，其與天窗下弦交界處較為薄弱，增加斜桿以保證橫向水平力有效傳遞。

▲天窗局部視圖

中部外傾的斜柱為不影響通道，中部偏下設(shè)置系桿，通過對稱拉索自平衡，大大提高了面內(nèi)剛度。斜柱上再挑梁支撐樓梯。

▲中部斜柱與樓梯

西北側(cè)為避開已有建筑，方便結(jié)構(gòu)模型計算，曲梁在水平向一分二。

▲與已有建筑交界處節(jié)點

海牙中央車站(HagueCentral Station)

在拆除上世紀70年代的混凝土車站后，海牙中央車站迎來了新生，新站的關(guān)鍵詞就是“通透”。玻璃幕墻外加放置太陽能板的屋面，讓整個車站看上去像是一個完全開放的公共空間。

▲車站剖面

一層為火車出發(fā)區(qū)，乘客通過高架候車室到達二層的有軌電車以及一層各火車站臺。

車站平面約120mx96m，高22m，由八個立柱支撐，柱頂一分四，隔跨支撐。

▲分叉柱立面

出于對抗側(cè)的需求，屋頂在長邊一側(cè)與旁邊的Stichthage辦公樓5層相連。

▲車站俯瞰視圖

屋頂為斜向菱格，對角拉索以提高面內(nèi)的剛度。

▲屋面節(jié)點

魅影重生

前述的車站擴建都是拆除了原有的結(jié)構(gòu)，若想保留曾經(jīng)的輝煌，我們又有哪些選擇?小i覺得法國斯特拉斯堡火車站(Garede Strasbourg)以及國王十字火車站(King’s Cross Station)都是經(jīng)典的改造案例。

法國斯特拉斯堡火車站(Garede Strasbourg)

斯特拉斯堡火車站始建于1846年，1883年修繕后部分重建。2012年以后逐步轉(zhuǎn)為多式聯(lián)運樞紐，從而需要對車站進行擴建，老站在120米長的玻璃罩下熠熠生輝。

▲老站立面

主結(jié)構(gòu)為16個鋼拱，間隔9米，之間有交叉拉索，緯向為4.5m一道的Fink Beam，二者保證了縱橫向的剛度。

▲單榀立面

考慮到風雪等單側(cè)不均勻荷載，主拱下設(shè)有輪輻式預(yù)應(yīng)力張拉索，拱頂下用搖擺柱傳遞豎向荷載。

▲輪輻式節(jié)點

▲主拱下設(shè)搖擺柱

玻璃頂棚為6000平方米的冷成型LSG曲面玻璃，人們可以從站前廣場的任何角度欣賞到里面的車站，但不知道曲面玻璃會不會在夏天造成一些光污染的困擾。

國王十字火車站(King’s Cross Station)

國王十字火車站是英國1852年啟用的大型鐵路終點站，位于倫敦市中心的國王十字地區(qū)。為迎接2012年倫敦奧運會進行了擴建，由John McAslan + Partners(JMP)操刀，不過很多朋友喜歡它還是因為神秘的9¾站臺。

▲9¾站臺

車站內(nèi)部是典型的歐洲樣式——“單跨”、“拱頂”以及“側(cè)線候車”。

▲車站內(nèi)改建

主站臺長250米，高22米，寬65米，鋼拱屋面，上鋪玻璃及節(jié)能光伏板，透過南立面的玻璃窗可將車站一覽無余。

▲車站南立面

西側(cè)為改建的亮點，屋蓋平面為一半圓形，屋蓋表面積約9000m2。高約20m，直徑約150m，由周圈16顆樹形柱和一個錐形的中央樹狀結(jié)構(gòu)支撐。

▲車站俯瞰

網(wǎng)格自中部上拱，由菱形到三角形再到更密集的三角形，徑向網(wǎng)格主要承擔彎矩，所以截面為矩形管，斜向網(wǎng)格主要承擔軸向力，截面為圓管從而更易保證壓力下的穩(wěn)定。

▲網(wǎng)格結(jié)構(gòu)劃分

通過地面上下的廣場與通道，國王十字火車站與毗鄰的圣潘克拉斯站(St.Pancras Station)(歐洲之星列車在英國的終點站)相連，哥特式的紅磚標志著維多利亞時期的建筑風潮，之后的改建也是保留了老車站的元素，在歐洲，用拱就沒錯了。

▲圣潘克拉斯站

▲圣潘克拉斯站出發(fā)站臺

定型與異化

Stadelhofen車站是卡拉特拉瓦設(shè)計的第一個大型建筑，需要在原有的山地車站基礎(chǔ)上新增一條軌道，并有效的規(guī)劃好人行道及地下商場。卡神采用了斜柱，變截面懸挑梁、搖擺柱以及異型的混凝土框架賦予了車站動感，構(gòu)件形式與尺度也基本符合力學的需求。

▲斜柱與雨棚

▲地下走道

之后的法國里昂火車站(gare de lyon)，飛鳥狀外形下的構(gòu)件似乎還能看到些Stadelhofen車站的影子，此時有些外露的結(jié)構(gòu)(比如有些密肋梁)，無論從尺度還是受力角度都有了較多的冗余，可能更多考慮的還是形式的需求。

▲車站全景

▲候車站臺

▲里昂火車站候車室

再到近些年，老爺子在紐約的作品WTC交通樞紐。造價近40億，從兩個主拱出挑鋼梁形成飛翼狀，算是里昂火車站的加強版。

▲WTC交通樞紐

作為紀念性建筑，抑或說是一個雕塑作品，粗壯、高大有秩序的結(jié)構(gòu)構(gòu)件更多的作用或許是讓行走在其中的人們停下腳步，來一個45度角的自拍吧。

▲WTC交通樞紐內(nèi)景

▲極具秩序的“結(jié)構(gòu)構(gòu)件”

由于篇幅有限，還有一些有意思的車站僅羅列圖片供大家欣賞。

▲Santa Justa Seville Station

▲Zürich Main Station

▲Graz Main Station Redevelopment

▲Denver Union Station