Estación de ferrocarril de alta velocidad de Xuzhou

Control de la deflexión a más de 75 metros

Una distancia libre de columnas de 75 metros empuja los límites de lo que una rejilla espacial puede lograr sin exceso de profundidad. El criterio de funcionalidad que rige es típicamente la desviación: el movimiento máximo aceptable hacia abajo del techo bajo carga de diseño. Para un edificio público, la desviación se limita típicamente a la distancia/250 para la carga total y la distancia/400 para la carga real lo que significa que una distancia de 75 m debe desviarse no más de 300 mm bajo carga total y 187 mm bajo carga real.

El control de la desviación hasta estos límites requiere una rejilla suficientemente profunda (que aumenta la masa visual del techo y reduce la altura transparente por debajo) o un precampering (fabricación de la rejilla con una curvatura ascendente que se ajusta a la posición plana de diseño bajo carga muerta permanente). El diseño combinaba ambos enfoques: la profundidad de la red fue optimizada para proporcionar una rigidez adecuada, y la red fue precamperada para compensar el componente de desviación de carga muerta, dejando solo la menor desviación de carga en vivo para ser controlada por la rigidez inherente de la red.

2. Cargas dinámicas derivadas del flujo de pasajeros y del movimiento del tren

Una estación de tren de alta velocidad es un entorno con carga dinámica. El piso estructural (que puede ser un mezzanine enmarcado en acero o una losa de hormigón en un marco de acero) experimenta una carga dinámica de miles de pasajeros caminando, corriendo y de pie con equipaje. Mientras que el componente dinámico de las cargas de caminata es típicamente pequeño en relación con el peso estático, puede producir vibraciones perceptibles en estructuras de piso de larga distancia.

Más significativamente, la estructura de la estación está sujeta a una carga dinámica por los trenes de alta velocidad que pasan. Un tren que pasa a través o debajo de una estructura de la estación a 250-350 km/h genera ondas de presión, vibraciones del suelo transmitidas a través de la estructura de la vía y carga aerodinámica en las estructuras de la cubierta de la plataforma. La estructura de acero de la estación tuvo que ser diseñada para acomodar estas entradas dinámicas sin amplificación de resonancia.

3. Integración y forma arquitectónica

Una estación de tren de alta velocidad es un edificio cívico su expresión arquitectónica contribuye a la identidad de la ciudad y la experiencia del pasajero. La estructura de acero no es simplemente un soporte para el techo; es un elemento arquitectónico visible para cada pasajero. La geometría de la estructura de la rejilla, los perfiles de miembros, el diseño de nodos y el acabado de superficie contribuyen a la declaración arquitectónica.

El reto era lograr la eficiencia estructural al tiempo que se cumplen los requisitos arquitectónicos para el ritmo visual, la delgadez de los miembros, la elegancia de los nodos y la calidad del acabado de la superficie. El tamaño óptimo del miembro del ingeniero estructural (elegido para la capacidad de fuerza) puede ser mayor o menor que el tamaño deseado del miembro del arquitecto (elegido para la proporción visual).

4. Diseño sísmico para edificios públicos

Xuzhou se encuentra en una zona sísmica moderada (intensidad de diseño 7, 0.10g). Para un edificio público con una clasificación de alta ocupación, los objetivos de rendimiento sísmico son elevados: la estructura no solo debe evitar el colapso bajo el terremoto raro, sino que también debe mantener la operabilidad bajo el terremoto frecuente (el "terremoto que ocurre con frecuencia" por GB 50011). Esto requiere que los miembros estructurales primarios permanezcan esencialmente elásticos bajo el terremoto frecuente no productivo, no deformación permanente para garantizar que la estación pueda reanudar sus operaciones inmediatamente después de un evento sísmico moderado.

El techo de la red de gran luz presentó desafíos sísmicos específicos. El largo período natural del techo (1-3 segundos para un período de 75 m) crea el potencial de movimiento diferencial entre el techo y las columnas de apoyo durante un terremoto. Las conexiones de la columna del techo tuvieron que acomodar este movimiento diferencial a través de juntas sísmicas especialmente diseñadas conexiones que permiten un deslizamiento y rotación controlados, disipar la energía sísmica a través de la fricción al tiempo que protegen la integridad estructural de la red del techo y las columnas.

Profundidad de la rejilla y optimización de módulos

La cuadrata-pirámide de la cuadrata fue optimizada para el 75 m de espacio máximo. Los parámetros clave de diseño profundidad de la cuadrícula, tamaño del módulo y tamaño de los miembros fueron determinados a través del análisis estructural iterativo:

• Profundidad de la rejilla: Establecido a aproximadamente 4-5 metros (espacio 15 a espacio 18), proporcionando una rigidez adecuada para el control de desviación manteniendo el perfil del techo dentro del envoltorio arquitectónico
• Tamaño del módulo: Se establece en aproximadamente 3-4 metros cuadrados, equilibrando la estandarización de miembros con eficiencia estructural. Los módulos más pequeños aumentan el número de miembros y nodos (aumentando el trabajo de fabricación y montaje) mientras que los módulos más grandes aumentan las fuerzas individuales de los miembros (que requieren secciones más pesadas).
• Tamaño del miembro: Los miembros de la línea de la columna (cerca de las líneas de la columna) llevan fuerzas más altas que los miembros interiores, y eran correspondientemente más grandes. los miembros de la línea media llevan fuerzas más bajas y eran más ligeros.

Sistema de nodos de esfera con bolta

Las conexiones de red usaron nuestro Sistema de nodos de esfera de enchufe Esferas de acero forjadas con puntos de conexión pre-perforación y pre-filados en los ángulos precisos requeridos por la geometría de la rejilla.

• No se soldan en campo las conexiones primarias: Todas las conexiones estructurales primarias están cerradas, reduciendo el trabajo de campo, eliminando el riesgo de calidad de soldadura de campo y permitiendo la erección en condiciones climáticas adversas
• Precisión en la fábrica: Los ángulos de perforación de los nodos se controlan mediante mecanizado CNC, asegurando que los miembros se encuentren en los ángulos diseñados sin ajuste de campo
• Simplicidad de la inspección: Las conexiones con bolsillos se verifican mediante la llave de par un método de inspección más rápido y seguro que las pruebas de soldadura radiográfica o ultrasónica
• Capacidad de conexión: La conexión de esfera en perforación resiste tanto a la tensión como a la compresión, y el perforación en hilo proporciona un bloqueo mecánico positivo que no depende solo de la fricción

Fabricación previa a la cámara

La rejilla fue fabricada con pre-camber una curvatura hacia arriba integrada igual a la desviación de carga muerta prevista. Esta pre-camera se logró ajustando las longitudes de los miembros y las posiciones de los nodos durante la fabricación: los miembros de acordes superiores eran ligeramente más cortos y los miembros de acordes inferiores ligeramente más largos que sus longitudes nominales, creando una curvatura que se construye en la estructura antes de que se cargue.

En el caso de la carga muerta, la red se desvía hacia abajo hasta que se consume la precampa y la red se encuentra en la posición de diseño (planas). La desviación residual bajo carga real es entonces una pequeña fracción de la desviación total que ocurriría sin precampa. Esta técnica permite que una profundidad de la red más poco profunda (y por lo tanto un tonelaje de acero más ligero) satisfaga el mismo límite de desviación una eficiencia estructural que es difícil de lograr sin un control preciso de fabricación.

Erucción de una red de 75 metros

La construcción de una red de 75 metros de ancho es un proyecto de ingeniería en sí mismo. La red no puede ser levantada como una sola pieza.

• Ensamblaje seccional: La red se dividió en secciones de erección, cada una de las cuales tenía el tamaño de la capacidad de la grúa y el transporte dentro de la huella de la estación
• Ahorro temporal: Las torres de soporte temporales se erigieron en posiciones intermedias para apoyar la cuadrícula parcialmente completada hasta que alcanzara una geometría autosuficiente
• Cierre progresivo: Se instalaron secciones desde las líneas de columna hacia adentro, con la red alcanzando una capacidad de auto-sostenibilidad cuando se instaló la sección final de cierre y la red formó un sistema estructural completo
• Descarga de la cubierta: Los soportes temporales se eliminaron en una secuencia controlada, lo que permitió que la red asumiera su perfil de desviación de diseño bajo autopeso

La ventaja de fabricar la red en nuestra instalación de Xuzhou la misma ciudad donde se estaba construyendo la estación no se puede exagerar. Las distancias de transporte eran mínimas, lo que permitió la entrega justo a tiempo de secciones de la red. El ensayo de ensamblaje de secciones críticas en la fábrica verificó la compatibilidad geométrica antes del envío. Y nuestro equipo de ingeniería estaba disponible en el sitio dentro de horas, no días, para abordar cualquier consulta de erección.

La estación de tren de alta velocidad de Xuzhou es, para Permanent Steel, el proyecto que define nuestra identidad. Es la estructura de acero más grande y visible de nuestra ciudad natal un edificio que todos los residentes de Xuzhou ven, cada visitante pasa a través, y cada cliente potencial puede visitar. La extensión libre de columnas de 75 metros, la estructura de la red de la pirámide cuadrada, y las conexiones de esfera de tornillo no son capacidades abstractas descritas en un folleto; son realidades físicas que se pueden tocar, fotografiar y verificar.

La estación sirve como un campo de prueba en vivo para nuestro sistema de fabricación. Cada esfera en la red de techo fue mecanizada en nuestra fábrica. Cada miembro fue cortado por CNC y perforado a la tolerancia. Cada revestimiento se aplicó bajo condiciones controladas. Y todos estos elementos son visibles, ensamblados y funcionan no en un patio de prueba, sino en un edificio que procesa a millones de pasajeros al año.

Para Xuzhou, la estación refuerza la posición de la ciudad como un centro de transporte nacional. La red ferroviaria de alta velocidad conecta Xuzhou a Beijing en aproximadamente 3 horas, a Shanghai en aproximadamente 2,5 horas y a docenas de ciudades intermedias haciendo de Xuzhou un destino práctico para los clientes que desean visitar nuestra fábrica e inspeccionar nuestra calidad en persona, al tiempo que conecta la ciudad a la economía nacional a velocidades ferroviarias.

Para la industria de la estructura de acero, este proyecto demuestra que los fabricantes chinos pueden ofrecer estructuras de rejilla espacial de 75 metros de ancho con la precisión, calidad y acabado arquitectónico requerido para las principales infraestructuras públicas. La combinación de tecnología de esfera de tornillo, fabricación impulsada por CNC, ingeniería pre-camber y metodología de erección secuencial representa un perfil de capacidad que pocos fabricantes en todo el mundo pueden igualar y que está en exhibición permanente en el corazón de nuestra ciudad natal.