火車站由東、西站房和位於其上的馬鞍形屋頂組成(見圖1)。站房為鋼筋混凝土框架剪力墻結構，地上三層，高度21.6m，站臺上方為馬鞍形鋼屋蓋。東西向跨度為96m-114m，南北向長度為152.5m，總高度為40.5m，采用雙層網殼結構，最厚處為5m，最薄處為2.5m，為支撐屋面，在屋面兩側設置6道鋼筋混凝土剪力墻。從傳力路徑和受力方式來看，這種結構的屋蓋具有明顯的拱形結構力學特征，單從造型來看，還具有網殼結構的幾何特征。
2.結構計算模型和地震動參數
整體計算模型包括屋頂大跨度鋼結構和下部混凝土結構。本文通過改變上部鋼結構與下部混凝土連接支座的約束條件，分析了該結構的地震反應。具體電腦型號如下:
1)整體計算模型，鋼結構與下部混凝土結構鉸接。
2)整體結構的計算模型，其中鋼結構和下部混凝土結構在屋蓋跨度方向用剛度k=20000KN/m的滑動支座連接，其他兩個方向受約束。
3)只有鋼屋蓋結構的計算模型，鋼屋蓋通過與下部混凝土結構剛度相當的彈簧與地面連接。
4)只有鋼屋蓋結構的計算模型，鋼屋蓋與地面鉸接。
3.結構的固有振動特性和整體剛度
結構的振型和固有頻率計算結果見圖2和表1。本文只列出了結構的前三階振型，不同計算模型的前六階振型為屋面鋼結構的自振，下層混凝土結構的振型出現在模型1和模型2的第七階。1-4型結構的第壹階固有頻率之比為1:0.70:1:1.12。
結構固有頻率表1
分析表明:
(1)模型1的壹階固有頻率比模型2高30%。在上下連接處使用滑動支座可以有效降低整個結構的剛度。
(2)模型1的固有頻率與模型3相似，說明將下部混凝土結構模擬為等剛度彈簧支座的模型3的剛度與模型1相似。同時第七種模式也有區別，這是由於1型第七種模式有下層混凝土參與造成的。
(3)模型4的1階固有頻率比模型1高12%，說明僅考慮上部鋼結構與地面鉸接的計算模型剛度大於整體沈降模型。
進壹步分析表明，下層混凝土結構的剛度遠大於上層鋼結構，下層混凝土結構與屋面鋼結構以及下層混凝土的連接方式對結構的整體剛度影響很大。
4.小震下的反應譜分析。
考慮結構恒載和0.5倍活載，結構阻尼比取0.02，僅考慮單向地震作用，分析結構的小震反應譜。計算結構的地震剪力和屋頂頂點的位移(見圖1)。計算結果見表2:
表2小震下結構主要力學性能對比
分析表明:
(1)模型1~模型4的頂板X向地震剪力之比為1: 0.79: 0.70: 0.71，Y向地震剪力之比為1: 0.77: 0.58: 0.68，可見上下是連在壹起的。模型3和模型4得到的頂板地震剪力小於考慮整個模型(模型1)計算的地震剪力。
(2)對比模型1與模型2的地震剪力，模型2的總剪力在X向地震下減少了2000KN，在Y向地震下減少了3400KN。從表中可以看出，鋼屋蓋結構只吸收了壹小部分地震力，大部分地震剪力由下部混凝土結構承擔。因此，采用模型2將大大降低下層混凝土結構所承受的地震力，對下層混凝土結構有利。
(3)模型1~模型4在X向地震作用下的屋面位移比為1:1.21:0.78:0.77，在X向地震作用下的位移比為1: 1.14: 0.77。采用滑動支座連接上下部時，地震作用下結構位移會增加20%左右，模型3和模型4的計算結果小於模型1。
進壹步分析表明，無論是下部混凝土結構用等剛度彈簧代替的模型3，還是上部鋼結構直接與地面鉸接的模型4，計算結果都遠小於實際情況，這對結構設計都是不安全的。造成這種現象的原因是，當下層混凝土結構與屋面結構通過支座連接成壹個整體時，屋面結構本身具有較強的抗側剛度，從而分散了下層混凝土結構的地震作用。這和高層建築結構在地震下被放大的“鞭梢效應”是壹樣的。屋頂鋼結構的抗震設計必須考慮上下結構共同工作的影響。
當上部結構和下部結構通過滑動支座連接時，上部鋼結構和下部混凝土結構拉索承受的地震剪力有壹定程度的降低，結構的位移有小幅度的增加。模型2在地震作用下的最大位移為9.39mm，小於規範要求的h/300=40.5m/300=13.5mm，因此采用模型2有利於結構的抗震。
5.結論
(1)考慮下部混凝土結構的作用，改變混凝土與鋼結構的連接剛度，會對整體結構剛度產生壹定的影響。僅考慮上部鋼結構的計算模型的剛度大於整體結構模型的剛度，通過滑動支座連接上下結構的模型的剛度小於上下結構鉸接結構的剛度。
(2)與只考慮上部鋼結構的模型相比，當上部結構和下部結構共同工作時，屋蓋的總水平剪力和頂點位移顯著增加。這類似於高層建築結構在地震作用下被放大的“鞭梢效應”，所以在屋面鋼結構的抗震設計中必須考慮上下結構共同工作的影響，采用只考慮上部鋼結構的簡化計算模型是不安全的。
(3)上下部結構連接處的約束剛度對屋面結構和下部混凝土結構的地震反應和安全性能影響很大。上下結構通過滑動支座連接，地震作用下上部結構位移增加約22%，在規範要求範圍內。同時，上部鋼結構的地震剪力降低約20%，下部混凝土結構吸收的地震剪力降低約15%。因此，對於這種結構，采用部分釋放約束的滑動支座可以有效地耗能減震，有利於下部混凝土的設計，有效提高上部鋼結構的抗震安全性能。
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