本文参考北京院内部研究成果编写
火车站由于受到其使用性质、场地状况等多种因素的影响，其站房屋顶、楼层、站台遮雨棚以及天桥等部位普遍采用了较大跨度的结构设计。
1.站房候车区楼面
线上型火车站的候车区楼层跨度通常较大，例如，津秦客运专线上的唐山火车站（简称唐山站）的候车楼面下方柱网尺寸为21600×18000毫米，广州新客站（简称广州站）的候车楼面下方柱网尺寸为23250毫米（21500毫米）×32000毫米（16000毫米），而京沪高铁上海虹桥站（简称虹桥站）的候车大厅柱网尺寸则为24000毫米（21000毫米）×21500毫米。银川站，即银川火车站，是一座线侧式站房建筑，其候车楼面下方的柱网尺寸相当可观，具体为24000（27000）×28000毫米。通常情况下，候车厅楼面采用的是预应力混凝土梁板结构，或者采用钢桁架（或钢梁）与组合楼板相结合的体系。
1.1
预应力混凝土梁板体系
在进行广州站的结构设计过程中，我们对比了预应力混凝土梁板体系与钢桁架加组合楼板体系两种不同的设计方案。这两种楼盖结构体系均能满足对承载能力和变形性能的要求。相较于钢桁架楼盖结构，混凝土楼盖的自重和刚度均显著较高，从减少列车高速行驶及行人行走时产生的振动出发，混凝土楼盖结构显然更具优势。针对实现站桥一体的铁路车站建筑，舒适性是结构设计必须纳入考量的关键要素之一，鉴于此，广州站的候车大厅楼顶结构选择了预应力混凝土梁与混凝土板相结合的楼盖体系作为具体的实施措施。附图展示了广州站站房的结构横剖面图。
广州站站房结构横剖面示意图
1.2
钢桁架(或钢梁)+组合楼板体系
虹桥站的高架候车厅楼面使用了钢桁架大梁结构kaiyun.ccm，桁架的高度为3.5米，上弦和下弦的截面高度均为500毫米，腹杆截面高度为400毫米，这些梁都是采用焊接的H型钢制成。桁架的下弦部分标高为6.5米，这一层是设备夹层楼面，而桁架的上弦部分标高达到10.0米，这里是候车大厅的楼面。上下弦的H型钢梁与位于其上的压型钢板-混凝土组合楼板共同构成了组合楼盖。南京南站的候车厅楼面设计与虹桥站相仿，均采用了钢桁架结构，同时巧妙地利用桁架上下弦之间的空间设置设备层。而北京南站的候车厅则采用了钢箱梁与组合楼板相结合的体系，其中钢梁的最大跨度达到了40.5米。
1.3
普通混凝土梁板体系
在火车站的候车楼中，采用普通的混凝土梁板结构体系的情况相对较少，尤其是在银川站的二层候车厅，其楼面两侧的局部区域由于跨度较小——具体轴网尺寸为7000×7000——因此特别选用了这种结构体系。
火车站候车区的楼面跨度通常较大，且对楼面的舒适度有较高的标准，因此普遍选用预应力混凝土梁板结构。以虹桥站和北京南站为例，由于采用了钢管混凝土柱，它们则选择了钢桁架（或钢梁）与组合楼板相结合的体系。而在候车区局部存在小跨度区域的情况下，也可以使用普通的混凝土梁板结构。
2.站房屋面
火车站的站房顶部结构跨度通常较候车厅的楼面跨度要宽，其屋面多选用轻质金属材料，结构设计上多采用跨度较大的钢结构，如网架、钢桁架、网壳和张弦结构等。体型较大的火车站，其屋面设计往往融合了多种结构形式。然而，对于一些小型火车站，其屋面设计则可能采用预应力混凝土梁板体系。
2.1
预应力混凝土梁板体系
近年来，新建火车站的站房屋面在采用预应力混凝土梁板体系方面较为罕见。这主要是因为该体系在跨度上的限制，以及相较于钢结构加轻型金属屋面，混凝土梁板体系的自重更为显著。此外，建筑在造型和通透性方面的高要求也是一大考量因素，因此通常不会选择混凝土楼盖。
宁杭客运专线瓦屋山车站规模不大，其屋面跨度仅有23米。鉴于混凝土具有良好的耐久性和较低的后期维护费用，该站屋面选择了预应力混凝土梁板结构体系。
2.2
大跨度钢结构+轻型屋面
1）网架结构
安阳东站顶部的屋面使用了正交正放的四角锥平板型网架，其跨度达到了大约47米。这种网架结构的厚度介于3至4.25米之间，而节点则采用了焊接球节点设计。网架与混凝土主体结构之间通过固定铰支座或抗震支座进行连接。此外，网架结构的用钢量大约为每平方米47公斤。
南京南站的屋顶设计采用了双向正交的正放式钢网架结构，该网架的高度达到了6米。在节点连接方面，使用了焊接球技术，而在网架与柱顶的连接处，则特别采用了万向铰支座。为确保屋顶的整体稳定性，该屋顶未设置温度缝。其投影面积达到451米乘以210.65米。屋盖的四周均采用了大悬挑设计，南北方向的最大悬挑长度为30.0米，东西方向的最大悬挑长度同样为30.0米，而在角落处的最大悬挑长度更是达到了42.0米。
（2）桁架结构
唐山站、宜兴东站、溧阳站、定州东站等建筑，其屋面结构普遍采用了钢桁架设计。以唐山站为例，其屋面钢桁架被划分为三个部分。在第二部分中，每根主桁架由三个部分组成，两侧的边跨长度为36米，而中间的跨距则达到了54米，这些桁架均稳固地支撑在钢管混凝土柱之上。I段内侧的主桁架共有五个跨距，具体跨度依次为18米、36米、54米、36米和18米，这些跨距由钢管混凝土柱或混凝土柱支撑；而外侧的主桁架以及外挑部分则是由Y型钢管柱来承担支撑。通常情况下，主桁架与钢管混凝土柱的连接会使用固定铰支座，但也有一些节点，主桁架的腹杆和下弦杆会汇聚于一点，焊接在钢柱上，这种连接方式同样可以被视为铰接。桁架主体呈倒置三角形结构，其高度为3.5米，宽度则为2米。在垂直于主桁架的方向上，布置了平面的次级桁架。
虹桥站的屋盖在横向上大致分为两个不同的高度层次，南北两侧的高度均为30米，而中间部分的高度则达到了40米。屋盖的具体结构可以在图3中查看，其中Y轴方向指向北方。在30米高度的屋盖部分，采用的是平面桁架结构设计，横向的主桁架跨度达到了45米，而纵向的主桁架跨度大约是22米，抽柱位置的最大跨度为46.05米。主桁架的上下弦部分均与钢管混凝土柱进行了刚性连接（局部区域使用了销轴连接），从而构成了一个刚架结构。为了确保控制杆件的外观尺寸，在荷载较大的区域，我们采用了双弦杆桁架结构。在标高40米的位置，屋盖部分使用了倒置的三角形三管空间桁架。其中，横向的主桁架跨度达到了72米，而纵向的主桁架跨度大约为22米。在抽柱的位置，最大跨度达到了46.05米。
虹桥站屋盖结构轴测图
（3）大跨度拱结构
常州火车站是一座高架式建筑，其候车大厅坐落在桥梁底部，与桥梁的墩柱共同构成了一个完整的框架体系。站房在8.5米以上的部分采用了大跨度的钢结构拱形设计，拱顶的最高点达到了32.8米。该结构主要依靠钢箱梁拱来承受力量，其中钢箱梁的最大截面高度为2米，跨度最大可达66.4米，梁与梁之间的距离为16.35米。为了确保钢箱梁拱在平面外的稳定性，我们在相邻的钢箱梁拱之间安装了刚性系杆和支撑装置。下图为常州站剖面图。
常州站剖面图
4）混凝土拱壳+钢桁架
银川站房的核心区域，主入口的上方，设有三个由清水混凝土打造的大厅。这些混凝土结构并非呈圆弧或抛物线形状，而是由两段圆弧相接而成。此外，在壳体的侧面还开有宽敞的弧形洞口。因此，为了增强混凝土壳体的稳定性，在其周围设置了混凝土拱柱进行加固。站房二层的候车大厅去除了中央的支柱，打造出宽敞的跨域空间。为了满足室内外装修的需求，候车大厅的屋顶采用了清水混凝土的壳体结构，并在其两侧纵向设置了两个巨型三角形桁架，跨度约为67米。在巨型主桁架的东、西两侧，还布置了两个次桁架，分别具有14米和21米的跨度。在两个桁架之间，用型钢折梁作为支撑，形成了玻璃采光屋面，这样便将建筑造型与结构构件设计完美地融合在一起。主桁架分别由混凝土壳体和混凝土柱体承担其支撑作用，而次桁架的一端则与主桁架相接，另一端则借助固定铰支座与混凝土拱顶上的梁体相连接。图中展示了站房屋顶桁架的室内景象以及其结构模型。
银川站房屋顶桁架室内效果图
银川站房屋顶桁架结构计算模型
（5）多种结构形式组合的复杂屋面结构
广州站的站房钢结构屋盖是由多个筒形和波浪形体块相互交错拼接而成，其造型采用了分片叠加的方式。屋盖的投影面积达到了10.4万平方米。主站房屋盖的外形如下所示开yun体育app官网网页登录入口，其平面尺寸为东西方向长468.8米，南北方向宽222.0米，筒形屋盖沿南北方向分布着6片，每片都是向上凸起的圆柱面。屋盖中央，东西走向设有一条贯穿的采光带，其柱面造型呈半径逐渐变化，全长347.6米，并与六片南北方向的柱状叶片相连接。在东西向的主要入口位置，该采光带的柱面部分向上略微翘起。
广州南站站房屋盖外形
广州站的站房屋盖设计方案最终确定，主要采用了以索拱和索壳为核心的结构体系。在短跨部分，我们选择了倒三角形的钢桁架作为承重的主梁；而在长跨部分，则是利用索拱或张弦梁来支撑屋面结构。至于中央的采光带，则是采用了拉索加强的单层筒壳体系。具体的主站房屋盖结构的分层情况，可以参考下方的示意图。主站建筑屋顶的结构荷载传递路径包括：首先，屋面覆盖材料将荷载传递至檩条；接着，荷载通过索拱和采光带网壳传递；然后，荷载继续传递至主支承桁架；之后，荷载沿主支承桁架传递至柱子；最后，荷载最终传递至桥墩或地面。
广州南站站房屋盖结构分层示意图
武汉火车站的屋顶覆盖面积达到了十五万平方米，其屋顶的形状相当复杂，沿着横向和纵向轨道的曲线都是高阶函数。中央站房屋顶的支撑结构包括五座主拱、半拱以及斜立的柱子（图9中3N至3S轴之间是站房区域，两侧则是雨棚区域），这五座主拱之间的距离大致为64.5米，其中最大的主拱跨度达到了116米。
武汉站的支承结构体系
武汉火车站的屋顶采用了一种正交正放式的网壳结构，其上弦部分布置了交叉支撑。这些网壳的弦杆呈现出复杂的空间曲线形状。在拱顶区域，直接通过短柱与网壳相连，短柱之间填充了钢板；而在其他部位，则通过V形支撑将两者连接。该屋面网壳与主拱、半拱共同构成了一个“拱-壳”结合的体系。中央站房屋顶的结构在承受竖直方向的荷载时，其传递路径是：首先通过网壳，然后传递至V形支撑，接着是主拱或半拱（即斜立柱），再传递到墩台，最终抵达桥墩。接下来的两张图分别展示了沿着轨道方向和垂直于轨道方向的剖面图。
武汉站顺轨向剖面图
武汉站中央站房屋面结构横轨剖面
北京南站的屋顶采用了空间钢结构体系设计，其平面布局呈现出椭圆形；支撑结构中，主受力部分由两侧的钢管桁架和中间的实腹式箱梁组合而成（具体结构图见下文）；而屋盖本身则由双肢缀条格构柱支撑，这些分肢使用了焊接组合的H型钢构件，而缀条则选用了等边角钢。该站房屋顶呈双曲面结构，沿纵向在柱顶和刚架跨中部位布置了辅助桁架梁和实心箱形梁，用以加强纵向连接；同时，在悬挑桁架的末端，还安装了封边用的辅助桁架梁和实心箱形梁。
北京南站的屋盖体系布置
之所以选择这一方案，是为了同时满足建筑效果和经济性的双重需求，这包括在那些可能对建筑效果产生影响的采光屋面以及净空要求较高的区域使用实腹梁结构，而在其他区域则采用正三角形钢管桁架结构，具体单榀模型如图所示。
北京南站屋盖结构的单榀模型
总体来看，站房屋面施工方法主要分为以下几类：对于体型较小的站房，其跨度约在二十米左右，通常使用预应力混凝土梁板体系；中等或小型站房普遍选用网架或桁架结构搭配轻型屋面；大型站房由于屋面体型复杂、规模庞大，通常采用多种结构形式相结合的复杂屋面结构；而部分造型或类型独特的站房，例如银川站和常州站，其屋面则会采用一些特殊的结构设计。
3.站台雨棚屋面
近年来，新建火车站的站台雨棚普遍采用钢结构。这些雨棚的屋面结构形式多样，主要包括单柱悬挑梁（配备拉杆）、钢框架梁、张弦梁（包括张弦桁架）以及网壳结构等。根据雨棚柱与站台之间的连接方式，可分为带有站台柱的雨棚（简称有柱雨棚）和没有站台柱的雨棚（简称无柱雨棚）。
3.1
有站台柱雨棚
站台柱雨棚虽属传统构造，但近些年却较为罕见。“五一国际劳动节”或称“五一节”，在全球80余个国家被定为法定节日，庆祝日期定于每年的5月1日。这一天，是全球劳动人民共同享有并庆祝的节日。
3.1.1
单柱悬挑梁（带拉杆）
瓦屋山站是一个线侧式的小型车站，其站台布局为两台四线。该站的雨棚结构由钢管混凝土柱支撑，并带有悬挑的拉杆梁，这些梁与站房相连。相连的雨棚部分同样使用站房混凝土柱支撑，并配有悬挑的拉杆梁。雨棚的悬挑长度达到10米，斜拉杆的截面为圆形钢管，而钢梁则采用H型钢设计。斜拉杆与柱、梁的连接均采用销轴节点。附图展示了瓦屋山站雨棚结构在施工阶段的照片。雨棚结构顺轨方向总长约420m，由两道伸缩缝分为三段。
瓦屋山站施工现场照片
3.1.2
钢框架结构
定州东站站台设有两座站台，每座站台由四条铁路线组成，其雨棚采用了钢框架式的设计。每座雨棚由四根钢柱支撑，两侧的边柱分别坐落在两个站台的外侧边缘，中间的两根柱子则位于铁路线之间。站台顶部覆盖着钢梁，其上再铺设檩条和金属屋面，形成了一个覆盖轨道上方空间的顶棚。钢框架梁的跨度普遍超过20米，而柱子通常采用圆形钢管截面，梁则多采用H型钢。定州东站雨棚的总体结构长度在顺轨方向上约为450米，它被两条伸缩缝巧妙地分割成了三个部分。
3.2
无站台柱雨棚
新建火车站的站台雨棚普遍采用了无支柱的设计，这种设计不仅提高了旅客的通行效率，而且也更为便利。
3.2.1
钢框架（排架）结构
宜兴东站与溧阳站的站台雨棚均采用了钢框架结构设计。每座雨棚由四根钢柱支撑，两侧各有一根边柱，位于站台外侧，中间两根柱子则坐落在铁路线之间。在站台顶部，钢梁之上铺设了檩条和金属屋面，覆盖了整个轨道上方空间。钢框架梁的跨度普遍超过20米，柱子多采用圆形钢管或钢管混凝土制成，而梁则多采用H型钢。
唐山站与安阳东站的遮雨设施均采用了钢排架设计。以安阳东站为例，每根垂直于轨道的钢柱有四根，这些钢柱之间配置了钢框架梁，沿着轨道方向的钢梁都是次梁，它们架设在垂直于轨道的钢框架梁之上，共同构成了排架结构。在悬挑跨度较大的区域，还特别设置了斜拉杆。
3.2.2
张弦梁（张弦桁架）
银川火车站的站台雨棚是由五跨排架构成，这些排架采用张弦梁结构，其中一期工程为两跨排架。张弦梁的跨度范围在40.5米到44.1米之间，跨中高度为4.8米。上弦杆使用了ϕ530×14的热轧钢管。具体的张弦梁布置情况可以参考下方的图示；此外，沿着轨道方向，是由钢管梁柱构成的多跨刚架，各柱之间的距离均为21米。相邻新建东站房处，利用橡胶支座进行连接kaiyun全站网页版登录，而屋面内部结构的刚度则由ϕ30圆钢的张弦梁所赋予。纵向支撑的布置严格遵循净距不超过45米的规范，横向支撑则位于屋面洞口两侧以及屋顶上方倾斜角度较大的刚架处。
雨棚平面布置图
雨棚结构剖面图
泰州火车站的雨棚主体采用了一种空间倒三角形的曲线拱形钢管桁架结构。该桁架的尾部曲线与地面接触，而头部则向上翘起，呈现出一种类似“龙形”的形态。在桁架的中间位置，设置了一根钢管混凝土柱，它位于铁路的正线和基本站台到发线股道之间。建筑的外观可以在下方的图中看到。
泰州站雨棚立面图
3.2.4
多种结构形式组合的复杂屋面结构
广州火车站的站台雨棚没有立柱，根据其位置差异被划分为南北两个区域，这两个区域均围绕建筑的中轴线呈对称布局，其结构体系大体相同。雨棚的柱网间隔通常是32米乘以68米，在较短跨度的方向上使用了倒三角形的钢桁架，而在较长跨度的方向上则采用了索拱或张弦梁来支撑屋面结构。雨棚所承受的荷载是通过屋面覆盖材料传递至檩条和支撑，再由索拱传递至主支撑桁架，最终由Y型柱传递至桥墩或地面（具体可见下图）。为了保持连续跨越索拱的水平推力均衡，边跨柱设计为梭形斜柱和斜撑杆，这些构件与主体混凝土结构共同构成稳定的三角形结构，以此抵御水平推力。索拱作为塑造屋面形态的关键元素，其跨度范围在34.0至77.8米之间，间距为16米，并稳固地设置在梯形空间桁架上。中间四跨的索拱，其上弦拱矢的跨比最大为1/7，最小则为1/13，且所有索拱的高度均为5米。因此，索拱的体型是从拉索与拱身同向弯曲逐渐过渡到反向弯曲。在东西两侧的跨索拱中，跨度相对较大，而端部的斜柱在抵抗水平力方面条件不佳，因此选择了拉索与拱身反向的索拱结构。
南雨棚平面图
南雨棚横剖面图
武汉火车站的雨棚设计采用了正交正放式的网壳结构，其支撑结构沿着轨道方向进行布置。这些支撑结构由南北两侧各20个支撑构件构成，这些构件分别位于10.25米高的墩台上，由半拱和斜立柱组成。每个半拱和对应的斜立柱共同构成一个支撑单元。其中，半拱的跨度达到了35.3米，与中央站房屋面支撑结构相一致的是，这些支撑单元在横向轨道方向上的间距为64.5米，相当于跨越了三个轨道线。半拱与相邻支承单元的斜立柱共用一个桥墩。
3.3.小结
火车站站台雨棚的做法按结构跨度归纳如下：
3.3.1
普通跨度雨棚结构（跨度
单柱悬挑梁，配备拉杆装置，主要应用于小型车站的站台结构，尤其是那些多为两台四线的站台，其雨棚通常由带有站台雨棚柱构成，而这些雨棚柱通常设置在站台边缘位置。
钢框架结构，常应用于中型或小型车站的站台雨棚，其垂直于轨道方向的跨度通常在20至30米之间。
3.3.2
大跨度雨棚结构（跨度>30m
大跨度的雨棚结构通常选用张弦梁、张弦桁架、拱形桁架等设计，其跨度范围广泛，从40米至超过100米，一跨结构往往能够覆盖多个站台。这类大跨雨棚结构在大型车站站台中应用较多。例如，武汉站和广州站等车站，它们采用了由两种或两种以上结构形式组合而成的复杂雨棚结构体系，以此来打造出复杂的建筑形态。
雨棚的经济效益与其结构跨度紧密相连，故不应过分追求跨度和柱距的增大。另外，在平行轨道方向，雨棚的结构通常较长，因此在设计过程中，需重点考虑温度应力问题，并采取相应措施以有效控制温度应力。
