南通興東機(jī)場(chǎng)新建T3航站樓結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)

王海林

(上海民航新時(shí)代機(jī)場(chǎng)設(shè)計(jì)研究院有限公司　上海　200335)

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南通興東機(jī)場(chǎng)新建T3航站樓結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)

王海林

(上海民航新時(shí)代機(jī)場(chǎng)設(shè)計(jì)研究院有限公司上海200335)

南通機(jī)場(chǎng)T3航站樓為復(fù)雜、超長(zhǎng)、大跨結(jié)構(gòu)，主樓下部主體結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，屋蓋采用三角形立體鋼桁架結(jié)構(gòu)。結(jié)合建筑體型，對(duì)航站樓合理設(shè)縫和后澆帶，并在混凝土施工時(shí)適當(dāng)添加抗裂劑，解決了超長(zhǎng)混凝土收縮產(chǎn)生的裂縫問(wèn)題；采用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁滿足了建筑豎向凈空和平面大空間的要求；在合適位置設(shè)置耗能型抗震屈曲約束支撐，可有效提高由航站樓特殊工藝布置產(chǎn)生的不規(guī)則結(jié)構(gòu)的整體抗震性能。

航站樓;超長(zhǎng)混凝土;預(yù)應(yīng)力;消能減震

1　工程概況

南通興東機(jī)場(chǎng)新建T3航站樓位于南通機(jī)場(chǎng)內(nèi)，航站樓建筑造型復(fù)雜，平面尺度大，其平面形狀為橢圓形，橢圓長(zhǎng)軸長(zhǎng)372m，短軸長(zhǎng)84m，建筑面積約5.2萬(wàn)m2，滿足目標(biāo)年2025年旅客吞吐量400萬(wàn)人次要求，航站樓效果圖見(jiàn)圖1。

圖1　航站樓效果圖

航站樓工程地上部分為兩層式，一層為到達(dá)層，相對(duì)標(biāo)高為±0.000m，到達(dá)層設(shè)局部夾層解決進(jìn)出港旅客分流，相對(duì)標(biāo)高為3.8m；二層為出發(fā)層，相對(duì)標(biāo)高為7.5m，出發(fā)層局部設(shè)置商業(yè)夾層，相對(duì)標(biāo)高為13.0m，屋脊標(biāo)高為28.1m；另外，在相對(duì)標(biāo)高-6.0m設(shè)置局部地下室，主要用于航站樓與地下車(chē)庫(kù)之間連接。

航站樓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為50年，結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí)，抗震設(shè)防類別為乙類，抗震設(shè)防烈度為6度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.05g，設(shè)計(jì)地震分組為第二組，建筑場(chǎng)地類別為Ⅲ類，特征周期值為0.55s，鋼筋混凝土框架、剪力墻結(jié)構(gòu)抗震等級(jí)為三級(jí)，鋼結(jié)構(gòu)抗震等級(jí)為四級(jí)。50年一遇基本風(fēng)壓0.45kN/m2。

2　結(jié)構(gòu)變形縫、后澆帶設(shè)置

T3航站樓建筑平面布置不規(guī)則，平面尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》允許不設(shè)縫的范圍，而溫度變化、混凝土的收縮、結(jié)構(gòu)的平面不規(guī)則均會(huì)導(dǎo)致較大的間接不利作用效應(yīng)[1]。在滿足建筑使用要求的前提下，考慮到航站樓面寬較長(zhǎng)，結(jié)合建筑體型，沿航站樓長(zhǎng)軸設(shè)置兩道橫向變形縫，將航站樓分成上部結(jié)構(gòu)相互獨(dú)立3個(gè)獨(dú)立分區(qū)，分別稱為A區(qū)、B區(qū)和C區(qū)，如圖2所示。

圖2　結(jié)構(gòu)縫及后澆帶布置圖

航站樓分縫后的結(jié)構(gòu)單元的最大長(zhǎng)度仍超過(guò)規(guī)范限值，除了結(jié)構(gòu)計(jì)算考慮溫度效應(yīng)進(jìn)行分析外，設(shè)置后澆帶，見(jiàn)圖2，考慮到大面積混凝土施工，適當(dāng)添加三膨脹源抗裂劑，摻量約為膠凝材料的8%～12%，既解決大面積混凝土近期和遠(yuǎn)期的收縮而產(chǎn)生的裂縫問(wèn)題，也適當(dāng)縮短了施工周期。

3　基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

根據(jù)建筑場(chǎng)地地勘報(bào)告，航站樓柱下基礎(chǔ)采用鋼筋混凝土鉆孔灌注樁加承臺(tái)，并以雙向基礎(chǔ)梁拉結(jié)，局部地下室為樁筏基礎(chǔ)，由于場(chǎng)地地下水位較淺，樁需考慮抗拔作用。樁徑為600mm，樁尖持力為第8層粉土夾粉砂層，樁尖進(jìn)入持力層不小于2.5m，單樁承載力特征值不小于1 600kN。

4　主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

4.1結(jié)構(gòu)體系

B區(qū)標(biāo)高-6.000～0.000 m 地下室采用鋼筋混凝土框架剪力墻結(jié)構(gòu)(外圍為鋼筋混凝土剪力墻，部分鋼筋混凝土柱落地)，A區(qū)、C區(qū)未設(shè)置地下室。

航站樓上部結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)、肋梁樓蓋、鋼屋蓋。

混凝土強(qiáng)度等級(jí)分別為C15(墊層)、C30(基礎(chǔ))、C40(梁、板、柱)。鋼筋混凝土框架柱采用圓形柱，框柱直徑分別為600mm、1 000mm和1 100 mm，主要柱網(wǎng)尺寸12m×12m、12m×15m、12m×18m，主要框架梁尺寸為400mm×900mm、500mm×1 000mm和500mm×1 100mm，部分框架梁采用有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土梁。B區(qū)地下室頂板厚為200mm，側(cè)壁剪力墻500mm厚。

由于建筑造型及工藝流程要求，建筑平面較為不規(guī)則，純框架結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)顯著，位移比超出規(guī)范限值。除此之外，出發(fā)層抽柱導(dǎo)致層間剛度較小，層間位移超限。鑒于此，航站樓結(jié)構(gòu)局部設(shè)置耗能型抗震屈曲約束支撐(BRB)，以調(diào)整局部樓層的側(cè)向剛度，避免薄弱層的出現(xiàn)，亦可使層內(nèi)結(jié)構(gòu)剛度變化均勻，避免結(jié)構(gòu)平面扭轉(zhuǎn)不規(guī)則，另一方面約束屈曲支撐可有效耗能，保護(hù)主體結(jié)構(gòu)不受破壞，提高結(jié)構(gòu)的整體抗震性能。

4.2超長(zhǎng)預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土框架設(shè)計(jì)

為了滿足建筑使用功能，盡可能提高建筑凈空，提高建設(shè)經(jīng)濟(jì)性，標(biāo)高3.8mA區(qū)、C區(qū)下夾層和部分徑向框架梁、B區(qū)下夾層環(huán)向框架梁均采用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，其中A區(qū)、C區(qū)環(huán)向?yàn)?0跨連續(xù)梁結(jié)構(gòu)，跨度為12m，B區(qū)環(huán)向?yàn)?1跨連續(xù)梁結(jié)構(gòu)，跨度均為12m，見(jiàn)圖3；7.5mA區(qū)、C區(qū)環(huán)向和徑向框架梁，B區(qū)環(huán)向、橫向和縱向框架梁均采用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，A區(qū)環(huán)向、B區(qū)環(huán)向和縱向、C區(qū)環(huán)向跨度和跨數(shù)和下夾層相同，A區(qū)、C區(qū)徑向?yàn)榭蚣芰嚎缍葹?2m和18m，B區(qū)橫向?yàn)?跨連續(xù)梁結(jié)構(gòu)，主要跨度為12m和15m，見(jiàn)圖4。

圖3　標(biāo)高3.8m結(jié)構(gòu)平面布置圖

圖4　標(biāo)高7.5m結(jié)構(gòu)平面布置圖

本工程所有框架梁均采用有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力，為保證梁端截面具有足夠的延性，應(yīng)配置一定數(shù)量的非預(yù)應(yīng)力筋，采用混合配筋方式，預(yù)應(yīng)力強(qiáng)度比λ的選擇主要取決于抗裂驗(yàn)算與抗震構(gòu)造要求。從抗裂驗(yàn)算來(lái)看，λ值大較好，從抗震構(gòu)造要求來(lái)看，λ值不宜過(guò)大。現(xiàn)行《混凝土結(jié)構(gòu)規(guī)范》與《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》均規(guī)定λ不宜大于0.75，但考慮到在大跨度預(yù)應(yīng)力梁中，預(yù)應(yīng)力鋼筋面積受抗裂驗(yàn)算控制，如果預(yù)應(yīng)力強(qiáng)度比λ過(guò)低，非預(yù)應(yīng)力筋增加比例過(guò)大,造成梁端截面負(fù)彎矩承載力超強(qiáng)過(guò)多，則截面最大配筋率不易控制。綜合考慮上述因素，本工程預(yù)應(yīng)力強(qiáng)度比λ控制在0.60 左右。

預(yù)應(yīng)力筋和非預(yù)應(yīng)力筋的布置既要綜合考慮超長(zhǎng)大跨度梁所具有的雙向連續(xù)多跨的特點(diǎn)，又要盡量方便預(yù)應(yīng)力筋敷設(shè)和非預(yù)應(yīng)力筋綁扎。預(yù)應(yīng)力筋的束形盡可能與豎向荷載產(chǎn)生的彎矩分布相一致，并調(diào)整預(yù)應(yīng)力筋在轉(zhuǎn)向處的曲率，盡量減少孔道摩擦損失。框梁縱、橫兩個(gè)方向的預(yù)應(yīng)力筋和非預(yù)應(yīng)力筋在梁、柱節(jié)點(diǎn)處形成交叉重疊，布筋比較困難。在保證混凝土保護(hù)層厚度的前提下，非預(yù)應(yīng)力筋盡可能布置在梁高度方向的外側(cè)，預(yù)應(yīng)力筋布置在內(nèi)側(cè)。

超長(zhǎng)預(yù)應(yīng)力筋的張拉方案應(yīng)盡量減少預(yù)應(yīng)力損失，必要時(shí)可以分段多次張拉。張拉區(qū)段的劃分要結(jié)合后澆帶的設(shè)置綜合考慮，盡可能減少?gòu)埨藬?shù)量，同時(shí)還要考慮垂直方向預(yù)應(yīng)力筋的分段，盡量避免兩個(gè)方向的預(yù)應(yīng)力筋在同一部位張拉。結(jié)合本工程特點(diǎn)，被后澆帶分隔的連續(xù)框架梁預(yù)應(yīng)力筋分隔成3段，分別為預(yù)應(yīng)力筋1～3，預(yù)應(yīng)力筋1和預(yù)應(yīng)力3第一次張拉，預(yù)應(yīng)力筋2待后澆帶澆混凝土筑后并達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后張拉，梁的預(yù)應(yīng)力筋按正、反拋物線形布置，反彎點(diǎn)的位置取距梁端0.10倍跨度處，B區(qū)其中橫向一榀框架預(yù)應(yīng)力筋設(shè)計(jì)如圖5，該做法減少了超長(zhǎng)預(yù)應(yīng)力一次張拉引起的摩擦損失，又使得環(huán)向預(yù)應(yīng)力筋趨于直線筋，產(chǎn)生的徑向預(yù)壓力可忽略不計(jì)。

圖5　預(yù)應(yīng)力筋設(shè)計(jì)圖

4.3鋼屋蓋設(shè)計(jì)

本工程屋蓋鋼結(jié)構(gòu)同混凝土框架結(jié)構(gòu)的分區(qū)一致，共分為3個(gè)部分，均采用三角形立體桁架結(jié)構(gòu)體系。標(biāo)準(zhǔn)立體桁架截面尺寸為2.4m×2.4m，具體截面尺寸則按建筑形態(tài)進(jìn)行變化，屋蓋結(jié)構(gòu)平面如圖6。

圖6　屋蓋結(jié)構(gòu)平面圖

B區(qū)鋼結(jié)構(gòu)整體布置規(guī)則，主桁架間距12m，最大主桁架長(zhǎng)105m，中間設(shè)2道托桁架支承，主桁架跨度34.5m+15m+34.5m，左右端懸挑10.5m。在桁架的上弦平面內(nèi)縱橫向各設(shè)置3道水平支撐體系。

A、C區(qū)主桁架由兩端的法向布置向另一側(cè)正交平面布置過(guò)渡，中間按照建筑造型需求開(kāi)大孔洞，孔洞四周設(shè)環(huán)桁架。法向主桁架間距12m，跨度24m，懸挑端10.5m。在桁架的上弦平面內(nèi)沿環(huán)向設(shè)置2道水平支撐體系。

5　結(jié)構(gòu)分析

5.1結(jié)構(gòu)規(guī)則性分析

本工程采用中國(guó)建筑科學(xué)研究院編制的PKPM軟件分析了結(jié)構(gòu)在多遇地震作用下的內(nèi)力和變形。根據(jù)結(jié)構(gòu)平立面布置狀況和計(jì)算結(jié)果，A區(qū)、B區(qū)、C區(qū)存在頂層位移角均不滿足規(guī)范規(guī)定的1/550限值、平面扭轉(zhuǎn)不規(guī)則、平面樓板缺失、樓層承載力突變，屬于特別不規(guī)則建筑。

5.2消能減震設(shè)計(jì)與分析

鑒于結(jié)構(gòu)不規(guī)則性，在A區(qū)、B區(qū)、C區(qū)局部區(qū)域設(shè)置耗能型抗震屈曲約束支撐(BRB)。其中A區(qū)設(shè)置支撐17根，屈服承載力為1 400～3 500kN，支撐總長(zhǎng)5～18m；B區(qū)設(shè)置支撐28根，屈服承載力為850～4 200kN，支撐總長(zhǎng)7～18m；C區(qū)設(shè)置支撐19根，屈服承載力1 400～3 000kN，支撐總長(zhǎng)5～18m。

對(duì)設(shè)置耗能型抗震屈曲約束支撐的結(jié)構(gòu)進(jìn)行多遇地震作用的分析，并與原結(jié)構(gòu)分析結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，如表1、表2、表3所示，對(duì)比表格，發(fā)現(xiàn)設(shè)置耗能型抗震屈曲約束支撐的結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性、水平地震作用下層間位移角、規(guī)定水平力作用下樓層位移比等方面均比原結(jié)構(gòu)有很大的改善，層間位移角滿足規(guī)范要求，規(guī)定水平力作用下樓層位移比≤1.2。

表1　結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性對(duì)比

表2　水平地震作用下最大層間位移角對(duì)比

表3　規(guī)定水平力作用下最大層間位移比對(duì)比

6　結(jié)語(yǔ)

南通機(jī)場(chǎng)T3航站樓為復(fù)雜、超長(zhǎng)、大跨結(jié)構(gòu)，通過(guò)該工程分析與設(shè)計(jì)，總結(jié)如下若干幾點(diǎn)：

(1)在滿足建筑使用要求的前提下，考慮到航站樓面寬較長(zhǎng)，結(jié)合建筑體型通過(guò)合理設(shè)置若干道結(jié)構(gòu)縫和后澆帶，并適當(dāng)添加混凝土三膨脹源抗裂劑，既解決大面積混凝土近期和遠(yuǎn)期的收縮而產(chǎn)生的裂縫問(wèn)題，也適當(dāng)縮短了施工周期。

(2)因航站樓工藝需要，一般設(shè)計(jì)有下夾層，為滿足建筑豎向凈空和平面大空間的要求，采用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)框架梁可很好地解決此類問(wèn)題。對(duì)于超長(zhǎng)環(huán)形連續(xù)框架梁，預(yù)應(yīng)力筋采用分段、分次張拉，可有效減少預(yù)應(yīng)力摩擦損失，并可對(duì)預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的徑向力忽略不計(jì)。

(3)因航站樓建筑造型復(fù)雜、平面尺度大、局部設(shè)置地下室、上下夾層樓板大面積缺失、出發(fā)層樓層高，分析時(shí)存在平面不規(guī)則、頂層層間位移角不滿足規(guī)范等，若在合適位置設(shè)置耗能型抗震屈曲約束支撐，可有效提高結(jié)構(gòu)的整體抗震性能。

[1]GB50010-2010 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]GB50011-2010 建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3]金懷印.銀川國(guó)際機(jī)場(chǎng)T3 航站樓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析[J].蘇州科技學(xué)院學(xué)報(bào)(工程技術(shù)版),2013.6 26(2).

[4]范重,王大慶，唐杰，等.唐山國(guó)際會(huì)展中心超長(zhǎng)大跨度預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].建筑結(jié)構(gòu),2006.1 36(1).

Structural analysis and design on the building of Nantong Xingdong Airport Terminal 3

WANG Hailin

(Shanghai CAAC New Era Airport Design &Research Institute Co.,Shanghai 200335)

The structural of Nantong Xingdong Airport terminal 3 is complex，super-length and large span.Reinforced concrete frame structure was adopted as low-part structure and triangular three -dimensional steel truss was adopted as roof.Combined with the building size，the reasonable setting expansion joint and post cast strip for terminal building，and in the concrete construction of the appropriate adding of anti cracking agent，to solve the problem of super-length concrete cracks.The prestressed concrete continuous beam is adopted to satisfy the vertical clearance and plane space requirements.In the proper position，the energy dissipation seismic buckling restrained brace can effectively improve the overall seismic performance of the irregular structures produced by the special process layout of the terminal building.

Terminal;Super-length concrete;Prestressed;Energy dissipation

王海林(1981.09-)，男，工程師，國(guó)家一級(jí)注冊(cè)結(jié)構(gòu)工程師。

E-mail:hailin176@163.com

2016-03-23

TU318

A

1004-6135(2016)05-0051-04