厦门高崎国际机场T4航站楼结构设计.docx

厦门高崎国际机场 T4 航站楼结构设计 Structural Design of the T4 Terminal of the XiamenGaoqi International Airport方 超1 ，裴茂祥1 ，郑春林2 ，王宏斌2 ，苟兴文2FANG Chao1 ，PEI Maoxiang1 ，ZHENG Chunlin2 ，WANG Hongbin2 ，GOU Xingwen2( 1 中国民航机场建设集团公司，北京 100101; 2 中国京冶工程技术有限公司，北京 100088)摘 要: 介绍了厦门高崎国际机场 T4 航站楼工程的结构体系、设计方法和主要分析结果，内容包括采用预应力技术解决主体混凝土结构大空间、大跨度、长悬挑和超大平面结构问题; 采用总装模型考虑屋盖结构与下部结构的协同作用; 屋盖结构采用正交 正放交叉桁架体系满足建筑造型的需要。并阐述了梁、柱节点设计和节点处理的构造方法，可供同类结构设计参考。关键词: 航站楼; 预应力; 超长结构; 整装模型; 节点设计中图分类号: TU394文献标志码: B文章编号: 1008 3707( 2013) 09 0025 04工程概况1厦门高崎国际机场 T4 航站楼工程包括主楼，对称布置的东、西指廊以及主楼与指廊间的连接廊，建 筑面积约 12 万 m2 。主楼东西方向长约 360 m，宽约90 m，指廊东西向 宽 约 36 m，南 北 方 向 长 297 m，连 接主楼和指廊的架空连 廊 长 31 m。航 站 楼 效 果 图 见图 1，平面图、剖 面 图 见 图 2 图 4。航 站 楼 地 下 局部设有设备机房和设备管沟; 主楼 2 层为出发层， 设有集中办票和安检设施，局部设有商业上夹层，指 廊 2 层为旅客候机厅，主楼 2 层和指廊 2 层间采用 连廊联系; 主楼 1 层主要为旅客到达厅、行李机房和 远机位出发到达厅，指廊 1 层主要为远机位候机厅 和设备办公用房; 指廊夹层，主要功能为旅客到达夹 层、中转厅，通过架空连廊连接至主楼局部夹层。本 期土建施工包括主楼和西指廊，主楼东侧约三分之 一范围作为物流中心使用。T4 航站楼采用混合结构形式，下部主体结构为 现浇混凝土框架结构; 主楼屋面为直纹双曲面，采用 双向圆管平面桁架结构体系，由钢柱支承; 指廊屋面 亦为直纹双曲面，采用排架结构，同样由钢柱支承。图 1 航站楼鸟瞰效果图工程结构设计使用年限为 50 年，结构安全等级为一级。抗震设防类别为重点设防类( 乙类建筑) 。抗震设防烈度为 7 度，设计地震分组为第二组，场地 类别类，设计基本地震加速度为 0 15 g。2基础设计工程场地原始地貌为港湾滩涂，后因机场扩建需要被人工回填改造成现状。自然地坪低于建筑室内标高( + 0 00 2 00 m) 3 5 m，场区需大面积回 填土。场地上部各松软土层综合厚度较 大 ( 大多 7. 0 m) 。基础采用桩基独立承台基础拉梁的基础26浙江建 筑2013 年 第 30 卷3主体混凝土结构设计3 1 结构体系主体结构采用现浇钢筋混凝土框架结构，对于 建筑竖向交 通 形 成 的“混 凝 土 筒”，设 计 成 小 框 架， 使整体结构受力均匀。主楼设 2 道结构缝将其划分 为 3 个独立的单体; 西指廊设 4 道结构缝将其划分 为 5 个独立的单体; 混凝土主体结构分缝示意图见 图 5。由于指廊混凝土跨度较 小，钢结构屋盖相对 简单，本文重点介绍主楼。主楼地下室梁跨度为 7 5 10 m，采用 混 凝 土 梁; 2 层楼板除与指廊连接 处有局部下夹 层，框 架 梁 跨 度 为 15 18 m，为 满 足 建筑净空要求，采用预应力混凝 土 梁。2 层 楼 面 上 布置有办票 岛，局部设有上夹 层，均采用钢框架结 构。为充分发挥航站楼的商业价值，上夹层设计为 上人屋面，远期可作为商业使用。图 2 出发层建筑平面图图 3 主楼横剖面图图 5 混凝土主体结构分缝示意图图 4 陆侧立面图楼前高架桥 边 与航站楼边跨轴线间距为 6 m，为充分利用航站楼的面积，楼前也作为航站楼的一 部分使用。航站楼 2 层幕墙支承在主楼梁柱范围之 外，为避免高架桥行车振动对幕墙及主体结构的不 利影响，主楼设置大悬挑梁板结构支承幕墙，并与高 架桥相接。楼前 悬 挑 结 构 长 度 为 5 9 m，通 过 设 置 预应力梁解决大悬挑结构的挠度和裂缝问题。形式。主楼采用沉管灌注桩，以散状体强风化岩为桩端持力层。指廊桩基础由于机场净空限高要求， 靠近主楼( 远离跑道) 的一段采用沉管灌注桩，以全 风化 岩 5a 为 桩 端 持 力 层; 远 离 主 楼 一 段 ( 靠 近 跑道) 采用冲、钻孔灌注桩，以散状体强风化岩 6a 为桩端持力层。第 9 期27方 超等: 厦门高崎国际机场 T4 航站楼结构设计道采光天窗，顺天窗走势形成“八”字型的两道燕尾脊，燕尾脊高度约 4 5 m。屋面檐口( 不含燕尾脊) 最 高点建筑标高 40 000 m，最低点建筑标高 19 000 m。 外围周边幕墙向外倾斜: 空侧倾斜角度为 20 0，陆 侧倾斜角度为 2 5 27 5 ( 每根柱距 2 5 变化) ， 山墙侧倾斜角度为 20 0 27 5( 每根柱距 2 5变 化) 。主楼屋面水平投影尺 寸: 东西长 396 m，南 北 宽 110 136 m。考虑建筑造型、采光天窗设置及两道屋脊桁架 结构的受力需要，屋盖结构采用平面正交正放的交 叉桁架体 系 解 决 曲 面 问 题。纵向桁架在天窗处断 开，同时采用主檩条设置伸缩 孔，屋盖划分 为252 0 m + 144 0 m 长的两个独立钢结构单元。两 道燕尾脊采 用 矩形立体桁架，立于屋盖桁架之上。 横、纵向桁架通过屋面檩条及上下弦面水平支撑联 系起来。4 2结构整体分析结构整体分析采用总装模型，采用通用有限元 软件 MIDAS / Gen780 进行计算分析。对于下部钢筋 混凝土结构，梁、柱采用梁单元，楼板采用板单元; 上 部钢结构全部采用梁单元，根据实际节点连接情况 适当释放梁端约束。采用组阻尼比，上部钢结构屋 盖阻尼比考虑为 0 02，下部混凝土结构阻尼比考虑 为 0 05，计算方法采用应变能因子法。主楼 结 构 前 4 阶 周 期 分 别 为 1 026、0 992、0. 968、0 966 s。第 1 阶振型以变形缝左端屋盖 X 向整体平动为主; 第 2 阶振型以变形缝右端屋盖 X 向整体平动为主; 第 3 阶振型以变形缝左端屋盖 Y 向整体平动为主; 第 4 阶振型以变形缝右端屋盖 Y 向整 体 平 动 为 主。 结构具有良好的整体 性。 见 图 7。3 2混凝土结构整体分析混凝土结构 分 为 三 个相互独立的单 体，2 层 楼 面上夹层由于功能布局原因分为多个区域。为了反 映上部钢结构屋盖与下部混凝土结构的相互影响， 本文采用可以考虑上、下结构协同作用1 的总装模 型进行建模计算分析。模型中将分散布置的钢框架 上夹层以集中荷载形式作 用 在 2 层楼盖的相应位 置。考虑到结构的跨度较大、悬挑长度较长，分析中 考虑结构的竖向地震作用。根据钢结构屋盖的初步 设计结果，采用 PMSAP 软件建立整体模型，进行计 算分析和结 构 设 计，结 构 阻 尼 比 取 3 5% 。结 构 计 算模型见图 6。图 6 结构计算模型示意图计算结果表明，屋盖钢结构的存在对下部混凝土结构的计算有直接影响，尤其是与支承屋盖的钢 柱相连的框架梁，其端部负弯矩增大明显。由于本 工程地处台风区域，屋盖的特殊非对称造型，需要考 虑不同方向的荷载作用组合，根据内力计算结果进 行结构设计。3 3 超长结构的预应力筋设计主楼混凝土结构设置结构缝，单体最大尺寸约 为 125 m 90 m，温度效应不可忽略。设计中除采用 设置施工后浇带、拉通配置板钢筋、采用微膨胀混凝 土降低温度效应影响的构造措施外，还对此超长结 构进行了温度作用分析。经计算分析，由于航站楼 的纵向( 长向) 有较多距离较近的预应力主次梁，梁 内预应力筋张拉后对楼板产生的预压应力已经能够 控制楼板的收缩变形裂缝。航 站 楼 横 向 ( 短 向) 各 框架梁间距为 15 m，各梁内预应力筋张拉后对楼板 产生的预压应力尚不能有效控制楼板的收缩变形裂 缝，采用温度作用计算分析结果在楼板内沿横向配置了 s15 2 500 无粘结预 应 力 筋，以 保 证 楼 板 在 混凝土收缩与温度作用下不出现裂缝。钢结构屋盖设计4图 7 结构前 4 阶振型4 1主楼屋盖结构选型航站楼主楼屋面为直纹双曲面，采用轻型保温由于本工程地处沿海台风区，航站楼的独特建筑造型不太有利于抗风，风荷载成为本工程钢结构屋盖金属屋面体系。沿屋脊及纵向三分之二处共设有三28浙 江建 筑2013 年 第 30 卷设计的主要控制因素。风洞试验和风振分析结果表明: 当风从空侧吹向陆侧( 图 2 中由北向南) ，结构的 整体侧移是最不利的。支承屋盖钢柱的最大层间位 移角为 1 /339，可以满足幕墙结构的设计要求。( 1) 主方向框架梁水平加 腋，梁 内 配 有 3 束 预应力钢绞线，采用穿 1 绕 2 的形式; 次方向框架梁内 配有 2 束预应力钢绞线，均直穿通过。( 2) 主方 向 框架梁内普通钢筋采用穿绕结 合， 次方向框架梁内普通钢筋直穿通过。( 3) 开孔时控制梁柱节点内钢柱开孔率不超过20% ，采用工厂内开孔，严禁现场扩孔; 通过节点范 围内钢柱壁厚增加来补偿开孔损失; 采用抗剪板及 抗剪栓钉来增加钢柱与混凝土间的连接。典型节点 见图 8。钢柱脚节点设计根据钢结构屋盖模型计算分析结果，支承屋盖 的钢柱内力较大，为满足内力和构造要求，本工程钢 柱采用插入式柱脚，钢柱锚入混凝土柱 2 5D。下部 混凝土框架结构中，框架梁采用部分预应力的钢筋 混凝土结构。梁、柱节点复杂，部分预应力钢筋混凝 土梁与有钢柱锚入的混凝土柱间的连接成为本工程 设计的难点2。为保证结构安全，达到节点构造与计算力学模型 一致，梁柱节点传力路径明确、简洁，节点构造简单，现 场施工控制方便可靠，本工程采用如下节点形式:5结语6( 1) 对于上 部为钢结构屋盖、下部为混凝土框 架结构的混合结构，需要采用可以考虑上、下结构协 同作用的总装模型进行建模计算分析。( 2) 预应力 技术在解决大跨度、长 悬 挑 以 及 超 长结构等问题中具有明显的优势，本工程采用预应 力梁很好地解决了大跨度和长悬挑结构的挠度和裂 缝问题，通过板中设置无粘结预应力筋很好地解决 了超长结构的温度作用问题。( 3) 屋盖结 构体系的确定是建筑造型、结 构 受 力合理、屋面和吊顶系统等多种因素综合协调的结