南通興東機場新建T3航站樓結構分析與設計

王海林

(上海民航新時代機場設計研究院有限公司　上海　200335)

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南通興東機場新建T3航站樓結構分析與設計

王海林

(上海民航新時代機場設計研究院有限公司上海200335)

南通機場T3航站樓為復雜、超長、大跨結構，主樓下部主體結構為鋼筋混凝土框架結構，屋蓋采用三角形立體鋼桁架結構。結合建筑體型，對航站樓合理設縫和后澆帶，并在混凝土施工時適當添加抗裂劑，解決了超長混凝土收縮產生的裂縫問題；采用預應力混凝土連續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生的不規則結構的整體抗震性能。

航站樓;超長混凝土;預應力;消能減震

1　工程概況

南通興東機場新建T3航站樓位于南通機場內，航站樓建筑造型復雜，平面尺度大，其平面形狀為橢圓形，橢圓長軸長372m，短軸長84m，建筑面積約5.2萬m2，滿足目標年2025年旅客吞吐量400萬人次要求，航站樓效果圖見圖1。

圖1　航站樓效果圖

航站樓工程地上部分為兩層式，一層為到達層，相對標高為±0.000m，到達層設局部夾層解決進出港旅客分流，相對標高為3.8m；二層為出發層，相對標高為7.5m，出發層局部設置商業夾層，相對標高為13.0m，屋脊標高為28.1m；另外，在相對標高-6.0m設置局部地下室，主要用于航站樓與地下車庫之間連接。

航站樓結構設計基準期為50年，結構安全等級為二級，抗震設防類別為乙類，抗震設防烈度為6度，設計基本地震加速度值為0.05g，設計地震分組為第二組，建筑場地類別為Ⅲ類，特征周期值為0.55s，鋼筋混凝土框架、剪力墻結構抗震等級為三級，鋼結構抗震等級為四級。50年一遇基本風壓0.45kN/m2。

2　結構變形縫、后澆帶設置

T3航站樓建筑平面布置不規則，平面尺寸遠遠超過《混凝土結構設計規范》允許不設縫的范圍，而溫度變化、混凝土的收縮、結構的平面不規則均會導致較大的間接不利作用效應[1]。在滿足建筑使用要求的前提下，考慮到航站樓面寬較長，結合建筑體型，沿航站樓長軸設置兩道橫向變形縫，將航站樓分成上部結構相互獨立3個獨立分區，分別稱為A區、B區和C區，如圖2所示。

圖2　結構縫及后澆帶布置圖

航站樓分縫后的結構單元的最大長度仍超過規范限值，除了結構計算考慮溫度效應進行分析外，設置后澆帶，見圖2，考慮到大面積混凝土施工，適當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期的收縮而產生的裂縫問題，也適當縮短了施工周期。

3　基礎設計

根據建筑場地地勘報告，航站樓柱下基礎采用鋼筋混凝土鉆孔灌注樁加承臺，并以雙向基礎梁拉結，局部地下室為樁筏基礎，由于場地地下水位較淺，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　主體結構設計

4.1結構體系

B區標高-6.000～0.000 m 地下室采用鋼筋混凝土框架剪力墻結構(外圍為鋼筋混凝土剪力墻，部分鋼筋混凝土柱落地)，A區、C區未設置地下室。

航站樓上部結構采用鋼筋混凝土框架結構、肋梁樓蓋、鋼屋蓋。

混凝土強度等級分別為C15(墊層)、C30(基礎)、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預應力混凝土梁。B區地下室頂板厚為200mm，側壁剪力墻500mm厚。

由于建筑造型及工藝流程要求，建筑平面較為不規則，純框架結構扭轉效應顯著，位移比超出規范限值。除此之外，出發層抽柱導致層間剛度較小，層間位移超限。鑒于此，航站樓結構局部設置耗能型抗震屈曲約束支撐(BRB)，以調整局部樓層的側向剛度，避免薄弱層的出現，亦可使層內結構剛度變化均勻，避免結構平面扭轉不規則，另一方面約束屈曲支撐可有效耗能，保護主體結構不受破壞，提高結構的整體抗震性能。

4.2超長預應力鋼筋混凝土框架設計

為了滿足建筑使用功能，盡可能提高建筑凈空，提高建設經濟性，標高3.8mA區、C區下夾層和部分徑向框架梁、B區下夾層環向框架梁均采用預應力混凝土結構，其中A區、C區環向為10跨連續梁結構，跨度為12m，B區環向為11跨連續梁結構，跨度均為12m，見圖3；7.5mA區、C區環向和徑向框架梁，B區環向、橫向和縱向框架梁均采用預應力混凝土結構，A區環向、B區環向和縱向、C區環向跨度和跨數和下夾層相同，A區、C區徑向為框架梁跨度為12m和18m，B區橫向為6跨連續梁結構，主要跨度為12m和15m，見圖4。

圖3　標高3.8m結構平面布置圖

圖4　標高7.5m結構平面布置圖

本工程所有框架梁均采用有粘結預應力，為保證梁端截面具有足夠的延性，應配置一定數量的非預應力筋，采用混合配筋方式，預應力強度比λ的選擇主要取決于抗裂驗算與抗震構造要求。從抗裂驗算來看，λ值大較好，從抗震構造要求來看，λ值不宜過大。現行《混凝土結構規范》與《建筑抗震設計規范》均規定λ不宜大于0.75，但考慮到在大跨度預應力梁中，預應力鋼筋面積受抗裂驗算控制，如果預應力強度比λ過低，非預應力筋增加比例過大,造成梁端截面負彎矩承載力超強過多，則截面最大配筋率不易控制。綜合考慮上述因素，本工程預應力強度比λ控制在0.60 左右。

預應力筋和非預應力筋的布置既要綜合考慮超長大跨度梁所具有的雙向連續多跨的特點，又要盡量方便預應力筋敷設和非預應力筋綁扎。預應力筋的束形盡可能與豎向荷載產生的彎矩分布相一致，并調整預應力筋在轉向處的曲率，盡量減少孔道摩擦損失。框梁縱、橫兩個方向的預應力筋和非預應力筋在梁、柱節點處形成交叉重疊，布筋比較困難。在保證混凝土保護層厚度的前提下，非預應力筋盡可能布置在梁高度方向的外側，預應力筋布置在內側。

超長預應力筋的張拉方案應盡量減少預應力損失，必要時可以分段多次張拉。張拉區段的劃分要結合后澆帶的設置綜合考慮，盡可能減少張拉端數量，同時還要考慮垂直方向預應力筋的分段，盡量避免兩個方向的預應力筋在同一部位張拉。結合本工程特點，被后澆帶分隔的連續框架梁預應力筋分隔成3段，分別為預應力筋1～3，預應力筋1和預應力3第一次張拉，預應力筋2待后澆帶澆混凝土筑后并達到設計強度后張拉，梁的預應力筋按正、反拋物線形布置，反彎點的位置取距梁端0.10倍跨度處，B區其中橫向一榀框架預應力筋設計如圖5，該做法減少了超長預應力一次張拉引起的摩擦損失，又使得環向預應力筋趨于直線筋，產生的徑向預壓力可忽略不計。

圖5　預應力筋設計圖

4.3鋼屋蓋設計

本工程屋蓋鋼結構同混凝土框架結構的分區一致，共分為3個部分，均采用三角形立體桁架結構體系。標準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進行變化，屋蓋結構平面如圖6。

圖6　屋蓋結構平面圖

B區鋼結構整體布置規則，主桁架間距12m，最大主桁架長105m，中間設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縱橫向各設置3道水平支撐體系。

A、C區主桁架由兩端的法向布置向另一側正交平面布置過渡，中間按照建筑造型需求開大孔洞，孔洞四周設環桁架。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沿環向設置2道水平支撐體系。

5　結構分析

5.1結構規則性分析

本工程采用中國建筑科學研究院編制的PKPM軟件分析了結構在多遇地震作用下的內力和變形。根據結構平立面布置狀況和計算結果，A區、B區、C區存在頂層位移角均不滿足規范規定的1/550限值、平面扭轉不規則、平面樓板缺失、樓層承載力突變，屬于特別不規則建筑。

5.2消能減震設計與分析

鑒于結構不規則性，在A區、B區、C區局部區域設置耗能型抗震屈曲約束支撐(BRB)。其中A區設置支撐17根，屈服承載力為1 400～3 500kN，支撐總長5～18m；B區設置支撐28根，屈服承載力為850～4 200kN，支撐總長7～18m；C區設置支撐19根，屈服承載力1 400～3 000kN，支撐總長5～18m。

對設置耗能型抗震屈曲約束支撐的結構進行多遇地震作用的分析，并與原結構分析結果進行了對比，如表1、表2、表3所示，對比表格，發現設置耗能型抗震屈曲約束支撐的結構在結構動力特性、水平地震作用下層間位移角、規定水平力作用下樓層位移比等方面均比原結構有很大的改善，層間位移角滿足規范要求，規定水平力作用下樓層位移比≤1.2。

表1　結構動力特性對比

表2　水平地震作用下最大層間位移角對比

表3　規定水平力作用下最大層間位移比對比

6　結語

南通機場T3航站樓為復雜、超長、大跨結構，通過該工程分析與設計，總結如下若干幾點：

(1)在滿足建筑使用要求的前提下，考慮到航站樓面寬較長，結合建筑體型通過合理設置若干道結構縫和后澆帶，并適當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期的收縮而產生的裂縫問題，也適當縮短了施工周期。

(2)因航站樓工藝需要，一般設計有下夾層，為滿足建筑豎向凈空和平面大空間的要求，采用預應力混凝土連續框架梁可很好地解決此類問題。對于超長環形連續框架梁，預應力筋采用分段、分次張拉，可有效減少預應力摩擦損失，并可對預應力產生的徑向力忽略不計。

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

[1]GB50010-2010 混凝土結構設計規范[S].

[2]GB50011-2010 建筑抗震設計規范[S].

[3]金懷印.銀川國際機場T3 航站樓結構設計與分析[J].蘇州科技學院學報(工程技術版),2013.6 26(2).

[4]范重,王大慶，唐杰，等.唐山國際會展中心超長大跨度預應力結構設計[J].建筑結構,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，國家一級注冊結構工程師。

E-mail:hailin176@163.com

2016-03-23

TU318

A

1004-6135(2016)05-0051-04