南通兴东机场新建T3航站楼结构分析与设计

王海林

(上海民航新时代机场设计研究院有限公司　上海　200335)



南通兴东机场新建T3航站楼结构分析与设计

王海林

(上海民航新时代机场设计研究院有限公司上海200335)

南通机场T3航站楼为复杂、超长、大跨结构，主楼下部主体结构为钢筋混凝土框架结构，屋盖采用三角形立体钢桁架结构。结合建筑体型，对航站楼合理设缝和后浇带，并在混凝土施工时适当添加抗裂剂，解决了超长混凝土收缩产生的裂缝问题；采用预应力混凝土连续梁满足了建筑竖向净空和平面大空间的要求；在合适位置设置耗能型抗震屈曲约束支撑，可有效提高由航站楼特殊工艺布置产生的不规则结构的整体抗震性能。

航站楼;超长混凝土;预应力;消能减震

1　工程概况

南通兴东机场新建T3航站楼位于南通机场内，航站楼建筑造型复杂，平面尺度大，其平面形状为椭圆形，椭圆长轴长372m，短轴长84m，建筑面积约5.2万m2，满足目标年2025年旅客吞吐量400万人次要求，航站楼效果图见图1。

图1　航站楼效果图

航站楼工程地上部分为两层式，一层为到达层，相对标高为±0.000m，到达层设局部夹层解决进出港旅客分流，相对标高为3.8m；二层为出发层，相对标高为7.5m，出发层局部设置商业夹层，相对标高为13.0m，屋脊标高为28.1m；另外，在相对标高-6.0m设置局部地下室，主要用于航站楼与地下车库之间连接。

航站楼结构设计基准期为50年，结构安全等级为二级，抗震设防类别为乙类，抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度值为0.05g，设计地震分组为第二组，建筑场地类别为Ⅲ类，特征周期值为0.55s，钢筋混凝土框架、剪力墙结构抗震等级为三级，钢结构抗震等级为四级。50年一遇基本风压0.45kN/m2。

2　结构变形缝、后浇带设置

T3航站楼建筑平面布置不规则，平面尺寸远远超过《混凝土结构设计规范》允许不设缝的范围，而温度变化、混凝土的收缩、结构的平面不规则均会导致较大的间接不利作用效应[1]。在满足建筑使用要求的前提下，考虑到航站楼面宽较长，结合建筑体型，沿航站楼长轴设置两道横向变形缝，将航站楼分成上部结构相互独立3个独立分区，分别称为A区、B区和C区，如图2所示。

图2　结构缝及后浇带布置图

航站楼分缝后的结构单元的最大长度仍超过规范限值，除了结构计算考虑温度效应进行分析外，设置后浇带，见图2，考虑到大面积混凝土施工，适当添加三膨胀源抗裂剂，掺量约为胶凝材料的8%～12%，既解决大面积混凝土近期和远期的收缩而产生的裂缝问题，也适当缩短了施工周期。

3　基础设计

根据建筑场地地勘报告，航站楼柱下基础采用钢筋混凝土钻孔灌注桩加承台，并以双向基础梁拉结，局部地下室为桩筏基础，由于场地地下水位较浅，桩需考虑抗拔作用。桩径为600mm，桩尖持力为第8层粉土夹粉砂层，桩尖进入持力层不小于2.5m，单桩承载力特征值不小于1 600kN。

4　主体结构设计

4.1结构体系

B区标高-6.000～0.000 m 地下室采用钢筋混凝土框架剪力墙结构(外围为钢筋混凝土剪力墙，部分钢筋混凝土柱落地)，A区、C区未设置地下室。

航站楼上部结构采用钢筋混凝土框架结构、肋梁楼盖、钢屋盖。

混凝土强度等级分别为C15(垫层)、C30(基础)、C40(梁、板、柱)。钢筋混凝土框架柱采用圆形柱，框柱直径分别为600mm、1 000mm和1 100 mm，主要柱网尺寸12m×12m、12m×15m、12m×18m，主要框架梁尺寸为400mm×900mm、500mm×1 000mm和500mm×1 100mm，部分框架梁采用有粘结预应力混凝土梁。B区地下室顶板厚为200mm，侧壁剪力墙500mm厚。

由于建筑造型及工艺流程要求，建筑平面较为不规则，纯框架结构扭转效应显著，位移比超出规范限值。除此之外，出发层抽柱导致层间刚度较小，层间位移超限。鉴于此，航站楼结构局部设置耗能型抗震屈曲约束支撑(BRB)，以调整局部楼层的侧向刚度，避免薄弱层的出现，亦可使层内结构刚度变化均匀，避免结构平面扭转不规则，另一方面约束屈曲支撑可有效耗能，保护主体结构不受破坏，提高结构的整体抗震性能。

4.2超长预应力钢筋混凝土框架设计

为了满足建筑使用功能，尽可能提高建筑净空，提高建设经济性，标高3.8mA区、C区下夹层和部分径向框架梁、B区下夹层环向框架梁均采用预应力混凝土结构，其中A区、C区环向为10跨连续梁结构，跨度为12m，B区环向为11跨连续梁结构，跨度均为12m，见图3；7.5mA区、C区环向和径向框架梁，B区环向、横向和纵向框架梁均采用预应力混凝土结构，A区环向、B区环向和纵向、C区环向跨度和跨数和下夹层相同，A区、C区径向为框架梁跨度为12m和18m，B区横向为6跨连续梁结构，主要跨度为12m和15m，见图4。

图3　标高3.8m结构平面布置图

图4　标高7.5m结构平面布置图

本工程所有框架梁均采用有粘结预应力，为保证梁端截面具有足够的延性，应配置一定数量的非预应力筋，采用混合配筋方式，预应力强度比λ的选择主要取决于抗裂验算与抗震构造要求。从抗裂验算来看，λ值大较好，从抗震构造要求来看，λ值不宜过大。现行《混凝土结构规范》与《建筑抗震设计规范》均规定λ不宜大于0.75，但考虑到在大跨度预应力梁中，预应力钢筋面积受抗裂验算控制，如果预应力强度比λ过低，非预应力筋增加比例过大,造成梁端截面负弯矩承载力超强过多，则截面最大配筋率不易控制。综合考虑上述因素，本工程预应力强度比λ控制在0.60 左右。

预应力筋和非预应力筋的布置既要综合考虑超长大跨度梁所具有的双向连续多跨的特点，又要尽量方便预应力筋敷设和非预应力筋绑扎。预应力筋的束形尽可能与竖向荷载产生的弯矩分布相一致，并调整预应力筋在转向处的曲率，尽量减少孔道摩擦损失。框梁纵、横两个方向的预应力筋和非预应力筋在梁、柱节点处形成交叉重叠，布筋比较困难。在保证混凝土保护层厚度的前提下，非预应力筋尽可能布置在梁高度方向的外侧，预应力筋布置在内侧。

超长预应力筋的张拉方案应尽量减少预应力损失，必要时可以分段多次张拉。张拉区段的划分要结合后浇带的设置综合考虑，尽可能减少张拉端数量，同时还要考虑垂直方向预应力筋的分段，尽量避免两个方向的预应力筋在同一部位张拉。结合本工程特点，被后浇带分隔的连续框架梁预应力筋分隔成3段，分别为预应力筋1～3，预应力筋1和预应力3第一次张拉，预应力筋2待后浇带浇混凝土筑后并达到设计强度后张拉，梁的预应力筋按正、反抛物线形布置，反弯点的位置取距梁端0.10倍跨度处，B区其中横向一榀框架预应力筋设计如图5，该做法减少了超长预应力一次张拉引起的摩擦损失，又使得环向预应力筋趋于直线筋，产生的径向预压力可忽略不计。

图5　预应力筋设计图

4.3钢屋盖设计

本工程屋盖钢结构同混凝土框架结构的分区一致，共分为3个部分，均采用三角形立体桁架结构体系。标准立体桁架截面尺寸为2.4m×2.4m，具体截面尺寸则按建筑形态进行变化，屋盖结构平面如图6。

图6　屋盖结构平面图

B区钢结构整体布置规则，主桁架间距12m，最大主桁架长105m，中间设2道托桁架支承，主桁架跨度34.5m+15m+34.5m，左右端悬挑10.5m。在桁架的上弦平面内纵横向各设置3道水平支撑体系。

A、C区主桁架由两端的法向布置向另一侧正交平面布置过渡，中间按照建筑造型需求开大孔洞，孔洞四周设环桁架。法向主桁架间距12m，跨度24m，悬挑端10.5m。在桁架的上弦平面内沿环向设置2道水平支撑体系。

5　结构分析

5.1结构规则性分析

本工程采用中国建筑科学研究院编制的PKPM软件分析了结构在多遇地震作用下的内力和变形。根据结构平立面布置状况和计算结果，A区、B区、C区存在顶层位移角均不满足规范规定的1/550限值、平面扭转不规则、平面楼板缺失、楼层承载力突变，属于特别不规则建筑。

5.2消能减震设计与分析

鉴于结构不规则性，在A区、B区、C区局部区域设置耗能型抗震屈曲约束支撑(BRB)。其中A区设置支撑17根，屈服承载力为1 400～3 500kN，支撑总长5～18m；B区设置支撑28根，屈服承载力为850～4 200kN，支撑总长7～18m；C区设置支撑19根，屈服承载力1 400～3 000kN，支撑总长5～18m。

对设置耗能型抗震屈曲约束支撑的结构进行多遇地震作用的分析，并与原结构分析结果进行了对比，如表1、表2、表3所示，对比表格，发现设置耗能型抗震屈曲约束支撑的结构在结构动力特性、水平地震作用下层间位移角、规定水平力作用下楼层位移比等方面均比原结构有很大的改善，层间位移角满足规范要求，规定水平力作用下楼层位移比≤1.2。

表1　结构动力特性对比

表2　水平地震作用下最大层间位移角对比

表3　规定水平力作用下最大层间位移比对比

6　结语

南通机场T3航站楼为复杂、超长、大跨结构，通过该工程分析与设计，总结如下若干几点：

(1)在满足建筑使用要求的前提下，考虑到航站楼面宽较长，结合建筑体型通过合理设置若干道结构缝和后浇带，并适当添加混凝土三膨胀源抗裂剂，既解决大面积混凝土近期和远期的收缩而产生的裂缝问题，也适当缩短了施工周期。

(2)因航站楼工艺需要，一般设计有下夹层，为满足建筑竖向净空和平面大空间的要求，采用预应力混凝土连续框架梁可很好地解决此类问题。对于超长环形连续框架梁，预应力筋采用分段、分次张拉，可有效减少预应力摩擦损失，并可对预应力产生的径向力忽略不计。

(3)因航站楼建筑造型复杂、平面尺度大、局部设置地下室、上下夹层楼板大面积缺失、出发层楼层高，分析时存在平面不规则、顶层层间位移角不满足规范等，若在合适位置设置耗能型抗震屈曲约束支撑，可有效提高结构的整体抗震性能。

[1]GB50010-2010 混凝土结构设计规范[S].

[2]GB50011-2010 建筑抗震设计规范[S].

[3]金怀印.银川国际机场T3 航站楼结构设计与分析[J].苏州科技学院学报(工程技术版),2013.6 26(2).

[4]范重,王大庆，唐杰，等.唐山国际会展中心超长大跨度预应力结构设计[J].建筑结构,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，工程师，国家一级注册结构工程师。

E-mail:hailin176@163.com

2016-03-23

TU318

A

1004-6135(2016)05-0051-04