廣州新白云國(guó)際機(jī)場(chǎng)航站樓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)-圖文

筑龍網(wǎng)WWW.ZHULONG.COM一、總述廣州新白云國(guó)際機(jī)場(chǎng)是國(guó)家重點(diǎn)工程,首期建設(shè)規(guī)模為年旅客吞吐量2500萬(wàn)人次,航站樓首期工程的建筑面積約35萬(wàn)M2。場(chǎng)區(qū)的基本風(fēng)壓為0.45KN/M2,基本設(shè)防烈度為6度,抗震措施設(shè)防烈度為7度。航站樓建設(shè)方案及初步設(shè)計(jì)由美國(guó)PARSONS公司和URSGreiner公司設(shè)計(jì),施工圖設(shè)計(jì)又廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院完成.航站樓建筑群由伸縮縫自然分成四部分:主樓、東西共兩棟連接樓、東西共四條指廊、東西共四條高架連廊,航站樓總平面圖見(jiàn)圖1。、基礎(chǔ)工程概況1、基礎(chǔ)工程概況廣州新白云國(guó)際機(jī)場(chǎng)位于廣州市白云去人和鎮(zhèn)與花都區(qū)花東鎮(zhèn)之間,距廣州市中心海珠廣場(chǎng)的直線(xiàn)距離為28千米,地處珠江三角洲北部,為亞熱帶復(fù)蓋型巖溶地區(qū),水文地質(zhì)條件極為復(fù)雜?；炷翗巧w的柱網(wǎng)為18M×18M,主樓鋼桁架的跨度為76.9m,單柱的最大軸力約25000KN。在設(shè)計(jì)階段完成了1052個(gè)地質(zhì)勘察鉆探孔,在施工階段完成了3146個(gè)超前鉆探孔及施工檢驗(yàn)孔根據(jù)地質(zhì)資料揭示自上而下的土(巖層為:(1松散雜填土、耕土;(2可塑粉質(zhì)粘土;(3松散粗沙;(4可塑――軟塑粉質(zhì)粘土;(5松散礫砂;(6軟塑――流塑粉質(zhì)粘土;(7灰?guī)r。約有1/4的鉆孔發(fā)現(xiàn)有土洞、溶洞或溶溝、溶槽越深,軟土堆積約厚。場(chǎng)區(qū)內(nèi)最高的土洞高29米,最高的溶洞高22米,基巖的埋深為15~60米,大部分基巖的埋深為25~35米,基巖為微風(fēng)化石灰?guī)r,巖石單軸飽和和抗壓強(qiáng)度為26~178Mpa。石灰?guī)r巖溶發(fā)育,石芽、石柱、石墩、溶溝、溶槽、溶洞、落水洞等縱橫交錯(cuò),布滿(mǎn)全區(qū),巖石面之上,分布著能形成土洞的軟一流塑形軟土。地下水主要為上部砂層的孔隙水和基巖裂隙水,富水性中等,兩含水層之間有眾多的水力聯(lián)系。地基條件存在多方面影響基礎(chǔ)穩(wěn)定性的因素。2、淺基礎(chǔ)的可行性及摩擦樁實(shí)驗(yàn)初步設(shè)計(jì)時(shí)勉勵(lì)多種基礎(chǔ)方案選擇,分別是天然低級(jí)淺基礎(chǔ)、中等深度摩擦樁基礎(chǔ)以及端承樁深基礎(chǔ)。天然低級(jí)的基礎(chǔ)持力層為軟土層,這些軟弱土層的強(qiáng)度低,厚度大,工程性質(zhì)差,需要對(duì)土層進(jìn)行廣泛的加固,并需探明基礎(chǔ)持力層范圍內(nèi)的土洞、溶洞及溶溝槽,再對(duì)這些巖溶進(jìn)行填充加固。摩擦樁的基礎(chǔ)持力層也是在較軟土層,為了檢驗(yàn)各種摩擦樁的筑龍網(wǎng)WWW.ZHULONG.COM承載力,先后進(jìn)行了多種摩擦樁的靜載荷破壞試驗(yàn)。圖2A是有鋼樁靴的Φ500預(yù)應(yīng)力管樁,用35#柴油錘錘擊沉樁,樁長(zhǎng)14米,樁底以下4米有土洞,樁端持力層為可塑粉質(zhì)粘土,1#試樁單樁豎向抗壓極限承載力為300KN,破壞何在為548KN.圖2B是2#試樁,距離1#試樁2米處用35#柴油錘打下一根沒(méi)有樁靴的開(kāi)口Φ500預(yù)應(yīng)力管樁,樁長(zhǎng)同樣為14米,沉樁后在樁端壓入約1.53水泥漿2#試樁的單樁豎向抗壓極限承載力為900KN,破壞荷載為1023KN。圖3是樁側(cè)壓漿的6樁承臺(tái),同樣為14米樁長(zhǎng)的Φ500預(yù)應(yīng)力管樁,用35#柴油錘沉樁,6樁承臺(tái)一共壓入14m3水泥漿靜載實(shí)驗(yàn)過(guò)程中沉降均勻,在最大實(shí)驗(yàn)荷載15000KN作用下樁頂累計(jì)沉降為18.34mm,6樁承臺(tái)的豎向極限承載力≥15000KN。綜合這些試驗(yàn),我們認(rèn)為:在石灰?guī)r巖溶地區(qū),摩擦樁是一種可行的基礎(chǔ)形式,普通的摩擦樁承載力低,不經(jīng)濟(jì)摩擦樁可用后壓水泥漿加固,單樁宜用樁底壓漿,多樁承臺(tái)用樁側(cè)壓漿的效果很好。為了防止沉樁過(guò)程土洞崩塌及驗(yàn)證樁的承載力,沉樁機(jī)械宜采用靜壓樁機(jī)。采用天然地基或摩擦樁基礎(chǔ)的主要缺點(diǎn)是地基的長(zhǎng)期穩(wěn)定性差,如果附近發(fā)生長(zhǎng)期的大規(guī)模取水,或者深層抽水,勢(shì)必改變場(chǎng)區(qū)的水文地質(zhì)情況,影響淺基礎(chǔ)的安全于穩(wěn)定。3、嵌巖樁設(shè)計(jì)嵌巖端承樁是穿過(guò)土洞、溶洞及溶溝槽,樁嵌入微風(fēng)化巖層。嵌巖樁的主要優(yōu)點(diǎn)是:樁嵌入微風(fēng)化巖層,受力可靠,沉降小,受其他因素影響小。場(chǎng)地微風(fēng)化巖層埋深一般為30米左右,巖層埋藏不深對(duì)嵌巖樁的施工有利場(chǎng)區(qū)內(nèi)巖溶大部分是巖溶裂縫以及高度小于1米的溶洞,連同的大溶洞不多,施工嵌巖混凝土灌注樁是可行的。航站樓的主體結(jié)構(gòu)決定采用嵌巖端承樁。在本工程,灌注樁的混凝土澆注并無(wú)太大問(wèn)題,主要的困難是如何確定樁終孔標(biāo)高及如何穿越土洞、溶洞、溶溝槽。樁終孔標(biāo)高由地質(zhì)勘察孔、超前鉆孔以及施工驗(yàn)孔決定。Φ1400樁每樁做3孔超前鉆,Φ1200及Φ1000樁每樁做2孔超前鉆,Φ800及Φ600樁每樁做1孔超前鉆或利用原有的地質(zhì)勘察孔,超前鉆入巖6~9米,以確保樁底完全基巖厚度≥3d,若超前鉆于是時(shí)的實(shí)際情況有較大差異,則在樁施工時(shí)再做驗(yàn)孔檢查。當(dāng)灌注樁穿越土洞時(shí),可拋填泥塊或袋袋粘土填充土洞。當(dāng)樁遭遇溶洞或溶溝槽時(shí),在拋填泥塊的同時(shí)摻拋片石填充溶洞,若土洞或溶洞的高度較大,可采用鋼護(hù)筒。鋼護(hù)筒造價(jià)高,要求施工精確在實(shí)際中應(yīng)用不多。若巖面傾斜,可反復(fù)修孔、糾正無(wú)效再用拋填摻石塊或片石的粘土處理。如遇塌孔,回填粘土,加大泥漿比重,反復(fù)沖擊造壁后,繼續(xù)沖孔。樁孔附近常備200M3以上的泥漿及50M3以上的粘土泥塊、石塊、片石,松散粘土用袋裝好,以備應(yīng)急救險(xiǎn)使用。嵌巖樁全截面入巖1米,無(wú)遇到巖溶時(shí),一根Φ1200樁工期約為10天,其中入巖段需要3~4天,遇到巖溶或巖面傾斜,一根樁的工期約為一個(gè)月,遇到復(fù)雜的巖溶,一根樁相對(duì)淺基礎(chǔ)來(lái)說(shuō)。深基礎(chǔ)的工期長(zhǎng),施工困難。除施工原因外,影響嵌巖樁質(zhì)量的不利因素是:(1樁端持力層范圍內(nèi)若存在洞頂厚度不大,又未被發(fā)現(xiàn)的小溶洞,會(huì)對(duì)樁基礎(chǔ)的安全構(gòu)成潛在的威脅。(2樁端持力層范圍內(nèi)的巖溶裂縫發(fā)育,巖石破碎,降低了持力層的巖石質(zhì)量。(3場(chǎng)區(qū)內(nèi)存在溶溝、溶槽、石柱、石墩、落水洞的邊壁,這些邊壁的高度一般為10~20筑龍網(wǎng)WWW.ZHULONG.COM米,有的在樁側(cè)形成臨空面,影響樁的穩(wěn)定性。我們響應(yīng)的設(shè)計(jì)措施是:(1控制嵌巖樁的軸力本工程嵌巖樁的實(shí)際受力約為樁承載力的70%。由于場(chǎng)地內(nèi)豎向發(fā)育的溶蝕裂隙分布復(fù)雜,盡管進(jìn)行了多次工程勘察,樁基施工中又采取了多項(xiàng)有效措施,但仍有溶蝕裂隙和細(xì)小溶洞未被發(fā)現(xiàn),在樁基抽芯檢測(cè)時(shí)又被揭露。航站樓主樓沖孔灌注樁的抽芯率達(dá)到13%,抽芯的樁有4%發(fā)現(xiàn)有溶蝕裂隙,巖芯呈半邊溶蝕或者裂隙中可見(jiàn)溶痕、溶蝕或者裂隙中可見(jiàn)溶痕、溶蝕現(xiàn)象,在一定程度上破壞了巖體完整性,使其整體的力學(xué)強(qiáng)度降低。溶洞、溶蝕裂隙中有流動(dòng)的地下水,溶蝕作用將使溶洞、裂隙的規(guī)模擴(kuò)大,巖體進(jìn)一步受損害。據(jù)推算,在100年內(nèi),石灰?guī)r的溶洞、溶蝕裂隙將在現(xiàn)有的規(guī)模上擴(kuò)大約30~60MM,雖然此時(shí)溶洞、溶蝕裂隙側(cè)壁的巖體不會(huì)因樁端施壓而破壞,但其整體力學(xué)強(qiáng)度有所降低。對(duì)這些在抽芯中發(fā)現(xiàn)的樁底持力層有缺陷的樁都做了靜載試壓,靜載試壓合格周再加壓注漿補(bǔ)強(qiáng)?？紤]到種種的不利因素,樁的承載力留有較大富裕量是必要的。(2按建筑物的重要性及柱軸力的大小,我們采用了不同基礎(chǔ)形式。主樓的屋蓋結(jié)構(gòu)是76米跨度的空間桁架,地面以下有一層或而層地下室(地鐵站,主樓柱的最大軸力為25000KN,主樓采用的是嵌巖樁--筏板基礎(chǔ)筏板厚1.4米及1.6米,采用后張有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu),底下室的擋土結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土地下連續(xù)墻。航站樓的兩翼,包括動(dòng)西連接樓及東西指廊,屋蓋為24~35米跨度的鋼桁架,樓蓋為18米及12米柱網(wǎng)的混凝土結(jié)構(gòu),無(wú)地下室,最大軸力的柱為15000KN,采用嵌巖樁基礎(chǔ)。航站樓的地面比原土面搞2~3米,地面結(jié)構(gòu)地下通道結(jié)構(gòu)采用靜壓管樁基礎(chǔ)。樁--筏基礎(chǔ)的安全等級(jí)最好,嵌巖樁基礎(chǔ)次之,摩擦樁的安全等級(jí)較低(3非樁--筏基礎(chǔ)的嵌巖樁,若發(fā)現(xiàn)樁側(cè)形成較高的臨空面,樁側(cè)注漿,提高樁的穩(wěn)定性。4、航站樓樁基礎(chǔ)工程簡(jiǎn)介主樓最大的箱形柱截面為2500×4500mm,軸力為2500KN,柱下布置4根嵌巖樁,其余柱分別為單柱及雙柱。兩翼連接樓中柱的軸力為15000KN,為3根嵌巖樁的基礎(chǔ),其余柱為單樁及雙樁基礎(chǔ),指廊柱為單樁及雙樁基礎(chǔ)嵌巖樁曾考慮過(guò)采用帶鋼護(hù)筒及硬合金鉆頭的干式成孔鉆孔樁,后因國(guó)內(nèi)這類(lèi)樁機(jī)的數(shù)量太少而改為濕式成孔泥漿護(hù)壁反循環(huán)沖孔灌注樁。航站樓工程沖孔數(shù)量約為2000根,樁混凝土量約為4萬(wàn)M3;靜壓管樁數(shù)量約3000根,兩類(lèi)樁的總長(zhǎng)度為140千米,平均每根樁長(zhǎng)度為28米,Φ1200樁承載力為10000KN實(shí)際應(yīng)用時(shí)約為7000KN。靜壓管樁的承載力為600~1000KN。樁基礎(chǔ)工程的施工工期從2000.5~2001.3,共約10個(gè)月。本工程巖面最陡的一根樁Φ1400沖孔樁一側(cè)入巖21米,另一側(cè)入巖1米,巖面傾角為86o。施工最困難的一根樁,耗時(shí)96天施工時(shí)沖錘被溶洞卡死,鋼絲繩拉斷,不得已的情況下派潛水員下樁底放炸藥爆破,多次作業(yè)后才將沖錘取出。相對(duì)樁來(lái)說(shuō),地下連續(xù)墻的施工要順利得多,地下連續(xù)墻的主要功能是擋土及擋水,連續(xù)墻也承重及抗浮,連續(xù)墻入微風(fēng)化石灰?guī)r500MM,無(wú)對(duì)墻底巖體完整性提出要求,連續(xù)墻圍封后,降水順利,效果很好。5、航站樓樁基礎(chǔ)工程檢測(cè)簡(jiǎn)介樁基礎(chǔ)的質(zhì)量檢測(cè)分別為靜載實(shí)驗(yàn)、抽芯、動(dòng)測(cè)、超聲波檢測(cè)、樁混凝土試壓等5種。主樓沖孔樁共447根,靜壓管樁共681根。靜載試壓共進(jìn)行4根,占沖孔樁總數(shù)的1.9%,4根靜載試驗(yàn)樁的承載力全部合格。抽芯樁59根,占沖孔樁總數(shù)的13%,抽芯樁的樁身筑龍網(wǎng)WWW.ZHULONG.COM混凝土全部合格。沖孔樁動(dòng)測(cè)351根,占沖孔樁的78.5%,檢測(cè)樁全部合格。其中I類(lèi)樁占76.35%。超聲波檢測(cè)38根,占Φ1200及Φ1400樁總數(shù)的18.7%,全部合格其中I類(lèi)樁占94.74%。樁混凝土試壓447組,全部合格,平均強(qiáng)度44.76%Mpa。主樓沖孔樁的檢測(cè)率為100%,每一根樁都經(jīng)過(guò)靜載、或者抽芯、或者動(dòng)測(cè)、或者超聲波檢測(cè)。靜壓樁動(dòng)測(cè)76根,占全部靜壓樁總述的11.2%全部合格,其中I類(lèi)樁占88.76%。兩翼樁的檢測(cè)密度少于主樓,檢測(cè)全部合格。從檢測(cè)結(jié)果看,樁的質(zhì)量良好。三、混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1、混凝土結(jié)構(gòu)工程概況主航站樓長(zhǎng)325M,寬235M,地下局部2層,柱網(wǎng)18M×18M,建筑面積約14萬(wàn)M2,地下部分地下部分不分縫,混凝土結(jié)構(gòu)的最大長(zhǎng)度325M,地面以上用三道伸縮縫把主樓混凝土平面分成6個(gè)結(jié)構(gòu)單元,混凝土結(jié)構(gòu)的最大長(zhǎng)度為96M。東西連接樓每翼各位450M×62M,地上3層,柱網(wǎng)18M×18M,兩翼連接樓的總建筑面積約12萬(wàn)M2,每翼用三道伸縮縫把混凝土平面分成4個(gè)結(jié)構(gòu)單元,每個(gè)結(jié)構(gòu)單元的長(zhǎng)度為108M。東一西一指廊每翼約360M×34M,東二西二指廊每翼約252M×34M,地上三層,柱網(wǎng)12M×12M,指廊的總建筑面積約9萬(wàn)M2。東一西一指廊用三道伸縮縫把混凝土平面分成4個(gè)結(jié)構(gòu)單元長(zhǎng)度為84M。主樓剖面圖見(jiàn)圖4連接樓剖面圖見(jiàn)圖5,指廊剖面圖見(jiàn)圖6。主樓地面以上混凝土結(jié)構(gòu)工期為2001.8~2002.1,東西兩翼混凝土結(jié)構(gòu)工期為2001.11~2002.4。航站樓混凝土結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)單元長(zhǎng)、柱網(wǎng)大。主框架梁的高度為1M,寬度分別為2M、2.5M、3.0M,為寬扁梁結(jié)構(gòu)。主樓負(fù)二層基礎(chǔ)筏板的板厚1.6M,體積約9000M3,主樓負(fù)一層兩塊基礎(chǔ)筏板的板厚.4M,每塊的體積約13000M3,為大體積混凝土板。筑龍網(wǎng)WWW.ZHULONG.COM在航站樓的混凝土結(jié)構(gòu)中,我們?nèi)坎捎昧撕髲埐糠诸A(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu),其中框架梁采用有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu),次梁采用無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu),樓板采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),主樓的基礎(chǔ)筏板采用有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土平板結(jié)構(gòu),主樓及連接樓框架梁為沿平面加腋的寬扁梁結(jié)構(gòu),主樓及連接樓的混凝土框架及不承受水平力的框架結(jié)構(gòu)?；炷翉?qiáng)度等級(jí)為C40,預(yù)應(yīng)力筋采用低松弛高強(qiáng)度鋼絞線(xiàn),強(qiáng)度等級(jí)為1860Mpa。2、后張有粘結(jié)與無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)本設(shè)計(jì)在框架梁中采用了用了有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)(BPCS,次梁采用了無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)(UPCS。目前,現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)一般采用后張法,后張預(yù)應(yīng)力施工分為有粘結(jié)及無(wú)粘結(jié)兩種。BPCS靠灌漿實(shí)現(xiàn)有粘結(jié),UPCS靠端錨建立預(yù)應(yīng)力。有粘結(jié)筋的最大應(yīng)力出現(xiàn)在最大彎矩截面處,破壞時(shí)臨界截面有粘結(jié)筋的應(yīng)力。有粘結(jié)筋的應(yīng)力非常接近鋼筋的界限強(qiáng)度FPU,無(wú)粘結(jié)筋的應(yīng)力沿全長(zhǎng)幾乎相等,構(gòu)件破壞時(shí),無(wú)粘結(jié)筋的英里總是低于條件屈服點(diǎn)FP,0.2,預(yù)應(yīng)力鋼筋應(yīng)力隨荷載變化曲線(xiàn)見(jiàn)圖7。由于無(wú)粘結(jié)筋的應(yīng)力沿全長(zhǎng)幾乎保持相同,預(yù)應(yīng)力鋼筋的非彈性性能即構(gòu)件的能量消散不能得到充分發(fā)揮,限制了UPCS在地震區(qū)礦家結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用。有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的極限強(qiáng)度高,抗震性能該,使用于框架梁。本工程框架梁的預(yù)應(yīng)力度λ=≤0.7。無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)施工簡(jiǎn)單,適合數(shù)量多、噸位不大的次梁。次梁不需要抵抗地震力,可以采用無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)?；炷翗巧w采用不同的預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu),充分發(fā)揮了有粘結(jié)結(jié)構(gòu)及無(wú)粘結(jié)結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)。3、單向板體系樓蓋本工程混凝土樓蓋采用單向板結(jié)構(gòu)。單向板方案采用18M跨度的次梁,次梁的間距為3M,筑龍網(wǎng)WWW.ZHULONG.COM沿結(jié)構(gòu)單元的長(zhǎng)向布置,利用次梁的預(yù)應(yīng)力筋抵抗超長(zhǎng)混凝土的伸縮應(yīng)力。由于只有一個(gè)方向有次梁,次梁中的預(yù)應(yīng)力值較大,可以有效的解決超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)的抗裂度,主框架梁采用的是寬扁梁,一個(gè)方向的寬扁梁的梁柱接點(diǎn)形式比較簡(jiǎn)單。方案設(shè)計(jì)時(shí)亦考慮過(guò)采用井字樓蓋的雙向板方案,雙向板方案的優(yōu)點(diǎn)是利用了兩個(gè)的框架梁受力,框架梁的負(fù)擔(dān)小,樓蓋的兩個(gè)方向都有預(yù)應(yīng)力,提高了樓蓋的抗裂性能。缺點(diǎn)是兩個(gè)方面的寬扁梁節(jié)點(diǎn)受力復(fù)雜,節(jié)點(diǎn)的用鋼量多;沿結(jié)構(gòu)單元長(zhǎng)向的次梁需多配預(yù)應(yīng)力筋以抵抗超長(zhǎng)混凝土的伸縮應(yīng)力。用鋼量較單向板方案多,施工也較單向板方案復(fù)雜。最后采用的是單向板方案,主框架梁截面為2000×1000MM在支座處梁寬加腋至2500×1000M或3000×1000MM,與次梁平行的框架梁為500×1000MM,次梁為300×1000MM,樓板厚120MM。4、不承受水平力的混凝土框架梁結(jié)構(gòu)不承受水平力的混凝土框架最適合采用后張預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。后張預(yù)應(yīng)力混凝土梁通常將預(yù)應(yīng)力筋布置成拋物線(xiàn)形狀,這樣的力筋最適合承受豎向均布荷載。由于正反方向的水平荷載會(huì)產(chǎn)生支座處的正負(fù)彎矩,因此拋物線(xiàn)形狀的力筋不適合承受水平力,一般是用拋物線(xiàn)形狀的預(yù)應(yīng)力筋抵抗豎向荷載,用直線(xiàn)形狀的上下非預(yù)應(yīng)力筋抵抗水平力。在框架結(jié)構(gòu)中,非預(yù)應(yīng)力筋占總用鋼量70%以上,如果框架不受水平力,這個(gè)結(jié)構(gòu)的非預(yù)應(yīng)力鋼筋的用量可以降至最低。國(guó)外有的不承受水平力的有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力框架的用鋼量非常低,有的梁甚至不配縱向非預(yù)應(yīng)力鋼筋,廣州新機(jī)場(chǎng)地處抗震烈度6度毒,設(shè)計(jì)中不計(jì)算地震力;風(fēng)荷載是通過(guò)玻璃木強(qiáng)系統(tǒng)的桁架傳至屋蓋鋼桁架的下弦,再傳至2500×4500MM的超級(jí)混凝土箱形柱,箱形柱壁厚為500,超級(jí)混凝土箱形柱與混凝土樓蓋脫離,使混凝土樓蓋不承受水平力,而檢舉為3M的次梁集中重使垂直荷載近似于均布荷載,非常適合采用拋物線(xiàn)形狀的手張預(yù)應(yīng)、力筋,這種不承受水平力的混凝土框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì),使大跨度的混凝土框架的用鋼量降至最低。5、梁柱節(jié)點(diǎn)本工程混凝土結(jié)構(gòu)采用了三種梁柱節(jié)點(diǎn)形式,分別是:(1梁柱同寬節(jié)點(diǎn)及柱比梁寬節(jié)點(diǎn);(2大部分鋼絞線(xiàn)及縱向鋼筋通過(guò)柱的寬扁梁節(jié)點(diǎn);(3大部分鋼絞線(xiàn)及縱向鋼筋在柱外通過(guò)的寬扁梁節(jié)點(diǎn)。第(1種節(jié)點(diǎn)梁的縱向鋼筋全部通過(guò)柱,是一種傳統(tǒng)的框架梁柱節(jié)點(diǎn),受力可靠,抗震性能好,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,用鋼量少。第(2種節(jié)點(diǎn)柱載面為Φ1200,沿次梁平行方向的框架梁截面為500×1000MM,寬扁梁60%以上的鋼絞線(xiàn)及縱向鋼筋通過(guò)柱。第(3種節(jié)點(diǎn)柱截面為Φ1200,沿次梁平行方向的框架梁截面為500×1000MM,主框架跨中截面為2000×1000MM,支座處加寬至2500×1000MM及3000×1000MM,約40%以上的鋼絞線(xiàn)及縱向鋼筋通過(guò)柱。節(jié)點(diǎn)分為內(nèi)外核心區(qū),共同受力傳遞平衡梁柱節(jié)點(diǎn)彎矩。寬扁梁設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是:(A、內(nèi)外核心區(qū)能否共同工作;(B、外核心區(qū)的抗扭承載力。寬扁梁節(jié)點(diǎn)構(gòu)造如圖8。由于大部分的縱向鋼筋在柱的外側(cè)通為了減少對(duì)抗震性能不利的影響,主樓筑龍網(wǎng)WWW.ZHULONG.COM的梁柱節(jié)點(diǎn)處加了柱帽。四、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1、鋼結(jié)構(gòu)工程概況主樓長(zhǎng)325M,寬235M,其中平面又二片反向的圓弧形帶組成,見(jiàn)圖9。主樓南北兩側(cè)鋼無(wú)該的支承構(gòu)件是一排由3Φ273×16圓鋼管組成的三角形變截面人字形組合柱,人字形柱的兩端鉸接,使柱的受力最小,以期取得修長(zhǎng)輕巧的建筑效果。人字形柱的柱頂高度從東西二端的14.7M升高到中間的35.7M,由里向外傾斜。主樓的內(nèi)部設(shè)置了二排巨形變截面混凝土箱形柱,由于主樓脊骨結(jié)構(gòu)(spinestructure的兩側(cè)是剛度及約束都較小的人字形鉸接柱,在脊骨結(jié)構(gòu)的內(nèi)部設(shè)計(jì)剛度較大的抗側(cè)力柱是必要的。巨形柱的柱距為18M,在基礎(chǔ)處的截面為2500MM×4500MM,剛接于基礎(chǔ),承受全部水平力。主樓的屋蓋為近似的幾何球形,巨形柱的柱頂高度又東西二端的21M上升到中間的41.9M。主樓采用三角形鋼管桁架結(jié)構(gòu),跨度為76.9M,桁架高度為5M,兩端鉸接支承在人字形柱及混凝土巨形柱上,主桁架在人字形柱以外的南北方向懸挑7~23M。主桁架兩上弦桿的間距從人字形柱處的3.8M變化到巨形柱處的5.25M,弦桿為508×16~25MM,腹桿為Φ245×7.1~12MM。腹桿在下弦桿交匯點(diǎn)的間距為6.35M。主桁架之間的屋面結(jié)構(gòu)是筑龍網(wǎng)WWW.ZHULONG.COM14M跨度的箱形壓型鋼板,主樓屋蓋共設(shè)置了二道伸縮縫,伸縮縫采用懸挑結(jié)構(gòu),這時(shí)箱形屋面壓型鋼板懸挑7M,這種箱形壓型鋼板除了作為結(jié)構(gòu)板外還兼作屋蓋支撐,整個(gè)屋面簡(jiǎn)潔美觀(guān)。為了增加建筑外觀(guān)的造型變化以及滿(mǎn)足采光要求,主桁架在巨形柱處上升為一個(gè)拱型桁架采光帶,采光帶的寬度由中間的20M變化到東西二端約50M,采光帶是玻璃纖維張拉膜結(jié)構(gòu)。主樓的屋蓋透視圖見(jiàn)圖10。連接樓分為東西連接樓,每翼連接樓的平面為450×62M,地上三層,用三道伸縮縫將混凝土樓蓋分為四段,用二到伸縮縫將屋面分為三段。連接樓的柱距為18M,典型的鋼桁架見(jiàn)圖11。三角形圓管桁架的弦桿為3Φ245×12~16MM,腹桿為Φ127×6~12MM,桁架的高度2.8M,上弦桿的間距為3M。主桁架一端落地,另一端支承在由3Φ168×12.5MM的鋼管組成的變截面人字形組合柱上,與主樓人字形柱子不同的是,連接樓的人字形柱是從外向里傾斜的。主桁架在跨中位置支承于1M直徑的鋼筋混凝土圓柱上,從落地端到混凝土柱的跨度約25M,從混凝土柱到人字形柱的跨度約30M,再懸挑約7M。連接樓的屋面是有檁體系。屋面板是層壓型鋼板,部分屋面為玻璃纖維張拉膜。整個(gè)屋面沿縱向設(shè)置了5道次桁架,次桁架即支承檁條也是屋蓋的支撐,在屋蓋伸縮縫處設(shè)有X形的支撐。筑龍網(wǎng)WWW.ZHULONG.COM東一西一指廊的平面為360mX38.8m,東二及西二指廊的平面為252mX38.8m。指廊為三層建筑,柱距為12m?；炷翗巧w的伸縮縫間距為96m。鋼屋蓋的伸縮縫間距為126m。與主樓相同,屋蓋伸縮縫采用懸挑結(jié)構(gòu),在伸縮處懸挑6m指廊屋蓋鋼桁架采用方鋼管平面桁架,主桁架跨度24m,支承于鋼筋混凝土柱子上,兩端各懸挑7.4m?；炷林母叨葹?3.6~12.6m。主桁架高2.2m,弦桿為口250X12~16mm,腹桿為口160~180X6~8mm,屋面為1.6mm及2.0mm厚和箱形壓型鋼板。指廊屋蓋在混凝土柱頂設(shè)有2道縱向支撐。東西高架連廊為二層鋼結(jié)構(gòu),連接主航站樓和連接樓。高架連廊的寬度為13~16m,跨度為54m,兩端帶有4.5m~7.0m的懸挑,屋面標(biāo)高為20~40m,屋面為玻璃纖維張拉膜,樓蓋為型鋼梁及壓型鋼板――混凝土縱使組合樓板。高架連廊為口400mm及口500mm的方管鋼桁架,支承于1078X461X70X125mm的焊接H型筑龍網(wǎng)WWW.ZHULONG.COM鋼柱上。高架連廊的高度高,跨度大,寬度窄,對(duì)抗水平力非常不利,在航站樓的四建筑物的單位用鋼量中,高架連廊的用鋼量最大。高架連廊典型桁架見(jiàn)圖12。2、屋蓋的結(jié)構(gòu)分析與荷載大跨度的屋蓋自重較輕,本工程為6度設(shè)防,結(jié)構(gòu)分析中不考慮地震作用,屋蓋的最主要荷載是風(fēng)荷載。風(fēng)荷載按中國(guó)規(guī)范取值,最大風(fēng)壓的重現(xiàn)期取100年。主桁架的計(jì)算考慮風(fēng)振系數(shù),風(fēng)振系數(shù)由水平風(fēng)力和豎向風(fēng)力作用下結(jié)構(gòu)動(dòng)力計(jì)算得到。屋面板的計(jì)算考慮正風(fēng)壓的峰值及負(fù)風(fēng)壓,風(fēng)壓的峰值及風(fēng)荷載的內(nèi)壓力、內(nèi)吸力由風(fēng)洞試驗(yàn)確定。根據(jù)風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果,中央高四角低的近似幾何球形屋面對(duì)于抗風(fēng)較為有利,主樓的四角有長(zhǎng)達(dá)23m的懸挑,懸挑部分的負(fù)風(fēng)壓是主桁架的控制荷載之一,近似的球形屋面使四個(gè)角的負(fù)風(fēng)壓最小。結(jié)構(gòu)的整體計(jì)算采用美國(guó)結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)程序STAAD,并用同濟(jì)大學(xué)空間鋼結(jié)構(gòu)計(jì)算程序3D3S及美國(guó)MARC公司大型通用有限元程序Marc進(jìn)行驗(yàn)算比較,節(jié)點(diǎn)有限元分析及人字形柱的有限元分析采用ANSYS程序?？臻g計(jì)算模型由Autocad三維模型線(xiàn)框圖轉(zhuǎn)換而成。桁架弦桿、腹桿采用柱單元(考慮軸向、彎曲、剪切和扭轉(zhuǎn)變形,寬翼緣工字鋼及角鋼采用梁?jiǎn)卧?只考慮彎曲和剪切變形,屋面板及人字形柱上鋼板采用薄殼單元(只考慮拉伸和剪切變形。承載能力的驗(yàn)算滿(mǎn)足中國(guó)規(guī)范及美國(guó)規(guī)范的要求。筑龍網(wǎng)WWW.ZHULONG.COM本工程相貫節(jié)點(diǎn)主要的構(gòu)造措施是圓管采用間隙接頭,方管采用搭接接頭。采用間隙接頭的優(yōu)點(diǎn)是腹桿與弦桿有全周焊縫,節(jié)點(diǎn)的抗剪承載力高;缺點(diǎn)是節(jié)點(diǎn)有偏心彎距,降低了弦桿的軸向承載力。由于圓管為馬鞍型坡口,圓管節(jié)點(diǎn)需整體安裝焊接,如果腹桿搭接,被搭接腹桿相接于弦桿的趾部為隱藏區(qū)不能焊接,因此圓管節(jié)點(diǎn)應(yīng)避免全搭接接頭,圓管節(jié)點(diǎn)也應(yīng)盡量避免采用KT節(jié)點(diǎn)或有較多桿件交于一點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)。方管及矩形管為直線(xiàn)坡口,其搭接接頭可先焊接一次相貫的全周焊縫,再安裝焊接二次相貫的焊縫,這樣的搭接接頭剛并大,承載力高。當(dāng)然,方管及矩形管也可以采用間隙接頭,這時(shí)施工較為簡(jiǎn)單。本工程賀管腹桿在弦桿的交匯處設(shè)計(jì)有離開(kāi)弦桿中心線(xiàn)50~70mm的正偏心和沿弦桿方向30mm的偏心,避免了雙K節(jié)點(diǎn)的腹桿搭接。高架連廊及指廊的方管KT節(jié)點(diǎn)腹桿有部分搭接,施工時(shí)先焊接受力較大的斜腹桿,斜腹桿與弦桿相交處為全周焊縫,然后再焊接受力較小的直腹桿,直腹桿焊在弦桿及斜腹桿上。間隙接頭及搭接接頭大樣見(jiàn)圖13。主樓及連接樓下弦桿兩端支座處,部位重要,相交的桿件多,受力大,設(shè)置了1m長(zhǎng)的實(shí)心鋼棒。另外,有個(gè)別的空心管接頭節(jié)點(diǎn)承載力不足,我們分別采用了:(1在弦桿外焊加強(qiáng)板,施工簡(jiǎn)單,可用于受拉或受壓弦桿,但影響外觀(guān);(2在弦桿內(nèi)加穿心板,施工復(fù)雜,不影響外觀(guān),可用于受拉或受壓弦桿;(30用混凝土填充節(jié)點(diǎn),施工復(fù)雜,不影響外觀(guān),可用于受壓較大的弦桿。筑龍網(wǎng)WWW.ZHULONG.COM4、人字形柱的應(yīng)用與試驗(yàn)人字形柱是由3根圓鋼管組碭三角形變截面格構(gòu)式組合柱。柱的兩端鋼管相貫連接,在柱的中部3根鋼管換湯不換藥成三角形格構(gòu)式柱,其三角形縱使截面設(shè)計(jì)成沿長(zhǎng)度線(xiàn)性變化,各柱的變化斜率相同,柱的外形呈兩頭小中間大的欖核形,3根圓鋼管由厚度30mm的鋼綴板連接。人字形柱的精確計(jì)算很困難,柱的兩端鋼管截面相貫,截面削弱大,人字形柱是傾斜設(shè)置的,自重造成的初始偏心自然存在,人字形柱的長(zhǎng)細(xì)比一般比較大,加上制作誤差等因素,初始偏心對(duì)長(zhǎng)柱的影響較大。我們請(qǐng)清華大學(xué)結(jié)構(gòu)工程研究所對(duì)主樓19m、23m、29m三根人字形柱用彈塑性大撓度有限元法Ansys程序分別按無(wú)初始偏心及按L/500初始偏心進(jìn)行計(jì)算,并進(jìn)行足尺模型破壞試驗(yàn),其結(jié)果如下:5、273X16mm人字形柱極限承載力柱長(zhǎng)(m柱中截面處管中距(mm荷載設(shè)計(jì)值(KN不考慮初始偏心的極限承載力計(jì)算值(KN考慮L/500初始偏心極限承載力計(jì)算值(KN足尺試驗(yàn)的極限承載力(KN足尺試驗(yàn)時(shí)制作誤差試驗(yàn)與L/500初始偏心計(jì)算值的差值29.46511351344529037403820L/10002.14%22.9228301984594050705300L/10004.54%18.9856542979652064006300L/1901.56%初步結(jié)論是:(1初始偏心對(duì)短柱的影響小,對(duì)長(zhǎng)柱的影響大,柱的承載力由整體穩(wěn)定性控制;(2不同長(zhǎng)度的柱,其破壞形式相似,破壞點(diǎn)約在離兩端0.3L處。柱子兩端相貫截面削弱不起控制作用,超過(guò)彈性極限后,截面削弱加速承受柱荷載――位移曲線(xiàn)的非線(xiàn)性將就,最后破壞為屈折破壞;(3按L/500初始偏心計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合;(4增大人字形柱的鋼管中距對(duì)改善整體穩(wěn)定有利,增加橫隔板對(duì)改善局部穩(wěn)定有利,增大鋼管的外徑或壁厚對(duì)改善柱子的整體穩(wěn)定及局部穩(wěn)定有利;(5可以考慮根據(jù)荷載――位移曲線(xiàn),取柱的彈性極限承載力為柱承載力設(shè)計(jì)值。6、屋面箱形壓型鋼板的應(yīng)用與試驗(yàn)鋼板為Q235C鍍鋅鋼板,按跨度及風(fēng)荷載的變化分為1.2mm、1.5mm、1.6mm1.9mm.、2.0mm五種。這種箱形壓型鋼板是冷彎薄壁結(jié)構(gòu),首次在我國(guó)制造及應(yīng)用。壓型鋼板分上下兩種軋制成型,再焊成箱形,在箱形空腔內(nèi)加保溫吸音材料,亦可按需要在空腔內(nèi)加型鋼。壓型鋼板的下表面按聲學(xué)要求開(kāi)孔,孔徑3mm。開(kāi)孔率約8%,孔壁復(fù)涂冷鍍鋅防腐。這種壓型鋼板集結(jié)構(gòu)承重、屋蓋支撐、建筑吸音、吊頂裝飾等功能于一身,筑龍網(wǎng)WWW.ZHULONG.COM外觀(guān)簡(jiǎn)潔美觀(guān),是目前跨度最大的屋面壓型鋼板?？缍?4m的壓型鋼板在同濟(jì)大學(xué)做了3組共9個(gè)試件的荷載破壞試驗(yàn),跨度12m的壓型鋼板在天津大學(xué)做了2組共6個(gè)試件的荷載破壞試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果臺(tái)下:組合壓型鋼板荷載試驗(yàn)跨度(m板厚(mm換算極限均布荷載(KN/m2撓度為L(zhǎng)/200時(shí)換算極限均布荷載(KN/m2141.22.641.59141.553.551.75141.795.072.27121.605.083.56122.06.734.00結(jié)論為:(1組合壓型鋼板的破壞形式為跨中上翼緣受壓換穩(wěn)破壞,破壞前剛度呈線(xiàn)性減小,變形增大,破壞時(shí)腹板兩側(cè)鼓出,最后換穩(wěn)破壞。(2箱形壓型鋼板的承載力及剛度均超過(guò)設(shè)計(jì)要求,是一種承載力高、剛度大的屋面大跨度結(jié)構(gòu)。(3破壞時(shí)腹板的剪應(yīng)力及剪應(yīng)變都比較小,與破壞無(wú)關(guān)。(4上下板之間的電阻點(diǎn)焊抗剪強(qiáng)度滿(mǎn)足要求,壓型鋼板屈服前無(wú)焊點(diǎn)斷裂,屈服后僅極小焊點(diǎn)因板邊變形過(guò)大而拉開(kāi)。(5試驗(yàn)結(jié)果的離散性很小,一組三個(gè)試件最大值與最小值相關(guān)不超過(guò)2%,壓型鋼板的質(zhì)量均勻,試驗(yàn)可靠。6、材料與用鋼量廣州新白云國(guó)際航站樓鋼結(jié)構(gòu)用量約2.1萬(wàn)噸(未包玻璃幕墻桁架,未包屋面板、未包損耗,連損耗施工結(jié)算用量約2.35萬(wàn)噸,屋面板的復(fù)蓋面積約16.5萬(wàn)m2,屋面板用鋼量約5500噸,整修航站樓鋼結(jié)構(gòu)平均用鋼量約127kg/m2屋面板用鋼量約為33kg/m2,二者合計(jì)約160kg/m2。其中主樓鋼結(jié)構(gòu)用量為135kg/m2(包括鋼柱,連接樓為120kg/m2(包括鋼柱,指廊為85kg/m2(包括登機(jī)橋固定端連接口的豎向結(jié)構(gòu)系統(tǒng),每條高架連廊用鋼量約為900噸。經(jīng)總量2.1萬(wàn)噸鋼材中,圓鋼管的用量約8千噸,方鋼管用量約6千噸,軋制及焊接的型鋼約5千噸,鋼板及螺栓、拉索等約2千噸。廣州新機(jī)場(chǎng)的鋼材采用國(guó)際招標(biāo)的方式采購(gòu),鋼管及型鋼主要為進(jìn)口鋼材。鋼管采用歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN10210的S355J2H熱成型高頻電焊管,原產(chǎn)國(guó)英國(guó)。熱軋及焊接型鋼采用美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)ASTMA36鋼及A572Grade50鋼,原產(chǎn)國(guó)英國(guó)、盧森堡、日本。屋面板采用中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)Q235C鍍鋅鋼板,原產(chǎn)地上海及臺(tái)灣。有部分鋼管及鋼板采用國(guó)產(chǎn)Q345B鋼。筑龍網(wǎng)WWW.ZHULONG.COM鋼管采用焊接管的主要優(yōu)點(diǎn)是:(1比無(wú)縫管便宜。(2焊管由50米長(zhǎng)的鋼板卷制而成,可按需要切割成各種長(zhǎng)度尺寸,損耗少。無(wú)縫的長(zhǎng)度一般為12米,切割成各種需要的長(zhǎng)度時(shí)損耗較大。采用熱成型方管的主要優(yōu)點(diǎn)是:(10熱成型鋼管的