董彬 馮香玲 陳俊

(中國(guó)民航機(jī)場(chǎng)建設(shè)集團(tuán)公司，北京 100101)

該機(jī)場(chǎng)改擴(kuò)建工程航站樓地上共2層，建筑物總長(zhǎng)356 m，寬27 m～64 m，屋面高度12.8 m～22.3 m。航站樓屋蓋平面投影呈凸字形，中間為大廳，兩側(cè)為指廊。整個(gè)屋面軸線水平投影面積為17924 m2。航站樓1層采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，2層鋼柱及屋蓋采用鋼結(jié)構(gòu)。航站樓墻面采用通透的玻璃幕墻圍護(hù)系統(tǒng)，屋面采用輕型復(fù)合保溫金屬屋面，局部設(shè)采光天窗。建筑物整體造型簡(jiǎn)潔明快，路側(cè)屋面外挑9.3 m，采用曲線造型，富有動(dòng)感，如圖1所示。

1 地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

由于該地區(qū)的地基土的承載力不高，并且有液化現(xiàn)象，因此，需要對(duì)航站區(qū)進(jìn)行地基處理。處理方法為:用CFG樁地基處理技術(shù)，以解決地基承載力的問(wèn)題。CFG樁φ400@2000 mm，設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)14.0 m，共4701根。另外本工程還采用碎石樁地基處理技術(shù)解決③粉土及④粉砂液化土層問(wèn)題。碎石樁φ500@2000 mm，設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)5.0 m，共4717根。處理后的地基承載力特征值fak≥220 kPa，處理后的地基土總沉降量不應(yīng)大于40 mm。圖2為CFG樁及碎石樁布樁示意圖，圖3為CFG樁剖面示意圖，圖4為碎石樁剖面示意圖。地基處理完成后，對(duì)于航站樓結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)選用獨(dú)立基礎(chǔ)的形式。經(jīng)過(guò)計(jì)算，獨(dú)立基礎(chǔ)的尺寸約為6.5 m×6.5 m(帶鋼柱基礎(chǔ))，5.0 m ×5.0 m(不帶鋼柱基礎(chǔ))。

2 結(jié)構(gòu)體系

該機(jī)場(chǎng)航站樓1層為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，樓板和梁采用預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，沿縱向分為三個(gè)溫度區(qū)段。中間大廳段為B區(qū)，縱向長(zhǎng)132 m，兩翼指廊分別為 A，C區(qū)，A區(qū)指廊縱向長(zhǎng)82 m，C區(qū)指廊縱向長(zhǎng)134 m，標(biāo)準(zhǔn)柱距12 m。2層及屋面采用鋼結(jié)構(gòu)。大廳屋面造型為由不同弧線組合而成的單向曲面，桁架為兩連跨，指廊屋面造型為單向筒殼，桁架為單跨。鋼柱采用焊接箱形截面，與下部混凝土結(jié)構(gòu)剛接。大廳和指廊橫向主受力桁架均采用倒三角形變高度空間桁架，桁架斷面是由三根鋼管作為弦桿組成的等腰三角形，桁架沿屋面外輪廓找形，呈多圓弧曲線。通過(guò)在柱頂附近的屋面桁架之間設(shè)置縱向的聯(lián)系桁架和封閉的水平支撐，承受由地震作用和風(fēng)荷載產(chǎn)生的水平力，形成一個(gè)穩(wěn)定的屋蓋結(jié)構(gòu)體系。中間大廳的結(jié)構(gòu)體系如圖5所示，兩翼指廊的結(jié)構(gòu)體系如圖6所示。

3 結(jié)構(gòu)計(jì)算及分析

3.1 結(jié)構(gòu)計(jì)算參數(shù)

1)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)。

本工程設(shè)計(jì)使用年限為50年，結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí)，地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為乙級(jí)。按照乙類建筑進(jìn)行設(shè)計(jì)，框架抗震等級(jí)二級(jí)，抗震設(shè)防烈度為8度，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，場(chǎng)地類別Ⅲ類。基本風(fēng)壓0.55 kN/m2，地面粗糙度 B類。基本雪壓0.25 kN/m2。

2)荷載與作用。

包括樓面及屋面恒載、活載以及風(fēng)載、雪載、地震作用。鋼結(jié)構(gòu)屋面永久荷載:1.0 kN/m2，屋面活載:0.50 kN/m2?；炷翗敲嬗谰煤奢d按照實(shí)際考慮;樓面活載:3.5 kN/m2(候機(jī)大廳、商店、走廊、樓梯)、2.0 kN/m2(辦公)、3.5 kN/m2(餐廳)、2.5 kN/m2(衛(wèi)生間)。地震作用:按振型分解反應(yīng)譜法進(jìn)行計(jì)算。

3)荷載組合。

按國(guó)家相關(guān)規(guī)范[3]進(jìn)行。

3.2 結(jié)構(gòu)計(jì)算方法

航站樓大廳和兩側(cè)指廊間設(shè)有伸縮縫，構(gòu)件之間沒(méi)有連接，獨(dú)立形成三個(gè)結(jié)構(gòu)單體。計(jì)算時(shí)分別建模分析。大廳和指廊結(jié)構(gòu)均采用Midas Gen結(jié)構(gòu)分析軟件[1]進(jìn)行線彈性三維空間整體模型分析。由于航站樓下部為混凝土結(jié)構(gòu)，上部為鋼結(jié)構(gòu)，屬于兩種不同材料的組合結(jié)構(gòu)類型。結(jié)構(gòu)分析時(shí)，采用Midas中組阻尼的概念，對(duì)該組合結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析計(jì)算。

3.3 計(jì)算結(jié)果及分析

由于三個(gè)單元類似，本文僅給出大廳的計(jì)算分析過(guò)程及結(jié)果。大廳整體結(jié)構(gòu)的周期如圖7所示。大廳1層混凝土部分的位移比及位移角如表1所示，均滿足規(guī)范要求。

表1 計(jì)算結(jié)果及對(duì)比分析

4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1)混凝土概況。

航站樓1層為現(xiàn)澆混凝土框架結(jié)構(gòu)，由于總長(zhǎng)度為352 m，因此，航站樓各段之間以變形縫分開，變形縫處雙柱間距2.0 m。各段結(jié)構(gòu)特征分述如下:A段主體為1層現(xiàn)澆混凝土框架結(jié)構(gòu)。平面尺寸27.00 m ×84.00 m，基本柱網(wǎng) 13.50 m ×12.00 m，混凝土結(jié)構(gòu)標(biāo)高為6.035 m，為后張有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土主次梁體系。B段主體為1層現(xiàn)澆混凝土框架結(jié)構(gòu)。平面尺寸64.00 m×132.00 m，基本柱網(wǎng)13.50 m ×11.00 m 和 15.00 m ×12.00 m，混凝土結(jié)構(gòu)標(biāo)高為6.035 m，為后張有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土主次梁體系。C段主體為1層現(xiàn)澆混凝土框架結(jié)構(gòu)。平面尺寸27.00 m×136.00 m，基本柱網(wǎng)13.50 m ×12.00 m，混凝土結(jié)構(gòu)標(biāo)高為6.035 m，為后張有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土主次梁體系。

2)后張有粘結(jié)與無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土。

根據(jù)上述可知，混凝土部分跨度比較大，因此本設(shè)計(jì)在框架梁以及次梁中采用了有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，樓板中采用無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。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[2]。有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)靠灌漿實(shí)現(xiàn)有粘結(jié)，而無(wú)粘結(jié)則靠端錨建立預(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)臨界截面對(duì)于有粘結(jié)筋的應(yīng)力非常接近鋼筋的極限強(qiáng)度，無(wú)粘結(jié)筋的應(yīng)力沿全長(zhǎng)幾乎相等，因此預(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，所以只對(duì)板可以采用無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)。

本工程預(yù)應(yīng)力混凝土設(shè)計(jì)參數(shù)如下:梁、板、柱混凝土強(qiáng)度等級(jí)C40，框架梁、柱主筋采用HRB400級(jí)，預(yù)應(yīng)力筋均采用1860 MPa φs15.2級(jí)低松弛鋼絞線，設(shè)計(jì)張拉控制應(yīng)力為0.75fptk(fptk為鋼絞線的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值)。預(yù)應(yīng)力框架梁的設(shè)計(jì)抗震等級(jí)為2級(jí)，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)按正常使用極限狀態(tài)下2級(jí)裂縫控制等級(jí)，即按一般要求不出現(xiàn)裂縫的原則來(lái)進(jìn)行預(yù)應(yīng)力框架梁的計(jì)算分析，因此，預(yù)應(yīng)力框架梁設(shè)計(jì)時(shí)在荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合和準(zhǔn)永久組合下應(yīng)分別符合現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范的下列規(guī)定:

a.構(gòu)件受拉區(qū)拉應(yīng)力:σck－ σpc≤ftk，σcq－ σpc≤0;

b.梁端受壓區(qū)高度:x≤0.35h0;

c.梁端預(yù)應(yīng)力強(qiáng)度比:fpyAp/(fpyAp+fyAshs/hp)≤0.75;

d.縱向受拉鋼筋按非預(yù)應(yīng)力鋼筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值換算的配筋率不應(yīng)大于2.5%。以上各式中，σpc為扣除全部預(yù)應(yīng)力損失后在抗裂驗(yàn)算邊緣混凝土的預(yù)壓應(yīng)力;Ap為鋼絞線截面積;hs，hp分別為縱向受拉非預(yù)應(yīng)力筋、預(yù)應(yīng)力筋合力點(diǎn)至梁截面受壓邊緣的有效距離;其他參數(shù)見規(guī)范[3]。根據(jù)以上計(jì)算原則，本工程典型框架梁的預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)結(jié)果如圖8所示。

3)超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)。

本工程為超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)。超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)采用微膨脹混凝土澆筑，超長(zhǎng)建筑物中部(間距約40 m)設(shè)后澆帶(地梁設(shè)膨脹加強(qiáng)帶)。微膨脹混凝土采用復(fù)合膨脹劑配制。

后澆帶處結(jié)構(gòu)中的鋼筋不應(yīng)切斷，且要配置適量的加強(qiáng)鋼筋(如圖8所示)，待后澆帶兩側(cè)澆完混凝土28 d以后，將帶兩側(cè)的混凝土表面鑿毛，再用比設(shè)計(jì)的混凝土強(qiáng)度等級(jí)高一級(jí)的混凝土澆灌，并加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)。

4)上部鋼結(jié)構(gòu)柱與混凝土的連接節(jié)點(diǎn)。

本工程中上部鋼結(jié)構(gòu)的鋼柱與下部混凝土剛接連接，如圖9所示。

5 結(jié)語(yǔ)

1)本文根據(jù)工程地基較差的情況，給出了處理地基承載力不足以及地基土液化問(wèn)題的方法，實(shí)踐證明，效果良好，可供類似地基問(wèn)題的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參考。

2)對(duì)于上部為鋼結(jié)構(gòu)，下部為混凝土的組合結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)計(jì)算分析時(shí)應(yīng)建立整體模型進(jìn)行分析計(jì)算。同時(shí)應(yīng)考慮下部混凝土材料與上部鋼結(jié)構(gòu)材料的阻尼比不一致的情況，選用合適的方法進(jìn)行計(jì)算分析。本工程采用基于能量原理的組阻尼的概念進(jìn)行計(jì)算分析，結(jié)果較為理想。

3)本文給出了對(duì)于航站樓這樣大跨度混凝土框架梁的預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)方法以及部分設(shè)計(jì)結(jié)果，同時(shí)，也給出了鋼柱與混凝土的連接節(jié)點(diǎn)圖，可供同類型的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參考。

[1]北京邁達(dá)斯技術(shù)有限公司.Midas Gen技術(shù)幫助手冊(cè)[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2011.

[2]陳 瑜，鄭立煌.武漢天河機(jī)場(chǎng)新航站樓預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].建筑結(jié)構(gòu)，2009，39(2):33-35.

[3]GB 50010-2010，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].