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摘要:本文结合湖南衡阳南岳民用机场工程航站楼工程实例,对其混凝土结构、钢结构、整体结构进行初步分析,旨在为类似建筑提供借鉴与参考,促进建筑结构设计事业的进一步发展。
关键字:湖南衡阳南岳民用机场工程航站楼 结构设计 分析
湖南衡阳南岳民用机场工程航站楼,是衡阳南岳民用机场内最大的建筑,属于中型交通建筑,总建筑面积:14316平方米,建筑高度约32米。设计以衡阳之雅称“雁城”为理念,“万里衡阳雁,寻常到此回”的美景令人退思无限。优美的体态,稳健的身形,有序的队列,持久的奋进······大雁的种种特质最为贴切地展现着航空业的形象和诉求,同时也喻意着“雁城”衡阳令人神往的过去,生机勃勃的现在和充满希望的未来,建筑以两只大雁为造型设计,构造出双雁呈祥的意境。
航站楼由下部两层钢筋混凝土框架结构和上部空间钢结构组成,建筑工程等级为二级,根据《建筑抗震设计规范》及《建筑工程抗震设防分类标准》,本工程抗震设防为重点设防类建筑,抗震设防烈度为六度、设计基本地震加速度值为 0.05g,设计地震分组为第一组。结构分析分三部份,一是下部钢筋混凝土结构采用PKPM分析;二是上部空间钢结构采用3d3s分析;三是组合分析,将两模型组合至MIDAS-GEN进行整体计算分析。
一、混凝土结构部分设计:
主要楼面活荷载取值:
类 别 使 用 部 位 荷载标准值(KN/m2) 备 注
接待室 二层 3.5
卫生间 二层 2.5
餐饮制作间 二层 4.0
办公室等 二层 2.0
设备房 二层 7.0
屋顶花园 二,三层 3.0
温度荷载:考虑到混凝土结构在使用阶段均处于室内环境,楼盖考虑±25°C的温差作用。
结构选型:
1)抗侧力结构体系
航站楼首二层采用钢筋混凝土框架结构,其中设备用房及办公用房等二层,接待大厅一层,柱顶连接钢柱支承钢结构屋面。钢筋混凝土框架结构部分采用PKPM-SATWE软件进行主结构分析,并采用MIDAS-GEN进行补充分析并校核。
2)楼盖体系
本工程楼盖采用普通钢筋混凝土肋梁式楼盖,楼板厚度为130mm。
3)楼板局部不连续的加强措施
由于建筑设计的需要,二层楼板开洞后形成了多条狭长板带,为了较为真实的计算结构的内力及变形情况,计算模型中狭长板带按弹性板模拟,并将板带钢筋适当加大且双层双向通长配置。
4)超长结构的裂缝控制措施
航站楼最大长度117米,最大宽度60米,采取下列措施,避免或减少砼的收缩和温度效应引起的混凝土构件可见裂缝的产生。① 在5~6轴、10~11轴和16~17轴之间设置三道微膨胀后浇带,带宽1米。将长度方向分为每个分段长度均小于55米的单元。② 卫生间及餐饮制作间采用柔性防水(聚胺脂涂层或卷材),即使出现微小的收缩裂缝,外防水层也能起到阻止渗漏的作用。③采用控制裂缝宽度性能较好的变形钢筋,壁板、楼板钢筋按照“宁细勿粗,宁密勿疏”的原则配置,板筋双层双向拉通布置。④从减少砼自身收缩率的角度考虑,优化砼的配合比设计,加入合适的添加剂,控制水灰比、砂率、水泥用量及塌落度等指标;另一方面要求加强砼的振捣及养护,应有可靠措施保证砼在全湿润条件下硬化,优先采用覆盖保湿养护。
二、钢结构部分设计
结构选型,为满足建筑整体构造及美观要求,结构采用钢管桁架+輕钢屋面结构的形式,尽可能的降低屋盖厚度,展现航站楼二楼上空宽敞空间,这也是桁架结构的特点。平面钢管桁架主跨度36m、24m,最大悬挑桁架跨度12.5m,皆与钢柱连接。主跨度36m、24m桁架横向每12m设置连系桁架以增加主桁架的侧向刚度及整体稳定性。并在主跨度36m、24m桁架及12.5m悬挑桁架跨度上弦每6m设置刚性系杆,增加桁架受压区的稳定。
主要轻钢屋面活荷载取值:
荷载类型 荷载标准值(KN/m2) 备注
恒载 1.0 包括屋面板、保温材料、檩条、天花、灯、喷淋(计算风吸组合时取0.5 kN/m2)
活载 0.5 不上人屋面
风荷载:按照风洞试验数据进行取值,采用每45度角输入风荷载数据进行计算。
地震作用:考虑双向水平地震作用,抗震设防烈度为六度、设计基本地震加速度值为0.05g,设计地震分组为第一组;本工程抗震设防为重点设防类建筑(乙类)。
温度荷载:考虑±30°C的温差作用;
结构/构件挠度及位移控制标准:
a)柱顶位移允许值:H/150;b)恒载+活载作用下,屋(楼)面钢梁、钢桁架挠度允许值:主梁、主桁架:〔f〕=L/400;次梁、次桁架:〔f〕=L/300;c)屋面檩条挠度允许值:〔f〕=L/200;d)压型钢板挠度允许值:〔f〕=L/150;注:H为高度,L为跨度,对于悬臂构件,L取2倍悬臂长度。5)长细比及宽厚比限值:
a)长细比限值表
构件类型 长细比限值
刚架 柱 150
支撑 200
注:以上限值适用于Q235钢,Q345钢应乘以0.825。
b) 宽厚比限值
板件名称 限值
柱 工字形截面翼缘外伸部分 13
工字形截面腹板 52
箱型截面壁板 40
框架梁 工字形截面翼缘外伸部分 11
工字形及箱型截面腹板 85-120Nb/Af
(40)
次梁 工字形截面翼缘外伸部分 15
工字形截面腹板 80
注:以上限值适用于Q235钢,Q345钢应乘以0.825。
6)应力比限值:0.95
三、整体分析
整体分析采用MIDAS-GEN进行分析与设计,以下为分析模型。
主要分析结果:模态分析,由于本项目为钢-砼混合结构,故分析中定义下部钢筋混凝土框架结构阻尼比为0.05,上部钢结构阻尼比为0.02,采用应变能因子(抗规10.2.8条文说明)模式计算结构的组和阻尼比。进而对结构进行模态分析。结构分析了80阶,第79阶时X向振型质量参与系数99.98%;Y向振型质量参与系数99.82%;绕Z轴的振型质量参与系数90.27%。第8阶时Y向平动振型质量参与系数第一次超过50%;第9阶时X向平动振型质量参与系数第一次超过50%,第10阶时转动振型质量参与系数第一次超过50%,第19阶时Z向平动振型质量参与系数第一次超过50%。此外还进行了钢结构屋盖的弹性屈曲分析,得到第一阶屈曲系数有足够的安全储备。
结语:此文仅对衡阳南岳民用机场航站楼结构设计的初步分析,不代表最终分析结果。
关键字:湖南衡阳南岳民用机场工程航站楼 结构设计 分析
湖南衡阳南岳民用机场工程航站楼,是衡阳南岳民用机场内最大的建筑,属于中型交通建筑,总建筑面积:14316平方米,建筑高度约32米。设计以衡阳之雅称“雁城”为理念,“万里衡阳雁,寻常到此回”的美景令人退思无限。优美的体态,稳健的身形,有序的队列,持久的奋进······大雁的种种特质最为贴切地展现着航空业的形象和诉求,同时也喻意着“雁城”衡阳令人神往的过去,生机勃勃的现在和充满希望的未来,建筑以两只大雁为造型设计,构造出双雁呈祥的意境。
航站楼由下部两层钢筋混凝土框架结构和上部空间钢结构组成,建筑工程等级为二级,根据《建筑抗震设计规范》及《建筑工程抗震设防分类标准》,本工程抗震设防为重点设防类建筑,抗震设防烈度为六度、设计基本地震加速度值为 0.05g,设计地震分组为第一组。结构分析分三部份,一是下部钢筋混凝土结构采用PKPM分析;二是上部空间钢结构采用3d3s分析;三是组合分析,将两模型组合至MIDAS-GEN进行整体计算分析。
一、混凝土结构部分设计:
主要楼面活荷载取值:
类 别 使 用 部 位 荷载标准值(KN/m2) 备 注
接待室 二层 3.5
卫生间 二层 2.5
餐饮制作间 二层 4.0
办公室等 二层 2.0
设备房 二层 7.0
屋顶花园 二,三层 3.0
温度荷载:考虑到混凝土结构在使用阶段均处于室内环境,楼盖考虑±25°C的温差作用。
结构选型:
1)抗侧力结构体系
航站楼首二层采用钢筋混凝土框架结构,其中设备用房及办公用房等二层,接待大厅一层,柱顶连接钢柱支承钢结构屋面。钢筋混凝土框架结构部分采用PKPM-SATWE软件进行主结构分析,并采用MIDAS-GEN进行补充分析并校核。
2)楼盖体系
本工程楼盖采用普通钢筋混凝土肋梁式楼盖,楼板厚度为130mm。
3)楼板局部不连续的加强措施
由于建筑设计的需要,二层楼板开洞后形成了多条狭长板带,为了较为真实的计算结构的内力及变形情况,计算模型中狭长板带按弹性板模拟,并将板带钢筋适当加大且双层双向通长配置。
4)超长结构的裂缝控制措施
航站楼最大长度117米,最大宽度60米,采取下列措施,避免或减少砼的收缩和温度效应引起的混凝土构件可见裂缝的产生。① 在5~6轴、10~11轴和16~17轴之间设置三道微膨胀后浇带,带宽1米。将长度方向分为每个分段长度均小于55米的单元。② 卫生间及餐饮制作间采用柔性防水(聚胺脂涂层或卷材),即使出现微小的收缩裂缝,外防水层也能起到阻止渗漏的作用。③采用控制裂缝宽度性能较好的变形钢筋,壁板、楼板钢筋按照“宁细勿粗,宁密勿疏”的原则配置,板筋双层双向拉通布置。④从减少砼自身收缩率的角度考虑,优化砼的配合比设计,加入合适的添加剂,控制水灰比、砂率、水泥用量及塌落度等指标;另一方面要求加强砼的振捣及养护,应有可靠措施保证砼在全湿润条件下硬化,优先采用覆盖保湿养护。
二、钢结构部分设计
结构选型,为满足建筑整体构造及美观要求,结构采用钢管桁架+輕钢屋面结构的形式,尽可能的降低屋盖厚度,展现航站楼二楼上空宽敞空间,这也是桁架结构的特点。平面钢管桁架主跨度36m、24m,最大悬挑桁架跨度12.5m,皆与钢柱连接。主跨度36m、24m桁架横向每12m设置连系桁架以增加主桁架的侧向刚度及整体稳定性。并在主跨度36m、24m桁架及12.5m悬挑桁架跨度上弦每6m设置刚性系杆,增加桁架受压区的稳定。
主要轻钢屋面活荷载取值:
荷载类型 荷载标准值(KN/m2) 备注
恒载 1.0 包括屋面板、保温材料、檩条、天花、灯、喷淋(计算风吸组合时取0.5 kN/m2)
活载 0.5 不上人屋面
风荷载:按照风洞试验数据进行取值,采用每45度角输入风荷载数据进行计算。
地震作用:考虑双向水平地震作用,抗震设防烈度为六度、设计基本地震加速度值为0.05g,设计地震分组为第一组;本工程抗震设防为重点设防类建筑(乙类)。
温度荷载:考虑±30°C的温差作用;
结构/构件挠度及位移控制标准:
a)柱顶位移允许值:H/150;b)恒载+活载作用下,屋(楼)面钢梁、钢桁架挠度允许值:主梁、主桁架:〔f〕=L/400;次梁、次桁架:〔f〕=L/300;c)屋面檩条挠度允许值:〔f〕=L/200;d)压型钢板挠度允许值:〔f〕=L/150;注:H为高度,L为跨度,对于悬臂构件,L取2倍悬臂长度。5)长细比及宽厚比限值:
a)长细比限值表
构件类型 长细比限值
刚架 柱 150
支撑 200
注:以上限值适用于Q235钢,Q345钢应乘以0.825。
b) 宽厚比限值
板件名称 限值
柱 工字形截面翼缘外伸部分 13
工字形截面腹板 52
箱型截面壁板 40
框架梁 工字形截面翼缘外伸部分 11
工字形及箱型截面腹板 85-120Nb/Af
(40)
次梁 工字形截面翼缘外伸部分 15
工字形截面腹板 80
注:以上限值适用于Q235钢,Q345钢应乘以0.825。
6)应力比限值:0.95
三、整体分析
整体分析采用MIDAS-GEN进行分析与设计,以下为分析模型。
主要分析结果:模态分析,由于本项目为钢-砼混合结构,故分析中定义下部钢筋混凝土框架结构阻尼比为0.05,上部钢结构阻尼比为0.02,采用应变能因子(抗规10.2.8条文说明)模式计算结构的组和阻尼比。进而对结构进行模态分析。结构分析了80阶,第79阶时X向振型质量参与系数99.98%;Y向振型质量参与系数99.82%;绕Z轴的振型质量参与系数90.27%。第8阶时Y向平动振型质量参与系数第一次超过50%;第9阶时X向平动振型质量参与系数第一次超过50%,第10阶时转动振型质量参与系数第一次超过50%,第19阶时Z向平动振型质量参与系数第一次超过50%。此外还进行了钢结构屋盖的弹性屈曲分析,得到第一阶屈曲系数有足够的安全储备。
结语:此文仅对衡阳南岳民用机场航站楼结构设计的初步分析,不代表最终分析结果。