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新郑国际机场T2航站楼构造计划与剖析

隋庆海

中国建造西南计划研究院无限公司,深圳518000

【择要】 郑州机场T2航站楼是郑州机场二期名目的主要组成局部,立体呈扁平的X型,立体尺寸宏大,且地下有城际铁路、

市边疆铁及都会下穿路经由过程。基本计划采取了PHC高强预应力管桩和后压浆灌注桩,同时受塔台防止遮蔽的请求,建造高度

受限,为保障室内净空高度,屋面钢构造计划采取实腹H型钢和四角锥网架两种差别的构造情势。主楼大空间部位采取了

变截面的锥型圆管四叉斜撑支持钢屋面,斜撑两头采取了铸钢节点,为动身大厅发明了一个精良空间和视觉后果。

【要害词】计划选型  基本计划   铸钢节点   四叉斜撑

Zhengzhou xinzheng international airport T2 terminal design key difficulty is introduced

Sui Qinghai  

China Northeast Architectural Design & Research Institute Shenzhen Branch, Guangdong Shenzhen, 518000

ABSTRACT: Zhengzhou airport T2 terminal is the important component of the phase ii project, zhengzhou airport plane flat in X, plane size is huge, and of the inter-city railway, subway and urban underground under wear by road. Foundation design adopted PHC high-strength prestressed pipe pile and post pressure grouting piles, and the tower to avoid the requirement of building highly restricted, assure indoor headroom, roof steel structure design by using solid web h-beam and four pyramid space truss structure of two kinds of different forms. Another large space the main parts adopt the variable cross-section of conical pipe support four cross brace steel roofing, adopted the cast-steel joints on both ends of the brace, create a good space for departure hall and visual effect.

KEYWORDS: Selection of the design, Foundation design, Cast steel node, Four cross brace


1 工程概略简介

郑州新郑国际机场T2航站楼工程位于郑州新郑市,是郑州机场二期扩建名目的主要组成局部,总建造面积约48万平米,可分为主楼(旁边局部)和两个指廊共三局部,建造立体呈扁平的X型,如图1所示。建造最高点高度39.350米,最低点16.750米(指廊)。

 

1  T2的室外与室内后果图

T2航站楼的主楼局部为三层混凝土框架构造,空中标高为±0.000,混凝土楼面标高为6.000和14.00(部分房中房楼面标高20.00),部分有一层地下室,埋深到达14米。基础柱网为18000x18000,楼面采取井字梁构造,主梁500x1300,次梁300x800。屋面为斜放四角锥空间网格构造,钢网架构造由旁边的8组四叉钢斜撑和高低(货色)两侧的混凝土斜柱、阁下(南北)两侧的混凝土直柱独特组成屋盖构造的竖向构件兼抗侧力构件,如图2、图3所示。穿插撑的支座为下部混凝土构造的混凝土框架柱,最大间距到达了90米。屋面网架构造的

2  T2的剖面图

支座间距由四叉斜撑调剂为36000x45000、36000X3600045000 x 54000、36000x54000以及27000X4500等,网架构造情势为。四叉斜撑为变截面圆钢管,直径约1600~900x42,最大长度在32米阁下,其柱脚和柱顶为铸钢件。网架节点分焊接球和螺栓球两种,对于网架杆件夹角较小者采取在焊

作者简介:隋庆海,硕士,教学级高工,Email:qhsui@163.com

 

     

3  T2主楼屋面钢构造安排图

接球外焊加劲板的措施予以增强。屋面檩条经由过程檩托衔接在网架节点上,檩托同网架一同实现加工和装置。为便于吊顶施工,在网架上弦球节点上还预留了吊顶衔接件。网架应用的资料:直径大于即是180的钢管为Q345B,直径小于180的钢管为Q235B,杆件截面D88.4x4~D351x16。

T2航站楼的指廊局部为三层混凝土框架构造。受阵势影响,右侧(南)指廊楼面标高4.2008.400米,空中标高为±0.000,左侧(北)指廊标高为2.8007.000米,空中标高为-1.400米。指廊局部的基础柱网约为9000x9000,构造情势为混凝土框架构造,楼面采取井字梁构造,主梁400x700,次梁300x600;受航空塔台避免遮蔽请求的影响,指廊端部标高不克不及超越16.750米,为增添室内净高,指廊屋面构造采取实腹H钢梁构造,梁高900~1100,材质Q345B,支持钢屋盖的基础柱网为18000x40000

2 构造计划的特色和难点先容

本工程特色之一是立体尺寸宏大,阁下(南北)指廊端头的混凝土构造间隔达到1122米,高低(货色)指廊端头间间隔405米,主楼最旁边局部的宽度也到达了192米。为此,计划联合建造功效、机场的工艺流程以及高低结构受力的公道性,将混凝土构造分红25个温度单位,分别准则是把持单位尺寸在100米阁下,同时只管让支持屋面钢构造的四叉撑在只管少的单位上,保障四叉撑能同步活动,八组四叉撑分辨位于两个单位上。屋面钢构造单位分别准则四单位长度不超越300米,为此,将主楼的屋面化为一个单位,主楼阁下两侧主楼与指廊的衔接部位各为一个单位,每个指廊分红两个单位,共分红11各温度单位,如图4图所示。

 

4  T2构造分缝表示图

工程特色之二是空中不做现浇混凝土梁板构造。航站楼建造层数少,空中结构层在构造本钱中的总比例较高,且不便利地下装备管线的收支,降板较多则更不划算。本工程主楼的很大一局部位于原平庄水库的上方,水库的最大深度约14米,如图5所示。同时,全部T2航站楼范畴均需填方约2米阁下厚,回填土是否处置好是当前空中能否沉降的要害。计划请求:起首堵截平庄水库的水源,并恰当晾晒。岸边重大倒霉于前期施工的杂填土和建造垃圾要恰当清算挖除。沟塘底部淤泥基础肃清,然后分层用素土回填至现有空中标高,并停止强夯。强夯后的地基承载力尺度值fk≥150KN/㎡。均匀紧缩模量Es≥12MPa。单击夯击能暂定3000KN.M。而后全部工程园地范畴内分层用素土回填至计划地标高后再停止强夯。请求强夯后的地基承载力尺度值fk≥150KN/㎡。均匀紧缩模量Es≥12MPa。单击夯击能暂定2000KN.M。现场实验成果,为保障水库填土过深部位的强夯品质,现场决议回填厚度大于10米的部位在库底增添一次强夯。强夯由空军六支队实现,检测成果及格。厥后PHC管桩试桩反应,水库部位静压桩施工比非水库部位还难,阐明回填品质无比好。因为强夯品质很好,空中不再做混凝土梁板构造,只设承台间基本拉梁,节俭工程造价,收缩工期。

工程特色之三基本选型特别。T2航站楼的地下有城际铁路、市边疆铁及都会下穿路经由过程,地位如图5。它们的存在既影响了却构柱位,也影响了却构的桩基选型。

    
 
5  T2地下影响基本选型的部位

依据工程特色及地质勘探讲演,在城铁、地铁、都会下穿路邻近以及地下室局部,为保障桩基长度选用了后压浆灌注桩,其余部位为有利于保障工期,改良工程的经济性,选用了D500的PHC高强预应力管桩,现实使用后果十分幻想。

受城铁地道影响,主楼建造正旁边18米柱网的两排柱子无奈直接支持在基本上,为此在其两侧各9米的地位做桩基本停止转换,亦即转换梁为三跨持续梁,跨度分辨为9、36、9米,力学简图如下图所示。转换梁高度4500,为避免梁身裂痕增加竖向变形,梁内结构设置预应力筋。该转换梁能够先于城铁施工,城铁工程后施工,为上部构造的施工发明了前提。因为上部构造的桩基与城铁完整脱开,也躲避了地铁震撼对上部构造的影响。

6  城铁上方转换梁计划简图

工程特色四是工期极短。本工程2013年9月开端基本施工,2015岁尾候机楼必需投入应用。因此计划采取的技巧越简略越成熟越有利于保障工期。前文谈到的PHC管桩、转换梁都是办法之一。别的,因为本工程立体尺寸宏大,即便经由过程设缝减小了却构单位,但每个单位尺寸仍在100米阁下,再加之柱网尺寸18米,采取预应力构造好像是必选技巧。预应力能够改良梁的挠度,增加梁的裂痕,但经由剖析,咱们以为预应力处理的不是晚期裂缝,改良挠度也能够经由过程梁起拱来处理,并且对于现浇构造,立体尺寸很长时,预应力对楼盖构造会构成紧缩,相称于楼盖构造降温,进而对单位边部竖向构件构成侧向剪力。本工程为典范的“三边”工程,前期的敲敲打打弗成避免,对此,预应力构造的顺应性与一般混凝土比拟更倒霉且预应力筋的张拉须要比及混凝土强度到达必定值当前方可停止,施工进程庞杂。综合斟酌上述要素,决议不采取预应力构造。计划采用的办法如下:一是梁板混凝土内掺纤维,严厉把持后浇带间距。二是将混凝土尤其是6米标高梁板混凝土的合拢温度把持在郑州年均匀温度17度以下,只管达到15度以下。三是请求把持混凝土的水灰比不要太大。四是楼板内设置大批温度筋抵御温度变形和增加混凝土开裂;另有一点主要的是做好混凝土的二次压光处置。实际成果,效果不错。     

沙巴体育赛事温度应力剖析,以往常常将混凝土的压缩等效成温度应力,实在混凝土的压缩很大一局部是在晚期实现的,由于混凝土构造造成初期构造上留有良多后浇带,即混凝土压缩单位是被后浇带分开开的单位,单位尺寸不大,如图7所示。因而,计划将温度剖析分红两局部,一个是图7左图为单位的温度应力剖析,一个是图7右图所示的压缩应力剖析,最后将二者对应部位应力叠加作为真正的温度应力。

  

7 后浇带细分单位

工程特色之五是支持钢屋盖的四叉撑采取了变截面的锥型管,变截面在盘算上有几个成绩是难以处置的,起首是其在软件中的参数化描写,其次是其稳固承载力的剖析。本文另一章节重点先容此成绩。同时,因为8组四叉撑的低点在14米标高楼面上的间距较大,经由过程其传给下部构造的力也较大。

3 主要构件及节点的计划与处置

3.1 四叉撑的计划

3.1.1 四叉撑的截面情势抉择

四叉斜撑除了受轴力感化外,还会遭到本身重力的感化。从直观观点上讲,四叉撑截面情势的抉择,矩形截面应当公道一些,但剖析成果标明,杆内轴力份额较大,斜撑受力可以为是轴心受压构件,依照钢结构计划标准[1]划定,矩形截面钢管腹板的高厚比为40(235/fy)½,二圆钢管的外径与壁厚之比为100(235/fy)。为满意矩形截面腹板的高厚比请求,矩形截面长边的板厚要很厚。于是将矩形截面改为图8中第二种椭圆型组合截面,这种截面可能减小板件的厚度,但因为组成截面的板件向组合截面的核心会合,组合截面的反转展转半径减小,对杆件的稳固承载力损失较大。因而,终极抉择截面情势为圆形变截面锥型钢管。

8 可抉择斜撑杆件截面情势

3.1.2锥型圆管的参数化处置

为能在SAP2000中正确描写杆件特点,对变截面柱截面惯性矩的盘算作如下推导:

                    1)

式中:——截面的外半径; ——截面的内半径;

柱截面的变更趋向:截面厚度为定值,截面外径线性变更。可由以下公式表现:

                  2)

                        3)

式中:——截面初真个外半径;

——截面末了的外半径;

——恣意位置处截面的外半径;

 ——恣意位置处截面的内半径;

——截面的厚度,为常数。

 

      4)

已知柱截面外径的变更法则为线性变更,欲知圆柱截面惯性矩的变更趋向可斟酌将截面惯性矩表现为截面外径的函数。

由式(3)可得

                    5)

将(5)式代入(4)式可得    (6)     

很显然式(6)为外径的一元三次函数,也即SAP2000[2]中的“cubic”。从而处理了参数化描写成绩。SAP2000中的操纵:

(1)在截面界说当选other,点击惯例,分辨界说参数。

(2)在截面界说中界说开端截面,停止截面,EI分辨选线性和三次方变更。

3.1.3 自重对锥型圆管稳固承载力的影响剖析

计划初期,D1600x30的等截面圆管为例,在SAP2000中停止剖析[2][3],模子图如图9 ,在杆断加单元轴力落后行杆件的愚昧剖析,剖析成果如下:

 

9 四叉斜撑稳固承载力剖析简图

                   一阶愚昧因子    1

支持方法

斟酌自重

不斟酌自重

偏差%

上铰下刚

43480

43670

0.44

两头交代

42196

42393

0.47

两头牢固

96864

97110

0.25

上端滑动铰下端刚接

43480

43672

0.44

    表中数听说明,四叉斜撑的重力对其稳固承载力的影响不大,能够疏忽,也阐明抉择圆形截面适合。

3.1.4 四叉撑杆两头节点的计划处置

四叉斜撑的下节点裸露于人的视线范畴内,在外型上寻求一种力气效果,经由几个计划的比对,终极抉择了图10左图所示的“在使劲的肘枢纽”节点,为到达此后果,铸钢节点是不贰抉择。与此绝对,四叉斜撑的极点抉择了图10右图随时铸钢节点。

   

10  铸钢节点情势

铸钢资料的化学身分和机器强度是选材时比拟存眷的两个成绩。因为斜撑杆件的材质为Q345GJ,以是铸钢节点的资料强度应尽可能邻近,化学身分应要濒临,以保障焊接品质和衔接的牢靠。现行《钢构造计划标准》[1]中给出了四种倡议采取的钢铸件资料,此中ZG310-570强度最高,抗拉、抗压和抗弯强度计划值f=240MPa。《铸钢节点利用技巧规程》[4]划定:可焊铸钢件资料,对于蒙受静力荷载或直接能源荷载,多管节点、三向受力等庞杂受力状况下的铸钢节点,可抉择ZG275-485H、SCW480SCW550、G20Mn5N。当节点受力较庞杂、受直接能源荷载或处于7度及以上抗震布防地区时,宜选用G17Mn5QTG20Mn5NG20Mn5QT铸钢。经比拟,G20Mn5德国尺度)对钢材剩余元素S、P的含量请求比拟严厉,把持在0.02%以下。严厉制约 C、S、P 的含量不只使铸钢件存在精良的塑性与韧性,并且确保了节点的可焊性,故本工程抉择G20Mn5QT。节点弹性状况应力可用无限元剖析[5],

    7)

式中,Mises应力,-为铸钢资料屈从应力

以下节点为例(球头与球碗直接触面设置为摩擦打仗,摩擦系数0.3)用四周体单位solid187停止网格分别,1倍计划荷载下铸钢节点的最大Mises应力会合在节点球地位,为141.11Mpa,如图11的左和中图所示。

依据《铸钢节点利用技巧规程》用弹塑性无限元剖析时,加载3倍计划荷载下铸钢节点弹塑性无限元剖析的应力云图部分位置最大应力为301.75Mpa,稍超屈从强度,大局部位置均应力小于268Mpa,铸钢节点满意请求,如图11中的右图所示。             

 
11 节点无限元剖析成果 四叉撑支持柱的计划

每组四叉斜撑支持的屋盖面积都很大,四叉撑支座下传的轴力近2500吨阁下,同时,为便利行人经由过程,四叉撑的交点超过楼面2.5米,该处支持柱的感化十分主要。计划采取了钢骨混凝土柱,四叉撑柱底节点的力经由过程钢骨直接下传,同时加强其抗剪才能和构造的延性,如图12所示。 

12钢骨柱节点

4.小结

本工程是海内外少见的庞杂工程,说它庞杂不只仅由于子项多、面积大,而是由于航站楼的上面同时有城际铁路、都会地铁以及下穿路经由过程,计划涉及的行业多,脉络庞杂。同时,本工程也是工期短得少见的名目,海内同范围甚至比该机场小良多、简单得多的名目工期都比本工程的工期长很多。在这种前提下,构造计划经由过程采取进步、牢靠更是公道的技巧,翻新图纸绘制方法,变更所有可变更的力气,经由过程分期出图等办法,确保了工程的早日动工,经由过程派有教训的驻场代表,共同业主、帮助施工,很好地保障了工程的进度。

 

[1] 《钢构造计划标准》GB 50017-2003 [S].

[2] 北京金土木软件技巧无限公司等著《SAP2000中文版应用指南》.国民交通出书社.

[3] 肖克坚,罗昱,杨文等成都双流机场T2航站楼钢屋盖稳固性研讨[J] 建造结构 2010,(9):P6-10

[4]《铸钢节点利用技巧规程》CECS235:2008[S].

[5] 王帆,黄仕香,隋庆海等.深圳大运核心铸钢节点结构选型和模子实验研讨[J]建造结构学报,2010,(4): 45-52.

 

作者简介:

 隋庆海(1964-),男,工学硕士,教学级高工,一级注册构造工程师,在中国建造西南计划研究院无限公司从事构造计划。

 

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