第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 沈阳桃仙国际机场T3航站楼结构设计介绍 吴一红，黄伟，张叙，梁峰 （中国建筑东北设计研究院有限公司，沈阳110006） 摘要：本文主要介绍沈阳桃仙机场T3航站楼结构设计，空间异形扭曲落地管析架钢结构设计分析、后注浆 灌注桩基础设计、超长结构的分析及措施、HRB500钢筋在大跨度重荷载部位应用、复杂钢结构节点分析.
关键词：航站楼结构设计、异形钢布架、复杂钢结构节点、HRB500、超长结构 1.工程概况： 沈阳桃仙机场T3航站楼由主楼大厅和两侧指廊组成，占地面积8.8万平米，建筑面积25万平米，其 中地上面积21万平米，地下面积4万平米.
主楼大厅平面为两层弧形建筑，柱网为同一圆心放射式柱网， 环向轴网按1.77°等分，最大柱距21.5米、径向15米.
二层楼面标高8.70米，局部夹层标高4.2米， 航站楼建筑总高度35.9m.
主楼大厅下部设置一层地下室，中轴线两侧一定范围内为城市道路及地铁通行 设置地下二层通道（图1、2）.
图1T3航站楼典型刨面图 图2T3航站楼屋面造型效果图 主楼屋盖为空侧落地的双弧曲面造型，曲面局部沿径向切口旋转拉伸形成侧向天窗，既提高了室内自 然采光率，又丰富了屋面造型.
两个指廊屋面延续主楼的曲线延伸，形成统一的整体形象（图3、4）.
图3T3航站楼主厅室内屋面造型效果图图4T3航站楼指廊室内屋面造型效果图 2.结构体系： 结合建筑功能、造型、结构受力和施工等因素.
建筑二层以下采用钢筋混凝土框架结构.
楼板采用现 浇普通钢筋混凝土梁扳体系，主楼大厅环向梁及大跨度悬挑梁采用有粘结预应力混凝土结构，以控制结构 提度、裂缝和温度应力.
地下室采用现浇整体防水混凝土.
屋面采用空间异形扭曲管桁架结构，桁架在空 侧直接落于基础（图5、6、7）.
作者简介：吴一红（1956），男，学士，教授级高级工程师
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 空侧星面柠架直接落地 空间异形扭白落地管桁架屋面 13.900m的夹层小柱网.柱距10m左右 托四叉撑的框架柱 陆侧支撑屋面框架 标高8.700m的大柱网，柱距20m左右 图5T3航站楼结构体系示意图 图6 T3 航站楼8.7m层框架 图7T3航站楼屋面桁架体系 地下结构由于建筑功能需要连为整体.
地上部分综合考虑钢与混凝土结构的刚度差异、温度作用、结 构抗侧力刚度等因素，兼顾混凝土结构与钢结构对应关系，在长方向设置若干温度缝（见图8）.
69m 59m A指廊 B指廊 2m 123m 3m 60m C1 C3 图8结构分缝图，红色为混凝土部分结构缝、蓝色为钢结构部分结构缝 场地条件：场地类别为Ⅱ类，抗震设防烈度为7度，设计 0.12 基本地震加速度为0.10g，特征周期值为0.35s（第一组），根 0.11 - 0.10 据《安评报告》地震影响系数最大值为0.095（图9）.
600 0.06 基础形式：根据场地地质勘察报告，航站楼均采用螺旋钻 0.07 孔压灌桩（薄砂层处桩底后注浆）.
桩端持力层采用③层中粗 砂层，单桩承载力为1300KN.
0.02 地下室外墙及底板采用防水砼，抗渗等级P6.
0.01 0.00 T(x) 主要建筑材料： 图9安评与规范反应谱比较 混凝土强度等级： 柱：C40~C50：梁、板、承台、外墙：C30：预应力混凝土梁：C40； 钢筋强度等级： HRB400;HRB500
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 预应力钢绞线： fptk=1860N/mm2埋件钢材：Q235B 钢材：普通型钢：Q235B：Q345B：铸钢件：20Mn5V：高强度螺栓：40Cr 表1整体指标 结构抗震性能设计目标： 混凝土结构二级 设防烈度 7度 构件在多遇地震下按弹性设计：支 结构安全等级 屋盖钢结构一级 抗震构造措施 8度 承叉撑的混凝土柱、空侧格构钢柱下部，按 设计基准期 50年 中震弹性复核：其他支承钢结构的混凝土柱 混凝土框架抗震等级 级 按中震不屈服复核.
表1为结构整体指标.
基础安全等级 甲级 支承钢结构的混凝土柱 特一级 抗震设防分类 乙类 结构重要性系数 1.1 3.屋面钢结构设计： 3.1屋面钢结构体系 沈阳机场T3航站楼屋面为空间双弧形曲面.
为满足建筑设计屋面渐变扭转自然形成侧窗，采用空间 变形扭曲落地立体桁架与下部混凝土支承直柱及四叉撑构成稳定的结构体系（图10）.
桁架结构采用由核 心立体桁架和两侧附属桁架构成的空间立体重叠桁架结构受力单元，通过扭转不同角度形成渐变的采光侧 窗（图11）.
附属桁架通过天窗桁架及下弦撑杆与相邻结构单元连接传递纵向水平力，并在柱顶设置拉杆， 形成整体稳定有一定空间协同能力的结构体系.
结构主要竖向荷载和跨度方向的水平力由核心桁架承担， 次结构通过与核心桁架整体组合具有一定的平面刚度和抗扭刚度（图12）.
空侧的落地桁架与幕墙钢梁刚 接相连与陆侧的柱间支撑形成平面抗扭体系（图13）.
屋面钢结构单元分缝详见图8.
1510 42.0e 20.0m .0 24.0m 1.09 13.9m 叉挥柱 温摄土柱 钢柱 28.0精面 20.0 图10T3航站楼主厅屋面钢结构支撑示意图 图11桁架局部以下弦为轴心通过旋转形成侧窗 图12叉撑柱间及各三角单元见的连接杆示意图 空侧落地桁架 空侧幕墙钢梁 星面桁架单元 陆侧柱间支撑 四叉撑柱 图13T3航站楼主厅屋面钢结构支撑示意图
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 3.2计算模型建立 结构分析分别建立单钢结构模型及混凝土与上部钢结构组合模型.
单钢结构模型用于钢结构体系的分 析研究，包括杆件截面选择，节点连接形式、构件强度、变形、整体屈曲模态控制，以及钢结构整体性能 控制.
混凝土与钢结构组合模型是结构体系实际的工作模型，引入下部混凝土结构刚度和质量，模拟上部 钢结构的真实支承条件，按设计控制要求和性能化设计目标进行整体计算分析.
模型中桁架上下弦及中弦 杆为连续杆件、腹杆两端为铰接、天窗桁架与主桁架下弦间的撑杆两端为刚性连接.
屋面桁架与柱的连接 节点为较接，陆侧斜柱、叉撑柱和落地格构柱的柱脚均为不动较支座.
荷载参数和内力组合分别见表2、3.
表2荷载参数 荷戟 取值 荷戟 取值 荷戟 取值 结构构件自重 程序自动统计 屋面风压 0. 3KN/fF 向风荷提按风润试验提供的等效静力风荷 屋面体系自重 0. 6KN/Vf 均布雪载 基本雪压 下弦吊顶、吊 0. 5KN/f 局部雪载 0. 55KN/M X向地震 分别按安评报告提供的反应谱及3 重及其它恒载 Y向地震 条地震动力时程包络值计算，50年 满跨活载 降温30度 2向地震 超越概率63%的水平地震影响系数 0.3KN/VF（核条计 基准温度10度 双向地震 最大值0.095 活载不利布置 算取 0. 3KX/MF) 升温20度 表3内力组合 恒活 恒风温（-) 21 恒雪温度（-）下压风 恒风 12 恒风湿（) 22 恒活温度（）下压风 恒雪 13 恒温（-)风 23 1. 2SgeX/Y/Z地震 恒温度 14 恒温（）风 24 1. 2Sge0.5X/Y地策1.32地震 恒活温度 15 恒活风温度（） 25 1. 2Sge0.2 风X/V/Z地震 恒雪温度（-） 16 恒风活温度（） 26 1. 2Sge0. 2 风0.5X/Y地震1.32 地霞 恒活风 17 恒雪风温度（-） 27 1. 2Sge0.2 风X/Y/Z 地震0. 2 温度() 恒风活 18 恒风雪温度（-） 28 1.0Sge0.2风0.5X/Y地震1.32地震0.2温度（-） 恒雪风 19 恒*活下压风 29 1. 2Sge0. 2 风X/Y/Z 地震0. 2 温度 () 10恒风雪 20 恒雪下压风 30 1. 0Sge0.2风0.5X/Y地震1.32地震0.2温度（) 图14为屋面桁架三角主单元截面尺寸.
空间立体桁架根据受力需要，上弦宽度随扇形面和建筑造型 变化.
桁架宽度主楼悬挑端为15.8m，最宽处17.5m，到空侧落地段收窄为2.5m.
桁架高度由悬挑端0.5m 渐变为最高4.5m，落地段为2.5m.指廊陆侧宽度13.83m，远端宽度19.67m，桁架高度由4.5m渐变为3.5m.
面名称 截团尺寸（切管均采用焊按管） 上弦中 水平上弦 上法中 325x8~325x12 上弦边 299x8~299×10 次膜杆1 水平上弦 140×8~168x10 下弦 351x8~351x16 中强 中 146x6~168x8 上弦边 主取杆 146x8;194x10:203x16 次旗杆2 次腹杆1 140x8:159x10:168x10 主膜杆 次度杆2 121x6 叉撑 叉撑 650×20;650x22 杜调拉杆 325x14 图14屋面桁架三角主单元截面尺寸
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 3.3屋面结构分析 按钢结构单元分别建立模型，采用sap2000和midas/gen进行静力分析，多遇地震、设防烈度地震及 罕遇地震分析及校核.
组合模型考虑了下部混凝土与桁架杆件连接形式、不同阻尼比等因素的影响，地震 分析方法采用了反应谱法与时程分析法.
表4为设计控制指标，表5、图15为中间单元周期指标及振型图.
表4设计控制指标 钢结构重要性系数 1. 1 桁架一般杆件应力比 0.85 恒载作用 1/500 桁架支座区域杆件应力比 0.75 挠度 DL标准组合 1/400 四叉撑钢柱应力比 0.65 第周期 悬挑部分 1/200 结构线性整体稳定屈曲因子 K >4. 2 柱项位移 1/500 非线性整体稳定屈曲因子 K >2.0 表5中间单元周期指标 SAP2000计算结果 MIDAS 振型 周期 UX UY SunUX SunUY RZ SunRZ 周期 第2周期 1. 061 0. 000 0. 370 0. 000 0. 370 0. 000 0. 000 1. 0751 0. 937 0. 000 0.001 0. 000 0.370 0. 340 0.340 0.9306 0.834 0.410 0.000 0. 410 0.370 0.008 0. 350 0. 8409 第3周期 图15中间单元前三周期振型图 采用Ansys程序进行大震动力弹塑性时程分析、双非线性稳定性分析和节点有限元计算.
在Brawley Airport、ELcentro、人工地震动三种强震记录作用下发生塑性较杆件均为桁架次腹杆，约为杆件总数的 0.4%，桁架上下弦杆、叉撑杆、柱顶拉杆等主要杆件均未出现塑性较.
指廊屋面结构长度接近300m，图16为其计算模型.
对指廊组合模型进行了多遇地震行波效应作用分 析.
采用施加三向支座位移时程的方法进行动力计算，输入的位移时程由加速度时程积分求得.
取考虑行 波效应后时程分析响应包络值与反应谱法的较大值作为地震计算结果，并与静力响应进行组合，得到杆件 应力比.
由计算结果可以看出考虑行波效应 后，少部分杆件应力稍有增加，控制工况为 地震组合的杆件数量略有增加，位移响应稍 有增大，但未超过相应限制.
行波效应对下 部混凝土结构有一定影响，结构两端两跨地 震响应略微明显，支座地震剪力与单点输入 相比约增加7.2%（增大系数1.072）.考虑行 波效应前后杆件轴力对比见图17、18.
图16指廊组合模型 年80095 1 8&大F 图17 Brawley Airport 地震动杆件轴力对比 图 18 El Centro Array #12 地震动杆件轴力对比
