1、昆明新机场航站楼总体结构设计介绍 2009.02.26,1 总体结构 2 基础结构 3 钢结构 4 隔震结构 5 幕墙结构,昆明新机场航站楼结构设计介绍内容：,一 工程概况,航站楼工程主要经济技术指标,建筑面积：航站楼 548300平方米停车楼 90640平方米，预留轻轨车站18750平方米建筑长度：航站楼：南北长 855.1m东西长 1131.8m停车楼：东西长 330m南北长 130m 建筑高度：中轴屋脊最高点标高 72.25m 基本构成：地上局部四层，地下三层。2015年机位国内57、国际82020年机位国内78、国际172035年机位国内92、国际39,功能布局四层： 陆侧餐饮和VIP
2、旅客休息室三层： 值机大厅及国内出发安检区、 候机区二层： 国际出发联检区、候机区；国内候机区、到达通廊首层： 国内进港通道、国际进港通道及联检区地下一层： 行李提取大厅、迎客大厅及到达车道边地下二层：与停车楼以及未来城铁车站 连接过厅地下三层：停车楼及附属用房。,二 结构选型,昆明新机场航站楼工程的特点,属于超长、超大、大跨度建筑 建筑造型复杂 面临复杂的场地地质环境 拟建场地临近小江断裂带 屋顶支承结构为钢彩带 前中心区外立面拟采用索幕墙,昆明新机场航站楼结构设计将会遇到的问题,结构超长（需进行多点地震输入结构分析） 大跨度空间结构 钢彩带结构的设计问题 地基基础将会遇到很多困难 抗震设计
3、方面的问题 索幕墙结构与钢彩带共同工作 需进行结构超限审查,结构选型,航站楼基础采用人工挖孔大直径灌注桩基础 航站楼下部结构采用现浇钢筋混凝土框架结构 航站楼上部结构采用钢结构其中：屋顶为曲面空间网架结构，采用四角锥网架和正交桁架系结合的网架形式；前中心区的屋顶支承结构为钢彩带结构和钢管柱，其它区域为钢管柱。 在航站楼前中心区采用隔震结构 在航站楼前中心区外侧采用单层索结构 结构分段：下部结构钢筋混凝土框架结构拟分为16段上部屋顶钢结构拟分为7段,三 设计依据,中国建筑西南勘察设计研究院提供的昆明新机场新航站区岩土工程初步勘察报告 云南省地震工程研究院提供的昆明新机场新航站区场地地震安全性评价
4、报告,1 设计条件,结构设计基准期： 50年结构设计使用年限： 50年建筑结构安全等级： 一级建筑抗震设防分类： 乙类地基基础设计等级： 甲级基础设计安全等级： 一级风荷载：按100年一遇基本风压取值；风压高度变化系数按B类地面粗糙度雪荷载：按100年一遇基本雪压取值；超长混凝土结构考虑温度变化和混凝土收缩影响，综合考虑温差20裂缝控制：地下结构0.2mm地上结构0.3mm,2 设计标准,根据本工程结构的具体情况和特点，非隔震结构确定以下设计原则： 在多遇地震作用下，结构处于弹性状态； 在中震作用下，重要构件按中震的要求进行设计； 进行结构整体弹塑性分析，验算结构的层间侧移和层间侧移延性比；
5、对超长型结构进行水平双向多点输入时程地震反应分析； 对屋盖结构支撑钢柱进行抗连续倒塌验算； 针对重要部位，按地震作用水准和建筑性能水准，确定建筑抗震性能目标，进行性能化设计。,3 结构设计原则,隔震结构确定以下设计原则： 在多遇地震作用下，结构处于弹性状态； 在中震作用下，主要结构构件按不屈服的要求进行设计； 进行结构整体弹塑性分析，验算结构的层间侧移和层间侧移延性比； 对超长型结构进行水平双向多点输入时程地震反应分析； 对屋盖结构支撑钢柱进行抗连续倒塌验算； 针对重要部位，按地震作用水准和建筑性能水准，确定建筑抗震性能目标，进行性能化设计。,3 结构设计原则,四 结构超限分析,结构超限分析,
6、昆明新机场航站楼工程属于超限大跨空间结构，结构超限部分主要在A区（核心区）。其他区的结构超限仅E区、F区下部混凝土结构分4段，屋顶钢结构连成整体，结构计算长度超过300m。A区（核心区）结构超限主要有以下几个方面：航站楼工程中，A区、E区、F区的结构长度超过了300m；,结构超限分析,由于屋顶支承结构为钢彩带结构，水平和垂直方向的抗侧刚度差异很大，会引起结构扭转； 钢结构，屋顶造型复杂，屋顶支承结构为钢彩带结构；,结构超限分析,楼板开洞面积较大；,结构超限分析,钢结构，屋顶造型复杂，屋顶支承结构为钢彩带结构；钢彩带平面外计算长度取值规范没有规定； A区（核心区）1#钢彩带为满足建筑要求，采用了
7、索幕墙结构。,计算软件和计算模型,建研科技股份有限公司编制的“PK-PM系列软件”（新规范2005版本）； 北京金土木软件技术有限公司编制的“集成化的建筑结构设计与分析软件ETABS9中文版”； 北京金土木软件技术有限公司编制的Sap2000 V9中文版集成化结构分析与设计软件； 安世亚太科技有限公司编制的ANSYS V10 结构计算软件； 北京迈达斯技术有限公司编制的MIDAS/Ggn V.6.9.1中文版结构分析与设计软件； 北京理正软件设计研究所编制的“5.3版理正结构设计工具箱系列软件”。,计算软件和计算模型,计算分析模型为两个： 各段混凝土结构与屋顶钢结构； 下部混凝土结构与屋顶钢结
8、构组合模型；,性态设计目标,核心区（A段）采用基础隔震体系，隔震计算时，地震作用分析结果应满足抗震规范第5.2.5条及其条文说明规定的楼层最小地震剪力要求。补充进行非隔震模型抗震验算时，宜满足规范中7.5度设防烈度时的设计要求。,彩带和钢柱结构的抗震性能,性态设计目标,屋顶结构的抗震性能,性态设计目标,其它区采用抗震设计,钢管柱结构的抗震性能,性态设计目标,其它区采用抗震设计,屋顶结构的抗震性能,控制标准,钢管柱和彩带设计控制参数 在多遇地震作用下弹性层间相对侧移 h/200 在风荷载作用下弹性层间相对侧移 h/300 在罕遇地震作用下弹塑性层间相对侧移 h/40（非隔震区域）h/80（隔震区
9、域） 彩带部分不考虑地震作用时，结构强度、稳定应力 0.7材料设计强度 钢管柱部分不考虑地震作用时，结构强度、稳定应力 0.7材料设计强度彩带部分在多遇地震作用下，结构强度、稳定应力 0.6材料设计强度（考虑承载力调整系数） 钢管柱部分在多遇地震作用下，结构强度、稳定应力 0.6材料设计强度（考虑承载力调整系数） 彩带在中震作用下，结构强度、稳定应力 材料设计强度（考虑承载力调整系数） 钢柱在中震作用下，结构强度、稳定应力 材料强度标准值（不考虑承载力调整系数） 彩带及钢管柱长细比 99 彩带及钢柱板件宽厚比、高厚比 30 摇摆柱长细比 120,控制标准,屋顶网壳结构设计控制参数 网架挠度 L
10、/250 非抗震组合和常遇地震组合，重要杆件应力比 0.75（考虑承载力调整系数） 非抗震组合和常遇地震组合，一般杆件应力比 0.80（考虑承载力调整系数） 中震组合，杆件应力比 材料强度标准值（不考虑承载力调整系数） 压杆长细比（压杆及拉力小于50kN的拉杆） 150（一般压杆） 120（重要压杆） 拉杆长细比 200,针对性抗震措施,A区（核心区） 采用基础隔震结构 对超长结构进行多点输入地震反应分析 按性态设计目标进行结构设计 E区、F区的结构 对超长结构进行多点输入地震反应分析 按性态设计目标进行结构设计 其它区的结构按性态设计目标进行结构设计,五 多点输入地震反应分析,昆明新机场航站
11、楼最大分块单元为核心区（A区），平面两个方向的尺寸分别为325m和256m，其它分块区域的尺寸也在200m300m之间，属于超长型结构，应当对该结构进行多点输入地震反应分析。特别是对于平面尺寸最大的A区，采用了隔震结构，多点地震输入对其影响还未见详细的研究。,核心区（A区）多点地震输入,根据国内外目前对于多维多点输入地震反应分析的研究，得到的一致结论是：一致地震动激励下的结构响应是高于或是低于空间相关地震动（多维多点输入）激励下的响应，取决于结构的动力特性、截面形式、位置、反应类型以及地震动变异性的大小等，即使是最简单的结构形式也无法确定何种激励会引起最大的响应。因此对于实际结构工程，计算时只
12、能针对具体问题进行具体分析，不能一概而论。在没有定论的情况下，应当对结构进行多点输入地震反应数值计算分析，这样做可以使结构的抗震计算更加准确合理。,进行多维多点输入地震反应分析的普遍结论,在单点输入问题中结构的绝对位移相对位移支座位移，在设计中我们通常仅关心相对位移；在多点输入问题中结构的绝对位移拟静力位移动力位移之和，由于各支承点在同一时刻位移并不相同，不存在同一相对参照坐标系，因此没有与单点输入问题相匹配的相对位移的概念。通常不将位移作为设计的主要评价指标。 在单点输入问题中，结构的内力仅与相对反应量有关；而对于多点输入问题中，拟静力位移对于超静定结构的内力贡献不可忽略，构件内力是多点输入
13、地震反应分析的主要评价指标。,多点输入与单点输入地震反应分析的区别,选用时程分析法作为本工程多维多点输入地震反应分析的主要方法。时程分析法属于确定性方法，该法在计算上能很好地解决多点输入问题。具有技术成熟、结果稳定可靠、对设计有指导意义等优点。目前在建筑工程领域对实际工程进行多点输入地震反应分析的例子不多，在桥梁工程领域采用时程分析法进行多点输入地震反应分析是比较通用的分析方法，曾用于上海南浦大桥，天津永和桥，江阴长江公路大桥等实际工程。,分析方法,多点地震输入：地震动空间变异性的本质就是相关性的降低。导致相关性降低的原因在于：非均一性效应、行波效应、衰减效应和局部场地条件效应。由于建筑规模所
14、限，衰减效应影响较小，通常情况下不考虑。根据以往的研究成果，“相对于一致地面运动而言，考虑行波效应产生的计算修正占主导地位，而考虑激励点间相干性部分损失（非均一性效应，局部场地效应）产生的计算修正则小得多，而且多半是略微缩小行波效应的修正量的。”因此本次多点地震输入分析主要考虑行波效应。,多点地震输入的考虑因素,地震波的选择 地震波的详细情况详昆明新机场航站楼核心区结构隔震分析报告，在多点分析时，选择了以下地震波： 小震： 人工61#波 中国建筑科学研究院提供的天然波（简称小震1#天然波） US118（BORREGO MOUNTAIN EARTHQUAKE, APR 08,1968-1830
15、PST, SAN ONOFRE SCE POWER PLANT,COMP N33E, 2255 0.02） 中国建筑科学研究院提供的天然波（简称小震2#天然波） US202（SAN FERNANDO EARTHQUAKE, FEBRUARY 9,1971-0600 PST, 7080 HOLLYWOOD BLVD. BASEMENT, LOS ANGELES, CAL., COMP N00E, 1848 0.02）,基本参数,大震： 人工1#波 中国建筑科学研究院提供的天然波（简称大震1#天然波） 包括两个方向的地震记录，分别为US232（SAN FERNANDO EARTHQUAKE, FE
16、BRUARY 9,1971-0600 PST, 3470 WILSHIRE BLVD.,11TH FLOOR, LOS ANGELES, CAL. COMP N90W, 2842 0.02 0.001）、US233（SAN FERNANDO EARTHQUAKE, FEBRUARY 9,1971-0600 PST, 3470 WILSHIRE BLVD.,11TH FLOOR, LOS ANGELES, CAL. COMP S00E, 2849 0.02）。 中国建筑科学研究院提供的天然波（简称大震2#天然波）包括两个方向的地震记录，分别为US361（BORREGO MOUNTAIN EART
17、HQUAKE, APR 8, 1968 - 1830 PST, HOLLYWOOD STORAGE, P.E. LOT, LOS ANGELES, CAL., COMP SOUTH 2285 0.02）、US362（BORREGO MOUNTAIN EARTHQUAKE, APR 8, 1968 - 1830 PST, HOLLYWOOD STORAGE, P.E. LOT, LOS ANGELES, CAL., COMP EAST, 2283 0.02）。,时程分析持续时间及步长 输入地震加速度时程曲线的持续时间通常为结构基本周期的510倍。根据前述模态分析的结果以及地震波的波形，本工程时程
18、分析持续时间选择为15s35s之间。结构底部剪力验算 时程分析的基底剪力与反应谱基底剪力的比较详昆明新机场航站楼核心区结构隔震分析报告，选择的地震波满足规范要求。,地震波传播速度的确定： 在进行考虑行波效应的多点输入时程地震反应分析时，通常假定地震波沿地表面以一定的速度传播，各点波形不变，只是存在时间的滞后，简称行波法。地震波在基岩的传播速度为20002500m/s，在上部软土层传播速度较慢，近似取为剪切波速，根据回填区回填的技术要求，回填区的剪切波速不小于200m/s。针对本工程不同的区域回填情况，在分析时各区域按照不同的波速分析。地震加速度时程峰值： 加速度峰值按照安评报告取值。,核心区（
19、A区）多维多点输入,本部分内容为核心区隔震结构多维多点输入时程分析的计算结果。采用建研院提供202、203地震波、建研院提供169、170地震波和人工31地震波，对90度、135度、180度和225度四个方向进行了计算。多维多点输入时考虑回填区与非回填区场地剪切波速的差别，回填区采用200m/s，非回填区采用500m/s。,90度输入，X：Y向地震加速度峰值比例=0.85：1，主方向为Y度方向，次方向为180度方向,135度输入，X：Y向地震加速度峰值比例=1：0.85，主方向为135度方向，次方向为225度方向,180度输入，X：Y向地震加速度峰值比例=1：0.85，主方向为180度方向，次
20、方向为Y度方向,225度输入，X：Y向地震加速度峰值比例=0.85:1，主方向为225度方向，次方向为135度方向,扭转效应分析,隔震层顶板扭转位移 采用扭转角度来反映结构的扭转效应。在-14.2m层(隔震层顶板)上选取点A至E五个特征点,计算结果显示，多点输入扭转效应较单点输入有增大趋势，特别是在135度扭转位移最大，扭转角达0.000593弧度，相当于A、B两点的扭转位移为0.145m。,各层扭转位移比较 比较不同楼层的扭转位移可以看出，-14.2m标高的楼层和-5.0m标高的楼楼层扭转位移曲线基本重合，而10.4m标高的楼层和4.8m标高的楼层扭转位移曲线也基本重合，地上和地下楼层扭转位
21、移曲线有较小的差别。,隔震层相对位移,分析隔震层相对于桩承台顶部的位移 ，列出202地震波系列下，特征点的相对位移,计算结果显示，多点输入的结果比一致输入的结果略小，且多点输入条件下结构响应比一致输入的响应滞后，有一相位差。,上部各层层间位移,从表中可以看出，多点输入的层间位移较一致输入计算的层间位移稍小。,柱内力变化,从表中可以看出，大部分柱子剪力在多点输入下较一致输入稍小，仅个别柱子剪力在两种输入下基本相当。,EF区结构多点输入时程地震反应分析,EF区平面为一型，平面尺寸为392mx57m，如图3.1所示。本区下部混凝土结构由伸缩缝分为四块，由E1E4四块组成，四块地上均为二层，地下层数不
22、同。其中E2、E3、E4块由地下两层地下室组成，三块之间设置伸缩缝，三块混凝土结构的底板连成整体，E1区为地下一层，与相邻的E2区的混凝土结构没有联系。四块混凝土通过屋顶钢结构连成整体。屋顶为钢网架结构，支承屋顶的结构为锚固二层（4.8m标高）的悬臂钢管柱。,在进行多点输入时，统一波速200m/s。,扭转效应分析,利用扭转角度来反映结构的扭转效应。在每个伸缩蜂两边设置两个点，共四组点（A和B、C和D、E和F、G和H）。A和B点的连线、C和D点的连线、E和F点的连线以及G和H点的连线在初始模型中平行于总体坐标系的X方向，利用该连线在分析过程中与X轴的夹角来计算扭转角度，以此来分析结构在多点输入下
23、的扭转效应。,计算结果显示采用多点输入扭转效应较单点输入有不同程度的增大。,竖向构件内力结果,将多点输入的内力计算结果同单点输入的内力计算结果进行比较，给出两者输入的差异。一般情况下，角柱内力变化最大，因此主要比较角柱的内力变化。,下表为地上一层（即0.0至4.8m标高）钢筋混凝土柱多点输入和一致输入两个方向剪力比,下表为钢管柱多点输入和一致输入两个方向的剪力比。,从表中结果，可以得到以下结论： 1）11号和12号混凝土柱子内力增加较多，特别是12号柱子，在135度多点输入时，多点输入计算的柱子剪力为一致输入计算剪力的2.46倍。但在180度多点输入时12号柱X向剪力为849KN，135度多点
24、输入时12号柱子X向剪力为531KN，从设计包络值看，取180度的剪力放大系数2.09用于小震设计，也是安全的。11号柱子也有类似的规律。 2）除11号和12号混凝土柱子外，其它柱子的剪力放大系数均小于1.4。 3）1号和2号钢柱剪力放大系数较大，最大值为1.40，其它柱子剪力放大系数均小于1.15。,结 论,根据前述分析计算结果，针对本结构得出如下结论：由于地震动输入存在相位差，多点输入对结构的扭转影响较大。 多点输入对隔震结构隔震层的位移影响较小，多点输入的位移较单点输入的位移稍小。 多点输入对隔震结构的内力影响较小，柱子剪力较单点输入的剪力稍小。在结构设计中考虑到各种偶然因素，对小震的柱子剪力适当放大，放大系数取1.1。 对非隔震区，多点输入对不同部位柱子的剪力影响不同，在小震承载力设计时，对柱子内力做如小调整：2号混凝土柱子南北轴线上的所有混凝土柱子剪力放大2.1倍；其它混凝土角、边柱剪力放大1.4倍；考虑多点的地震剪力放大系数不与偶然偏心同时考虑； 1号和2号钢柱剪力放大系数取为1.40，其它钢柱剪力放大系数取1.1。,
