機場航站樓拱-桁架支撐體系屋蓋的設(shè)計與施工初探

彭英明 楊偉業(yè)

（中交機場勘察設(shè)計院有限公司 廣東廣州 510230）

引言

長期以來，我國國民經(jīng)濟得到了穩(wěn)定的發(fā)展，加快了民航事業(yè)的發(fā)展進程。各個城市不斷加大了的建設(shè)力度，而機場航站樓是重要的建設(shè)工程之一。將拱—桁架支撐體系應(yīng)用在航站樓設(shè)計與施工中，有利于體現(xiàn)屋蓋“剛?cè)岵钡奶攸c，確保設(shè)計效果，不斷提高施工質(zhì)量。

1 淺析我國機場航站樓屋蓋設(shè)計現(xiàn)狀

在改革開放之前，我國在機場航站樓屋蓋設(shè)計上，主要以實用型結(jié)構(gòu)為主，可將部分設(shè)備置于屋頂之上，有利于提高內(nèi)部空間利用率。但這種設(shè)計方式存在很多限制性問題，為了提高航站樓的實用性，其屋頂結(jié)構(gòu)“大同小異”，難以對建筑物的形狀、輪廓等進行創(chuàng)新。同時，由于屋頂結(jié)構(gòu)存在明顯的限制性，也限制了內(nèi)部空間的拓展，難以滿足綜合性需求。自改革開放后，我國加大了對外開放力度，積極引進先進的設(shè)計理念與施工技術(shù)，使得航站樓設(shè)計水平得到了快速提高，開始追求個性化、標(biāo)志化。目前，我國絕大多數(shù)機場航站樓采用了大量的鋼結(jié)構(gòu)與玻璃材料，在屋頂設(shè)計上以弧形、流線型為主，與飛機外形有一定的相似性，從而體現(xiàn)民航事業(yè)的設(shè)計主題。在此背景下，推動了拱—桁架支撐體系屋蓋設(shè)計理念的實現(xiàn)，能充分拓展內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)，提高建筑的藝術(shù)性，展現(xiàn)其綜合效益價值[1]。

2 探究我國機場航站樓拱—桁架支撐體系屋蓋設(shè)計與施工策略

2.1 屋蓋設(shè)計

2.1.1 工程分析

以某機場航站樓屋蓋設(shè)計為例，建筑總面積為30457m2，主樓為22354m2，各指廊總面積為8103m2，計劃該機場每年乘客流量達300萬人次，且登機橋每小時最高可通行為1500人次。

2.1.2 明確結(jié)構(gòu)形式

對于機場航站樓來說，應(yīng)滿足大空間、大運量的需求，滿足其發(fā)展需求。對此，本次設(shè)計采用拱形屋面結(jié)構(gòu)，且拱形兩端連接地面。共設(shè)計5個拱形結(jié)構(gòu)，且每個拱形的高度為27.4m，跨度為72m，并與地面存在60°的夾角，從而形成類似拱形傘的結(jié)構(gòu)。同時，在對各個拱面進行設(shè)計時，還要優(yōu)化主拱、次拱、截面等設(shè)計方式，以保障受力結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。

2.1.3 優(yōu)化參數(shù)設(shè)計

根據(jù)該地區(qū)的城市發(fā)展情況與地理條件等分析可知，采用7度抗震設(shè)防烈度，且地震加速度值為0.10g。當(dāng)對屋蓋的恒載與活荷載進行設(shè)計時，需要考慮構(gòu)件的自重，按照0.5kN/m2進行取值。另外，還需要對風(fēng)荷載的實際情況進行計算。該地區(qū)風(fēng)壓在0.75kPa左右，存在臺風(fēng)登陸的可能性。但為了保障數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性，按照1：1的方式進行bim建模，并在各個位置上共設(shè)置了457個測量點。其中，屋蓋處有245個測量點，其他結(jié)構(gòu)共有212個測量點，并與常規(guī)風(fēng)壓進行結(jié)合計算，設(shè)計風(fēng)荷載為1.25kN/m2。

2.1.4 節(jié)點設(shè)計

在對本次工程的節(jié)點進行設(shè)計時，主要分為拱頂節(jié)點、拱腳節(jié)點兩部分。其中，拱頂由5個支撐桿、5個主拱組成，為了保障節(jié)點的連接質(zhì)量，可采用鉸接節(jié)點技術(shù)，能有效簡化施工流程，保障施工質(zhì)量。其主要施工材料由外伸鋼板及鋼管組成，并采用焊接的方式進行連接。而在對拱腳節(jié)點進行設(shè)計時，需要將基座與拱腳連接在一起。在設(shè)計階段，需要明確鋼管的直徑，對于拱外翼緣位置設(shè)計時，可采用960mm的鋼管，且埋入深度在300mm左右[2]。

2.2 施工控制

機場航站樓工程涉及到的內(nèi)容比較多，給施工階段帶來了很大的難度。因此，需要對航站樓施工現(xiàn)場情況進行數(shù)據(jù)收集，有利于分析沉降差異，從而明確施工技術(shù)。因此，應(yīng)對機場航站樓的基礎(chǔ)部分進行觀測，需要對屋蓋相連的8個基礎(chǔ)圓柱進行觀測，每個圓柱上設(shè)置2個觀測點，以獲得相應(yīng)數(shù)據(jù)信息（如表1）。

表1 基礎(chǔ)圓柱沉降觀測標(biāo)

根據(jù)表1可知，YZ-1、YZ-4沉降差異較為明顯，其他基礎(chǔ)圓柱的沉降差異均≤10，符合施工標(biāo)準(zhǔn)。因此，僅對YZ-1、YZ-4基礎(chǔ)圓柱進行處理即可，防止對拱—桁架支撐體系造成影響。

本次工程中采用了大量的鋼結(jié)構(gòu)和玻璃材料，應(yīng)合理控制鋼結(jié)構(gòu)的安裝質(zhì)量，確保安裝誤差在合理范圍內(nèi)，防止對結(jié)構(gòu)應(yīng)力造成影響。因此，可在鋼結(jié)構(gòu)的安裝處布置5個測量點，根據(jù)數(shù)據(jù)可知，1號觀測點Y軸偏差5mm，X軸偏差-18mm；2號觀測點Y軸偏差3mm，X軸偏差-21mm；3號觀測點Y軸偏差6mm，X軸偏差-16mm；4號觀測點Y軸偏差2mm，X軸偏差-18mm；5號觀測點Y軸偏差8mm，X軸偏差-20mm.這些偏差均小于25mm，都在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，能保障安裝施工質(zhì)量。

3 結(jié)束語

綜上所述，在改革開放之前，我國在對機場航站樓進行設(shè)計時，主要采用了實用型結(jié)構(gòu)設(shè)計，使得航站樓的內(nèi)部空間受到了限制。而自改革開放以來，我國實行“走出去”、“引進來”相結(jié)合的策略，有利于引進先進技術(shù)，能有效提高我國機場航站樓的設(shè)計質(zhì)量，保障屋蓋設(shè)計效果，發(fā)揮其綜合效益價值。

[1]饒關(guān)洪.鋼管三角桁架支撐工藝在單面模支撐體系中的應(yīng)用[J].建筑技術(shù)，2013，44（02）：174～175.

[2]李欣.軟土地基中深基坑雙環(huán)形桁架支撐體系研究[D].昆明理工大學(xué)，2012.