廣州白云國(guó)際機(jī)場(chǎng)三號(hào)航站樓結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)*

羅赤宇，區(qū) 彤，譚 堅(jiān)，戴朋森，張連飛，張艷輝，李文生，林松偉,2

(1 廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司， 廣州 510010；2 廣州大學(xué)土木工程學(xué)院， 廣州 510006)

0 引言

廣州白云國(guó)際機(jī)場(chǎng)三期擴(kuò)建工程總投資超過500億元，建設(shè)規(guī)模巨大，主要建設(shè)西二跑道(第四跑道)、東三跑道(第五跑道)，新建三號(hào)航站樓(T3航站樓)和二號(hào)航站樓[1]東四、西四指廊，并在T3航站樓前建設(shè)綜合交通中心，引入地鐵、城際鐵路、高速鐵路等軌道交通線路。廣州白云國(guó)際機(jī)場(chǎng)三期擴(kuò)建工程的建設(shè)對(duì)于強(qiáng)化廣州國(guó)際航空樞紐、推動(dòng)民航強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)、打造粵港澳大灣區(qū)發(fā)展新動(dòng)力源具有重要意義。

為了提高建設(shè)工程抗震防災(zāi)能力，降低地震災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)，我國(guó)有關(guān)法律法規(guī)對(duì)位于高烈度設(shè)防地區(qū)、地震重點(diǎn)監(jiān)視防御區(qū)的重大建設(shè)工程、地震時(shí)可能發(fā)生嚴(yán)重次生災(zāi)害的建設(shè)工程、地震時(shí)使用功能不能中斷或者需要盡快恢復(fù)的建設(shè)工程提出了明確的抗震設(shè)計(jì)要求，并根據(jù)建筑使用功能以及在抗震救災(zāi)中的作用等因素，要求或鼓勵(lì)各類建設(shè)工程中采用隔震減震等技術(shù)，提高抗震性能[2]。

廣州白云國(guó)際機(jī)場(chǎng)三期擴(kuò)建工程在T3航站樓、綜合交通中心等分項(xiàng)工程中，根據(jù)工程的建筑功能、空間要求以及與軌道交通建筑合建的特點(diǎn)，采用以抗震為主，結(jié)合消能減震及隔震技術(shù)應(yīng)用的設(shè)計(jì)，使各分項(xiàng)工程均具有良好的抗震性能，保證發(fā)生本區(qū)域設(shè)防地震時(shí)，T3航站樓能夠滿足正常使用要求。

根據(jù)T3航站樓的項(xiàng)目特點(diǎn)，采用框架結(jié)構(gòu)體系，考慮經(jīng)濟(jì)性，結(jié)合《基于保持建筑正常使用功能的抗震技術(shù)導(dǎo)則》(報(bào)批稿)，確定按照正常使用Ⅱ類建筑的性能目標(biāo)要求進(jìn)行加強(qiáng)；結(jié)合超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的多點(diǎn)多維地震響應(yīng)分析，研究行波效應(yīng)對(duì)主體結(jié)構(gòu)的影響并確定相應(yīng)的加強(qiáng)措施；對(duì)異形的關(guān)鍵構(gòu)件進(jìn)行專項(xiàng)研究。

1 工程概況

廣州白云國(guó)際機(jī)場(chǎng)T3航站樓工程設(shè)計(jì)年旅客吞吐量為3 000萬人次，近機(jī)位55個(gè)，建筑面積約50萬m2，另設(shè)地下設(shè)備管廊和地下行李專用設(shè)施，建筑面積分別為3萬m2和2.2萬m2，登機(jī)橋固定端建筑面積為3.2萬m2。建筑設(shè)計(jì)以具有廣州特色的“花開羊城、羊城花冠”為造型概念，采用高效的站坪規(guī)劃及一軸兩園的空間結(jié)構(gòu)，建筑效果如圖1所示。

T3航站樓平面呈大H形，南北長(zhǎng)約970m，東西長(zhǎng)約520m，由主樓和指廊組成，其中主樓布置在平面中間，指廊布置在主樓東西兩側(cè)。主樓地下1層，地上5層，自下至上分別為APM捷運(yùn)站臺(tái)層、到達(dá)及行李提取層、到達(dá)層(夾層)、混流層(夾層)、辦票大廳出發(fā)層、商業(yè)(夾層)及鋼結(jié)構(gòu)屋面層。指廊地下1層，地上2～4層，自下而上分別為設(shè)備管廊層、候機(jī)廳及設(shè)備房層、4.50～13.5m三個(gè)候機(jī)廳層及鋼結(jié)構(gòu)屋面層。主樓和指廊剖面見文獻(xiàn)[3]。

T3航站樓除APM捷運(yùn)系統(tǒng)相關(guān)范圍的結(jié)構(gòu)使用年限為100年外，航站樓主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限為50年，設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為50年，結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為一級(jí)，抗震設(shè)防類別為重點(diǎn)設(shè)防類(乙類)，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)γ0為1.1。重要構(gòu)件(框架梁、框架柱、承臺(tái)、地下室底板及側(cè)壁)鋼筋混凝土耐久性設(shè)計(jì)使用年限為100年，其余構(gòu)件耐久性設(shè)計(jì)使用年限為50年。

T3航站樓建設(shè)場(chǎng)地為廣州市白云區(qū)人和鎮(zhèn)，根據(jù)《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》(GB 18306—2015)[4]及安評(píng)報(bào)告[5]，抗震設(shè)防烈度為6度，設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.05g，建筑場(chǎng)地類別為Ⅱ類，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，場(chǎng)地特征周期為0.35s。項(xiàng)目位于巖溶強(qiáng)烈發(fā)育地區(qū)[6-7]，場(chǎng)地50年一遇基本風(fēng)壓為0.5kPa，地面粗糙度類別為B類。地震參數(shù)見表1，本工程小震按安評(píng)報(bào)告[5]參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，中震和大震按《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50011—2010)(2016年版)計(jì)算。

表1 安評(píng)報(bào)告與規(guī)范地震參數(shù)對(duì)比

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概況

根據(jù)建筑總平面的構(gòu)型及功能分區(qū)布置，綜合考慮混凝土結(jié)構(gòu)及屋蓋鋼結(jié)構(gòu)合理的結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度，主樓結(jié)構(gòu)平面通過設(shè)置防震縫分為主樓A段及主樓B段兩部分，位于主樓東西兩側(cè)的指廊則通過設(shè)置防震縫各分為8段(圖2)。地面±0.000m以上設(shè)置防震縫，地面±0.000m及以下不設(shè)防震縫。T3航站樓結(jié)構(gòu)分區(qū)示意如圖2所示。

主樓A段平面尺寸約為488m×150m，混凝土結(jié)構(gòu)高度為19.0m，鋼結(jié)構(gòu)屋蓋高度為30～40m；主樓B段平面尺寸約為360m×300m，混凝土結(jié)構(gòu)高度約為24m，鋼結(jié)構(gòu)屋蓋高度約為40m；主樓典型軸網(wǎng)為18m×18m、18m×9m、18m×12m。各段指廊均為狹長(zhǎng)形平面，東北指廊、西北指廊的平面寬度為48m，典型軸網(wǎng)為18m×18m、18m×9m、9m×9m；其余指廊的平面寬度為27m，典型軸網(wǎng)為18m×18m、18m×8m、9m×8m。長(zhǎng)寬比最大的指廊長(zhǎng)度約300m，鋼筋混凝土柱頂標(biāo)高為23.4m，鋼結(jié)構(gòu)屋蓋結(jié)構(gòu)高度約為30m。

T3航站樓屋面采用鋼結(jié)構(gòu)，下部主體結(jié)構(gòu)采用現(xiàn)澆混凝土框架結(jié)構(gòu)，支承屋蓋的花冠柱采用鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)?？紤]水平構(gòu)件承載力、變形控制及超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)抗裂的要求，跨度大于12m結(jié)構(gòu)梁及跨度大于5m的懸臂梁采用緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土梁，跨度小于12m的梁采用無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土梁。地下室底板采用板厚400～900mm的無梁樓蓋，其余層采用梁板結(jié)構(gòu)，樓板厚度為130～150mm。主樓及指廊地下室梁板混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C35，地上梁板混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C40，墻柱混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C40～C60。

T3航站樓整體屋面呈現(xiàn)花瓣曲面造型，由于屋面為不規(guī)則自由曲面，同時(shí)為滿足建筑布局功能需求及空間要求，主樓屋蓋采用預(yù)應(yīng)力鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)(圖3、4)，其中穹頂玻璃天窗區(qū)域采用單層網(wǎng)殼-斜交桁架組合結(jié)構(gòu)。指廊屋蓋采用鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，玻璃采光頂范圍采用桁架結(jié)構(gòu)連系(圖5)。主樓及指廊鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面主要為圓管截面，網(wǎng)架桿件截面為φ76×5～φ550×20，節(jié)點(diǎn)采用焊接空心球，焊接空心球直徑為300～700mm，材質(zhì)均為Q355B。主樓屋蓋鋼結(jié)構(gòu)分塊區(qū)域東西向最大長(zhǎng)度為 488m，南北向長(zhǎng)度565m，屬于超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，為解決溫度應(yīng)力的不利作用，沿長(zhǎng)向布置萬向滑動(dòng)支座和滑動(dòng)阻尼支座以應(yīng)對(duì)溫度作用。

主樓支承屋蓋鋼結(jié)構(gòu)柱為本工程特色的花冠狀分叉柱(簡(jiǎn)稱花冠柱)和鋼筋混凝土圓柱(直徑1 200～1 600mm)，其橫向(東西向)最大柱距約為54m，縱向(南北向)最大柱距約為145m，屋蓋檐口最大懸挑25m。指廊支承屋蓋柱均為鋼筋混凝土圓柱(直徑1 200mm)，標(biāo)準(zhǔn)柱距為25m，最大柱距為34m，屋面檐口最大懸挑16m。除南邊第一排花冠柱外，其余花冠柱從地下1層到屋蓋均與混凝土樓層梁連接，花冠柱為鋼結(jié)構(gòu)柱，材質(zhì)為Q460，支承屋蓋柱布置見圖6。

3 抗震性能設(shè)計(jì)

T3航站樓屬于體型復(fù)雜、平面超長(zhǎng)的建筑，最長(zhǎng)結(jié)構(gòu)單元長(zhǎng)度為488m，屋蓋鋼結(jié)構(gòu)最大跨度達(dá)到153m，支承屋蓋的花冠柱為復(fù)雜彎扭新型構(gòu)件，屋蓋下部鋼筋混凝土樓蓋結(jié)構(gòu)普遍為重載大跨度梁，曲面索網(wǎng)幕墻結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計(jì)。盡管建設(shè)場(chǎng)地抗震設(shè)防烈度為6度，屋蓋大跨度鋼結(jié)構(gòu)承載力及變形以風(fēng)荷載作用控制為主，綜合考慮建筑重要性、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及保證中震作用下建筑結(jié)構(gòu)正常使用，本工程針對(duì)性地制定結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)策略，通過提高關(guān)鍵構(gòu)件的抗震性能目標(biāo)，進(jìn)行不同烈度下地震作用計(jì)算及多點(diǎn)地震動(dòng)輸入的超長(zhǎng)平面結(jié)構(gòu)地震作用分析，對(duì)結(jié)構(gòu)及構(gòu)件薄弱部位進(jìn)行加強(qiáng)，從而確保結(jié)構(gòu)整體抗震性能滿足要求。

3.1 構(gòu)件抗震等級(jí)

本工程為乙類建筑，根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50011—2010)(2016年版)，抗震等級(jí)采用按高于本地區(qū)的抗震設(shè)防烈度1度的要求確定。結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗震等級(jí)要求如下：

(1)主樓A段及主樓B段，地上混凝土框架抗震等級(jí)為二級(jí)，地下1層混凝土框架抗震等級(jí)為二級(jí)，地下2層混凝土框架抗震等級(jí)為三級(jí)。

(2)各指廊地上混凝土框架抗震等級(jí)為二級(jí)，地下1層混凝土框架抗震等級(jí)為二級(jí)，地下2層混凝土框架抗震等級(jí)為三級(jí)。

(3)鋼框架、雨棚、花冠柱、浮島及登機(jī)橋等抗震等級(jí)為四級(jí)，屋蓋鋼結(jié)構(gòu)截面板件寬厚比滿足《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50017—2017)S3級(jí)延性構(gòu)造要求，花冠柱滿足S4級(jí)延性要求。

3.2 超限概況及性能目標(biāo)

參照《超限高層建筑工程抗震設(shè)防專項(xiàng)審查技術(shù)要點(diǎn)》(建質(zhì)〔2015〕67號(hào))和《廣東省超限高層建筑工程抗震設(shè)防專項(xiàng)審查實(shí)施細(xì)則》(粵建市〔2016〕20號(hào))的有關(guān)規(guī)定，本工程主體結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)高度并未超限；屋蓋鋼結(jié)構(gòu)為鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，屋面鋼結(jié)構(gòu)最高高度約為40.00m，不屬于特殊類型高層結(jié)構(gòu)。考慮屋蓋鋼結(jié)構(gòu)最大跨度約為144m，懸挑最大為32m，最大結(jié)構(gòu)單元長(zhǎng)度為565m，屬于超限大跨空間結(jié)構(gòu)。

針對(duì)本工程的特點(diǎn)，考慮T3航站樓屬于地震時(shí)使用功能不能中斷或者需要盡快恢復(fù)的建設(shè)工程，應(yīng)保證發(fā)生本區(qū)域設(shè)防地震時(shí)能夠滿足正常使用要求，參考《基于保持建筑正常使用功能的抗震技術(shù)導(dǎo)則》(報(bào)批稿)，施工圖設(shè)計(jì)階段根據(jù)地震時(shí)正常使用Ⅱ類建筑的性能目標(biāo)要求進(jìn)行加強(qiáng)，在設(shè)防地震作用下，彈性層間位移角不大于1/300限值，總體性能目標(biāo)達(dá)到B級(jí)的要求，主樓具體采用的抗震性能水準(zhǔn)如表2所示。

表2 結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)抗震性能的設(shè)計(jì)要求

3.3 結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性

采用了YJK和MIDAS Gen兩種有限元分析軟件進(jìn)行對(duì)比分析。兩種模型按屋面鋼結(jié)構(gòu)剛度相近，各樓層重力荷載代表值相同以及各樓層地震作用基本一致的原則建立模型?？紤]下部混凝土結(jié)構(gòu)與屋面鋼結(jié)構(gòu)的阻尼比不同，在軟件中對(duì)整體模型阻尼比統(tǒng)一取 0.035進(jìn)行計(jì)算分析。

整體模型振型如圖7所示。計(jì)算結(jié)果顯示，主樓整體模型的周期密集，前4階振型均為屋蓋水平方向的整體平動(dòng)，其中，第1階振型周期為1.478 9s，Y向平動(dòng)；第2階振型周期為1.031 5s，X向平動(dòng)。第5階振型周期為0.914 4s，為屋蓋的扭轉(zhuǎn)。

3.4 中震作用分析

根據(jù)本工程預(yù)設(shè)的抗震性能目標(biāo)，主樓按地震時(shí)正常使用建筑的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，考慮抗震設(shè)防烈度為6度，采用振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算時(shí)，水平地震影響系數(shù)最大值乘以1.5增大系數(shù)，結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力按照設(shè)防地震作用進(jìn)行驗(yàn)算，重要構(gòu)件承載力滿足中震彈性的要求。荷載作用分項(xiàng)系數(shù)按《工程結(jié)構(gòu)通用規(guī)范》(GB 55002—2021)取值，中震計(jì)算不考慮風(fēng)荷載和溫度作用，結(jié)構(gòu)整體分析模型阻尼比與小震計(jì)算均取為0.035。

計(jì)算結(jié)果表明，主樓關(guān)鍵構(gòu)件、普通豎向構(gòu)件、耗能構(gòu)件均達(dá)到了預(yù)設(shè)的抗震性能目標(biāo)要求。中震彈性計(jì)算的鋼結(jié)構(gòu)屋蓋構(gòu)件最大應(yīng)力比為0.85，花冠柱應(yīng)力比最大為0.59(圖8)，索構(gòu)件應(yīng)力比均小于 0.5；下部混凝土框架結(jié)構(gòu)最大層間位移角為1/351，滿足不大于1/300限值的震時(shí)正常使用建筑變形的控制要求。

對(duì)于狹長(zhǎng)形平面的指廊結(jié)構(gòu)，抗震性能化計(jì)算首先根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ 3—2010)要求對(duì)梁和普通框架柱(支承鋼屋蓋框架柱除外)進(jìn)行規(guī)范要求的性能化驗(yàn)算，然后對(duì)支承鋼屋蓋框架柱進(jìn)行單獨(dú)計(jì)算，以高于規(guī)范要求的性能標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)算其受力特性。屋面鋼結(jié)構(gòu)關(guān)鍵構(gòu)件需滿足中震彈性的要求，中震作用下，東南、西南指廊屋面鋼結(jié)構(gòu)支座處關(guān)鍵構(gòu)件最大應(yīng)力比為 0.61，東、西指廊屋面鋼結(jié)構(gòu)支座處關(guān)鍵構(gòu)件最大應(yīng)力比為 0.73，東北、西北指廊屋面鋼結(jié)構(gòu)支座處關(guān)鍵構(gòu)件最大應(yīng)力比為 0.99。經(jīng)分析驗(yàn)算，各指廊屋面鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件滿足預(yù)設(shè)的中震不屈服性能目標(biāo)的要求(圖9)。

3.5 大震作用分析

主樓根據(jù)震時(shí)正常使用建筑性能目標(biāo)，應(yīng)滿足大震作用下輕微或輕度損壞的要求，抗震設(shè)計(jì)分別進(jìn)行大震等效彈性及大震彈塑性分析。在大震作用下，花冠柱應(yīng)力比最大為0.74，主樓鋼屋蓋關(guān)鍵構(gòu)件應(yīng)力比最大為1，以及索構(gòu)件應(yīng)力比均滿足大震彈性要求；主樓鋼屋蓋其他構(gòu)件滿足大震不屈服要求。

為進(jìn)一步驗(yàn)證T3航站樓在大震作用下的抗震性能，本工程采用MIDAS Gen 2020對(duì)主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了動(dòng)力彈塑性計(jì)算分析。動(dòng)力時(shí)程分析地震波采用小震時(shí)程分析的3條波，并按大震作用調(diào)整加速度峰值。按三向地震計(jì)算，主方向地震加速度峰值為125m/s2，主次方向與豎直方向地震加速度峰值比為1∶0.85∶0.65，阻尼比取 5%。主樓結(jié)構(gòu)在三向地震作用下的彈塑性分析整體結(jié)果匯總見表3。MIDAS Gen計(jì)算結(jié)構(gòu)總質(zhì)量為637 479.582t，小震X向基底剪力為107 300kN，Y向基底剪力為109 430kN?？蚣苤?花冠柱)、支承屋蓋柱柱頂最大位移角分別為1/535、1/209，滿足大震作用下不大于1/100限值的震時(shí)正常使用的Ⅱ類建筑的變形控制要求。

大震作用下，人工波1 沿X主方向輸入時(shí)的結(jié)構(gòu)能量圖如圖10所示。從圖10可以看出，結(jié)構(gòu)耗能主要為阻尼耗能，占比為72.6%，柱頂設(shè)置的黏滯阻尼器耗能占比為 0.1%，占比比例較小，主要原因?yàn)槲萆w為大跨度鋼結(jié)構(gòu)，以及阻尼器的支座數(shù)量在整個(gè)主樓的支座數(shù)量總數(shù)占比(約15%)較少，后續(xù)建設(shè)階段將進(jìn)一步優(yōu)化阻尼支座的設(shè)計(jì)。整體結(jié)構(gòu)的耗能在 10s 以后趨于平緩，意味著結(jié)構(gòu)彈塑性發(fā)展機(jī)制趨于穩(wěn)定不再有新的塑性出現(xiàn)。

表3 主樓結(jié)構(gòu)大震彈塑性分析總體指標(biāo)

對(duì)于混凝土結(jié)構(gòu)，根據(jù)輸入?yún)⒖佳有韵禂?shù)將塑性鉸劃分為5個(gè)不同的狀態(tài)，Level 1～Level 5分別代表構(gòu)件進(jìn)入屈服狀態(tài)、輕微損壞狀態(tài)、中度損壞狀態(tài)、比較嚴(yán)重破壞狀態(tài)和構(gòu)件失效，已不可修復(fù)使用，但構(gòu)件尚能承受重力荷載而避免倒塌。從彈塑性分析塑性鉸的開展過程(圖11～13)可以看出，混凝土框架梁首先出現(xiàn)塑性鉸并開始進(jìn)入塑性耗能狀態(tài)，緊接著框架柱開始出現(xiàn)塑性鉸，但大部分塑性鉸狀態(tài)為線性，未進(jìn)入屈服狀態(tài)，支承屋蓋柱的塑性鉸開展較慢，整個(gè)塑性鉸的發(fā)展過程滿足強(qiáng)柱弱梁的發(fā)展機(jī)制。

從整體結(jié)構(gòu)塑性鉸最終分布狀態(tài)可以看出，在大震作用下，大部分構(gòu)件仍處于彈性狀態(tài)，只有少部分構(gòu)件出現(xiàn)輕微損壞，進(jìn)入屈服狀態(tài)的塑性鉸大部分集中在框架梁區(qū)域，支承屋蓋花冠柱仍處于彈性狀態(tài)，未進(jìn)入屈服狀態(tài)，支撐屋蓋混凝土柱小部分構(gòu)件進(jìn)入Level 1狀態(tài)，應(yīng)力并未超過極限強(qiáng)度而出現(xiàn)嚴(yán)重破壞，鋼屋蓋個(gè)別構(gòu)件出現(xiàn)Level2狀態(tài)，即輕微損傷狀態(tài)，整個(gè)結(jié)構(gòu)在大震下抗震性能良好，滿足抗震性能目標(biāo)。

3.6 多點(diǎn)多維地震響應(yīng)分析

T3航站樓主樓平面超長(zhǎng)，主樓下部混凝土分為A段和B 段兩個(gè)結(jié)構(gòu)單元，上部屋蓋鋼結(jié)構(gòu)跨越主樓 A、B 段，整個(gè)主樓下部混凝土南北向長(zhǎng)度為 510m，屋蓋南北向長(zhǎng)度為 542m，整個(gè)主樓下部混凝土東西向長(zhǎng)度 488m，屋蓋東西向長(zhǎng)度為 488m，屬于超長(zhǎng)跨縫結(jié)構(gòu)，對(duì)于支承復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)需考慮地震動(dòng)傳播過程中非一致性對(duì)結(jié)構(gòu)地震作用的影響。多點(diǎn)地震反應(yīng)分析中最主要的是考慮行波效應(yīng)的影響，本工程分析采用 MIDAS Gen 程序，采用相對(duì)位移法，在支座點(diǎn)直接輸入不同的地震加速度，地震波波形不變，而到達(dá)各支座的時(shí)間有差異。為考察多點(diǎn)輸入與一致輸入的桿件內(nèi)力變化，定義桿件的行波效應(yīng)影響因子a為多點(diǎn)與一致激勵(lì)時(shí)程分析所得的桿件絕對(duì)最大內(nèi)力值F1與F2的比值?？紤]主樓兩個(gè)方向均為超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，以地震波Hector4500為例分別計(jì)算X向和Y向?yàn)橹鞣较虻亩帱c(diǎn)多維地震響應(yīng)，分析采用三向地震動(dòng)輸入，根據(jù)安評(píng)報(bào)告提供的場(chǎng)地剪切波速，地震波速為 280m/s。其中X主方向地震作用輸入如圖14所示。

3.6.1 行波效應(yīng)對(duì)基底剪力的影響

以X主方向輸入的一致激勵(lì)和非一致激勵(lì)為例，計(jì)算基底剪力時(shí)程。由各時(shí)程曲線(圖15)比較可見，一致輸入時(shí)基底剪力比多點(diǎn)輸入時(shí)大。其原因歸結(jié)于考慮行波效應(yīng)時(shí)，各桿件振動(dòng)步調(diào)不一致，疊加時(shí)為基底剪力有部分抵消，導(dǎo)致總基底剪力小于一致輸入時(shí)總基底剪力。

3.6.2 行波效應(yīng)對(duì)鋼屋蓋的影響

從對(duì)鋼屋蓋的豎向位移、預(yù)應(yīng)力拉索的索力、鋼屋蓋構(gòu)件內(nèi)力及支撐鋼屋蓋柱等方面進(jìn)行一致激勵(lì)和非一致激勵(lì)的加速度時(shí)程計(jì)算比較分析，取典型位置的位移點(diǎn)及構(gòu)件進(jìn)行對(duì)比。計(jì)算結(jié)果顯示，非一致激勵(lì)與一致激勵(lì)對(duì)鋼屋蓋的影響較小，鋼網(wǎng)架構(gòu)件軸力影響因子a分布在 0.25～0.5 之間，花冠柱軸力影響因子分布在 0.36～2.1 之間，其中邊柱軸力影響因子較大。

3.6.3 行波效應(yīng)對(duì)下部混凝土的影響

結(jié)構(gòu)分析主要對(duì)下部混凝土框架柱的內(nèi)力，A、B 段變形縫的相對(duì)位移，下部混凝土平面的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)等方面進(jìn)行考察。分析結(jié)果顯示，多點(diǎn)輸入對(duì)不同部位構(gòu)件的內(nèi)力影響不同，樓層越低影響越大，越接近角部和邊部影響越大。支承屋蓋柱的混凝土柱軸力影響因子分布在 0.25～1.86 之間，樓層框架柱軸力影響因子分布在 0.83～1.42之間。多點(diǎn)輸入的扭轉(zhuǎn)位移增大，相對(duì)位移最大達(dá)到8mm，雖然扭轉(zhuǎn)位移增大但扭轉(zhuǎn)位移角較小，最大扭轉(zhuǎn)位移角約為 0.008/295=0.000 027 ，絕對(duì)數(shù)值不大，伸縮縫寬度遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足變形要求。

總體上多點(diǎn)地震作用對(duì)結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)影響較大，扭轉(zhuǎn)角有較大的幅度增加，但變形縫處的位移對(duì)變形縫處的寬度設(shè)置并沒有影響；多點(diǎn)地震作用對(duì)結(jié)構(gòu)底部影響較大，對(duì)結(jié)構(gòu)上部的影響逐漸減少，對(duì)屋蓋結(jié)構(gòu)的影響較小。

3.7 花冠柱專項(xiàng)設(shè)計(jì)

分別進(jìn)行了花冠柱彈性屈曲分析、極限承載力分析、考慮二階P-Δ和P-δ效應(yīng)的直接分析法驗(yàn)算，屈曲因子及荷載系數(shù)-位移如圖16所示。從圖16及計(jì)算結(jié)果可得，花冠柱屈曲因子為15.37，極限荷載系數(shù)kcr=3.69>2.5，滿足要求。

進(jìn)行恒載、活載、溫度作用、風(fēng)荷載等非地震組合工況下靜力非線性計(jì)算，采用直接分析法計(jì)算的花冠柱應(yīng)力比70%左右構(gòu)件在0.4以下，最大應(yīng)力比0.87；1階彈性設(shè)計(jì)構(gòu)件最大應(yīng)力比為0.85，兩種設(shè)計(jì)方法計(jì)算結(jié)果均可滿足規(guī)范要求。直接分析法花冠柱應(yīng)力比云圖如圖17所示。

柱頂節(jié)點(diǎn)彈性分析應(yīng)力云圖如圖18所示。從圖18可以看出，在彈性分析中，柱頂節(jié)點(diǎn)von Mises應(yīng)力最大值為234.72MPa，小于Q460GJB鋼材屈服強(qiáng)度440MPa。在彈塑性極限承載力分析中，柱頂節(jié)點(diǎn)的荷載-位移曲線出現(xiàn)明顯極值點(diǎn)，花冠柱極限承載力為8.1倍設(shè)計(jì)荷載。

花冠柱的抗震加強(qiáng)措施：花冠柱抗震等級(jí)四級(jí)，板件寬厚比滿足S4級(jí)，內(nèi)部按S4級(jí)要求設(shè)置加勁肋；另外花冠柱與下部混凝土結(jié)構(gòu)樓層相連時(shí)，與之連接的框架梁采用型鋼混凝土梁?；ü谥鶅?nèi)部加勁肋如圖19所示。

3.8 抗震加強(qiáng)措施

針對(duì)本工程結(jié)構(gòu)的不規(guī)則情況，設(shè)計(jì)從結(jié)構(gòu)計(jì)算分析、結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)和構(gòu)造幾個(gè)方面，進(jìn)行了超限分析并通過了專家評(píng)審[8]，參考白云T2航站樓等設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)[9-12]，采取如下對(duì)策和措施確保本工程的安全、可靠、經(jīng)濟(jì)。

(1)本工程在結(jié)構(gòu)布置方面設(shè)置防震縫，同時(shí)作為溫度縫有效地釋放了超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的溫度應(yīng)力，保證結(jié)構(gòu)的整體抗震性能。

(2)針對(duì)較多的樓板大開洞，采用彈性樓板假定進(jìn)行詳細(xì)的有限元應(yīng)力分析，根據(jù)樓板應(yīng)力情況，對(duì)開洞薄弱部位的周邊結(jié)構(gòu)構(gòu)件如樓板和梁均考慮加強(qiáng)，并按雙層雙向配筋。

(3)針對(duì)扭轉(zhuǎn)位移比超限，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的抗扭剛度，通過合理布置抗側(cè)力構(gòu)件，減小偏心影響，降低樓層位移比。

(4)改善結(jié)構(gòu)整體受力，優(yōu)化支承屋面鋼結(jié)構(gòu)花冠柱的受力形態(tài)，并優(yōu)化支座布置以減小花冠柱內(nèi)力?？紤]花冠柱的特殊性，進(jìn)行包含線性屈曲分析、極限承載力分析及直接分析法的專題分析計(jì)算，確?；ü谥Y(jié)構(gòu)安全可靠。

(5)針對(duì)與花冠柱相連的樓層混凝土框架梁，在保證強(qiáng)柱弱梁耗能機(jī)制下增強(qiáng)混凝土框架梁的剛度，混凝土框架梁采用型鋼混凝土梁，并與花冠柱相連以增強(qiáng)抗剪抗彎承載力。

(6)考慮行波效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)的影響，施工圖階段采取計(jì)算加強(qiáng)措施，多點(diǎn)地震放大系數(shù)不與偶然偏心同時(shí)考慮。主體混凝土設(shè)計(jì)時(shí)考慮地震力的放大，邊柱和角柱的放大系數(shù)取1.3，中部混凝土柱取1.1。

4 結(jié)論

(1)廣州白云國(guó)際機(jī)場(chǎng)T3航站樓為重大建設(shè)項(xiàng)目，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)根據(jù)建筑特殊造型、平面超長(zhǎng)及建筑功能空間要求，結(jié)合抗震性能要求，采用以抗震為主設(shè)計(jì)策略，通過設(shè)置防震縫，合理確定結(jié)構(gòu)體系及新型花冠柱構(gòu)件，通過性能設(shè)計(jì)、精細(xì)化分析及抗震構(gòu)造加強(qiáng)措施，保證結(jié)構(gòu)具有良好的抗震性能。

(2)本工程屬于地震重點(diǎn)防御區(qū)中地震時(shí)使用功能不能中斷或者需要盡快恢復(fù)的建設(shè)工程，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)根據(jù)地震時(shí)正常使用建筑的抗震性能要求進(jìn)行加強(qiáng)，通過承載力及變形驗(yàn)算，主樓滿足中震下完好或基本完好、大震下的輕微及輕度損壞的性能水準(zhǔn)要求。

(3)T3航站樓最長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)單元接近500m，鋼屋蓋為超長(zhǎng)跨縫結(jié)構(gòu)，應(yīng)在常規(guī)結(jié)構(gòu)抗震分析的基礎(chǔ)上，考慮多點(diǎn)地震動(dòng)輸入的雙向超長(zhǎng)平面結(jié)構(gòu)的地震作用分析，研究行波效應(yīng)對(duì)主體結(jié)構(gòu)的影響，并對(duì)影響較大的構(gòu)件以考慮地震作用放大系數(shù)的措施進(jìn)行復(fù)核及加強(qiáng)。