[文章]：广州新白云国际机场航站楼结构设计

若有所思

广州新白云国际机场航站楼结构设计
李桢章 伍国华（广东省建筑设计研究院）

ABSTRACT
The structure design of the terminal building in Guangzhou New Baiyun International Airport is introduced. In the building, the rocky cast-in-place crocrete piles were used, the post prestressed concrerte was applied in the floor systems and the intersecting welded structural hollow section were adopted to the whole roof. The terminal building will be the largest scale hollow section welded joints structure and the largest civil architecture located in a karst strong developed area in China. The triangle varing srction herringbone columns with the height of 16m～37m and the roofing box ribbed deck with 12m and 14m span were first applied in the country.


1. 总述

　　广州新白云国际机场是国家重点工程，首期建设规模为年旅客吞吐量2500万人次，航站楼首期工程的建筑面积约35万m2。场区的基本风压为0.45KN/m2，基本设防烈度为6度，抗震措施设防烈度为7度。航站楼建筑方案及初步设计由美国PARSONS公司和URS Greiner公司设计，施工图设计由广东省建筑设计研究院完成。航站楼建筑群由伸缩缝自然分成四部分：主楼、东西共二幢连接楼、东西共四条指廊、东西共四条高架连廊，航站楼总平面图见图1。


2. 基础结构设计

2.1 基础工程概况

　　广州新白云国际机场位于广州市白云区人和镇与花都区花东镇之间，距广州市中心海珠广场的直线距离为28千米，地处珠江三角洲北部，为亚热带复盖型岩溶地区，水文地质条件极为复杂。混凝土楼盖的柱网为18X18m，主楼钢桁架的跨度为76.9m，单柱的最大轴力约25000KN。在设计阶段完成了1052个地址勘察钻探孔，在施工阶段完成了3146个超前钻探孔及施工检验孔。根据地址资料揭示，自上而下的土（岩）层为：(1)松散杂填土、耕土；(2)可塑粉质粘土；(3)松散粗砂；(4)可塑-软塑粉质粘土；(5)松散砾砂；(6)软塑-流塑粉质粘土；(7)灰岩。约有1/4的钻孔发现有土洞、溶洞或溶沟、溶槽；约有1/3的钻孔发现有软土，软土分布在溶沟、溶槽之上，沟槽越深，软土堆积越厚。场区内最高的土洞高29米，最高的溶洞高22米，基岩的埋深为15～60米，大部分基岩的埋深为25～35米，基岩为微风化石灰岩，岩石单轴饱和抗压强度为26～178MPa。石灰岩岩溶发育，石芽、石柱、石墩、溶沟、溶槽、溶洞、落水洞等纵横交错，布满全区，岩面之上，分布着能形成土洞的软-流塑状软土。地下水主要为上部砂层的孔隙水和基岩裂隙水，富水性中等，两含水层之间有众多的水力联系，地基条件存在多方面影响基础稳定性的因素。


2.2 浅基础的可行性及摩擦桩试验

　　初步设计时面临多种基础方案选择，分别是天然地基浅基础、中等深度摩擦桩基础及端承桩深基础。天然地基的基础持力层为软土层，这些软弱土层的强度低，厚度大，工程性质差，需要对土层进行广泛的加固，并需探明基础持力层范围内的土洞、溶洞及溶沟槽，再对这些岩溶进行填充加固。摩擦桩的基础持力层也是在较软土层，为了检验各种摩擦桩的承载力，先后进行了多种摩擦桩的静荷载破坏试验，包括静压管桩、桩底压浆、桩侧灌浆及夯扩灌注桩的荷载试验。

　　综合这些试验，我们认为：在石灰岩岩溶地区，摩擦桩是一种可行的基础形式，普通的摩擦桩承载力低，不经济。摩擦桩可用后压水泥浆加固，单桩宜用桩底压浆，多桩承台用桩侧压浆的效果很好。为了防止沉桩过程土洞坍塌及验证桩的承载力，沉桩机械宜采用静压桩机。采用天然地基或摩擦桩基础的主要缺点是地基的长期稳定性差，如果附近发生长期的大规模取水，或者深层抽水，势必改变场区的水文地质情况，影响浅基础的安全与稳定。


2.3 嵌岩桩设计

　　嵌岩端承桩是穿过土洞、溶洞及溶沟槽，桩嵌入微风化岩层。嵌岩桩的主要优点是：桩嵌入微风化岩层，受力可靠，沉降小，受其他因素影响小。场地微风化岩层埋深一般为30米左右，岩层埋藏不深对嵌岩桩的施工有利。场区内的岩溶大部分是岩溶裂隙以及高度小于1米的溶洞，连通的大溶洞不多，施工嵌岩混凝土灌注桩是可行的。航站楼的主体结构决定采用嵌岩端承桩。在本工程，灌注桩的混凝土浇注并无太大的问题，主要的困难是如何确定桩终孔标高及如何穿越土洞、溶洞、溶沟槽。桩终孔标高由地质勘察孔、超前钻孔以及施工验孔决定。φ1400桩每桩做3孔超前钻，φ1200及φ1000桩每桩做2孔超前钻，φ800及φ600桩每桩做1孔超前钻或利用原有的地质勘察孔，超前钻入岩6～9米，以确保桩底完整基岩厚度>=3d，若超前钻与施工撕的实际情况有较大差异，则在桩施工时再做验孔检查。按建筑物的重要性及柱轴力的大小，我们采用了不同的基础形式。主楼的屋盖结构是76米跨度的空间桁架，地面以下有一层或两层地下室（地铁站），主楼柱的最大轴力为25000KN，主楼采用的是嵌岩桩－筏板基础，筏板厚1.4米及1.6米，采用后张有粘结预应力混凝土结构，地下室的挡土结构为钢筋混凝土底下连续墙。航站楼的两翼，包括东西连接廊及东西指廊，屋盖为24～35米跨度的钢桁架，楼盖为18米及12米柱网的混凝土结构，无地下室，最大轴力的柱为15000KN，采用嵌岩桩基础。航站楼的地面比原土面高2～3米，地面结构、地下通道结构采用静压管桩基础。

　　主楼最大的箱形柱截面为2500X4500mm，轴力为25000KN，柱下布置4根嵌岩桩，其余柱分别为单桩及双桩基础，指廊柱为单桩及双桩基础。航站楼工程冲孔桩数量约2000根，桩混凝土量约4万m3；静压管桩数量约3000根，两类桩的总长度为140千米，平均每根桩长度为28米，桩基础工程的施工工期从2000.5～2001.3，共约10个月。



3. 混凝土结构设计

3.1 混凝土结构工程概况

　　主航站楼长325m，宽235m，地上3层，地下局部2层，柱网18mX18m，建筑面积约14万m2，地下部分不分缝，混凝土结构的最大长度325m，地面以上用三道伸缩缝把主楼混凝土平面分成6个结构单元，混凝土结构的最大长度为96米。东西连接楼每翼各为450mx62m，地上3层，柱网18mX18m，两翼连接楼的总建筑面积约12万m2，每翼用三道伸缩缝把混凝土平面分成4个结构单元，每个结构单元的长度为108m。东一西一指廊每翼约360mX34m，东二西二指廊每翼约252mX34m，地上3层，柱网12mX12m，指廊的总建筑面积约9万m2。东一西一指廊用三道伸缩缝把混凝土平面分成4个结构单元，东二西二指廊用二道伸缩缝把混凝土平面分成3个结构单元，指廊结构单元长度为84m。

　　主楼地面以上混凝土结构工期为2001.8～2002.1，东西两翼混凝土结构工期为2001.11～2002.4。航站楼混凝土结构的特点是结构单元长、柱网大。主框架梁的高度民主为1m，宽度分别为2m、2.5m、3m，为宽扁梁结构。主楼负二层基础筏板的板厚1.6m，体积约9000m3，主楼负一层两块基础筏板的板厚1.4m，每块的体积约13000m3，为大体积混凝土板。

　　在航站楼的混凝土结构中，我们全部采用了后张部分预应力混凝土结构，其中框架梁采用有粘结预应力混凝土结构，次梁采用无粘结预应力混凝土结构，楼板采用钢筋混凝土结构，主楼的基础筏板采用有粘结预应力混凝土平板结构，主楼及连接楼框架梁为沿平面加腋的宽扁梁结构，主楼及连接楼的混凝土框架为不承受水平力的框架结构。混凝土强度等级为C40，预应力筋采用低松弛高强度钢绞线，强度等级为1860MPa。


3.2 单向板体系楼盖

　　本工程混凝土楼盖采用单向板结构。单向板方案采用18m跨度的次梁，次梁的间距为3m，沿结构单元的长向布置，利用次梁的预应力筋抵抗超长混凝土的伸缩应力。由于只有一个方向有次梁，次梁中的预应力值较大，可以有效地解决超长混凝土结构的抗裂度。主框架采用的是宽扁梁，一个方向的宽扁梁的梁柱节点形式比较简单。方案设计时亦考虑过采用井字楼盖的双向板方案，双向板方案的优点是利用了两个方向的框架梁受力，框架梁的负担小，楼盖的两个方向都有预应力，提高了楼盖的抗裂性能。缺点是两个方向的款扁梁节点受力复杂，节点的用钢量多；沿结构单元长向的次梁需多配预应力筋以抵抗超长混凝土的伸缩应力。用钢量较单向板方案多，施工也较单向板方案复杂。最后采用的是单向板方案。主框架梁截面为2000X1000mm，在支座处梁宽加腋至2500X1000mm或3000X1000mm，与次梁平行的框架梁为500X1000mm，次梁为300X1000mm，楼板厚120mm。


3.3 不承受水平力的混凝土框架梁结构

　　不承受水平力的混凝土框架梁最适合采用后张预应力混凝土结构。后张预应力混凝土梁通常将预应力筋布置成抛物线形状，这样的力筋适合承受竖向均布荷载。由于正反方向的水平荷载会产生支座处的正负弯矩，因此抛物线形状的力筋不适合承受水平力，一般是用抛物线形状的预应力筋抵抗竖向荷载，用直线形状的上下非预应力筋抵抗水平力。在框架结构中，非预应力筋占总用钢量70%以上，如果框架梁不受水平力，这个结构的非预应力钢筋的用量可以降至最低。广州新机场地处抗震烈度6度区，设计中不计算地震力，风荷载是通过玻璃幕墙系统的桁架传至少屋盖钢桁架的下弦，再传至2500X4500mm的巨型混凝土箱形柱，箱形柱壁厚为500，巨型混凝土箱形柱与混凝土楼盖脱离，使混凝土楼盖不承受水平力，而间距为3m的次梁集中重使垂直荷载近似于均布荷载，非常适合采用抛物线形状的后张预应力筋，这种不承受水平力的混凝土框架结构的设计，使大跨度的混凝土框架的用钢量降至最低。


3.4 梁柱节点

　　本工程混凝土结构采用了三中梁柱节点形式，分别是：

　　(1) 梁柱同宽节点及柱比梁宽节点；

　　(2) 大部分钢绞线及纵向钢筋通过柱的宽扁梁节点；

　　(3) 大部分钢绞线及纵向钢筋在柱外通过的宽扁梁节点。

　　第(1)种节点梁的纵向钢筋全部通过柱，是一种传统的框架梁柱节点，受力可靠，抗震性能好，构造简单，用钢量少。

　　第(2)种节点柱截面为φ1200，沿次梁平行方向的框架梁截面为500X1000mm，主框架梁截面为2000X1000mm，宽扁梁60%以上的钢绞线及纵向钢筋通过柱。

　　第(3)种节点柱截面为φ1200，沿次梁平行方向的框架梁截面为500X1000mm，主框架梁跨中截面为2000X1000mm，支座处加宽至2500X1000mm及3000X1000mm，约40%的钢绞线及纵向钢筋通过柱。节点分为内外核心区，共同受力传递平衡梁柱节点弯矩。宽扁梁设计的关键是：(a)、内外核心区能否共同工作；(b)、外核心区的抗扭承载力。由于大部分的纵向钢筋在柱的外侧通过，为了减少对抗震性能不利的影响，主楼的梁柱节点处加了柱帽。



4. 钢结构设计

4.1 钢结构工程概况

　　主楼长325m，宽235m，其平面由二片反向的圆弧形带组成，见图2。主楼南北二侧钢屋盖的支承构件是一排由3φ273X16圆钢管组成的人字梭形柱，人字梭形柱的两端铰接，使柱的受力最小，以期取得修长轻巧的建筑效果。
人字梭形柱的柱顶高度民主从东西两端的14.7m升高到中间的35.7m，由里向外倾斜。主楼的内部设置了二排巨形变截面混凝土箱形柱，由于主楼脊骨结构的两侧是刚度及约束都较小的人字梭形铰接柱，在脊骨结构的内部设置刚度较大的抗侧力柱是必要的。巨形柱除了承受全部水平力外，作为整个屋盖系统的不动铰支座，起到了稳定屋盖系统的作用。屋盖系统的另一个支座是人字梭形柱的上支座，这是一个滑动铰支座，当温度应力增大时，人字梭形柱的上支座向外滑动，实测最大变形约100毫米，释放了屋盖的横向温度应力。

　　巨形柱的柱距为18m，在基础处的截面为2500mmX4500mm，刚接于基础。主楼的屋盖为近似的几何球形，巨形柱的柱顶高度由东西两端的21m上升到中间的41.9m。主楼采用倒三角形钢管桁架结构，跨度为76.9m，桁架高度为5m，两端铰接支承在人字梭形柱及混凝土巨形柱上，主桁架在人字梭形柱以外的南北方向悬挑7～23m。主桁架两上弦杆的间距从人字梭形柱处的3.8m变化到巨形柱处的5.25m，弦杆为φ508X16～25mm，腹杆为φ245X7.1～12mm。腹杆在下弦交汇点的间距为6.35m。主桁架之间的屋面结构是14m跨度的箱形压型钢板，主楼屋盖共设置了二道伸缩缝，伸缩缝采用悬挑结构，这时箱形屋面压型钢板悬挑7m，这种箱形压型钢板除了作为结构板外还兼作屋盖支撑，整个屋面简洁美观。为了增加建筑外观的造型变化以及满足采光要求，主桁架在巨形柱处上升为一个拱形桁架采光带，采光带的宽度由中间的20m变化到东西两端约50m，采光带是玻璃纤维张拉膜结构。主楼的屋盖透视图见图3。

　　连接楼分为东西连接楼，每翼连接楼的平面为450mX62m，地上三层，用三道伸缩缝将混凝土楼盖分为四段，用二道伸缩缝将屋面分为三段。连接楼的柱距为18m，典型的钢桁架见图4。倒三角形圆管钢桁架的弦杆为3φ245X12～16mm，腹杆为φ127X6～12mm，桁架的高度2.8m，上弦杆的间距为3m。主桁架一端落地，另一端支承在由3φ168X12.5mm的钢管组成的人字梭形柱上，与主楼人字梭形柱不同的是，连接楼的人字梭形柱是从外向里倾斜的。主桁架在跨中位置支承于1m直径的钢筋混凝土圆柱上，从落地端到混凝土柱的跨度约25m，从混凝土柱到人字梭形柱的跨度约30m，再悬挑约7m。连接楼的屋面是有檩体系，屋面板是单层压型钢板，部分屋面为玻璃纤维张拉膜。整个屋面沿纵向设置了5道次桁架，次桁架既支撑檩条也是屋盖的支撑，在屋盖伸缩缝处设有Ｘ形支撑。

　　东一西一指廊的平面为360mX38.8m，东二西二指廊的平面为252mX38.8m。指廊为三层建筑，柱距为12m。混凝土楼盖的伸缩缝间距为96m。钢屋盖的伸缩缝间距为126m。与主楼相同，屋盖伸缩缝采用悬挑结构，在伸缩处悬挑6m。指廊屋盖钢桁架采用方钢管平面桁架，主桁架跨度24m，支承于钢筋混凝土柱子上，两端各悬挑7.4m。混凝土柱的高度为23.6m～12.6m。主桁架高2.2m，弦杆为口250X12～16mm，腹杆为口160～180x6～8mm，屋面为1.6mm及2.0mm后的箱形压型钢板。指廊屋盖在混凝土柱顶设有2道纵向支撑。

　　东西高架连廊为二层钢结构，连接主航站楼和连接走。高架连廊的宽度为13～16m，跨度54m，两端带有4.5m～7.0m的悬挑，屋面标高为20～40m，屋面为玻璃纤维张拉膜，楼盖为型钢梁及压型钢板－混凝土组合楼板。高架连廊为口400mm及口500mm的方管钢桁架，支承于1078X461X70X125mm的焊接Ｈ型钢柱上。高架连廊的高度高，跨度大，宽度窄，对抗水平力非常不利，在航站楼的四部分建筑物的单位用钢量中，高架连廊的用钢量最大。


4.2 屋盖的结构分析与荷载

　　大跨度的屋盖自重较轻，本工程为6度设防，结构分析中不考虑地震作用，屋盖的最主要荷载是风荷载。风荷载按中国规范取值，最大风压的重现期取100年。主桁架的计算考虑风振系数，风振系数由水平风力和竖向风力作用下结构动力计算得到。屋面板的计算考虑正风压的峰值及负风压，风压的峰值及风荷载的内压力、内吸力由风洞实验确定。根据风洞实验结果，中央高四角低的近似几何球形屋面对于抗风较为有利，主楼的四角有长达23m的悬挑，悬挑部分的负风压是主桁架的控制荷载之一，近似的球形屋面使四个角的负风压最小。

　　结构的整体计算采用美国结构分析与设计程序STAAD，并用同济大学空间钢结构计算程序3D3S及美国MARC公司大型通用有限元程序Mare进行验算比较，节点有限元分析及人字梭形柱的有限元分析采用ANSYS程序。空间计算模型由Autocad三维模型线框图转换而成。桁架弦杆、腹杆采用柱单元（考虑轴向、弯曲、剪切和扭转变形），宽翼缘工字钢及角钢采用梁单元（只考虑弯曲和剪切变形），屋面板及人字梭形柱上钢板采用薄壳单元只考虑拉伸和剪切变形）。承载能力的验算满足中国规范及美国规范的要求。


4.3 节点设计

　　广州新白云国际机场航站楼的钢管桁架节点形式很多，主楼和连接楼主要是圆管节点，指廊和高架连廊是方管节点，节点分为支座节点及相贯连接节点。节点的设计及承载力计算主要参考了J·A·Packer、J·E·Henderson、J·J·Cao（曹俊杰）著《空心管结构连接设计指南》（科学出版社，1997年，北京）中提供的空心管焊接接头设计方法及计算公式。相贯连接节点的失效模式有：（１）弦杆表面塑性失效；（２）弦杆表面冲剪失效；（３）受拉腹杆拉伸破坏；（４）受压腹杆局部屈曲；（５）弦杆在间隙处剪切破坏；（６）在受压腹杆作用下弦杆侧壁局部屈曲；（７）受拉腹杆背面弦杆表面局部屈曲。承载力的计算应该保证节点不出现上述各种失效模式。

　　本工程相贯节点主要的构造措施是圆管采用间隙接头，方管采用搭接接头。采用间隙接头的优点是腹杆与弦杆有全周焊缝，节点的抗剪能力高；缺点是节点中腹杆间隙对节点的承载能力有影响，其他条件相同时，腹杆间隙越大，节点承载能力越低。另外，节点有偏心弯矩也降低了节点的承载力。由于圆管为马鞍型坡口，圆管节点需整体安装焊接，如果腹杆搭接，被搭接腹杆相接于弦杆的趾部处为隐藏区不能焊接，降低了节点的抗剪承载力。本工程的圆管节点避免了全搭接接头，主桁架也尽量避免了采用较多杆件交于一点的节点。方管及矩形管为直线坡口，其搭接接头可先焊接一次相贯的全周焊缝，再安装焊接二次相贯的焊缝，这样的搭接接头刚度大，承载力高，而且腹杆搭接的长度越长，节点的承载力越高。本工程圆管腹杆在弦杆的交汇处设计有离开弦杆中心线50～70mm的正偏心和沿弦杆方向30mm的偏心，节点的双向偏心避免了双K节点的腹杆搭接。高架连廊及指廊的方管KT节点腹杆有部分搭接，施工时先焊接受力较大的斜腹杆，斜腹杆与弦杆相交处为全周焊缝，然后再焊接受力较小的直腹杆，直腹杆焊接在弦杆及斜腹杆上。间隙接头及搭接接头大样见图5。主楼及连接楼下弦杆两端支座处，部位重要，相交的杆件多，受力大，设置了1m长的实心钢棒。另外，有个别的空心管接头节点承载力不足，我们分别采用了：（１）在弦杆外焊加强板，施工简单，可用于受拉或受压弦杆，但影响外观；（２）在弦杆内加穿心板，施工复杂，不影响外观，可用于受拉或受压弦杆；（３）用混凝土填充节点，施工复杂，不影响外观，可用于受压较大的弦杆。


4.4 人字梭形柱的应用与试验

　　人字梭形柱有两个特点：（１）梭形组合柱，它是由3根圆钢管组成的三管梭形钢格构式组合柱；（２）按人字形倾斜布置。梭形柱的两端钢管相贯连接，在柱的中部3根钢管撑开成三角形格构式柱，其三角形组合截面设计成沿长度线性变化，各柱的变化斜率相同，柱的外形呈两头小中间大的梭形，3根圆钢管由厚度30mm的钢缀板连接。梭形柱的柱截面在任何方向等惯性矩，柱截面沿杆长的线性变化将引起惯性矩的二次变化，柱的两端钢管截面相贯引起截面积较大削弱。人字形柱把竖向柱与柱间支撑合二为一，两端铰接，外观新颖轻巧。柱的下支座沿横向转动，沿纵向微量自由滑动，释放纵向温度应力。因此，人字形柱沿纵向可以不设伸缩缝，连续设置。人字梭形柱是倾斜放置的，自重造成的初始偏心自然存在，人字梭形柱的长细比一般比较大，加上制作误差等因素，初始偏心对长柱的影响较大。人字梭形柱的精确计算很困难，各国的刚结构规范也无类似构件的计算规定，本工程人字梭形柱的承载力是通过近似方法先定出柱的梭形斜率及钢管的截面尺寸，然后用有限元法验算，最后经足尺寸破坏性稳定试验验证确定。我们请清华大学结构工程研究所对主楼19m、23m、29m三根梭形柱用弹塑性大挠度有限元法Ansys程序分别按无初始偏心及按L/500初始偏心进行计算，并进行足尺模型破坏试验，由于试验条件限制，试验是将梭形柱水平放置，在柱的两端水平施加轴向压力。试验结果如下：

　　3φ273X16mm梭形柱极限承载力

柱长　　柱中截面　荷载设计值　不考虑初始　考虑L/500　 足尺试验的　足尺试验时　试验与L/500
(m) 　　处管中距　　 (KN) 　　偏心的极限　初始偏心极　极限承载力　制作误差　　初始偏心计
　　　　　(mm)　　　　　　　　承载力计算　限承载力计　　 (KN) 　　　　　　　　算值的差值
　　　　　　　　　　　　　　　值(KN)　　　算值(KN)
29.465　　1135　　　1344　　　　5290　　　　3740　　　　3820　　　　L/1000　　　2.14%
22.922　　 830　　　1984　　　　5940　　　　5070　　　　5300　　　　L/1000　　　4.54%
18.985　　 654　　　2979　　　　6520　　　　6400　　　　6300　　　　L/190 　　　1.56%

　　初步结论是：

　　（１）初始偏心对短柱影响小，对长柱影响大，柱的承载力由整体稳定性控制；

　　（２）不同长度的柱，其破坏形式相似，破坏点约在离两端0.3L处。柱子两端相贯截面削弱不起控制作用，超过弹性极限后，截面削弱加速承受柱子荷载-位移曲线的非线性效应，最后破坏为屈折破坏；

　　（３）按L/500初始偏心计算结果与试验结果吻合；

　　（４）增大梭形柱的钢管中距对改善整体稳定有利，增加横隔板对改善局部稳定有利，增大钢管的外径或壁厚对改善柱子的整体稳定及局部稳定有利；

　　（５）可以根据荷载-位移曲线，取柱的弹性极限承载力为柱承载力设计值。


4.5 屋面箱形压型钢板的应用与试验

　　航站楼主楼及指廊屋面采用了箱形压型钢板，详见图6。

　　钢板为Q235C镀锌钢板，按跨度及风荷载的变化分为1.2mm、1.5mm、1.6mm、1.9mm、2.0mm五种。这种箱形压型钢板是冷弯薄壁结构，首次在我国制造及应用。压型钢板分上下两种轧制成型，再焊成箱形，在箱形空腔内加保温吸音材料，亦可按需要在空腔内加型钢。压型钢板的下表面按声学要求开孔，孔径3mm。开孔率约8%，孔壁复涂冷镀锌防腐。这种压型钢板集结构承重、屋盖支撑、建筑吸音、吊顶装饰等功能于一身，外观简洁美观，是目前跨度最大的屋面压型钢板。跨度14m的压型钢板在天津大学做了2组共6个试件的荷载破坏试验，试验结果如下：

　　组合压型钢板荷载试验

　跨度　　板厚　　换算极限均布荷载　挠度为L/200时换算
　(m) 　　(mm)　　　　(KN/M2)　　　 均布荷载(KN/M2)
　14　　　1.2 　　　　　2.64　　　　　　　1.59
　14　　　1.55　　　　　3.55　　　　　　　1.75
　14　　　1.79　　　　　5.07　　　　　　　2.27
　12　　　1.60　　　　　5.08　　　　　　　3.56
　12　　　2.0 　　　　　6.73　　　　　　　4.00

　　结论为：

　　（１）组合压型钢板的破坏形式为跨中上翼缘受压后失稳破坏，破坏前刚度呈线性减少，变形增大，破坏时腹板两侧鼓出，最后失稳破坏。

　　（２）箱形压型钢板的承载力及刚度均超过设计要求，是一种承载力高、刚度大的屋面大跨度结构。

　　（３）破坏时腹板的剪应力及剪应变都比较小，与破坏无关。

　　（４）上下板之见的点阻点焊抗剪强度满足要求，压型钢板屈服前无焊点断裂，屈服厚仅极小焊点因板边变形过大而拉开。

　　（５）试验结果的离散性很小，一组三个试件最大值与最小值相差不过2%，压型钢板的质量均匀，试验可靠。


4.6 材料与用钢量

　　广州新白云国际机场航站楼钢结构用量约2.1万吨（未包玻璃幕墙桁架，未包屋面板，未包损耗，连损耗施工结算用量约2.35万吨），屋面板的复盖面积约16.5万m2，屋面板用钢量约5500吨，整个航站楼钢结构平均用钢量约127kg/m2（包括竖向结构），屋面板用钢量为33kg/m2，二者合计约160kg/m2。其中主楼钢结构用量为135kg/m2，连接楼为120kg/m2，指廊为85kg/m2，每条高架连廊用钢量约为900吨。在总量2.1万吨钢材中，圆钢管的用量约8千吨，方钢管用量约6千吨，轧制及焊接的型钢约5千吨，钢板及螺栓、拉索等约2千吨。

　　广州新机场的钢材采用国际招标的方式采购，钢管及型钢主要为进口钢材，钢管采用欧洲标准EN10210的S355J2H热成型高频电焊管，原产国英国。热轧及焊接型钢采用美标ASTM A36钢及A572 Grade 50钢，原产国英国、卢森堡、日本。高架连廊的16根1078X461X70X125mm焊接H型钢，钢材为美标A572 Grade 50钢，厚度方向要求为Z25级。屋面板采用中国标准Q235C镀锌钢板，原产地上海及台湾。有部分钢管及钢板采用国产Q345B钢。


4.7 焊接

　　本工程焊接计算及要求参考了美国标准ANSI/AWSD1.1:2000《刚结构焊接规范》。钢管拼接为全熔透对接焊缝，焊缝质量等级一级。钢管相贯焊缝采用全熔透坡口焊缝，焊缝质量等级为二级，允许局部的未熔透缺陷，允许的未熔透缺陷按要求进行超声波探测。斜腹杆跟部区的相贯焊缝为部分熔透坡口焊缝，焊缝质量等级为三级。圆管为间隙接头，圆管节点仅对可见焊缝施焊。方管为搭接接头，方管节点被搭接腹杆的隐藏区也要求施焊，施工十先焊接一次相贯的全周焊缝，再安装焊接二次相贯的焊缝。钢管焊接采用手工点弧焊，平板件焊接采用CO2气体保护焊。

　　屋面箱形压型钢板为1.2～2.0mm厚的镀锌钢板，上下压型钢板之间的连接为间距50mm的电阻点焊，压型钢板与6mm厚的封头板焊接为熔化极气体保护焊，压型钢板的现场安装为手工电弧焊。


5. 结语

　　广州新机场是中国目前在岩溶地区兴建的规模最大的民用公共建筑，我们在现场所做的摩擦桩试验是一组很完整的试验，可为研究者参考。航站楼混凝土框架结构为预应力结构及宽扁梁结构，广州新机场航站楼是中国目前规模最大的相贯焊接空心管结构工程，其中16米～37米高的人字梭形柱、12米及14跨度的屋面箱形压型钢板是是首次在中国应用。相贯焊接的桁架圆管节点采用间隙接头，方管节点采用搭接接头，是经济、合理、高校的节点形式。广州几机场航站楼的建设规模大，科技含量高，其设计及施工经验可为类似工程提供有益的参考及借鉴。

（若有所思录入）