[文章]：杭州萧山机场预应力结构设计

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:1 1   工程概况?

    杭州萧山机场位于杭州萧山市坎山镇，为浙江省重点工程，第一期规划为12个登机位，总建筑面积12万m2。其中主体结构候机楼建筑面积10万m2，分地下1层、地上2层(局部4层)。候机楼(图1)由高架道路、航站楼、登机廊三部分组成。±0.00?层(到达层)以下为普通钢筋混凝土结构，＋6.500层(出发层)为预应力混凝土结构，屋盖为管桁架承重的全钢结构。该工程由浙江省建筑设计研究院设计，龙元建筑集团股份有限公司施工总承包，上海预应力技术工程公司负责预应力施工，二层以上钢结构由大地网架制造有限公司负责制作安装。



图1  杭州萧山机场候机楼

2  预应力结构设计?

2.1 Ⅰ区高架桥?

    高架桥部分采用有粘结预应力混凝土结构，设计上采用纵向主框架的设计方案，即将纵向框架设计成主框架，桥面荷载通过横向预应力次框架和预应力次梁传给纵向主框架，其优点是降低结构高度、节省工程造价、明显改善了框架边柱的受力状态。预应力梁截面400mm×1300mm，内配预应力钢绞线4-7φj15(5φj15)，fptk＝1860MPa，张拉端采用Ⅰ类夹片式锚具，固定端采用Ⅰ类P型式锚具。混凝土C40。

2.2 Ⅱ区航站楼?

    航站楼结构尺寸228m×72m，结构上仅设一条温度伸缩缝，将航站楼划分为两个区块。小的区块长98m×宽72m，大的区块长132m×宽72m。在每个区块中各增设宽1m的一条后浇带。航站楼采用12m×12m的大柱网结构形式，框架柱为直径1.0m的圆柱。对比不同的结构形式并考虑经济因素，在满足建筑净高的要求下，设计上采用无粘结预应力扁梁-大平板楼盖体系 ，即仅在框架柱轴线上布置预应力宽扁梁(梁宽大于梁高及柱宽)，梁截面尺寸b×h＝1600mm×600mm，宽为高的2.7倍。平板采用双向无粘结预应力平板，厚26cm，跨高比为46.2。?

    (1)裂缝控制条件：
    预应力构件的用钢量主要受抗裂度控制，因此适当放宽裂缝控制条件，可节省钢材、降低工程造价。根据工程经验和国内外规范发展趋势，适当提高混凝土拉应力限制系数，采用下列表达式：
    ①在荷载短期效应组合下σsc－σpc＜1.0γftk
    ②在荷载长期效应组合下σlc－σpc＜0.6γftk??

    (2)保护层最小厚度取值：根据防火规范要求，耐火极限1.5h，预应力连续板混凝土保护层最小厚度为20mm，连续梁 为40mm。?

    (3)预应力筋的材料和曲线方程：无粘结预应力筋的钢材为1860MPa级高强度低松驰钢绞线。本工程采用正反抛物线组成连续平滑的曲线，曲线方程：y＝Ax2(式中跨中区段A＝2h(0.5－2)L2，梁端区段A＝2h／2L2)。反弯点的位置距梁端为0.10L。?

    (4)张拉控制应力及张拉方法：平板张拉控制应力σcon＝0.70fptk，单根无粘结预应力钢绞线φj15，直径d＝15.24mm，单根无粘结预应力筋张拉力F＝０.70fptkAP＝０.70×1860N／mm2×140mm2＝182.3kN；扁梁张拉控制应力σcon＝0.73fptk，单根无粘结预应力筋张拉力F＝0.73fptkAP＝0.73×1860Ｎ／mm2×140mm2＝190.1kN。
    张拉方法为：0--0.1σcon--1.03σcon持荷2min卸荷至零，张拉过程中以应力控制为主，伸长值控制为辅，实行双控管理。?

    (5)预应力筋张拉原则：在航站楼工程中，最大区块长132m，若通长配置预应力筋是不经济的。为避免预应力损失过大而产生过多配筋，本工程预应力筋采用分段变角张拉锚固的方法，在梁板面或板底预留穴模100mm×300mm×80mm，采用变角张拉器对预应力筋进行张拉。采用变角张拉可以缩短张拉空穴的宽度和长度，减少混凝土结构的预留孔。设计上要求扁梁两端张拉时，张拉长度不得超过3跨(36m)，平板两端张拉时，张拉长度不得超过4跨(48m)。同时要求多跨连续板结构，在同一断面上张拉端总数不得超过50%。平板预应力筋搭接处均设在梁两侧，扁梁预应力筋搭接处则设在柱两侧。张拉时要求先张拉预应力扁梁，后张拉预应力平板，并要求以平面中心为轴，先南北向(平面的长向)，后东西向(平面的短向)，各自对称同步地按规 定顺序进行张拉，以保证整个结构平面受力均匀。

    (6)预应力平板设计：预应力扁梁楼板结构属于单向板或双向板支承于扁梁上的梁板结构体系，在达到降低层高的同时，使力的传递路线更明确更直接。预应力平板结构(图2)可简化为等跨连续梁分析。本工程因楼板跨度大，恒、活荷载较大，预应力配筋量相对较高，设计中采用双向均匀布筋原则。考虑到施工进度和施工方便，采用2根一束的方法，每隔400mm设置2φj15钢绞线，在支座附近均匀分开变成单筋锚固。该方案双向均匀配置预应力筋交织成网，其产生的反向等效荷载能更有效的抵消楼面竖向荷载，避免因不均匀受力而可能产生的楼板裂缝，也有利于钢绞线的锚固张拉。

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图2 预应力平板铺筋

    本工程预应力平板上遇有孔洞一般采用避让的原则，对于开1.2m×1.2m较大的孔洞，考虑到洞口周边的应力分布将产生很大变化，设计上通过洞口周边设置暗梁来解决这一问题。暗梁宽600m，内配预应力筋8φj15，同时适当增加普通钢筋并加密箍筋间距。考虑到开洞后 楼板的整体性能的被削弱，经计算分析并与建筑师协商后，将洞口开在板的侧边中部。

    (7)预应力框架扁梁结构设计：预应力框架扁梁的特点是梁宽大于梁高，而且梁宽通常超过柱子截面宽度。理论上对于宽高比小于3的扁梁，设计中仍可按普通框架梁进行结构内力分析。考虑到楼板的厚度，计算中将梁翼缘宽度取为3.2m。扁梁中内配26φj15。由于扁梁宽度大于柱宽度，设计中将通过柱内的梁主筋分散一些到柱边，同时加大柱边的箍筋直径，以避免节点核心的混凝土振捣不密实。
    由于采用扁梁-平板结构(图3)，施工支模简单，便于采用大模板，加快了施工进度。沿柱轴线用高度较小、宽度较大的扁梁代替板柱结构中的柱上板带，水平荷载通过梁柱节点来传递 ，因而大大增强了结构的整体性和抗震性能，同时也避免了平板无梁楼盖中的抗冲切问题。 采用预应力结构后，楼盖整体刚度比平板大为提高，经观测，楼盖挠度很小。航站楼楼板折 算厚度280mm，用钢量400t，取得了良好的社会经济效益。


图3  扁梁-平板效果图

2.3 Ⅲ区登机廊?

    登机廊结构平面尺寸456m×28m，长向柱距12m，短向柱距2×11m，两侧各挑出3m，结构上 采用预应力井字梁楼盖体系。登机廊设置三条温度伸缩缝，在每个区块中各增设一条后浇带，最长一个区块长144m。框架主梁断面850mm×700mm，内配预应力筋18φj15。悬挑3m井字梁断面300mm× ６０0mm(局部400mm×550mm)，内配预应力筋5φj15。考虑到主梁张拉端穴模的不利影响，在框架梁支座处局部加腋200mm×1500mm。井字梁两端张拉时，张拉长度不得超过4跨(48m)。

3  构造技术要求?

3.1 大跨度楼板对边梁扭转的影响?

    当楼板荷载不通过梁的弯曲中心时，将对梁产生扭矩。通常由于楼板跨度较小，梁扭转问题并不十分突出，边梁主要承受弯距和剪力。然而大跨度预应力楼板，它对边梁的扭转影响就十分显著。实际扭矩要比计算扭矩小很多。根据设计经验，一般将计算扭矩剩以0.6予以折 减。
    为了提高边梁的抗扭能力，设计上适当加大边梁宽度，同时增加边梁抗扭纵筋及抗扭箍筋的配筋率。边梁属于复合受力构件，须按弯剪扭构件进行配筋计算。?

3.2 超大超长混凝土结构温度应力?

    因建筑使用功能和空间艺术的完整性要求，整个候机楼结构平面被分为11个区段，以中央大厅132m×72m矩形区段最为典型。该区段已大大超出《混凝土结构设计规范(GBJ 10-89)》“钢筋混凝土结构伸缩缝最大间距为55m”的构造规定。要解决这类超常温度影响和结构收缩所产生的裂缝，设计上从计算分析入手采取构造措施处理。首先，在超长结构中部设置一条1m 宽后浇带，带内钢筋不切断并适当加密，待后浇带两侧混凝土达到设计强度并张拉结束后再封闭后浇带。当后浇带混凝土达到设计强度后进行后浇带的预应力张拉，最后拆除后浇带支撑模板。其次，适当加密楼板板面及板底的非预应力钢筋间距。经现场观测，楼板面上尚未发现有肉眼可见的裂缝。?

3.3 预应力张拉对超大超长混凝土工期的影响?

    考虑到预应力张拉时，楼板上大部分荷载尚未加上，为尽量防止楼面预拉区出现裂缝，设计上要求预应力张拉时，混凝土强度必须达到设计强度的100%，龄期至少14天。本工程候机楼出发层建筑面积3.7万m２，通过设置温度伸缩缝和后浇带将整个楼面分成11个区块。预应力筋铺放、张拉、锚固等工序均按照结构施工顺序依次穿插在每个区块中流水作业。经结构计算分析，在混凝土强度达到设计强度后，允许楼板预应力筋在双向均匀张拉50%后拆除板底模。同时要求此时板面施工荷载不得超过1kN／m2，后浇带模板暂不拆除。通过合理设计安排，加快施工模板的周转，减少模板用量。出发层无粘结预应力筋用量350t，整个施工工期2个月，预应力施工并未影响工程总的施工进度。?

3.4 结构抗震措施?

    在无粘结预应力混凝土结构中，由于无粘结预应力筋与周围混凝土有相对滑动，构件延性一般低于普通钢筋混凝土和有粘结预应力混凝土构件，抗震能力相对较弱。因此在预应力框架梁结构设计中，无粘结筋的配筋量主要由竖向荷载使用极限状态下的裂缝、挠度要求控制。在承载力极限计算中，考虑了无粘结预应力筋的作用后，以普通钢筋来补其不足。这样，既发挥了无粘结预应力筋强度高、施工简便的优点，又能保证结构具有良好的抗震性能。?

4  结束语?

    结合萧山机场候机楼出发层实际情况，采用不同的预应力结构形式，满足了建筑功能需求。 同时考虑工程具体施工情况，合理布置预应力筋，较好地满足了工程进度要求。对于大空间结构形式，采用预应力混凝土楼盖在降低结构层厚度、减轻结构自重、减少建筑物的室内外装修及空调费用、降低工程总造价等方面具有明显成效。该工程目前已获得浙江省优质工程 结构奖。

navo

问一下，上面的力矩计算是用哪个软件？