国际机场大跨超长结构抗震设计

哈尔滨太平国际机场

大跨超长结构抗震设计1.3.1混凝土结构单元划分哈尔滨太平国际机场－航站楼工程由原主楼A段（A1~A3）及新建主楼B段(B1~B3)、连廊C段（C1~C4）组成，见图1-1。新建主楼部分（B区段）X向最长415米、最宽152米，依结构变形缝自然分成为B1、B2、B3三个结构单元部分。内部为两层混凝土结构及局部一~二层钢结构房中房，二层混凝土楼面标高8.60米，局部混凝土夹层标高4.30米，房中房钢平台标高为14.00米。大厅屋盖为空间曲面的钢网架结构，支承于钢管混凝土柱上。为了保持屋面体系的完整与防水处理，B区段屋盖结构划分为一个结构单元。新建连廊、指廊部分（C区段）依据结构变形缝自然分成为C1、C2、C3、C4四个结构单元部分。其中C1部分为连廊直区段，长86.3米，宽36米；C2为连廊正三角形区域，边长72米，各为两层混凝土结构，二层混凝土楼面标高8.60米，局部混凝土夹层标高4.30米，屋面为钢桁架结构，由延伸的二层混凝土柱支承。C3、C4为两个对称的指廊部分，呈扇形，每个指廊长度为136米，宽度为30～48米，内部为两层混凝土结构及局部混凝土结构房中房，二层混凝土楼面标高8.60米，局部混凝土夹层标高4.30米，房中房标高为14.00米。屋面为钢桁架结构，由延伸的二层混凝土柱支承。1.3.2钢结构屋盖结构单元划分钢结构屋盖分布在B区及C区，根据建筑要求，B区屋盖不设结构缝，其它区域钢结构屋盖结构单元划分与混凝土一致。B区钢结构屋盖采用钢网壳结构，部分采用三层网壳，采用周边支撑与多点支撑相结合，柱采用钢管混凝土；C1、C2区采用钢框架结构，柱端与混凝土柱铰接，柱顶与钢结构梁固接；C3、C4区屋盖采用焊接球钢网壳结构，柱采用混凝土结构，周边支撑。网壳与混凝土柱顶铰接连接。问题的提出：

哈尔滨机场航站楼原屋盖设计方案为双曲面，为了使屋面平滑完整，将B区屋盖化分为一个结构单元。结构单元纵向长度超过400m，按照抗震规范，属超限结构，应进行抗震性能化分析。序号超限类型简要涵义及判别准则本项目判别结论1非常用形式非拱、平面桁架、立体桁架、网架、网壳、张弦梁、弦支穹顶等基本形式及其组合网壳，常用形式不超限2跨度超限跨度大于120m64m不超限3长度超限结构单元长度大于300m428m超限4悬挑长度超限悬挑长度大于40m30m不超限大跨钢结构屋盖工程抗震超限判别建筑结构的抗震性能化设计的目的是通过性能化设计，使结构在不同地震动水准作用下的地震效应满足预期抗震性能目标。其主要设计路线是：按照《建筑抗震设计规范》及《工程结构可靠性设计统一标准》的相关规定，根据建设项目的重要性确定结构的安全等级及抗震性能预期目标，由建筑工程场地地震安全评价报告及抗震规范确定场地的地震动水准，通过对结构或构件设计的性能指标控制，使建筑结构在遭遇不同地震动水准时，达到预期的抗震性能目标。建筑结构抗震性能化设计3.1选定地震动水准多遇地震

按照《哈尔滨国际机场扩建工程场地地震安全评价报告》，50年超越概率63%的工程场地地表设计反应谱参数取值，地震加速度峰值32cm/s2，地震影响系数最大值0.082，场地特征周期取0.43s。设防地震

按照《建筑抗震设计规范》GB50011-2010中设防地震反应谱参数取值，地震加速度最大值0.05g，地震影响系数最大值0.12，场地特征周期0.43s。3.1.3罕遇地震

《哈尔滨国际机场扩建工程场地地震安全评价报告》与《建筑抗震设计规范》GB50011-2010中罕遇地震作用相近，按《建筑抗震设计规范》GB50011-2010中罕遇地震作用参数取值，最大地震加速度取125cm/s2，最大地震影响系数取0.28，场地特征周期取0.48s。3.2选定性能目标：建筑结构的抗震性能目标是建筑结构抗震性能化设计的根本，是平衡结构安全与工程造价的杠杆。性能目标越高，为实现性能目标所需的费用越高，罕遇地震时的损失越小；反之，性能目标越低，为实现性能目标所需的费用越低，罕遇地震时的损失越大。地震水准一般情况下的预期性能目标高于一般情况下的预期性能目标性能1性能2性能3性能4多遇地震完好完好完好完好完好设防地震轻微至中等损坏，修理后使用完好，正常使用基本完好，检修后继续使用轻微损坏，简单修理后继续使用轻微至接近中等损坏，变形＜3[ᇫue]罕遇地震严重破坏，应排险大修，局部拆除基本完好，检修后继续使用轻微至中等破坏，修复后继续使用其破坏需加固后继续使用接近严重破坏，大修后继续使用不同地震水准作用下，抗震性能目标描述3.3选定性能设计指标：为了达到预期的抗震性能目标，需要设定相应的性能设计指标，换而言之，当结构设计达到设定的性能设计指标，结构即可实现预期的抗震性能目标。表3-2为在结构遭遇不同水准地震作用下，整体结构、结构薄弱层、关键构件及关键节点性能控制指标。地震水准多遇地震设防地震罕遇地震性能控制指标性能控制指标性能控制指标层间位移角承载力层间位移角承载力层间位移角承载力整体结构1/5501/2501/120结构薄弱层关键节点网壳支座关键杆件网壳悬挑部分根部网壳支座附近杆件（两个网格内）

其它杆件及节点大震不倒大震（罕遇地震）即结构在50年使用寿命内，发生概率为2%~3%的地震。大震不倒，即是指结构在罕遇地震时不发生倒塌。不发生倒塌要求结构在某些构件发生破坏时，结构体系仍完整，不形成机构。要求结构有冗余约束。框架结构在大震时，梁端与柱的连接可由固接转为铰接，形成塑形铰，结构失去了转动约束，但结构体系仍完整，若柱端先行破坏，出现塑形铰，则结构转为机构。中震可修中震（设防地震）即结构在50年使用寿命内，发生概率为10%的地震中震可修即中震发生后，经过简单的维修，可继续使用。小震（常遇地震）不坏小震指结构在50年使用寿命内，发生概率为63%的地震。小震不坏指结构小震下，结构处于弹性阶段完好

即所有构件保持弹性状态：各种承载力设计值（拉、压、弯、剪、压弯、拉弯、稳定等）满足规范对抗震承载力的要求，层间变形满足规范多遇地震下的位移角限值基本完好

即构件基本保持弹性状态：各种承载力（拉、压、弯、剪、压弯、拉弯、稳定等）基本满足规范对抗震承载力的要求，（其中的效应S不含抗震等级的调整系数），层间变形略微超过弹性变形限值。轻微损坏

即结构构件可能出现轻微的塑形变形，但不达到屈服状态，按材料标准值计算承载力大于作用标准组合的效应。模态分析

模态分析是线性结构系统地震分析中最常用且最有效的方法，是结构概念设计的需求，是结构静力分析和动力分析的基础。模态分析主要内容：结构基本性能参数包括结构自振周期、频率；质量参与系数；静荷载参与系数与动荷载参与系数。《建筑抗震设计规范》中明确了质量参与系数要求及结构扭转为主的第一周期与平动为主的第一周期比值的限定要求。模态分析的目的1、计算结构的振型与周期2、用于结构模型检查3、结构规则性判断，扭转周期与平动周期比值模态分析模态分析计算方法1、特征值法2、Ritz向量法振型截取数量根据结构特点及计算要求，满足计算方向振型质量参与系数和大于90%。当不考虑竖向地震时，竖向振型质量参与系数和可不考虑。振型参与系数

判断振型中主振型方向地震计算地震作用工况单点一致：建筑结构两个主轴方向及斜交抗侧力构件方向、竖向（规范需要计算的情况)分别计算地震作用，不考虑地震行波效应。单点多向：建筑结构两个主轴方向或斜交抗侧力构件方向及竖向（规范需要计算的情况)同时计算地震作用，不考虑地震行波效应。多点一致：考虑地震行波效应，建筑结构两个主轴方向及斜交抗侧力构件方向、竖向（规范需要计算的情况)分别计算地震作用。多点多向：考虑地震行波效应，建筑结构两个主轴方向或斜交抗侧力构件方向及竖向（规范需要计算的情况)同时计算地震作用。地震计卖算2、地震猜方向效旧应组合采用SR灾SS组合1、振红型效留应组役合当相邻饮振型周睁期比小舱于0.8的5时，可惰采用SR资SS组合（峡平方和拌开方）暗；当相邻性振型周啄期比等处于大于0.8泥5时，姿可采僵用CQC组合（辟完全方带根）。铜相邻振猾型周期被比越小赔，振型兼间藕联弄效应越吐小。单向嫁：X向、Y向或Z向1基1研0.摧65双向：X向、Y向1：0.个85，0.揭85：1三向延：X向、Y向及Z向1：0.8乱5：0.6倍5，0.舅85：1：0.6翻5地震尼影响吩系数地震效育应组合2、地震秃方向效歉应组合采用SR母SS组合（１）视双向（２）既三向时程狐分析1、地吧震波僵选取2、地汇震波数量嗽及结云果取姿用3、地震赤波有效箱性分析4、加速录度时程删曲线转响应祖谱5、地改震波裳频谱障分析6、地真震加爽速度张时程扁积分槐求解慢位移猛时程猾及速器度时吉程4.2振型分唉解反应专谱法振型患分解挤反应屋谱分辨析本钉质上构是一夜种拟置动力委分析石，它钩首先闻使用呆动力复计算煎方法爱计算需质点衔地震领响应圣，并炮使用起统计剑的方野法形州成反面应谱逼曲线过，然驰后再乐使用决静力偿方法绢进行漂结构恋分析先。4.2嘉.1振型组领合方法吨：CQC法，完愤全平方件根组合垦方法方向途组合雾方法完：SRS作S法，平售方和的汪平方根振型截民取数：60反应谱夫的输入反应谱劈燕参数：小震时隆采用安错评报告紧给出的偶建设场述地50年超越尿概率63绒%反应径谱参喉数，继地震宗影响通系数爱最大格值0.挣08穿2，场喇地特供征周条期0.尾43驼s；中震兴地震影裁响系数堆最大值目采用规辽范给出忆的0.书12，场协地特巴征周低期按缠安平吴报告叔给出球的场君地特斤征周斑期0.孙43适s；大震跪地震影仅响系数犬最大值赌采用规丝式范0.道28，场告地特当征周朋期采懒用小舰震时爱的特穗征周烂期加0.0寸5s即0.4开3s+搞0.0违5s=箩0.4乔8s。地震停输入延方向滨及强椒度：（1）单验向输不入：估分别x向,y向和z向，x向和y向强钢度为1，z向取0.6龙5；（2）多向利输入：x向:y向:z向=1壤:0怕.8量5:嚼0.队65；x向:y向:z向=0抛.8婶5:叨1:晌0.衫65；计算槽结果（1）剪百力系伟数（2）层辰间位恳移角（3）地饮震总焰剪力多向父地震较输入谁时，沫地震持剪力琴增加乖。水共平双献向输子入的橡地震塑剪力乎是水娇平单邪向输皇入的1.3惩2倍，三差向输入倦是单向馋输入的1.4护7倍，是春水平双丧向输入夜的1.1势2倍。4.据3线性时修程分析分析悼方法线性时罗程分析员的本质膝是通过堵对结构占基本动冻力微分套方程的泄求解，终来得到拘结构在倘动力荷馒载作用速下的基稳本响应穗。与反革应谱分牲析法不立同的是禾，时程赶分析法猎是将地崇震作用竞以时间触函数的支形式引剥入微分煮方程，即并通过楼相应的丢积分方抖式得到兰结构每挎一时刻捎的响应来及响应哪的变化头情况。胀而反应乌谱分析与法本质驼上讲仍鼓是一种悦拟动力拥方法，袭并不是蓝结构真唱实的动病力响应桌分析，邮只是对冈结构动立力响应蕉最大值旅进行估姥算的近但似方法献。按照岸求解匹微分上方程戒所采晨用积嗽分方副式的勤不同射，可始以将时时程术分析走法分拘为直遇接积必分法蚂和模龄态积眨分法盲。模速态积稠分法康是以赛结构貌的模仇态分床析结么果为栏基础杀，通料过结情构不疏同模垄态的臣积分睡求解按来得茶到结嫩构总淹的响碰应值歇；直恳接积叶分法百是在佣一系瓣列时灭间间昌隔范袋围内马求解挣结构详基本舞动力款微分摘方程耻，从幻玉而得砍到结湾构动仓力响太应的董分析矩方法杀，直足接积壤分法摊是最啊常规惹的动容力分队析求骡解方野法。炭直接勺积分舒法主狂要有它：Ne药wm妻ar庙k法、Wi赢ls糊on法、叔排列订法、Hi蜓be魄r-牛Hu直ge霜s-桂Ta唯yt块or（HH撤T）法和Ch系un岔g积an享d希Hu灭lb侮er录t法。基于绸地震坊加速打度时钓程输西入的宫结构沉动力盗分析润采用蕉模态见积分丙法；以基于跌地震堡位移详时程笑输入揉的结放构动勾力分别析采验用直产接积坐分法寺；HH勇T是Sap谦200涂0默认古的直惠接积滑分法灯。时程曲黎线选取框数量及胳计算结傍果取值迟：4.3抖.2.容1规范般对时漫程曲尊线数序量的贼规定（1）输葵入的筒地震叼波至离少需课要三续组：阵两组拉实际扶强震裕记录返和一廉组人蝴工模肚拟的买地震前加速系度时郊程曲滴线；（2）实际覆强震记朋录的数警量不应发少于总新数的2/捷3。4.踪蝶3.氏2.齿2规范受对时吸程分闷析计度算结朝果取权值当取三敌组加速掘度时程概曲线输据入时，进计算结头果宜取杠时程法截的包络猪值和振抖型分解膜反应谱彩法的较纲大值；吐当取七喂组及七柴组以上必的时程社曲线时鞋，计算脂结果可朽取时程费法的平赖均值和惧振型分凳解反应寺谱法的万较大值止。地震薪波选衬取原屠则（1）总言体要允求：休结构融时程宵分析秋时所滋选取嘱的地否震波亮应满扁足建团设场蹲地的煌特征沉、统辨计特忙性、腊有效判峰值拘、持贱续时他间以般及震惰源机冻制等点要求赖。（2）持时喝要求：删每一组芽地震波祥强震持赚续时间辩不小于怎结构基蜜本自震斩周期的5倍；（3）场执地特龙征要调求：场地特杆征周期赶是由场溜地土层座等效剪奥切波速岛和场地胃覆盖层虚厚度确牛定的，数是建筑考场地类组别划分虚的依据葬。按照胳安评报住告，本兰项目土坛层等效那剪切波冈速为125宝m/s，覆梨盖层口厚度45m，场榴地类鸦别为狭Ⅱ类竿，特惧征周股期为0.超43超s。要使厘选用的夕地震时执程记录猫符合建灾筑场地史的特征朵周期，肿则必须肚使地震田时程记淹录的加殃速度卓嘉越周期歼与场地编的特征哗周期相秃一致，振既场地辩的特征趣周期必疏须在地杜震的卓斥越周期星范围内魄（地震童的卓越珍周期是拒一个周挽期范围负），只于有地震监的卓越每周期与漠场地特群征周期撞相一致权，才能匀引起结走构的有话效震动激。地震莫的卓曲越周晃期可洒以由悦地震胖加速腾度时替程的晌傅立攀叶谱层曲线窑及傅阶立叶企谱对讽数曲书线来分析（4）统计插意义上粒相符合要：平均地芽震影响悦系数曲涝线与振汉型分解爪反应谱素法所采顶用的地小震影响期系数曲窗线在统帽计意义园上相符爬，即多秋组时程队波的平组均地震扯影响系清数曲线扣与振型项分解反龟应谱法假所采用谋的地震犬影响系革数曲线桑相比，食在对应右于结构烛主要振陕型的周宽期点上蔽相差不啊大于20%。（5）有恢效峰踢值：闸每一招组地仅震加庆速度笛时程董峰值睬与规勤范或课安评浙报告次给定薪的不冤同水哗准地劲震下谋的最喇大加栋速度射一致卸，通罚过调滤幅可紫以对助地震小加速行度有滤效峰强值按闷照相护关进猴行调润整。（6）计墙算结傻果符换合：童每条语时程遥曲线企计算菠得到醉的结坟构底滚部剪到力不衰小于黑振型古分解以反应省谱法谎得到尽的底瓦部剪塑力的65%，但茅不大冶于13玻5%；多条协时程曲飞线计算夜得到的死结构底哑部剪力蒜的平均昌值不小揪于振型批分解反盖应谱法劫得到的替底部剪轮力的80%但不溪大于12抖0%。L01严60波地震费影响系胶数曲线过与振型幅分解反饺应谱法话地震影肢响系数般曲线比蔬较平均地震影崭响系数合曲线与相振型分椅解反应罪谱法地常震影响项系数曲处线比较地震波黄输入工眼况4.3押.5.趴1单点剂一致再地震嚼输入单点皮一致料地震咱输入端，即雪仅对改基础劳底部朵输入踏一致仁的反未应谱流或加盗速度稠时程连进行捉结构带计算单点述一致句地震脊输入末时，都分别否沿结席构水猜平横斑向（Y向）、滑结构水量平纵向搁（X向）输卖入地震酷加速度物峰值相尺同，均焰取设计残最大加倍速度；槐沿结构鸡竖直（Z）向输隔入的加修速度峰些值为水选平方向摆的65%。4.避3.蔑5.境2单点锁多向融地震称输入单点趴多向盐地震跪输入些，即仓沿空密间结蛙构基匹础底凑部，芝三向颜同时侵输入五地震图，各调方向根地震顺作用阿强度扯不同洞，地悟震特献性可撤同可丈不同参。单点多半向地震猫输入时许，应考表虑两种症地震工角况：即释沿结构Y向为主浸向及沿讽结构X向为晚主向已的地散震输忧入。胖沿结方构Y向为懒主向现地震旋输入厚时，拦各方患向地顷震加采速度者峰值凝与设忘计加梢速度黑最大腥值的集比值墙分别湖为：Y向1，向0.露85，Z向0.关65；沿结漆构X向为主璃向地震维输入时挣，各方痒向地震耻加速度睡峰值与供设计加浸速度最谷大值的拒比值分口别为：X向1，Y向0.8洪5，Z向0.6笼5。多点单歉向地震才输入多点地铺震输入锡是考虑冒地震行淹波效应祖和局部内场地效蔬应，对码各独立虚基础或型支承结昼构输入洞不同的必地震加烦速度时累程进行惨计算，牧估计可蜓能造成逢的地震定效应。欧多点单耐向地震你输入是举分别考往虑地震夸波在其劳主传播掉方向上男各独立著基础或并支承结挨构承受轨同一地撞震波但黑不同到哈到达时武间的地柏震输入寒，水平鹊方向的打地震加累速度峰废值为设徐计加速萍度最大而值。4.枕3.埋5.辽4多点多债向地震摩输入多点多环向地震呈输入是踢分别考棉虑地震锁波在其径主传播拢方向及仇与其垂稀直方向趣上，各矛独立基参础或支稍承结构队承受同垂一地震败波但不联同到到身达时间童的地震歌输入。应考虑仗两种地据震工况皱：即沿年结构Y向为主堵向及沿额结构X向为斗主向或的地乘震输造入。驶沿结谦构Y向为疫主向涌地震窗输入仪时，叹各方腾向地奸震加沿速度遣峰值玩与设敬计加消速度年最大鹊值的梅比值病分别碍为：Y向1，向0.携85，Z向0.6淋5；沿结挎构X向为主亮向地震译输入时锤，各方万向地震晓加速度均峰值与筒设计加梨速度最赴大值的匪比值分组别为：X向1，Y向0.8驼5，Z向0.6悉5。多点缩慧地震医输入嗓计算多点定地震帝输入弯计算李是考叉虑地屯震行院波效鬼应和凝局部象场地遥效应稼对结预构地音震响圆应的知影响糖进行承的结垄构动珠力分到析，仔是超骄长结昼构单愧元及榜复杂段场地庄条件躁下结们构动予力响界应分慎析应仆考虑利的问紫题。4.3遵.6.肤1视波速地震裁波在距空间凳介质种内是砌沿射董线方贤向以嚷速度v传播趟的，懒但地廊震勘臂探的鸽观测牲大多堤是在槽地表退沿测反线进叔行。甩因测镰线的滋方向宝与波演的射爆线方储向常占常不企同,地震波披沿测线依传播的纷速度就呼不同于哑波的真提实传播读速度，去称为视虏速度v*。设波品到达地飞面的入发射角为α,则波速江为v、视美速度v*的关穴系可川以v*佩=v喂/s转in鬼α表示。司视波喊速决定帜了地震狂波在其束传播方丧向上各矿独立基嘉础或支酿承结构掀到达时灾间。视书波速越冰大，波菠的传播番速度越线快，地闭震波到贫达各独存立基础巡寿或支承晌结构的份时滞越目小；反缓之，视研波速越蛇小，波升的传播罪速度越哗慢，地鼓震波到棉达各独册立基础独或支承冶结构的恭时滞越再大。视波鸦速对党结构作计算治结果支影响废较大戏。本买次设箱计对阁结构仿在不重同地篇震位沉移时遇程输咐入条屯件下篇，视渔波速