昆明新机场航站楼钢彩带结构深化设计

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［摘要］ 昆明新机场航站楼采用造型独特的钢彩带结构， 部分为异常复杂的弯扭箱体 构 件， 采用一般的深化设计手 满足不了弯扭构件的深化设计要求， 给钢结构的深化设计带来了极大 挑 战 。 结 合 工 程 特 点， 采用自行开 段和方法， 发的弯扭构件专用深化设计软件， 解决此难题 。 同时， 考 虑 到 箱 体 内 部 焊 接 空 间 非 常 狭 小， 焊 接 困 难， 深化设计阶 段采取了有效的组装和焊接工艺对结构进行优化设计， 满 足 工 厂 加 工 和 现 场 安 装 的 需 要， 并进行了焊接方法和焊 提出能适合本工程的最优焊接方法 。 接可行性的研究和优化， ［关键词］ 昆明新机场；航站楼；钢彩带； 弯扭构件；深化设计 ［中图分类号］ TU242 ； TU758. 11 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 10028498 （ 2011 ） 09000704
2011 No． 340
唐际宇等：昆明新机场航站楼钢彩带结构深化设计
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必须配有详细的拼接顺序图， 如图 3 所示， 以保证现 场与工厂工作的顺利实施及工作的准确性 。 ② 焊接 处理 由 于 节 点 很 大， 内 部 加 劲 肋 板 较 多、 空间较 小， 因此内部加劲焊 接 将 采 取 开 设 工 艺 孔 方 法 及 采 取电渣焊 。 设计中还必须对影响构件拼接长度的焊 缝收缩量进行计 算， 并 在 图 纸 中 进 行 标 示。由 于 该 项目中使用的结构 材 料 与 焊 接 材 料 种 类 众 多， 节点 构造复杂， 这就要求 详 图 设 计 人 员 与 工 艺 设 计 人 员 必须进行紧密配合， 才能保证高效 、 准确无误地完成 该项目的施工详图设计 。 这无疑大大增加了详图设 计的难度与工作量 。
图1 Fig． 1

钢彩带空间效果 Effect of steel ribbon
的深化设计要求， 须开发弯扭构件的专用深化设计 软件； ③ 本工程由于结构设计的需要， 采用了较多组 合箱形结构， 特别是彩带构件 、 彩带基座 、 彩带节点， 由于建筑造型的限制， 箱体内部焊接空间非常狭小， 焊接困难， 在深化设 计 阶 段 应 采 取 有 效 的 组 装 和 焊 接工艺对结构进行 优 化 设 计， 满足工厂加工和现场 安装的需要； ④ 针对彩带箱体内部焊接困难的特点，
2011 年 5 月上 第 40 卷 第 340 期
施 工 技 术 CONSTRUCTION TECHNOLOGY
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昆明新机场航站楼钢彩带结构深化设计
1 1 2 唐际宇 ， 许小金 ， 石荣金
（ 1. 中国建筑第八工程局广西分公司 ， 广西 南宁
530028 ； 2. 江苏沪宁钢机股份有限公司 ， 江苏 宜兴
Deep Design for Steel Ribbon in Kunming New Airport Terminal
Tang Jiyu 1 ，Xu Xiaojin 1 ，Shi Rongjin 2
（ 1. China Construction Eighth Engineering Division Co． ，Ltd． ，Guangxi Branch Company ，Nanning ，Guangxi 2. Jiangsu Huning Steel Mechanism Co． ，Ltd． ，Yixing ，Jiangsu 214231 ，China ） 530028 ， China ；
［收稿日期］ 201101 05 ［基金项目］ 中国建筑工程总公司科研项目（ CSCEC2009-Z28 ） ［作者简介］ 唐际宇， 中国建筑第八 工 程 局 广 西 分 公 司 副 总 工 程 师 ， 高级工程师， 昆明市大板桥镇中建股份昆明新机场航站区 A1 合同段 650211 ， E-mail ： rrts7758 @ 163. com 电话：（ 0771 ） 5532732 ，
软件采 用 目 前 国 际 上 流 行 的 XSTEEL 和 CAD 制 图 钢结构深化设计程序及工作方案 1 ） 按建筑轴线要 求 进 行 杆 件 中 心 线 空 间 建 模， 将该单线模型导入 2 个 以 上 的 结 构 计 算 程 序， 进行 结构空间受力验算 。 对代表性的节点及支座进行有 找 出 节 点 及 支 座 刚 度 变 量， 导入计算程 限元分析， 序， 使计算假定与 实 际 结 构 尽 量 吻 合 。 开 发 校 核 压 杆空间稳定的 专 用 程 序 （ 与 STAAD / PRO 等 程 序 均 将结构分 析 结 果 导 入 该 程 序， 即可对所有 有接口） ， 杆件进行压杆长细 比 、 强度应力比及稳定应力比的 验算， 在此基础上， 对原设计提出修改建议 。 2 ） 按调整后的杆 件 断 面 进 行 实 体 空 间 建 模， 并 使次要杆件被主要杆件 按杆件受力性能划 分 主 次，
拱底支座
1 号下彩带 4 号下彩带 5 ～ 7 号彩带
交叉节点 1 号彩带上下节点 4 号彩带上下节点 拱顶 交叉节点 2， 3 号彩带拱顶
图2 Fig． 2
主要构件效果示意
裁切， 从而自动生成杆件端口的空间相交曲线 。 3 ） 形成 深 化 设 计 图 。 将 空 间 模 型 中 的 每 一 根 每一块 节 点 板 从 空 间 模 型 中“调 ” 出 来， 利用 杆件， 三维视图原理投影 生 成 深 化 图 纸， 图纸上的所有尺 寸， 包括杆件长度 、 断面尺寸 、 杆件相交角度 、 螺栓孔 间距等， 均是在杆件模型上直接“点击生成 ” 的。 以上钢结构深 化 图 在 理 论 上 是 没 有 误 差 的， 辅 之以数控加工设备， 可以保证杆件精度达到理想状 态 。 目前国内多个大型钢结构工程中采用上述设计 均能保证杆件加工精度， 一次吊装成功 。 方法后， 4 4. 1 深化设计对策 模型的建立 详图设计阶段需要 为保证加工详 图 的 准 确 性， 建立结 构 整 体 的 三 维 实 体 模 型 （ 包 括 所 有 的 零 部 件） 。 模型是否可以 建 立 以 及 其 准 确 性 很 大 程 度 上 取决于施工图中信息的完备性 。 4 ～ 7 号彩带为平 根据彩带结构方式发现 1 号， 3 号彩带呈曲 面彩带， 翼缘板属只弯不扭板件， 而 2， 这为施工图准确 提 供 模 型 的 定 位 信 息 带 来 了 极 面， 大困难 。 施工图中采取的是仅提供每个构件轴线相 详图 设 计 时 根 据 提 供 的 参 数 来 建 立 交节点的参数， 结构的轴线模型存在很大难度 。 2 号 彩 带 与 1 号 彩 本工程钢结构 3 号彩带与 4 号彩带交叉节点将是结 带交叉 节 点 、 构详图设计模型建立的一大难点 。 4. 2 详图设计与工艺设计的结合 详图设计时应进行必要 根据该项目的 复 杂 性， 的工艺设计， 其内容主要包括两方面： ① 板件拼接顺 序 由于该项目中节点构造过于复杂， 因此， 图纸上
空间整体性能复杂， 超静定次数 部分属于空间结构， 较 多，用 一 般 的 程 序 无 法 对 其 分 析 。 拟 采 用 STAAD2005 进行试算， 采 用 三 维 空 间 模 型， 并采用 空间梁单元模拟主 要 承 重 构 件， 进行空间线性有限 保持所有 构 件 均 处 于 弹 性 阶 段 。 在 振 型 求 元分析，
Effect of the main members
在深化设计阶段应进行焊接方法和焊接可行性的研 提出能适合本工程的最优焊接方法； ⑤ 由 究和优化， 于结构设计的特殊 性， 深化设计还须考虑与吊装的 包括安装分 段 的 划 分 、 分 段 安 装 接 口 形 式、 现 配合， 场安装分段接口组装和焊接方法等 。 3 3. 1 深化设计总体方案 深化设计目的 主要体现在以下方面： ① 通过深化设计， 得出杆 比较原设计截面， 使杆件的截面可 件的实际应力比， 以适当改进， 降低结构的整体用钢量； ② 通过深化设 计， 对结构的整体安 全 性 和 重 要 节 点 的 受 力 进 行 验 确保所有杆件和 节 点 满 足 设 计 要 求 以 及 结 构 使 算， 用安全； ③ 通过深化设计， 对杆件和节点进行构造的 施工优化， 使杆件和 节 点 在 实 际 的 加 工 制 作 和 安 装 过程中能够更加合 理， 提高加工效率和加工安装精 度； ④ 通过深化设计， 将原设计的施工图纸转化为工 厂标准的加工图纸， 对杆件和节点进行归类编号， 形 成流水加工， 大大提高加工进度 。 3. 2 深化设计软件的选定 1 ） 结构 计 算 分 析 软 件 的 选 定
Abstract ： Kunming New Airport terminal uses special-shape steel ribbon ， and part of ribbon is very complicated bending-torsion box-shape members． The normal deep design method can not satisfy requirements for deep design of the bending-torsion members which will challenge the deep design of the project． Combing with the engineering characteristics ，the authors adopted self-development special deep design software for the bending-torsion members to solve the difficult problem． Considering very narrow welding space in the box to make welding difficult ，effective assemble and welding techniques in deep design stage are adopted to satisfy the need of prefabrication in work and installation on site ，feasibility of welding method is studied and optimized ，and the best welding method is put forward． Key words ： Kunming New Airport ； terminal ； steel ribbon ； bending-torsion member ； deep design 1 工程概况 昆明新机场航站楼离港大厅中心区设计造型为 独特的彩带结构， 它既是体 现“七 彩 云 南 ” 建筑设计 主题的重要元素， 又是航站楼大空间屋面的主要竖 向承重结构体系（ 见图 1 ） 。 钢彩 带 的 主 要 构 件 形 式 及 参 数 如 表 1 所 示， 主 要构件效果如图 2 所示 。 2 深化设计的重点和难点 本工程深化设计的重点和难点是彩带节点和弯 扭箱体的设计 。 具 体 表 现 在： ① 钢 彩 带 与 混 凝 土 施 工交叉面多， 深化设计需与土建单位紧密配合； ② 采 用一般的深化设计 手 段 和 方 法， 满足不了弯扭构件