哈爾濱太平國際機場

大跨超長結構抗震設計1.3.1混凝土結構單元劃分哈爾濱太平國際機場－航站樓工程由原主樓A段（A1~A3）及新建主樓B段(B1~B3)、連廊C段（C1~C4）組成，見圖1-1。新建主樓部分（B區(qū)段）X向最長415米、最寬152米，依結構變形縫自然分成為B1、B2、B3三個結構單元部分。內(nèi)部為兩層混凝土結構及局部一~二層鋼結構房中房，二層混凝土樓面標高8.60米，局部混凝土夾層標高4.30米，房中房鋼平臺標高為14.00米。大廳屋蓋為空間曲面的鋼網(wǎng)架結構，支承于鋼管混凝土柱上。為了保持屋面體系的完整與防水處理，B區(qū)段屋蓋結構劃分為一個結構單元。新建連廊、指廊部分（C區(qū)段）依據(jù)結構變形縫自然分成為C1、C2、C3、C4四個結構單元部分。其中C1部分為連廊直區(qū)段，長86.3米，寬36米；C2為連廊正三角形區(qū)域，邊長72米，各為兩層混凝土結構，二層混凝土樓面標高8.60米，局部混凝土夾層標高4.30米，屋面為鋼桁架結構，由延伸的二層混凝土柱支承。C3、C4為兩個對稱的指廊部分，呈扇形，每個指廊長度為136米，寬度為30～48米，內(nèi)部為兩層混凝土結構及局部混凝土結構房中房，二層混凝土樓面標高8.60米，局部混凝土夾層標高4.30米，房中房標高為14.00米。屋面為鋼桁架結構，由延伸的二層混凝土柱支承。1.3.2鋼結構屋蓋結構單元劃分鋼結構屋蓋分布在B區(qū)及C區(qū)，根據(jù)建筑要求，B區(qū)屋蓋不設結構縫，其它區(qū)域鋼結構屋蓋結構單元劃分與混凝土一致。B區(qū)鋼結構屋蓋采用鋼網(wǎng)殼結構，部分采用三層網(wǎng)殼，采用周邊支撐與多點支撐相結合，柱采用鋼管混凝土；C1、C2區(qū)采用鋼框架結構，柱端與混凝土柱鉸接，柱頂與鋼結構梁固接；C3、C4區(qū)屋蓋采用焊接球鋼網(wǎng)殼結構，柱采用混凝土結構，周邊支撐。網(wǎng)殼與混凝土柱頂鉸接連接。問題的提出：

哈爾濱機場航站樓原屋蓋設計方案為雙曲面，為了使屋面平滑完整，將B區(qū)屋蓋化分為一個結構單元。結構單元縱向長度超過400m，按照抗震規(guī)范，屬超限結構，應進行抗震性能化分析。序號超限類型簡要涵義及判別準則本項目判別結論1非常用形式非拱、平面桁架、立體桁架、網(wǎng)架、網(wǎng)殼、張弦梁、弦支穹頂?shù)然拘问郊捌浣M合網(wǎng)殼，常用形式不超限2跨度超限跨度大于120m64m不超限3長度超限結構單元長度大于300m428m超限4懸挑長度超限懸挑長度大于40m30m不超限大跨鋼結構構屋蓋工程程抗震超限判判別建筑結構的的抗震性能能化設計的的目的是通通過性能化化設計，使使結構在不不同地震動動水準作用用下的地震震效應滿足足預期抗震震性能目標標。其主要要設計路線線是：按照照《建筑抗震設設計規(guī)范》及《工程結構可可靠性設計計統(tǒng)一標準準》的相關規(guī)定定，根據(jù)建建設項目的的重要性確確定結構的的安全等級級及抗震性性能預期目目標，由建筑工程場地地地震安全評評價報告及及抗震規(guī)范確定場場地的地震震動水準，通過對結構構或構件設設計的性能能指標控制制，使建筑筑結構在遭遭遇不同地地震動水準準時，達到到預期的抗抗震性能目目標。建筑結構抗抗震性能化化設計3.1選定地震動動水準3.1.1多遇地震按照《哈爾爾濱國際機機場擴建工工程場地地地震安全評評價報告》》，50年超越概率率63%的工程場地地地表設計計反應譜參參數(shù)取值，，地震加速速度峰值32cm/s2，地震影響響系數(shù)最大大值0.082，場地特征征周期取0.43s。3.1.2設防地震按照《建筑筑抗震設計計規(guī)范》GB50011-2010中設防地震震反應譜參參數(shù)取值，，地震加速速度最大值值0.05g，地震影響響系數(shù)最大大值0.12，場地特征征周期0.43s。3.1.3罕遇地震《哈爾濱國國際機場擴擴建工程場場地地震安安全評價報報告》與《《建筑抗震震設計規(guī)范范》GB50011-2010中罕遇地震震作用相近近，按《建建筑抗震設設計規(guī)范》》GB50011-2010中罕遇地震震作用參數(shù)數(shù)取值，最最大地震加加速度取125cm/s2，最大地震震影響系數(shù)數(shù)取0.28，場地特征征周期取0.48s。3.2選定性能目目標：建筑結構的的抗震性能能目標是建建筑結構抗抗震性能化化設計的根根本，是平平衡結構安安全與工程程造價的杠杠桿。性能能目標越高高，為實現(xiàn)現(xiàn)性能目標標所需的費費用越高，，罕遇地震震時的損失失越小；反反之，性能能目標越低低，為實現(xiàn)現(xiàn)性能目標標所需的費費用越低，，罕遇地震震時的損失失越大。地震水準一般情況下的預期性能目標高于一般情況下的預期性能目標性能1性能2性能3性能4多遇地震完好完好完好完好完好設防地震輕微至中等損壞，修理后使用完好，正常使用基本完好，檢修后繼續(xù)使用輕微損壞，簡單修理后繼續(xù)使用輕微至接近中等損壞，變形＜3[?ue]罕遇地震嚴重破壞，應排險大修，局部拆除基本完好，檢修后繼續(xù)使用輕微至中等破壞，修復后繼續(xù)使用其破壞需加固后繼續(xù)使用接近嚴重破壞，大修后繼續(xù)使用不同地震水水準作用下下，抗震性性能目標描描述3.3選定性能設設計指標：：為了達到預預期的抗震震性能目標標，需要設設定相應的的性能設計計指標，換換而言之，，當結構設設計達到設設定的性能能設計指標標，結構即即可實現(xiàn)預預期的抗震震性能目標標。表3-2為在結構遭遭遇不同水水準地震作作用下，整整體結構、、結構薄弱弱層、關鍵鍵構件及關關鍵節(jié)點性性能控制指指標。地震水準多遇地震設防地震罕遇地震性能控制指標性能控制指標性能控制指標層間位移角承載力層間位移角承載力層間位移角承載力整體結構1/5501/2501/120結構薄弱層關鍵節(jié)點網(wǎng)殼支座關鍵桿件網(wǎng)殼懸挑部分根部網(wǎng)殼支座附近桿件（兩個網(wǎng)格內(nèi)）

其它桿件及節(jié)點大震不倒大震（罕遇遇地震）即即結構在50年使用壽命命內(nèi)，發(fā)生生概率為2%~3%的地震。大大震不倒，，即是指結結構在罕遇遇地震時不不發(fā)生倒塌塌。不發(fā)生倒塌塌要求結構構在某些構構件發(fā)生破破壞時，結結構體系仍仍完整，不不形成機構構。要求結結構有冗余余約束。框框架結構在在大震時，，梁端與柱柱的連接可可由固接轉轉為鉸接，，形成塑形形鉸，結構構失去了轉轉動約束，，但結構體體系仍完整整，若柱端端先行破壞壞，出現(xiàn)塑塑形鉸，則則結構轉為為機構。中震可修中震（設防防地震）即即結構在50年使用壽命命內(nèi)，發(fā)生生概率為10%的地震中震可修修即中震震發(fā)生后后，經(jīng)過過簡單的的維修，，可繼續(xù)續(xù)使用。。小震（常常遇地震震）不壞壞小震指結結構在50年使用壽壽命內(nèi)，，發(fā)生概概率為63%的地震。。小震不壞壞指結構構小震下下，結構構處于彈彈性階段段完好即所有構構件保持持彈性狀狀態(tài)：各各種承載載力設計計值（拉拉、壓、、彎、剪剪、壓彎彎、拉彎彎、穩(wěn)定定等）滿滿足規(guī)范范對抗震震承載力力的要求求，，層間變變形滿足足規(guī)范多多遇地震震下的位位移角限限值基本完好好即構件基基本保持持彈性狀狀態(tài)：各各種承載載力（拉拉、壓、、彎、剪剪、壓彎彎、拉彎彎、穩(wěn)定定等）基基本滿足足規(guī)范對對抗震承承載力的的要求，，（（其中的的效應S不含抗震震等級的的調整系系數(shù)），，層間變變形略微微超過彈彈性變形形限值。。輕微損壞壞即結構構構件可能能出現(xiàn)輕輕微的塑塑形變形形，但不不達到屈屈服狀態(tài)態(tài)，按材材料標準準值計算算承載力力大于作作用標準準組合的的效應。。模態(tài)分析析模態(tài)分析析是線性性結構系系統(tǒng)地震震分析中中最常用用且最有有效的方方法，是是結構概概念設計計的需求求，是結結構靜力力分析和和動力分分析的基基礎。模模態(tài)分析析主要內(nèi)內(nèi)容：結結構基本本性能參參數(shù)包括括結構自自振周期期、頻率率；質量量參與系系數(shù)；靜靜荷載參參與系數(shù)數(shù)與動荷荷載參與與系數(shù)。。《建筑筑抗震設設計規(guī)范范》中明明確了質質量參與與系數(shù)要要求及結結構扭轉轉為主的的第一周周期與平平動為主主的第一一周期比比值的限限定要求求。模態(tài)分析析的目的的1、計算結結構的振振型與周周期2、用于結結構模型型檢查3、結構規(guī)規(guī)則性判判斷，扭扭轉周期期與平動動周期比比值模態(tài)分析析模態(tài)分析析計算方方法1、特征值值法2、Ritz向量法振型截取取數(shù)量根據(jù)結構構特點及及計算要要求，滿滿足計算算方向振振型質量量參與系系數(shù)和大大于90%。當不考考慮豎向向地震時時，豎向向振型質質量參與與系數(shù)和和可不考考慮。振型參與與系數(shù)判斷振型型中主振振型方向向地震計算算地震作用工況單點一致：建筑結構兩個主主軸方向及斜交交抗側力構件方方向、豎向（規(guī)規(guī)范需要計算的的情況)分別計算地震作作用，不考慮地地震行波效應。。單點多向：建筑結構兩個主主軸方向或斜交交抗側力構件方方向及豎向（規(guī)規(guī)范需要計算的的情況)同時計算地震作作用，不考慮地地震行波效應。。多點一致：考慮地震行波效效應，建筑結構構兩個主軸方向向及斜交抗側力力構件方向、豎豎向（規(guī)范需要要計算的情況)分別計算地震作作用。多點多向：考慮地震行波效效應，建筑結構構兩個主軸方向向或斜交抗側力力構件方向及豎豎向（規(guī)范需要要計算的情況)同時計算地震作作用。地震計算2、地震方向效應應組合采用SRSS組合1、振型效應組合合當相鄰振型周期期比小于0.85時，可采用SRSS組合（平方和開開方）；當相鄰振型周期期比等于大于0.85時，可采用CQC組合（完全方根根）。相鄰振型型周期比越小，，振型間藕聯(lián)效效應越小。單向：X向、Y向或Z向110.65雙向：X向、Y向1：0.85，0.85：1三向：X向、Y向及Z向1：0.85：0.65，0.85：1：0.65地震影響系數(shù)地震效應組合2、地震方向效應應組合采用SRSS組合（１）雙向（２）三向時程分析1、地震波選取2、地震波數(shù)量及結果取用用3、地震波有效性分析4、加速度時程曲線轉響應譜5、地震波頻譜分分析6、地震加速度時時程積分求解位位移時程及速度度時程4.2振型分解反應譜譜法振型分解反應譜譜分析本質上是是一種擬動力分分析，它首先使使用動力計算方方法計算質點地地震響應，并使使用統(tǒng)計的方法法形成反應譜曲曲線，然后再使使用靜力方法進進行結構分析。。4.2.1振型組合方法法：CQC法，完全平方方根組合方法法4.2.2方向組合方法：SRSS法，平方和的平方方根4.2.3振型截取數(shù)：604.2.4反應譜的輸入4.2.4.1反應譜參數(shù)：小震時采用安評報報告給出的建設場場地50年超越概率63%反應譜參數(shù)，地震震影響系數(shù)最大值值0.082，場地特征周期0.43s；中震地震影響系系數(shù)最大值采用規(guī)規(guī)范給出的0.12，場地特征周期按按安平報告給出的的場地特征周期0.43s；大震地震影響系系數(shù)最大值采用規(guī)規(guī)范0.28，場地特征周期采采用小震時的特征征周期加0.05s即0.43s+0.05s=0.48s。4.2.4.1地震輸入方向及強強度：（1）單向輸入：分別別x向,y向和z向，x向和y向強度為1，z向取0.65；（2）多向輸入：x向:y向:z向=1:0.85:0.65；x向:y向:z向=0.85:1:0.65；4.2.5計算結果（1）剪力系數(shù)（2）層間位移角（3）地震總剪力多向地震輸入時，，地震剪力增加。。水平雙向輸入的的地震剪力是水平平單向輸入的1.32倍，三向輸入是單單向輸入的1.47倍，是水平雙向輸輸入的1.12倍。4.3線性時程分析4.3.1分析方法線性時程分析的本本質是通過對結構構基本動力微分方方程的求解，來得得到結構在動力荷荷載作用下的基本本響應。與反應譜譜分析法不同的是是，時程分析法是是將地震作用以時時間函數(shù)的形式引引入微分方程，并并通過相應的積分分方式得到結構每每一時刻的響應及及響應的變化情況況。而反應譜分析析法本質上講仍是是一種擬動力方法法，并不是結構真真實的動力響應分分析，只是對結構構動力響應最大值值進行估算的近似似方法。按照求解微分方程程所采用積分方式式的不同，可以將將時程分析法分為為直接積分法和模模態(tài)積分法。模態(tài)態(tài)積分法是以結構構的模態(tài)分析結果果為基礎，通過結結構不同模態(tài)的積積分求解來得到結結構總的響應值；；直接積分法是在在一系列時間間隔隔范圍內(nèi)求解結構構基本動力微分方方程，從而得到結結構動力響應的分分析方法，直接積積分法是最常規(guī)的的動力分析求解方方法。直接積分法法主要有：Newmark法、Wilson法、排列法、Hiber-Huges-Taytor（HHT）法和ChungandHulbert法。基于地震加速度時時程輸入的結構動動力分析采用模態(tài)態(tài)積分法；基于地地震位移時程輸入入的結構動力分析析采用直接積分法法；HHT是Sap2000默認的直接積分法法。4.3.2時程曲線選取數(shù)量量及計算結果取值值：4.3.2.1規(guī)范對時程曲線數(shù)數(shù)量的規(guī)定（1）輸入的地震波至至少需要三組：兩兩組實際強震記錄錄和一組人工模擬擬的地震加速度時時程曲線；（2）實際強震記錄的的數(shù)量不應少于總總數(shù)的2/3。4.3.2.2規(guī)范對時程分析計計算結果取值當取三組加速度時時程曲線輸入時，，計算結果宜取時時程法的包絡值和和振型分解反應譜譜法的較大值；當當取七組及七組以以上的時程曲線時時，計算結果可取取時程法的平均值值和振型分解反應應譜法的較大值。。4.3.3地震波選取原則（1）總體要求：結構構時程分析時所選選取的地震波應滿滿足建設場地的特特征、統(tǒng)計特性、、有效峰值、持續(xù)續(xù)時間以及震源機機制等要求。（2）持時要求：每一一組地震波強震持持續(xù)時間不小于結結構基本自震周期期的5倍；（3）場地特征要求：：場地特征周期是由由場地土層等效剪剪切波速和場地覆覆蓋層厚度確定的的，是建筑場地類類別劃分的依據(jù)。。按照安評報告，，本項目土層等效效剪切波速為125m/s，覆蓋層厚度45m，場地類別為Ⅱ類類，特征周期為0.43s。要使選用的地震震時程記錄符合建建筑場地的特征周周期，則必須使地地震時程記錄的加加速度卓越周期與與場地的特征周期期相一致，既場地地的特征周期必須須在地震的卓越周周期范圍內(nèi)（地震震的卓越周期是一一個周期范圍），，只有地震的卓越越周期與場地特征征周期相一致，才才能引起結構的有有效震動。地震的卓越周期可可以由地震加速度度時程的傅立葉譜譜曲線及傅立葉譜譜對數(shù)曲線來分析（4）統(tǒng)計意義上相符符合：平均地震影響系數(shù)數(shù)曲線與振型分解解反應譜法所采用用的地震影響系數(shù)數(shù)曲線在統(tǒng)計意義義上相符，即多組組時程波的平均地地震影響系數(shù)曲線線與振型分解反應應譜法所采用的地地震影響系數(shù)曲線線相比，在對應于于結構主要振型的的周期點上相差不不大于20%。（5）有效峰值：每一一組地震加速度時時程峰值與規(guī)范或或安評報告給定的的不同水準地震下下的最大加速度一一致，通過調幅可可以對地震加速度度有效峰值按照相相關進行調整。（6）計算結果符合：：每條時程曲線計計算得到的結構底底部剪力不小于振振型分解反應譜法法得到的底部剪力力的65%，但不大于135%；多條時程曲線計計算得到的結構底底部剪力的平均值值不小于振型分解解反應譜法得到的的底部剪力的80%但不大于120%。L0160波地震影響系數(shù)曲曲線與振型分解反反應譜法地震影響響系數(shù)曲線比較平均地震影響系數(shù)曲線線與振型分解反應應譜法地震影響系系數(shù)曲線比較4.3.5地震波輸入工況4.3.5.1單點一致地震輸入入單點一致地震輸入入，即僅對基礎底底部輸入一致的反反應譜或加速度時時程進行結構計算算單點一致地震輸入入時，分別沿結構構水平橫向（Y向）、結構水平縱縱向（X向）輸入地震加速速度峰值相同，均均取設計最大加速速度；沿結構豎直直（Z）向輸入入的加速速度峰值值為水平平方向的的65%。4.3.5.2單點多向向地震輸輸入單點多向向地震輸輸入，即即沿空間間結構基基礎底部部，三向向同時輸輸入地震震，各方方向地震震作用強強度不同同，地震震特性可可同可不不同。單點多向向地震輸輸入時，，應考慮慮兩種地地震工況況：即沿沿結構Y向為主向向及沿結結構X向為主向向的地震震輸入。。沿結構構Y向為主向向地震輸輸入時，，各方向向地震加加速度峰峰值與設設計加速速度最大大值的比比值分別別為：Y向1，向0.85，Z向0.65；沿結構構X向為主向向地震輸輸入時，，各方向向地震加加速度峰峰值與設設計加速速度最大大值的比比值分別別為：X向1，Y向0.85，Z向0.65。4.3.5.3多點單向向地震輸輸入多點地震震輸入是是考慮地地震行波波效應和和局部場場地效應應，對各各獨立基基礎或支支承結構構輸入不不同的地地震加速速度時程程進行計計算，估估計可能能造成的的地震效效應。多多點單向向地震輸輸入是分分別考慮慮地震波波在其主主傳播方方向上各各獨立基基礎或支支承結構構承受同同一地震震波但不不同到到到達時間間的地震震輸入，，水平方方向的地地震加速速度峰值值為設計計加速度度最大值值。4.3.5.4多點多向向地震輸輸入多點多向向地震輸輸入是分分別考慮慮地震波波在其主主傳播方方向及與與其垂直直方向上上，各獨獨立基礎礎或支承承結構承承受同一一地震波波但不同同到到達達時間的的地震輸輸入。應考慮兩兩種地震震工況：：即沿結結構Y向為主向向及沿結結構X向為主向向的地震震輸入。。沿結構構Y向為主向向地震輸輸入時，，各方向向地震加加速度峰峰值與設設計加速速度最大大值的比比值分別別為：Y向1，向0.85，Z向0.65；沿結構構X向為主向向地震輸輸入時，，各方向向地震加加速度峰峰值與設設計加速速度最大大值的比比值分別別為：X向1，Y向0.85，Z向0.65。4.3.6多點地震震輸入計計算多點地震震輸入計計算是考考慮地震震行波效效應和局局部場地地效應對對結構地地震響應應的影響響進行的的結構動動力分析析，是超超長結構構單元及及復雜場場地條件件下結構構動力響響應分析析應考慮慮的問題題。4.3.6.1視波速速地震波波在空空間介介質內(nèi)內(nèi)是沿沿射線線方向向以速速度v傳播的的，但但地震震勘探探的觀觀測大大多是是在地地表沿沿測線線進行行。因因測線線的方方向與與波的的射線線方向向常常常不同同,地震波波沿測測線傳傳播的的速度度就不不同于于波的的真實實傳播播速度度，稱稱為視視速度度v*。設波波到達達地面面的入入射角角為α,則波速速為v、視速速度v*的關系系可以以v*=v/sinαα表示。。視視波速速決定定了地地震波波在其其傳播播方向向上各各獨立立基礎礎或支支承結結構到到達時時間。。視波波速越越大，，波的的傳播播速度度越快快，地地震波波到達達各獨獨立基基礎或或支承承結構構的時時滯越越小；；反之之，視視波速速越小小，波波的傳傳播速速度越越慢，，地震