本工程為沈陽至丹東高速公路沈陽至桃仙段機場收費站雨蓬, 是2009年沈陽市政府重點督辦的工程, 收費雨棚位于桃仙機場附近, 是進出機場的必經地點。目前我省高速收費雨棚結構形式以鋼結構平板網架為主, 鋼網架具有屋面剛度大、施工簡單、自重輕、工程造價低等優點;但平板網架造型比較簡單, 只能完成收費雨棚的基本使用功能。本工程使用功能主要用于機場高速收費, 來往車輛和旅客很多, 經過各種建筑方案對比, 最終決定采用能給人深刻印象的“飛機”建筑方案。收費站進出口門數為10進12出, 收費雨蓬總長度為121.4m, 最大進深長度26.28m, 位于收費雨棚中間“飛機頭”處;雨棚中部“機翼”造型高13.6m, “機翼”頂點標高22.15m。鋼桁架最大跨度21.6m, 跨四個收費車道, 位于兩“機翼”之間;收費雨棚端部懸挑為6.7m。雨棚中部“飛機頭”處懸挑長度為7.8m。本工程關于結構中心線對稱。

建筑造型效果圖見圖1。

本工程建筑抗震設防分類為丙類, 建筑結構的安全等級為二級, 建筑設計使用年限為50年, 抗震設防烈度為7度, 設計基本地震加速度為0.10g, 框架抗震等級為三級, 設計地震分組為第一組, 場地類別為Ⅱ類�；�本風壓0.55k N/m2, 基本雪壓0.50k N/m2, 地面粗糙度為B類;屋面板采用銀灰色鋁單板, 屋面靜荷載考慮檁條及屋面板自重等, 取0.50k N/m2, 屋面活荷載為0.50k N/m2, 屋面吊頂荷載取0.30k N/m2。本工程整體計算采用北京邁達斯技術有限公司開發的建筑及土木結構用的結構分析設計軟件MIDAS/Gen分析;結構平面布置圖見圖2;本工程跨度大、造型復雜、豎向荷載和風荷載是本工程結構設計的控制荷載, 綜合考慮鋼網架、桁架、鋼排架等結構形式, 并結合本工程建筑特點, 以結構設計“安全、經濟、適用”為原則, 本工程采用鋼桁架結構形式�！皺C翼”采用鋼排架結構形式。柱子采用鋼骨混凝土柱和鋼筋混凝土柱兩種, 鋼骨混凝土柱共四根, 設置在“機翼”處, 鋼骨截面為方鋼管500×25 (單位mm, 其余同此) , 方鋼管從基礎內生起, 并直接升至機翼頂端, 作為承受“機翼”風荷載的主要結構受力構件;在水平向混凝土柱間設置主鋼桁架, 桁架跨度為16.2m (跨三車道) 和21.6m (跨四車道) , 桁架上下弦均采用Φ180×12熱軋無縫圓鋼管, 腹桿采用Φ140×9熱軋無縫圓鋼管, 支管與主管之間連接時, 沿支管全周用帶坡口的角焊縫, 焊腳尺寸經焊接節點承載力計算為14mm。沿車輛行進方向混凝土柱間設置主桁架, 桁架跨度為9m (車輛行進向混凝土柱距) , 桁架上下弦均采用Φ140×9熱軋無縫圓鋼管, 腹桿采用Φ127×8熱軋無縫圓鋼管, 支管與主管之間連接時, 沿支管全周用帶坡口的角焊縫, 焊腳尺寸經焊接節點承載力計算為12mm。在收費雨棚中部, “機翼”處位置設置主鋼桁架, 鋼桁架跨度21.6m, 因本榀桁架受荷較大, 且作為其余幾榀懸挑鋼桁架的根部支座, 故桁架上下弦均采用方鋼225×18, 腹桿采用Φ140×9熱軋無縫圓鋼管, 支管與主管之間連接時, 沿支管全周用帶坡口的角焊縫, 焊腳尺寸經焊接節點承載力計算為12mm。方鋼225×18與鋼骨混凝土柱中鋼骨直接焊接, 鋼骨柱內設加勁肋板, 厚度為18mm, 以增強梁柱間連接強度。在鋼桁架懸挑端部, 均設置交叉支撐, 支撐采用Φ121×5熱軋無縫圓鋼管, 與鋼桁架上下弦桿分別焊接。

在“機翼”處, 鋼骨混凝土柱縱向 (車輛行進向) 設置鋼骨混凝土梁, 鋼骨梁采用焊接工字鋼800×250×12×20, 鋼骨工字鋼梁也作為上部“機翼”鋼排架附加鋼柱的支座, 并同時承擔收費雨棚中部混凝土屋面板的荷載。型鋼柱設置牛腿和鋼骨梁栓焊連接, 牛腿與型鋼柱的焊接在工廠完成, 這樣處理既保證了節點區的焊接質量, 也使鋼骨梁栓焊連接處遠離了內力較大的梁端。牛腿與鋼骨梁腹板連接采用高強摩擦型螺栓連接, 高強螺栓性能等級為10.9級, 高強螺栓連接鋼材的摩擦面應進行噴砂處理, 抗滑移系數μ≥0.40。鋼骨梁的上下翼緣連接采用坡口對接焊, 并在鋼骨梁根部預留設置混凝土柱內箍筋穿鋼骨梁腹板的孔洞, 此部分為減少對鋼骨梁截面的削弱, 預留孔洞數量及大小應經過鋼骨梁截面受力計算, 并應在工廠內鉆孔完成, 嚴禁施工現場用氧氣切割開孔。

因“機翼”設計風荷載為主要控制荷載, 且柱腳彎矩主要由根部承擔, 故在機翼兩側及之間 (不設置采光板的地方) 設置鋼筋混凝土板, 板厚130 mm, 配筋采用雙層雙向鋼筋網, 以增加平面內剛度。

本工程因大部屋面采用輕質結構, 故風荷載為主要受力荷載, 對于“機翼”, 風荷載更是作為控制荷載;根據《建筑結構荷載設計規范》 (2006年版) 計算, Wk=1.68k N/m2, 因“機翼”造型復雜, 故不能在軟件中直接輸入風荷載, 采用在“機翼”鋼排架設置虛面 (虛面厚度為0, 只考慮分配荷載作用, 不考慮虛面剛度) , 這樣最接近實際情況;為增強“機翼”的抗風荷載剛度, 采取如下措施:

(1) “機翼”鋼排架柱有2根為從基礎頂面升起的鋼骨混凝土柱中的鋼骨, 鋼骨截面為500×25, 其余為從鋼骨混凝土梁生起的方鋼管柱, 方鋼管截面為400×25, 柱腳根部與鋼骨混凝土梁中工字形鋼骨焊接, 并在工字鋼骨設置加勁肋板。

(2) 在柱鋼骨和方鋼管之間沿豎向間距1.5m設置撐桿, 撐桿采用200×14的方鋼管;既能增加平面外剛度, 減小方鋼管計算長度, 又可以作為建筑裝飾的龍骨。經MIDAS/Gen軟件計算, “機翼”在風荷載標準值作用下, 頂點位移104.8mm, 依據《戶外廣告設施鋼結構技術規程》5.4.1條, 落地式廣告牌鋼結構頂點的水平位移不應超過該點離地高度的1/100;本工程為1/211, 滿足規范要求�！皺C翼”立面布置見圖4。

本工程大部采用鋼桁架結構, 為滿足整體造型和穩定以及盡量降低工程造價要求, 采用鋼筋混凝土柱, 故在柱頂端與鋼桁架連接節點處產生一定問題, 經考慮采用在鋼筋混凝土柱頂端設置一段方鋼管, 截面為200×18, 與鋼桁架連接, 方鋼管長度比鋼桁架高度長1.5m, 這樣既解決了鋼筋混凝土柱與鋼桁架連接的問題, 又可以避免從基礎生起鋼骨, 有效地降低了工程造價。

本工程檁條跨度為5.4m, 主要承受豎向荷載和風荷載, 經計算采用100×5方鋼管, 在桁架上弦與下弦均設置, 因收費雨蓬總長度為121.4m, 溫度應力較大, 因此在雨棚長度的兩個三分點設置長圓孔, 讓檁條在一定程度內減少約束, 降低溫度應力影響。節點見圖5。

本工程中基礎采用鋼筋混凝土柱下獨立基礎, 框架柱及基礎混凝土強度等級采用C30;本工程為收費人員方便, 設置了地下通道, 地下通道采用鋼筋混凝土箱型結構, 混凝土壁厚300mm, 地下通道混凝土采用C35防水混凝土, 抗滲等級P6;地下通道與雨棚作為兩個相對獨立的結構單體。

收費雨棚屬于室外結構, 故對整個收費雨棚鋼結構構件防腐蝕要求較高, 特采用如下措施保證鋼結構的防腐蝕和耐久性。

(1) 除銹:在制作前鋼材表面應進行噴射 (丸、砂) 除銹處理, 除銹的質量等級為Sa2級標準。

(2) 涂漆:鋼材經除銹處理后應立即噴涂鐵紅環氧底漆1遍, 環氧云鐵中間漆2遍, 然后涂氯化橡膠面漆2遍, 漆膜總厚度不應小于125μm。面漆顏色同收費站雨棚主體外飾材料顏色。

(3) 涂漆時應注意, 凡是高強度螺栓連接摩擦面范圍內, 不允許涂刷油漆或有油污。并且所有外露鋼結構部件均刷涂防火涂料, 耐火極限1h。屋面板采用鋁單板, 排水雙面找坡, 橫向用槽鋼引入雨水管, 雨水管、電線管應注意隱蔽。

本工程建筑造型復雜, 建筑跨度和懸挑跨度均較大, 豎向荷載和風荷載為主要控制荷載;對此, 采用鋼骨柱、鋼骨梁、鋼排架、鋼桁架等結構措施完成設計。本工程已竣工并投入使用, 目前使用狀況良好。