Aeropuerto internacional de Guangzhou Baiyun Fase III

Control de la deflexión de los tejados de gran luz

Un techo de más de 80 metros debe satisfacer no sólo los requisitos de resistencia sino también los límites de capacidad de uso. La desviación de un techo de gran luz bajo cargas muertas y vivas afecta el rendimiento de todo lo que se sostiene o se une a él: sistemas de techo, soportes de pared de cortina, vías de manejo de equipaje, vías de iluminación, conductos de HVAC y tuberías de extinción de incendios. Un techo que se desvía 150 mm en la mitad de la extensión bien dentro de los límites del código estructural puede causar una grieta de un sistema de techo rígido, un soporte de vidrificación fallar, o una pendiente de drenaje revertir.

El reto se complicaba por la geometría asimétrica del techo terminal. Los techos terminales del aeropuerto rara vez son rectángulos planos simples; incorporan bandas de claraboyas, bordes de cabeza curvas, diferentes sobrependes y alturas diferenciales para crear interés arquitectónico y gestionar la luz del día. Estas variaciones geométricas producen caminos de carga no uniformes, donde algunas zonas de la red llevan una carga significativamente más por unidad de área que otras. El diseño de la red tuvo que ser optimizado: los tamaños de miembros varían según la zona, con secciones más pesadas en áreas de alta carga y secciones más ligeras donde la carga se redujo, logrando la eficiencia material sin sacrificar el control de desviación.

2. Aumento del viento en un techo grande

Un techo de 80 m de luz presenta un enorme área de viento y aspiración. Se requirieron pruebas de túnel de viento y análisis de CFD para determinar la distribución de la presión del viento en la compleja geometría del techo.

El levantamiento de viento crea una inversión de fuerzas en la estructura de la red. Los miembros que están diseñados como miembros de compresión bajo carga de gravedad experimentan de repente tensión bajo la succión de viento, y viceversa. Las conexiones con boleta que fueron diseñadas para cortar bajo carga de gravedad ahora deben resistir la tensión directa. El diseño de conexión tuvo que tener en cuenta esta inversión de fuerza, asegurando que cada articulación con boleta en la red pudiera funcionar en ambas direcciones sin pérdida de capacidad.

3. Integrar y penetrar a los eurodiputados

Una terminal aeroportuaria moderna es tanto una planta mecánica como un edificio.

• Sistemas de aire acondicionado: El conducto de gran diámetro (1-2 m de diámetro) que envía aire acondicionado a docenas de unidades de manejo de aire distribuidas en todo el corredor
• Iluminación: Iluminación arquitectónica, apoyo a la iluminación de la pista de aterrizaje y sistemas de iluminación de emergencia
• Protección contra incendios: Las redes de rociadores, las conexiones de la bomba de incendio y los sistemas de evacuación del humo
• El manejo de equipaje: En algunas configuraciones de terminales, los carriles de transporte de equipaje se suspenden de la estructura del techo
• Puentes de embarque de pasajeros: Los puntos de apoyo estructural para las conexiones del puente de embarque a la terminal

Cada uno de estos sistemas requiere penetraciones a través de la estructura de la red, soportes de soporte conectados a los miembros de la red y cargas colgantes que se suman a la carga muerta. El diseño estructural tuvo que coordinarse con el diseño del MEP a nivel de miembro no solo a nivel de zona. Un miembro de la red seleccionado para apoyar una unidad de manipulación de aire de 2 toneladas no puede simplemente "reforzarse" sin comprobar los efectos de golpe en el resto de la distribución de la carga de la red. Esta coordinación es donde la profundidad de ingeniería de un fabricante de estructuras de acero importa tanto como su capacidad de fabricación.

4. Rendimiento sísmico de los techos de gran luz

Los techos de larga distancia se comportan de manera diferente a las estructuras de suelo convencionales bajo carga sísmica. Sus largos períodos naturales (normalmente 1-3 segundos) los colocan en el rango sensible al desplazamiento en lugar de al rango sensible a la aceleración del espectro de respuesta. Esto significa que el techo en sí mismo puede no experimentar grandes aceleraciones, pero experimentará grandes desplazamientos relativos con respecto a sus soportes. El movimiento diferencial entre el techo y las columnas de soporte debe acomodarse por el diseño de conexión típicamente a través de conexiones que permiten un deslizamiento o rotación controlados para evitar la acumulación de fuerzas que dañarían el techo o las columnas.

Además, los componentes sísmicos verticales (que se descuidan típicamente en el diseño de edificios convencionales) pueden ser significativos para los techos de gran luz. Un techo de 80 metros responde al movimiento vertical del suelo de manera mucho más dramática que un espacio de 6 metros, porque el período natural vertical del techo está más cerca de las frecuencias dominantes del movimiento vertical del suelo.

Optimización de la rejilla espacial

La red de techo fue diseñada utilizando un sistema de rejilla espacial de esfera de perforación un sistema en el que los miembros de acero se conectan a nodos de acero forjados (esferas) a través de perforaciones de alta resistencia en el nodo. estructura de la rejilla espacial La línea de productos ofrece varias ventajas para las aplicaciones de terminales aeroportuarias:

• Prefabricación de nodos en fábrica: Las esferas de perforación se mecanizan en la fábrica con puntos de conexión pre-perforación y pre-filados en ángulos precisos.
• Estandarización de los miembros: Los miembros pueden producirse en longitudes y tamaños de sección estándar, con miembros no estándar sólo cuando la geometría lo exige. Esto reduce el costo de fabricación y simplifica el control de calidad.
• Inspección de conexión: Las conexiones con bolsas pueden ser inspeccionadas mediante la verificación del par y el examen visual, sin las pruebas radiográficas o ultrasónicas requeridas para las soldas.
• Tolerancia de reversión de la fuerza: La conexión de esfera envolvada resiste tanto a la tensión como a la compresión, lo cual es crítico para el caso de carga de elevación de viento donde las fuerzas de los miembros se inviertan.

El tamaño de los miembros se optimizó a través del análisis estructural iterativo. La cuadrícula se modela en el software de análisis estructural, y cada miembro se comprobó para la combinación de carga que gobierna (gravedad, elevación de viento, sismica y combinaciones de ellos). A los miembros se les asignaron tamaños de sección de nuestro rango estándar, con secciones más grandes donde las fuerzas lo demandaban y secciones más pequeñas donde las fuerzas lo permitían. Este proceso de optimización, repetido en cientos de miembros, logra un tonelaje de acero que es típicamente 15-25% menor que una red de sección uniforme de capacidad equivalente un ahorro significativo en un techo de esta escala.

Diseño de conexión sísmica

Las conexiones entre la red del techo y las columnas de apoyo fueron diseñadas como juntas de aislamiento sísmico conexiones que acomodan el desplazamiento relativo entre el techo y las columnas durante un terremoto sin transferir fuerzas dañinas a ninguno de los elementos.

• Agujeros de pernos alargados: Agujados alargados que permiten que la conexión se deslice a una distancia controlada (normalmente 50-100 mm) antes de que se engaje la resistencia del rodamiento, disipando la energía sísmica a través de la fricción
• Elements de fusibles de inyección: Placas especialmente diseñadas para producir de manera controlada a un nivel de fuerza predeterminado, absorbiendo la energía sísmica y protegiendo la estructura de la red primaria
• aislamiento vertical: Las almohadillas flexibles de rodamiento en la interfaz de la columna-techo que desconectan la entrada sísmica vertical de la estructura del techo

Calidad de fabricación y secuenciación de la erección

La red fue fabricada en nuestra planta de Xuzhou, con todas las esferas de tornillo mecanizadas a tolerancia y todos los miembros cortados a longitud con precisión CNC. Las placas finales de miembros fueron fabricadas con agujeros de tornillo pre-perforación ajustados a la geometría del nodo de esfera. Toda la red fue ensayada en la fábrica en secciones para verificar la compatibilidad geométrica antes del envío una práctica de control de calidad que detecta errores de fabricación en la fábrica en lugar de en el sitio de construcción.

Se planificó la secuenciación de la erección para gestionar la carga progresiva de la estructura a medida que se instalaron secciones de la red. Una red de largo alcance no se puede simplemente levantar en su lugar como una sola unidad; se monta sección por sección, con torres de contraposición temporales que apoyan la estructura parcialmente terminada hasta que la red logre una geometría auto-suportable. La secuenciación tuvo que tener en cuenta el acceso a la grúa, la capacidad estructural de las secciones de la red parcialmente terminadas y las cargas de viento que la estructura parcialmente erigida enfrentaría durante el período de construcción.

Monitoreo de la deflexión durante la construcción

Durante la erección, la desviación de la red se monitoreó en puntos críticos utilizando instrumentos de encuesta. La desviación prevista bajo autopeso se comparó con la desviación medida real a medida que se instalaba cada sección. Cualquier desviación superior al 15% del valor previsto desencadenó una revisión de ingeniería antes de que se continuara la erección. Esta verificación en tiempo real aseguró que la estructura tal como se construyó coincidiera con el modelo diseñado, y que se identificaran y corregían cualquier discrepancia en la fabricación o la erección antes de que se compusieran.

La red fue fabricada con una ligera curvatura ascendente (camber) igual a la desviación de carga muerta prevista, de modo que bajo carga muerta permanente la red se asienta en la posición de diseño (planas). Sin precamber, la red se hundiría permanentemente bajo su propio peso, creando problemas de drenaje y problemas estéticos.

Los terminales aeroportuarios se encuentran entre los proyectos de estructura de acero más exigentes que un fabricante puede emprender. Combinan grandes extensiones, geometría compleja, requisitos sísmicos de infraestructura crítica, intensa coordinación de MEP y agresivos horarios de construcción impulsados por las fechas de apertura de las aerolíneas.

El proyecto también demostró el valor del sistema de rejilla espacial de esfera de tornillo para aplicaciones de techos grandes. La prefabricación de fábrica del sistema, el montaje de tornillos en el campo y la capacidad de fuerza bidireccional lo hacen ideal para proyectos donde la estructura del techo debe abarcar grandes distancias, acomodar una geometría compleja y resistir cargas multidireccionales todo mientras cumple con plazos de construcción agresivos.

Para el área de la Gran Bahía, la terminal ampliada aumentó la capacidad del aeropuerto para servir a la integración económica de Guangdong, Hong Kong y Macao. El acero estructural fabricado por Permanent Steel soporta el paso diario de cientos de miles de viajeros.