萧山机场T4航站楼屋盖系统温度应力分析

王汝军 陈华 金国栋 汪阳春 陈新喜 潘钧俊

摘 要：航站楼主楼钢屋盖空间跨度大，对温度作用具有一定的敏感性。由此，本文对萧山机场T4航站楼钢结构屋盖系统在正常使用状态以及施工状态下的温度应力进行了分析，评价了航站楼屋盖系统在温度变化条件下的安全性。

关键詞：航站楼;大跨屋盖;温度应力

中图分类号：TU758.11文献标识码：A文章编号：1003-5168（2020）31-0108-03

Temperature Stress Analysis of Xiaoshan Airport

T4 Terminals Roof System

WANG Rujun CHEN Hua JIN Guodong WANG Yangchun CHEN Xinxi PAN Junjun

（China Construction Eighth Engineering Division Co.， Ltd.，Shanghai 200120）

Abstract： The steel roof of the main building of the terminal has a large space span and is sensitive to temperature. Therefore， this paper analyzed the temperature stress of T4 terminal steel structure roof system of Xiaoshan Airport in normal use state and construction state， and evaluated the safety of terminal building roof system under the condition of temperature change.

Keywords： terminal building;large-span roof;temperature stress

1 研究背景

杭州萧山国际机场三期项目新建航站楼（T4）主楼屋盖采用封边桁架+网架的曲面空间结构体系，钢结构包括焊接球网架、箱型封边桁架，以及依附在主楼屋盖的马道、钢平台、屋面系统下层主檩条及檩托、吊挂在屋盖网架下弦的幕墙摇臂梁及清洗吊钩等。

主楼屋盖投影尺寸为466 m×291 m，投影面积为11.5万m2，屋盖上弦最高点标高为42.05 m，最低点标高为32.26 m，整体最大高差9.79 m。屋盖沿南北方向高差变化起伏较大，整体呈波浪形;东西方向同一横断面高差变化较小，约2 m。屋盖最大跨度为54 m，屋盖南北两侧悬挑长度为44 m，东西方向悬挑大最大长度为44 m。

主楼屋盖支撑体系分为两种类型，分别为标准支承柱、摇摆柱。其中，标准支承柱由支撑柱+分叉节点+分叉柱组成，其底部通过预埋件与下部混凝土结构连接，顶部分叉柱与屋盖封边桁架采用相贯焊接的连接形式，共计40根。摇摆柱为梭形钢管柱，底部通过预埋件与下部土建结构连接，顶部与屋盖下弦通过球支座连接，共计10根。主楼B区屋盖轴侧是示意图如图1所示。

航站楼主楼钢屋盖空间跨度大[1-3]，对温度作用具有一定的敏感性。本文运用有限元方法，通过对钢结构屋盖的温度响应进行分析[4-6]，评价在温度变化下的结构安全性。

2 钢屋盖温度荷载取值

钢屋盖温度作用取值，即室内区域按升温20 ℃、降温20 ℃考虑，室外部分按升温26 ℃、降温25 ℃考虑。荷载组合时温度作用的分项系数取1.4;与静载工况组合时，主导工况组合值系数为1.0，非主导工况组合值系数为0.6;与地震工况组合时，组合值系数为0.2。钢屋盖施工阶段考虑辐射作用，按升温38 ℃、降温30 ℃考虑，不与其他荷载组合。进行温度效应分析时，均采用整体模型计算。

3 钢屋盖结构的温度作用分析

3.1 正常使用阶段

正常使用阶段，温度作用下钢屋盖结构的变形云图如图2（a）所示，构件的轴力如图2（b）所示。

正常使用阶段，在温度作用下，屋盖结构变形最大为69 mm。最外侧柱变形最大，柱顶最大变形为42.6 mm（1/238H）。

从图2中可看出，温度作用下，构件的轴力绝大部分处于-100～30 kN，沿屋盖短向布置的构件轴力很小，沿长向布置的上、下弦杆的轴力相对较大;个别杆件的轴力绝对值大于700 kN，主要出现在端部的分叉柱及周边杆件上。

3.2 施工阶段

施工阶段，温度作用下钢屋盖结构的变形云图如图3（a）所示，构件的轴力图如图3（b）所示。

施工阶段，在温度作用下屋盖结构变形最大为105 mm。最外侧柱变形最大，柱顶最大变形为64.8 mm（1/157H）。

升温作用下构件的轴力绝大部分处于-150～50 kN，沿屋盖短向布置的构件轴力很小，沿长向布置的上、下弦杆的轴力相对较大;个别杆件的轴力绝对值大于1 000 kN，主要出现在端部的分叉柱及周边杆件上。

本工程钢屋盖长度约500 m，但由于支承屋盖柱的间距有54 m，柱抗侧刚度也不是特别大，温度荷载作用对绝大部分的杆件影响较小。结构分析中均考虑温度作用组合，对受力较大的杆件根据计算结果进行适当加强。

温度作用下，支承屋盖框架柱，由于车道柱柱长较长，线刚度相对较小，故在温度作用下，受力最大构件为在屋盖端部、柱底落于17.400 m标高上的支承柱，其中[Mxmax]=5 933 kN·m，[Mymax]=9 914 kN·m。

支承屋盖框架柱各工况下的应力比，考虑温度作用组合下，框架柱应力比相较不考虑时最多增大0.15，大多数框架柱考虑温度作用组合的应力比相较不考虑时增大基本在0.1以内。

对于施工阶段，可不考虑屋面附加恒载、幕墙荷载。在按升温38 ℃、降温30 ℃的温度作用下，钢屋盖构件和屋盖支承柱的内力均是正常使用阶段数值的1.6倍左右，但在自重和施工活荷载等工况的组合下，构件应力比基本未超过正常使用阶段荷载组合下的数值，中部个别截面很小的构件应力比略大，但也未超过0.7。

4 结语

本文对萧山机场T4航站楼钢结构屋盖系统在正常状态及施工状态下的温度应力和位移进行了分析，评价了航站楼屋盖系统在温度变化条件下的安全性。

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