蕭山機場T4航站樓屋蓋系統溫度應力分析

王汝軍 陳華 金國棟 汪陽春 陳新喜 潘鈞俊

摘 要：航站樓主樓鋼屋蓋空間跨度大，對溫度作用具有一定的敏感性。由此，本文對蕭山機場T4航站樓鋼結構屋蓋系統在正常使用狀態以及施工狀態下的溫度應力進行了分析，評價了航站樓屋蓋系統在溫度變化條件下的安全性。

關鍵詞：航站樓;大跨屋蓋;溫度應力

中圖分類號：TU758.11文獻標識碼：A文章編號：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

杭州蕭山國際機場三期項目新建航站樓（T4）主樓屋蓋采用封邊桁架+網架的曲面空間結構體系，鋼結構包括焊接球網架、箱型封邊桁架，以及依附在主樓屋蓋的馬道、鋼平臺、屋面系統下層主檁條及檁托、吊掛在屋蓋網架下弦的幕墻搖臂梁及清洗吊鉤等。

主樓屋蓋投影尺寸為466 m×291 m，投影面積為11.5萬m2，屋蓋上弦最高點標高為42.05 m，最低點標高為32.26 m，整體最大高差9.79 m。屋蓋沿南北方向高差變化起伏較大，整體呈波浪形;東西方向同一橫斷面高差變化較小，約2 m。屋蓋最大跨度為54 m，屋蓋南北兩側懸挑長度為44 m，東西方向懸挑大最大長度為44 m。

主樓屋蓋支撐體系分為兩種類型，分別為標準支承柱、搖擺柱。其中，標準支承柱由支撐柱+分叉節點+分叉柱組成，其底部通過預埋件與下部混凝土結構連接，頂部分叉柱與屋蓋封邊桁架采用相貫焊接的連接形式，共計40根。搖擺柱為梭形鋼管柱，底部通過預埋件與下部土建結構連接，頂部與屋蓋下弦通過球支座連接，共計10根。主樓B區屋蓋軸側是示意圖如圖1所示。

航站樓主樓鋼屋蓋空間跨度大[1-3]，對溫度作用具有一定的敏感性。本文運用有限元方法，通過對鋼結構屋蓋的溫度響應進行分析[4-6]，評價在溫度變化下的結構安全性。

2 鋼屋蓋溫度荷載取值

鋼屋蓋溫度作用取值，即室內區域按升溫20 ℃、降溫20 ℃考慮，室外部分按升溫26 ℃、降溫25 ℃考慮。荷載組合時溫度作用的分項系數取1.4;與靜載工況組合時，主導工況組合值系數為1.0，非主導工況組合值系數為0.6;與地震工況組合時，組合值系數為0.2。鋼屋蓋施工階段考慮輻射作用，按升溫38 ℃、降溫30 ℃考慮，不與其他荷載組合。進行溫度效應分析時，均采用整體模型計算。

3 鋼屋蓋結構的溫度作用分析

3.1 正常使用階段

正常使用階段，溫度作用下鋼屋蓋結構的變形云圖如圖2（a）所示，構件的軸力如圖2（b）所示。

正常使用階段，在溫度作用下，屋蓋結構變形最大為69 mm。最外側柱變形最大，柱頂最大變形為42.6 mm（1/238H）。

從圖2中可看出，溫度作用下，構件的軸力絕大部分處于-100～30 kN，沿屋蓋短向布置的構件軸力很小，沿長向布置的上、下弦桿的軸力相對較大;個別桿件的軸力絕對值大于700 kN，主要出現在端部的分叉柱及周邊桿件上。

3.2 施工階段

施工階段，溫度作用下鋼屋蓋結構的變形云圖如圖3（a）所示，構件的軸力圖如圖3（b）所示。

施工階段，在溫度作用下屋蓋結構變形最大為105 mm。最外側柱變形最大，柱頂最大變形為64.8 mm（1/157H）。

升溫作用下構件的軸力絕大部分處于-150～50 kN，沿屋蓋短向布置的構件軸力很小，沿長向布置的上、下弦桿的軸力相對較大;個別桿件的軸力絕對值大于1 000 kN，主要出現在端部的分叉柱及周邊桿件上。

本工程鋼屋蓋長度約500 m，但由于支承屋蓋柱的間距有54 m，柱抗側剛度也不是特別大，溫度荷載作用對絕大部分的桿件影響較小。結構分析中均考慮溫度作用組合，對受力較大的桿件根據計算結果進行適當加強。

溫度作用下，支承屋蓋框架柱，由于車道柱柱長較長，線剛度相對較小，故在溫度作用下，受力最大構件為在屋蓋端部、柱底落于17.400 m標高上的支承柱，其中[Mxmax]=5 933 kN·m，[Mymax]=9 914 kN·m。

支承屋蓋框架柱各工況下的應力比，考慮溫度作用組合下，框架柱應力比相較不考慮時最多增大0.15，大多數框架柱考慮溫度作用組合的應力比相較不考慮時增大基本在0.1以內。

對于施工階段，可不考慮屋面附加恒載、幕墻荷載。在按升溫38 ℃、降溫30 ℃的溫度作用下，鋼屋蓋構件和屋蓋支承柱的內力均是正常使用階段數值的1.6倍左右，但在自重和施工活荷載等工況的組合下，構件應力比基本未超過正常使用階段荷載組合下的數值，中部個別截面很小的構件應力比略大，但也未超過0.7。

4 結語

本文對蕭山機場T4航站樓鋼結構屋蓋系統在正常狀態及施工狀態下的溫度應力和位移進行了分析，評價了航站樓屋蓋系統在溫度變化條件下的安全性。

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