浦东机场的打结构为什么这么设计?

邵工 2018-07-08 135
看了半天没太懂原理。支撑结构上这样难道更牢固?希望能有一个明白易懂的答案~
其他回答

浦东T2航站楼是华东院做的一个项目,当时读书的时候,华东院副总工周健老师还给我们上过课,专门讲了这个项目。

浦东T2航站楼的钢结构屋盖采用了Y形柱支承的多跨连续张弦粱这一新型的结构体系

回到答主的问题,张弦粱这种结构形式的优势是:结构简单,受力明确,轻盈而通透,跨越能力大,便于工厂化制造、运输及安装;对于空间的张弦梁结构更是刚度大、稳定性好。适合应用到机场的钢结构屋盖项目中。

下面就来详细讲一下张弦梁和T2航站楼钢结构屋盖。

一、关于张弦梁

张弦梁结构最早是由日本大学M.Saitoh教授提出,是一种区别于传统结构的新型杂交屋盖体系。张弦梁结构是一种由刚性构件上弦、柔性拉索、中间连以撑杆形成的混合结构体系(如图1所示),其结构组成是一种新型自平衡体系,是一种大跨度预应力空间结构体系,也是混合结构体系发展中的一个比较成功的创造。张弦梁结构体系简单、受力明确、结构形式多样、充分发挥了刚柔两种材料的优势,并且制造、运输、施工简捷方便,因此具有良好的应用前景。

目前,普遍认为张弦梁结构的受力机理为通过在下弦拉索中施加预应力使上弦压弯构件产生反挠度,结构在荷载作用下的最终挠度得以减少,而撑杆对上弦的压弯构件提供弹性支撑,改善结构的受力性能。一般上弦的压弯构件采用拱梁或桁架拱,在荷载作用下拱的水平推力由下弦的抗拉构件承受,减轻拱对支座产生的负担,减少滑动支座的水平位移。由此可见,张弦梁结构可充分发挥高强索的强抗拉性能改善整体结构受力性能,使压弯构件和抗拉构件取长补短,协同工作,达到自平衡,充分发挥了每种结构材料的作用。

图1:单撑杆的张弦梁模型

所以,张弦梁结构在充分发挥索的受拉性能的同时,由于具有抗压抗弯能力的桁架或拱而使体系的刚度和稳定性大为加强。并且由于张弦梁结构是一种自平衡体系,使得支撑结构的受力大为减少。如果在施工过程中适当的分级施加预拉力和分级加载,将有可能使得张弦梁结构对支撑结构的作用力减少到最小限度。

二、浦东T2航站楼

整个T2航站楼包括二个外形协调、结构体系不同的波形钢屋盖,分别覆盖航站主楼和候机长廊。(如图2所示)

上海浦东国际机场二期航站楼由上部的钢屋盖和下部的两层混凝土框架结构组成。 该航站楼的钢屋盖同时覆盖楼前的高架道路,平面投影尺寸为414m(纵向)×217m(向)。

在横向,整根多跨连续张弦梁跨越三个混凝土结构单元,平面投影尺寸达217m,三跨连续梁跨度分别为46.85米、89米、46.85米,屋檐标高32.2米,不设结构缝;而沿纵向每72m或90m设置一条结构缝将整个屋盖分成5个区段,与下部砼结构的分缝对应。

在横向,217m的长度跨越了三个砼结构单元,由于没有合适的断缝位置,同时考虑到屋盖在该方向波状的外型对温度应力的释放能力,以及支承钢柱较小的约束刚度,全长采用了连续的多跨结构,在结构计算中对温度变化的因素及不同基座的影响均作了充分考虑。

图2:T2航站楼全局图

结构骨架模型如图3所示。

该钢结构屋盖采用刚性与柔性相结合的混合结构体系——Y形柱支承的多跨连续张弦梁,通过分叉的Y形斜柱与下部混凝土结构连接并提供结构全部的抗侧刚度。

每个砼结构的中间支承点上分叉设置二个沿横左右倾斜的Y形钢柱、边支承点上各设一个向外倾斜的Y形钢柱(如图4所示) ,将217M宽的屋盖分为5跨。

Y形柱的二个纵向分支又将18m间距的混凝土支承点减小为9m,使得以中心间距9m均匀布置的张弦梁得以直接搁置于柱顶,省却了托架梁的转换,受力更为直接。(如图4所示)

图3:结构骨架模型

图4:T2航站楼剖面图

屋盖的上弦为五跨连续的变截面箱形梁,其中位于中柱顶的二个小跨截面高度最大;其余三个间隔布置的大跨,上弦截面高度往跨中逐渐收小并设置下弦形成梭形的张弦粱结构,上下弦间以平行布置的腹杆相连。(如图5~6所示)

张弦梁下弦采用单根高强度钢棒,以铸钢锚具与上弦及腹杆相连。

Y形的中柱与边斜柱、柱顶纵向连续梁、横向张弦粱共同形成屋架完整的抗侧力体系,以确保屋盖结构具有足够的剐度。(如图5~6所示)

图5:浦东T2航站楼张弦梁结构

图6: 浦东T2航站楼张弦梁结构

题主给出的图片是浦东T1航站楼的张弦梁结构图(如图7~9所示),其原理是一致的。

图7: 浦东T1航站楼张弦梁结构

图8:浦东T1航站楼张弦梁结构

图9:浦东T1航站楼张弦梁结构细部图

评论区提到了该结构的抗风设计这一块,我来补充一下。

浦东机场航站楼屋盖为大跨度钢结构.由于其阻尼小、柔度大、质量轻,结构自振周期和风速的长卓越周期比较接近,加之波浪形的外形,对风荷载十分敏感,风荷载是控制这一类屋面结构设计的主要控制荷载之一。

现行的《建筑结构荷载规范》没有明确可行的表面风压分布数据可供设计参考,因此,弄清其表面风压分布是进行屋面设计的关键之一。

为此,同济大学土木工程防灾国家重点试验室进行了缩尺模型(1/200)的风洞试验。

由于找不到浦东国际机场的风洞试验图片,我在网上找到了玉树机场航站楼的风洞试验现场图(如图10所示)供大家参考,其原理是一致的。

图10:航站楼风洞试验现场图

通过风洞试验,得到了计算风荷载的一些关键参数,进而可以计算风荷载,并进行荷载组合,验算结构的刚度和强度等。

三、其他应用张弦梁结构的案例

图11~12是日本一家购物中心的屋顶也是用的张弦梁结构。该购物中心钢结构屋盖的上弦杆为空间桁架,配以Y字形的撑杆,从而形成张弦梁。

图11:日本一家购物中心的屋盖

图12:日本一家购物中心的屋盖细部图

图13是北京农业展览馆馆顶的张弦梁结构。该结构跨度为77m,拉索的初始预应力为900kN,大约是90吨的力,相当于60辆常见的2.0小汽车的自重。

图13:北京农业展览馆馆顶的张弦梁结构

以上。

参考文献:

【1】张弦梁_百度百科

【2】刘晴云, 周健, 汪大绥,等. 浦东国际机场T2航站楼钢屋盖设计研究[C]// 中国建筑学会建筑结构分会学术交流会. 2006.

【3】原中晋, 吴晓涵, 吕西林. 上海浦东国际机场T2航站楼静力弹塑性分析[J]. 结构工程师, 2008, 24(4):13-18.


既然看到了这里,就关注百晓知道邵工吧,这样不会迷路。

百晓知道最可爱的工程师——邵工

邵工 2018-07-08 16:52:53 0条评论
浦东机场T2航站楼 下雨天某廊桥内场景
热心网民 2018-07-08 16:52:53 0条评论