2021 年 3 月上第50卷第5期
施 工 技 术
CONSTRUCTION TECHNOLOGY
5
DOI ： 10.7672/sgjs2021050005
萧山国际机场T4航站楼钢结构屋盖连续倒塌分析*
*中建八局研究课题(2019-02-05)
［作者简介］潘钧俊，博士，高级工程师，E-mail ： panboa616 @ foxmail. com
［收稿日期］2020-09-25
潘钧俊1，安东亚2，王瑞峰S 余少乐-陈华-黄沛林】，陈新喜1，武念铎1
(1.中国建筑第八工程局有限公司，上海200112； 2.华东建筑设计研究院有限公司，上海200002)
［摘要］对萧山国际机场T4航站楼钢结构屋盖关键构件失效后的抗连续倒塌能力进行了分析研究，根据本工程特
点，采用瞬态动力时程分析方法分析了不同支撑柱失效后是否会造成结构的连续倒塌，给出了关键构件性能水平 划分等级以及相应技术措施建议。
［关键词］机场；航站楼；钢结构；钢屋盖；连续倒塌；有限元分析
［中图分类号］TU758. 11 ［文献标识码］A ［文章编号］1002-8498(2021)05-0005-03
Progressive Collapse Analysis of Xiaoshan International
Airport Terminal 4' s Steel Roof
PAN Junjun 1, AN Dongya 2, WANG Ruifeng 2, YU Shaole 1, CHEN Hua 1, HUANG Peilin 1,
CHEN Xinxi 1, WU Nianduo 1
(1. China Construction Eighth Engineering Division Co. , Ltd. , Shanghai 200112, China ；
2. East China Architectural Design & Research Institute , Shanghai 200002, China )
Abstract : In this paper, the collapse resistance for the steel roof system of Xiaoshan International Airport Terminal 4 building is analyzed and studied after the failure of the key components. According to the characteristics of the project, the transient dynamic time history analysis method is used to analyze
whether the failure of different support columns will cause the progressive collapse of the structure, and the performance level classification of key components and corresponding technical measures are given.
Keywords : airports ; airport terminal; steel structures; steel roofs; progressive collapse ; finite
element analysis
1工程概况
杭州萧山国际机场三期项目新建航站楼及陆
侧交通中心工程旅客航站楼及北三指廊工程将新 建建筑物面积达150万m 2以上，总投资规模在270
跨行取款手续费亿元以上，超过杭州机场一期、二期扩建工程，主要
工程计划在 2022 年杭州亚运会前建成投运。
其中，三期项目新建航站楼(T4)及陆侧交通中
心工程是三期工程的核心项目，是浙江省大通道建
设十大标志性项目，也是2022年杭州亚运会重要基 础配套项目。T4航站楼主楼屋盖投影尺寸为 466mx291m，投影面积为11.5万m 2，屋盖上弦最高
点标咼为42. 050m，最低点标咼为32. 260m ，整体最
大高差9.79m 。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，高差约2m 。屋盖最大跨度为54m，屋盖南北
两侧悬挑长度为44m，东西方向悬挑最大长度为
44m( 见图 1) 。
图1萧山机场T4航站楼示意
主楼屋盖支撑体系包括标准支撑柱、摇摆柱。
其中，标准支撑柱由支撑柱+分叉节点+分叉柱组
成，共计40组，顶部分叉柱与屋盖封边桁架相贯焊 接，支撑柱内灌注C60混凝土。摇摆柱为梭形钢管
柱，共计10组，顶部与屋盖下弦通过球支座连接 ( 见图 2) 。
结构连续倒塌是指由于结构局部构件的损坏, 引起结构构件连续性破坏，
最后导致结构的大部分
6施工技术第 50 卷
图2钢结构屋盖示意
前2号柱⑨
图3屋盖支撑柱布置及失效柱编号
或整体发生坍塌［1-2］。造成结构连续倒塌的原因很 多，如施工工艺不当、设计不合理、撞击荷载、爆炸
荷载、地震作用和结构材料性能不合格等［3-5］。研
究极端条件引起结构局部关键构件失效条件下的 整体稳定性，对重要结构的抗灾害及保护人员的安
全能力具有重要意义。萧山机场作为浙江的门户，
客流量巨大，结构具有抗极端破坏能力具有重要现
实意义［6-7］。基于此，本文对萧山机场航站楼主楼
钢结构屋盖进行连续倒塌分析。
2 施工难点分析
分析不同支撑柱失效后是否会造成结构的连 续倒塌，采用瞬态动力时程分析方法，充分考虑抽
柱后结构状态改变的惯性效应。采用ABAQUS 软 件进行计算，动力积分方式为显式积分。初始荷载
状态为：1. 0恒荷载+1. 0活荷载。
综合支撑跨度、受荷情况、所处不利位置等因 素，确定4种柱失效的工况，分别命名为1号柱失
效、2号柱失效、3号柱失效、4号柱失效，具体失效
柱编号如图3所示。钢结构屋盖三维分析模型如图
4 所示。
根据本工程特点，暂将屋盖结构在关键构件失
效后的性能水平分为5个等级，并根据不同的等级 采取相应的技术措施，具体如表1所示。
除属于性能等级4,5，可能引起局部或整体连
续性倒塌的重点构件建议调整方案或重新设计外,
建议在不改变建筑设计表现意图的前提下，对重点
构件进行截面加强，通过降低构件受力应力比来提
图4钢结构屋盖三维分析模型
高安全余度；或通过排查和隔离危险源，降低构件
受损概率，从而提高结构安全性。
3抗连续倒塌分析
3.1 1号柱失效
1号柱失效后，屋盖局部区域出现挠度增大现
象，悬挑边缘振荡稳定后的挠度约为5. 49m, 1号柱 失效后，屋盖支撑柱间的跨度变为约108m ，挠跨比
约1/20，如图5所示。
图 5 荷花谷柱施工流程示意
1号柱失效后，上方屋盖局部区域出现塑性，杆
件最大塑性应变达到5. 6x10-2，钢材伸长率＞5%, 可认为杆件进入较严重的破坏水平（见图6）。除了
失效柱外，其他支撑柱均未进入塑性，说明1号柱的
失效不会导致局部区域的连续性倒塌。屋盖总体 水平处于表1中性能3，需进行局部加强或针对1
表1屋盖连续性倒塌性能评价水准及设计措施
性能等级
总体描述详细指标描述
设计措施
你有你的社会语录1
基本完好屋盖挠度和塑性变形未出现明显增大，承载力和建筑功 能基本不受影响
正常设计，无需特殊措施2局部中度破坏失效柱上方附近区域出现一定破坏，挠度和塑性变形均 在正常范围内，建筑功能受到一定程度影响
局部加强，重点保护3
局部严重破坏
天龙八部采矿地点失效柱上方区域严重破坏，影响后续承载，但相邻区域 柱未出现明显破坏
局部加强，重点保护
4局部连续性倒塌除失效柱上方严重破坏无法承载外，周围一定范围内相 关区域柱也发生较严重破坏，部分丧失承载力调整方案或采取重点保护措施，避免关键 构件失效
5
整体连续性倒塌
整体结构出现不可控制的破坏延伸，最终整体坍塌
调整整体结构方案，重新设计、
验算
形容人多的四字词语2021No.5潘钧俊等：萧山国际机场T4航站楼钢结构屋盖连续倒塌分析7号柱设置保护措施。
a屋盖b其他柱
图61号柱失效后塑性发展
Min：-1.018e+(fc2
a最知&由变形
£
、^
怒
叵
翔
时间/s
奶茶连锁b最不利位置竖向变形图93号柱抗倒塌分析结果
3・22号柱失效
2号柱位于角部，失效后2个方向的悬挑跨度均＞100m，上方屋盖较大区域出现变形的瞬间增大，悬挑边缘竖向变形持续增大，无法继续承载，最终形成局部较大面积坍塌，如图7所示。
时间/s
0.005101520
左-20.00
崔-40.00
赵-60.00
叵-80.00
画T00.00
2~-120.00
a最大竖向变形b最不利位置竖向变形也发生较严重破坏，部分丧失承载力。屋盖总体水平处于表1中的性能4，需进行局部加强或针对3号柱设置保护措施，避免发生失效（见图10）。
a屋盖b其他柱
图103号柱失效后塑性发展
图72号柱抗倒塌分析结果3・44号柱失效
4号柱失效后，屋盖局部区域出现挠度增大现象，悬挑边缘振荡稳定后的挠度约为4.34m，如图11所示。
时间/s
2号柱失效后，上方屋盖较大区域出现塑性，杆件最大塑性应变达0.356，钢材伸长率＞30%，已超过拉断水平。除了失效柱外，其他周边的3根支撑
柱进入塑性，发生严重破坏。这说明除失效柱上方严重破坏无法承载外，周围一定范围内相关区域柱也发生较严重破坏，部分丧失承载力。屋盖总体水平处于表1中的性能4，需进行局部加强或针对2号柱设置保护措施，避免发生失效（见图8）。
a最大竖向变形b最不利位置竖向变形
图114号柱抗倒塌分析结果
4号柱为摇摆柱，失效后，上方屋盖局部区域出现塑性，杆件最大塑性应变达7.7X10-2，钢材伸长率＞7%，可认为杆件进入较严重的破坏水平（见图12）。
a屋盖b其他柱
型Max汁1.130e-002图82号柱失效后塑性发展
3・33号柱失效
3号柱位于角部，失效后2个方向的悬挑跨度均＞100m，上方屋盖较大区域出现变形的瞬间增大，悬挑边缘竖向变形持续增大，无法继续承载，最终形成局部较大面积的坍塌，如图9所示。
3号柱失效后，上方屋盖较大区域出现塑性，杆件最大塑性应变达0.168，钢材伸长率＞16%，已超过拉断水平。除了失效柱外，其他周边的3根支撑柱进入塑性，发生严重破坏。这说明除失效柱上方严重破坏无法承载外，周围一定范围内相关区域柱
a屋盖其他柱
图124号柱失效后塑性发展
除了失效柱外，与其相邻的花形支撑柱受荷增大，局部进入塑性，最大塑性应变约1%，为较严重破坏，柱顶最大竖向变形约2.2m，除此之外的支撑柱均未进入塑性，说明4号柱的失效不会导致局部区域的连续性倒塌。屋盖总体水平处于表1中的性能3，需进行局部加强或针对4号柱设置保护措施（见图13）。
（下转第31页
）神话故事有
2021No.5李洪涛等：芒稻河特大桥超长钢板桩围堰结构优化设计31
1
:::
最大:20.800
a钢板桩轴力b钢板桩弯矩c钢板桩变形
d内支撑应力e内支撑轴力f内支撑弯矩
图12优化后计算结果
板桩之间的连接采用虚拟链杆模拟，建立钢板桩围堰梁格法模型，并对围堰初步设计进行验算。
3)针对初步设计中稳定性不满足，提出在围堰短边采取H型组合钢板桩和增加内支撑层间支撑的结构优化措施。结构优化后钢板桩最大应力、变形明显减小，内支撑强度及稳定性均显著提高。
4)芒稻河特大桥的钢板桩围堰施工采用先支撑后抽水方案，钢围囹采用水中整体下放及整体拆除技术，大幅度缩短施工工期，通过对钢板桩围堰的结构优化设计，既保证了围堰施工过程安全，又降低了施工成本，取得了良好的社会和经济效益。
参考文献：
[1]李迎九•钢板桩围堰施工技术[J].桥梁建设,2011(2)：76-
79，84.
图134号柱失效后花形支撑柱顶竖向变形
4结语
对萧山机场新建航站楼主楼钢结构屋盖抗连续倒塌分析，假定了7种不同位置柱的失效工况，除了角部柱失效后上方屋盖无法继续承载，且周边相邻柱相继发生严重破坏，最终形成局部倒塌外，其他几种工况均未出现连续性倒塌，但上方屋盖变形[2]李庆军.单层钢板桩围堰在桥梁施工中的应用研究[J].交通
世界,2016(14)：46-47.
[3]广州市市政集团有限公司，江苏德丰建设集团有限公司.钢
围堰工程技术标准:GB/T51295—2018[S].北京：中国计划
出版社,2018.
[4]王玉果.海河特大桥钢板桩围堰设计与验算[J].公路,2013
(9)：95-101.
[5]孔巍，付晓超，周冀伟，等.双层拉森钢板桩围堰在河道基坑
施工中的应用技术[J]•施工技术,2018,47(S2):56-60.
[6]中冶京诚工程技术有限公司.钢结构设计标准：GB50017—
2017[S].北京：中国建筑工业出版社,2018.
[7]陈成，杜松•新型组合钢板桩围堰结构设计及应用[J].施工技
术,2017,46(S2)：235-237.
[8]刘光兵，伍伟军，刘斌•超长钢板桩在低桩承台基坑中的支护
设计与应用[J].施工技术,2018,47(19)：78-81.
较大，且局部杆件产生较严重的塑性变形。
参考文献：
[1]韩啸.钢框架结构抗连续倒塌受力性能分析[D].西安：西安
工业大学,2017.
[2]郑正飞.体育馆钢桁架防连续倒塌分析与机理研究[J].科学
技术创新,2020(14)：110-111.
[3]杨佑发，谢霖涛，陈前.铁路站台单柱雨棚结构抗连续倒塌性
能研究[J]•铁道工程学报,2020,37(3):78-83.
[4]陆新征，廖文杰，林楷奇，等.我国工程结构防连续倒塌研究:
回顾与展望[J].建筑结构,2019,49(19)：102-112,135.
[5]康亚强.杭州南站站房结构防连续倒塌分析[J].铁道勘察,
2018,44(3)：122-126.
[6]余少乐，郭春，吴量，等.盐城南洋机场T2航站楼主体钢结构
施工技术[J].钢结构,2019,34(2)：90-94.
[7]余少乐，郭春，沈翀，等.盐城南洋机场T2航站楼屋盖施工中
的临时格构柱安装和卸载施工技术[J].建筑施工,2018,40
(9)：
1529-1530,1537.
版权声明：本站内容均来自互联网，仅供演示用，请勿用于商业和其他非法用途。如果侵犯了您的权益请与我们联系QQ:729038198，我们将在24小时内删除。
发表评论