萧山机场T4航站楼钢结构屋盖非线性稳定极限承载能力分析
建筑技术开发Building Technology Development
建筑结构
Building Structure
第48卷第2期
2021年1月
萧山机场T4航站楼钢结构屋盖非线性
稳定极限承载能力分析
王春华1，陈华2，安东亚3，王汝军2，潘钧俊$
（1.杭州萧山国际机场有限公司，杭州310000;2.中国建筑第八工程局有限公司，上海200120；
3.华东建筑设计研究院有限公司，上海200011）
［摘要］对萧山机场T4航站楼钢结构屋盖进行线性整体稳定分析和非线性整体极限承载力分析，其中
非线性分析考虑几何缺陷及材料非线性影响。分析结果为结构设计提供依据，相关的研究结果也可为类似工程的稳定性分析与设计提供参考。
［关键词］钢结构屋盖；非线性稳定性；极限承载能力
［中图分类号］TU391［文献标志码］A［文章编号］1001-523X(2021)01-0005-03
Nonlinear Stability Ultimate Bearing Capacity Analysis of
Xiaoshan Airport T4Terminal's Steel Roof
Wang Chun-hua,Chen Hua,An Dong-ya,Wang Ru-jun,Pan Jun-jun ［Abstract］In this paper,linear global stability analysis and nonlinear global ultimate bearing capacity analysis are carried out for the steel roof of the main terminal building of Xiaoshan airport T4airport.The analysis results provide the basis for the structural design,and the related research results can also be used as the reference for the stability analysis and design of similar projects.
［Keywords］steel roof；nonlinear stability；ultimate bearing capacity
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m2以上，总投资规模在270亿元以上，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。
新增的T4航站楼位于T3航站楼西侧，建筑面积为66万n/，是现有Tl、T2、T3航站楼建筑面积总和的1.9倍，釆用中央集中式布置方案。该航站楼主楼屋盖投影尺寸为466m x291m，投影面积为11.5万n?，屋盖上弦最高点标高为42.050m，最低点标高为32.26m，整体最大高差为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（图1）。
主楼屋盖支撑体系包括标准支承柱、摇摆柱。其中标准支承柱由支撑柱+分叉节点+分叉柱组成，共40组，顶部分叉柱与屋盖封边桁架相贯线焊接的连接形式，支承柱内灌C60混凝土。摇摆柱为梭形钢管柱，共10组，顶部与屋盖下弦通过球支座连接（图2）。
本文对萧山机场三期项目主航站楼钢结构屋盖进行了线性整体稳定分析和非线性整体极限承载力分析，非线性分析考虑几何缺陷及材料非线性影响。分析结果为结构设计提供依据。相关研究结果也可为类似工程的稳定性分析与设计提供参考IT。申请支付宝账号
全焊接球网架图1钢结构屋盖示意
图2屋盖支撑柱布置示意（计算机截图）
收稿日期：2020-08-10
基金项目：科技研发课题：大型空港综合交通枢纽扩建工程综合技术研究（2019-2-05）
作者简介：王春华（1966-），男，浙江上虞人，高级工程师，主要研究方向为建筑施工管理。2特征值屈曲分析
对结构进行特征值屈曲，得到前10阶失稳模态，见表1。
前4阶为摇摆柱失稳，第5阶为整体柱失稳，6、7阶为屋盖局部与柱的耦合失稳。最小稳定荷载因子为6.16。图3给出了结构的部分失稳形状。
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表i 特征值屈曲分析荷载因子与失稳位置
特征值模态阶次
荷载因子失稳部位
1  6.16
摇摆柱2
6」8摇摆柱3  6.28摇摆柱4
6.31摇摆柱
57.61屋盖柱整体6&44
屋盖局部+柱
7
8.53屋盖局部+柱
88.79摇摆柱
98.92摇摆柱10
9.09
摇摆柱
3几何非线性稳定分析
对屋盖结构在永久荷载+可变荷载标准值组合下（1倍荷 载）进行几何非线性分析（不考虑材料非线性）
，失稳首先出 现在摇摆柱中，屋盖钢结构未出现明显失稳。其中不考虑缺 陷时失稳荷载因子为6.0，考虑缺陷时荷载因子为5.6 （图4）。
4双非线性极限承载力分析
韩国电影寄生虫结局没看懂在前述分析的基础上，引入材料非线性，考虑钢材屈服、
钢管混凝土的损伤等实际材料的特征，并同时考虑几何非线 性与初始缺陷，对屋盖结构进行竖向极限承载力分析，并考 察在逐渐加载过程中杆件的屈曲。
首先考察屋盖的竖向变形与荷载因子的相关曲线（图5）, 屋盖在2倍荷载下绝大多数杆件处于弹性，荷载因子在达到2.6 以后开始出现明显的非线性特征，荷载增加趋于平缓，说明 屋盖杆件进入显著塑性。
2.6倍荷载时，在长轴方向的两侧最外一列柱上方区域有 较多杆件进入塑性（图6）。此后变形迅速增大，塑性程度进 一步发展。在达到2.6倍荷载时，下方的支撑柱尚处于弹性阶段。
因此认为在承受竖向荷载的过程中屋盖钢杆件先于柱发生破 坏。屋盖的极限承载力大于2.6。
随着荷载的进一步增加，摇摆柱出现失稳，进而角柱出
现失稳，失稳荷载因子分别为2.9和3.0 （图7）。
图8给出了不同非线性参数下摇摆柱的稳定荷载因子曲 线。从图中可看出，考虑初始缺陷后承载力稍有下降，较不 考虑初始缺陷时提前进入破坏阶段，但是承载力下降不多， 可以认为该结构对缺陷不敏感。当考虑材料破坏时，极限失 稳荷载因子下降明显（图8）。
5结束语
通过对屋盖钢结构的稳定与非线性极限承载力分析得到 如下结论。
(e)
(f)
图3钢屋盖的各阶失稳形态（部分）（计算机截图）
（a ） 1 阶；（b ） 2阶；（c ） 5阶；（d ） 6阶；（e ） 7阶；（f ） 8阶
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蚊帐 蒙古包2021年1月
6.0
♦无缺陷
0.050.100.150.200.250.30
竖向变形/m
(a)3.5
3.0
.5Q
5
2
2.L
1.
2.9
九年级数学教学计划0.020.030.04
竖向变形/m
0.05
(a)
5
3.o
3.
5.6 Y-有缺陷
5
5
0 3.
2.2
1. 1.
0.020.040.060.080.10
竖向变形/m
(b)0.010.020.030.04
竖向变形/m
0.05
(b)
图4摇摆柱荷载因子曲线(a)不考虑缺陷；(b)有初始缺陷
图7角柱荷载因子曲线
(a)摇摆柱；(b)角柱
山东高考改革O.
6.0
+摇摆柱
屋盖A点
中国奥运史上的第一枚体操金牌Y-屋盖B点
0.5  1.0  1.5  2.0
竖向变形/m
图5屋盖荷载因子-变形曲线
(a)
(b)
图6不同荷载水平下屋盖钢结构塑性发展(计算机截图)
(a)  2.6倍荷载；(b)继续增大荷载
(1)在弹性阶段屋盖结构的失稳首先出现在摇摆柱中，特征值分析的最小失稳荷载因子为6.16，几何非线性分析且考虑缺陷时为5.6。
(2)当考虑材料破坏时，杆件的破坏首先发生在长轴两
o
o
O
5.
4.
3.
2.0
5.6
2.9
*无缺陷
*有缺陷
+双非线性
0.050.100.15
竖向变形/m
图8不同非线性参数下摇摆柱稳定荷载因子曲线
侧最外一列柱的上方，且极限荷载因子不小于2.6，即满足2.6倍的标准荷载。柱的极限失稳荷载因子在2.9以上。
(3)同时考虑初始缺陷后承载力稍有下降，较不考虑初始缺陷时提前进入破坏阶段，但是承载力下降不多，可认为该结构对缺陷不敏感。
参考文献
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［2］宋怀金.常州站钢结构屋盖整体稳定分析［J］•铁道工程学报，2012,29
(12):95-99.
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钢结构，2019,34(2):90-94.
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建筑施工，2018,40(4):518-520.
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