浦東機場的建築結構為什麼這樣設計？

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看了半天沒太懂原理。支撐結構上這樣難道更牢固？希望能有一個明白易懂的答案～

浦東T2航站樓是華東院做的一個項目，當時讀書的時候，華東院副總工周健老師還給我們上過課，專門講了這個項目。

浦東T2航站樓的鋼結構屋蓋採用了Y形柱支承的多跨連續張弦粱這一新型的結構體系。

回到答主的問題，張弦粱這種結構形式的優勢是：結構簡單，受力明確，輕盈而通透，跨越能力大，便於工廠化製造、運輸及安裝；對於空間的張弦梁結構更是剛度大、穩定性好。適合應用到機場的鋼結構屋蓋項目中。

下面就來詳細講一下張弦梁和T2航站樓鋼結構屋蓋。

一、關於張弦梁

張弦梁結構最早是由日本大學M.Saitoh教授提出，是一種區別於傳統結構的新型雜交屋蓋體系。張弦梁結構是一種由剛性構件上弦、柔性拉索、中間連以撐桿形成的混合結構體系（如圖1所示），其結構組成是一種新型自平衡體系，是一種大跨度預應力空間結構體系，也是混合結構體系發展中的一個比較成功的創造。張弦梁結構體系簡單、受力明確、結構形式多樣、充分發揮了剛柔兩種材料的優勢，並且製造、運輸、施工簡捷方便，因此具有良好的應用前景。

目前，普遍認為張弦梁結構的受力機理為通過在下弦拉索中施加預應力使上弦壓彎構件產生反撓度，結構在荷載作用下的最終撓度得以減少，而撐桿對上弦的壓彎構件提供彈性支撐，改善結構的受力性能。一般上弦的壓彎構件採用拱梁或桁架拱，在荷載作用下拱的水平推力由下弦的抗拉構件承受，減輕拱對支座產生的負擔，減少滑動支座的水平位移。由此可見，張弦梁結構可充分發揮高強索的強抗拉性能改善整體結構受力性能，使壓彎構件和抗拉構件取長補短，協同工作，達到自平衡，充分發揮了每種結構材料的作用。

圖1：單撐桿的張弦梁模型

所以，張弦梁結構在充分發揮索的受拉性能的同時，由於具有抗壓抗彎能力的桁架或拱而使體系的剛度和穩定性大為加強。並且由於張弦梁結構是一種自平衡體系，使得支撐結構的受力大為減少。如果在施工過程中適當的分級施加預拉力和分級載入，將有可能使得張弦梁結構對支撐結構的作用力減少到最小限度。

二、浦東T2航站樓

整個T2航站樓包括二個外形協調、結構體系不同的波形鋼屋蓋，分別覆蓋航站主樓和候機長廊。（如圖2所示）

上海浦東國際機場二期航站樓由上部的鋼屋蓋和下部的兩層混凝土框架結構組成。該航站樓的鋼屋蓋同時覆蓋樓前的高架道路，平面投影尺寸為414m(縱向)×217m(向)。

在橫向，整根多跨連續張弦梁跨越三個混凝土結構單元，平面投影尺寸達217m，三跨連續梁跨度分別為46.85米、89米、46.85米，屋檐標高32.2米，不設結構縫；而沿縱向每72m或90m設置一條結構縫將整個屋蓋分成5個區段，與下部砼結構的分縫對應。

在橫向，217m的長度跨越了三個砼結構單元，由於沒有合適的斷縫位置，同時考慮到屋蓋在該方向波狀的外型對溫度應力的釋放能力，以及支承鋼柱較小的約束剛度，全長採用了連續的多跨結構，在結構計算中對溫度變化的因素及不同基座的影響均作了充分考慮。

圖2：T2航站樓全局圖

結構骨架模型如圖3所示。

該鋼結構屋蓋採用剛性與柔性相結合的混合結構體系——Y形柱支承的多跨連續張弦梁，通過分叉的Y形斜柱與下部混凝土結構連接並提供結構全部的抗側剛度。

每個砼結構的中間支承點上分叉設置二個沿橫左右傾斜的Y形鋼柱、邊支承點上各設一個向外傾斜的Y形鋼柱（如圖4所示），將217M寬的屋蓋分為5跨。

Y形柱的二個縱向分支又將18m間距的混凝土支承點減小為9m，使得以中心間距9m均勻布置的張弦梁得以直接擱置於柱頂，省卻了托架梁的轉換，受力更為直接。（如圖4所示）

圖3：結構骨架模型

圖4：T2航站樓剖面圖

屋蓋的上弦為五跨連續的變截面箱形梁，其中位於中柱頂的二個小跨截面高度最大；其餘三個間隔布置的大跨，上弦截面高度往跨中逐漸收小並設置下弦形成梭形的張弦粱結構，上下弦間以平行布置的腹桿相連。（如圖5~6所示）

張弦梁下弦採用單根高強度鋼棒，以鑄鋼錨具與上弦及腹桿相連。

Y形的中柱與邊斜柱、柱頂縱向連續梁、橫向張弦粱共同形成屋架完整的抗側力體系，以確保屋蓋結構具有足夠的剮度。（如圖5~6所示）

圖5：浦東T2航站樓張弦梁結構

圖6：浦東T2航站樓張弦梁結構

題主給出的圖片是浦東T1航站樓的張弦梁結構圖（如圖7~9所示），其原理是一致的。

圖7：浦東T1航站樓張弦梁結構

圖8：浦東T1航站樓張弦梁結構

圖9：浦東T1航站樓張弦梁結構細部圖

評論區提到了該結構的抗風設計這一塊，我來補充一下。

浦東機場航站樓屋蓋為大跨度鋼結構．由於其阻尼小、柔度大、質量輕，結構自振周期和風速的長卓越周期比較接近，加之波浪形的外形，對風荷載十分敏感，風荷載是控制這一類屋面結構設計的主要控制荷載之一。

而現行的《建築結構荷載規範》沒有明確可行的表面風壓分布數據可供設計參考，因此，弄清其表面風壓分布是進行屋面設計的關鍵之一。

為此，同濟大學土木工程防災國家重點試驗室進行了縮尺模型（1／200）的風洞試驗。

由於找不到浦東國際機場的風洞試驗圖片，我在網上找到了玉樹機場航站樓的風洞試驗現場圖（如圖10所示）供大家參考，其原理是一致的。

圖10：航站樓風洞試驗現場圖

通過風洞試驗，得到了計算風荷載的一些關鍵參數，進而可以計算風荷載，並進行荷載組合，驗算結構的剛度和強度等。

三、其他應用張弦梁結構的案例

圖11~12是日本一家購物中心的屋頂也是用的張弦梁結構。該購物中心鋼結構屋蓋的上弦桿為空間桁架，配以Y字形的撐桿，從而形成張弦梁。

圖11：日本一家購物中心的屋蓋

圖12：日本一家購物中心的屋蓋細部圖

圖13是北京農業展覽館館頂的張弦梁結構。該結構跨度為77m，拉索的初始預應力為900kN，大約是90噸的力，相當於60輛常見的2.0小汽車的自重。

圖13：北京農業展覽館館頂的張弦梁結構

以上。

參考文獻：

【1】張弦梁_百度百科

【2】劉晴雲, 周健, 汪大綏,等. 浦東國際機場T2航站樓鋼屋蓋設計研究[C]// 中國建築學會建築結構分會學術交流會. 2006.

【3】原中晉, 吳曉涵, 呂西林. 上海浦東國際機場T2航站樓靜力彈塑性分析[J]. 結構工程師, 2008, 24(4):13-18.

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浦東機場T2航站樓下雨天某廊橋內場景

類似張弦梁。
對於輕型屋面，將結構自重盡量減輕是一種常見的處理方式，並有可能降低結構造價。

張弦梁（beam-string）結構，最遲不會晚於二戰後，最初用於火車的大梁。6、70年代陸續在歐洲造了多個建築項目。
國內第一個張弦梁是80年代造的湖南淘金橋，90年代造的浦東機場T1是第二個，我做的第一個是重慶力帆體育城2006年。後面陸續又做了幾個。

原理很巧妙吧。類似於一個弓箭，作為橫樑，然後上面鋪設屋頂。

大概就是:用鋼管建一個拱橋，不包含上部結構，只有一個鋼拱。。。兩頭本來要固定在水泥基礎裡面，但是去掉了基礎，直接用鋼索拉住，這樣也是可以的。

最簡單的例子就是弓箭。
類似於用一根塑料水管，用鋼絲繩拉住塑料管兩段，呈現一個弓箭的形狀。這樣會是一個穩定的結構。
為了更加穩定，在弓箭的中間加幾根垂直的撐桿。就是撐桿一端在鋼絲繩上，一端在弓上。

其實這個結構，不加撐桿也是可行的。需要弓的扭轉強度夠高。
話說，弓的扭轉強度夠高，連鋼索都可以省略。但是不加撐桿需要基礎足夠牢固。

像機場這樣，弓是直接放在一個細長的柱子上面，顯然基礎不夠牢固，於是在弓上加了一個鋼索。那麼細長的柱子就不需要受太大的側向力了。

如果取消弓上面的鋼索，也有辦法，就是在細長的柱子頂部，拉一根鋼索到地面，這樣也可以抵抗弓的彈力。