6月30日10时08分，随着最后一榀钢网架吊装拼接完成，北京新机场航站楼钢结构顺利实现封顶，巨大钢网架以展翅欲飞的姿态跃然呈现。




北京新机场航站楼钢网架搭建完毕，这只世界上最大的钢铁“凤凰”凌空展翅，展现出迷人的风姿。


记者从负责航站楼施工的北京城建和北京建工项目部获悉，新机场航站楼将转入金属屋面、玻璃幕墙施工阶段，逐渐穿上“美丽外衣”。











北京新机场航站楼是世界上规模最大、技术难度最高的单体航站楼，由主航站楼核心区和向四周散射的五个指廊组成，整体呈“凤凰”造型。

今年3月16日，北京新机场航站楼混凝土主体结构已经封顶；6月30日封顶的航站楼钢网架结构由支撑系统和屋盖钢结构组成，形成了一个不规则的自由曲面空间，总投影面积达31.3万平方米，大约相当于44个标准足球场，总重量达到5.2万多吨。





此次封顶的航站楼钢网架结构包括主航站楼和指廊两部分，由支撑体系和屋盖钢结构组成。


整个航站楼钢结构由核心区、指廊两大部分组成。航站楼核心区屋顶由6个本身较为完整稳定的受力体系连成有机整体，总用钢量约为4万多吨，最大高差约30米。




“如此庞大的结构仅以8根C型柱为主要支撑，C型柱间距达200米，足以装下整个水立方。”北京城建新机场项目部经理李建华说，主航站楼屋盖钢结构采用空间网架结构体系，这种架构体系一般由许多规则的几何体组合而成，稳定性好。但这样一来，航站楼的屋盖就变成不规则自由曲面，其施工难度堪称世界之最。


网架的概念


网架和网壳总称为空间网格结构。这种空间网格结构是由多根杆件按照某种有规律的几何图形通过节点连接起来的空间结构，它可以充分发挥三维空间的优越性，传力路径更见简捷特别适用于大跨度建筑。


由双层或多层平板形网格组成的结构称为网架结构（简称网架），由单层或双层曲面形网格结构称为网壳。


一、网架结构的组成


1）第一类是由平面桁架系组成的网架结构


两向正交正放网架：这是由两组平面桁架系组成的网架，桁架系在平面上的投影轴线互成90°交角，且与边界平行或垂直，所形成网格可以是矩形的，也可以是正方形的。





两向正交斜放网架：它可由梁向正交正放网架在水平面上旋转45°而得，其交角也是90°，但每片桁架不与建筑物轴线平行，而是成45°的交角，故成为两向正交斜放网架。





三向网架：比两向网架的刚度大，适合在大跨度结构中采用，其平面适用于三角形，梯形及正六边形，在圆形平面中也可采用。





2）第二类是由四角锥体组成的网架


由四根上弦组成正方形锥底,锥顶位于正方形的形心下方,由正方形四角节点向锥顶连接四根腹杆即形成一个四角锥体,将各个四角锥体按一定规律连接起来,便成为四角锥体网架。





正放四角锥网架：四角锥底边分别与建筑物的轴线相平行,各个四角锥体的底边相互连接形成网架的上弦杆，连接各个四角锥体的锥顶形成下弦杆并与建筑物的轴线平行。这种网架的上下弦杆长度相等，并相互错开半个节间。





斜放四角锥网架：这种网架是将各四角锥体的锥底角与角相连，上弦（即锥底边）与建筑物轴线成45°交角，连接锥顶而形成的下弦仍与建筑物轴线平行。这种网架受压的上弦杆长度小于受拉的下弦杆，因而受力比较合理，每个节点交汇的杆件数量少，因此用钢量较少。

缺点：是屋面板种类较多，屋面排水坡的形成比较困难。



棋盘四角锥网架：将整个斜放四角锥网架水平转动45°角，使网架上弦与建筑物轴线平行，下弦与建筑物轴线成45°交角，即得棋盘四角锥网架。

这种网架可以克服斜放四角锥网架屋面板种类多，屋面排水坡形成困难的缺点。



星形四角锥网架：网架单元为一星形四角锥，十字交叉的四根上弦为锥体的底边，由十字交叉点连接一根竖杆，在由交叉的四根上弦杆的另一端向竖杆下端连接，形成四根腹杆，构成星形四角锥网架单元，将各单元的锥顶相连成为下弦杆。

这种网架的受力性能和刚度都比较好。



3）第三类是由三角锥体组成的网架结构,

它的基本单元是由3根弦杆、3根斜杆所构成的正三角锥体,即四面体。三角锥体可以顺置，也可以倒置。

三角锥网架：将三角锥体的角与角连接，使上下弦杆组成的平面图均为正三角型，即称三角锥网架。



蜂窝型三角锥网架：这种网架也也由三角锥体单元组成，但其连接方式为上弦杆与腹杆位于同一垂直平面内，上下弦节点均汇集六根杆件，是常见网架中节点汇集杆件最少的一种。

由于其受压上弦杆的长度比受压下弦杆杆的长度短，受力比较合理，用钢量较少。但其上弦组成的图形为六边形，给屋面板设计带来一定的困难。



4）常用的网壳



二、几何尺寸的确定

根据工程经验初步估算网格尺寸如下：




网架高度：

网架杆件的内力及挠度与网架的高度有很大的关系，网架的高度越大，杆件的内力越小，但占的空间较大。相反高度越小，杆件的内力越大，但挠度不宜满足要求。



三、网架的节点

1)网架的节点应使构造力求简单、受力合理、传力明确、制作容易、便于安装和节省材料，尽量使杆件重心线在节点处交汇于一点，以避免出现偏心的影响。

2)节点的构造和连接应具有足够的刚度和强度，同时应尽量使节点构造与计算假定相符，以减少和避免由于节点构造的不合理而使网架杆件产生次应力和引起杆件内力的变号。

3)网架的连接节点按其构造形式可分为：焊接钢板节点、焊接空心球节点、螺栓球节点、钢管圆筒节点或钢管鼓节点等。

下面介绍常用的几个节点：