【结构设计实例】建筑、结构的完美结合:深圳宝安国际机场T3航站楼2016.12.14

一、建筑设计

T3航站楼将室内空间与外部造型整体设计，主楼部分大公共空间均采用大跨度柱网，由中央的跃层空间上下贯穿。双层表皮系统将自然光由上部导入。指廊区出发层为数百米长的连贯无柱空间，双层表皮幕墙全方位包裹，每个方向都有自然光透过，结合上下起伏的开洞设计，形成令人兴奋的流动空间体验。两个方向的指廊交叉形成戏剧性的空间中心，通透的空间由上而下直达首层远机位候机大厅。
深圳机场的蜂巢表皮由三部分构成：外表皮的屋面、幕墙体系，中部的自由网壳结构，内部的空间吊顶体系。屋面主要由双层表皮系统组成，其基本形式为六边形天窗单元组成网格系统，两层网格系统间以结构体系相连形成双层表皮，并通过控制天窗尺寸形成表皮的图案纹理变化。在主楼区和翼廊区，屋面结合玻璃幕墙组成建筑外围护结构；在指廊区，双层表皮系统向下弯曲包裹建筑，形成屋面幕墙一体的外围护系统。



深圳机场的参数化设计起源于建筑表皮理念与传统建筑的分道扬镳，相比于2005年设计完成的北京机场T3航站楼，经典的直立锁边配有造型天窗的整体屋面系统以及竖向通透的玻璃幕墙系统在这里已经完全交织在一起，光滑柔软的表皮和编织着无限光影变化的单元肌理，将把建筑的表皮设计带进全新的世界。在全球建筑正在多方探索，从必然形体走向自由形体的革命中，深圳机场T3航站楼项目无疑具有重要意义。

航站楼中央主指廊南北长约为1128ｍ，东西次指廊宽约640ｍ，地下层包括行李传送通道、预留的捷运通道及轨道交通枢纽，建筑面积约45万ｍ2。航站楼主体结构为钢筋混凝土框架结构，其中航站楼主楼地下２层，地上4/5层，主指廊地上2层，地下2层，翼廊地上2层，主楼中心区屋顶采用钢网架结构，支承屋顶的柱子为钢结构，屋面最高点约45ｍ，指廊部分采用双层网壳钢结构，基础采用钻孔灌注桩和预应力管桩。

深圳宝安国际机场T3航站楼效果图

在基础的方案比选中，深圳本地应用较多且较成熟的基础形式主要有钻冲孔灌注桩、预应力管桩、人工挖孔桩和抗浮锚杆等。最终选择的布桩形式见下图。

下部混凝土分段图

屋顶为自由曲面，长边1128ｍ，宽640ｍ，采用网(架)壳结构，分为7块。包括主指廊Ｄ1、次指廊Ｇ和Ｈ、交叉指廊Ｃ、过渡区Ｂ以及大厅Ａ共七块。

屋顶钢结构分段图

交叉指廊Ｃ区的屋顶由南北指廊(Ｂ，Ｄ区)和次指廊(Ｇ，Ｈ区)屋顶交叉形成，采用带加强桁架的斜交斜放网壳结构。图中主指廊方向屋顶长度为162ｍ，包括４榀落在层2楼面上(标高＋4.4ｍ)的加强桁架，次指廊方向长度为198ｍ，包括８榀落在层2楼面上的加强桁架，在56ｍ×72ｍ的中心区域四周布置由四组双Ｖ型摇摆柱支承的加强桁架，双Ｖ型摇摆柱落在层３楼面(标高＋8.8ｍ)上。另外，为改善结构的受力状态、提高结构刚度、减小关键加强桁架的内力，设置８根水平拉杆将相应轴的加强桁架与层３楼面的混凝土结构拉结，Ｃ区网格尺寸与Ｄ区相差不大，支座采用沿切线弹簧的铰支座。

C区屋顶结构图

大厅屋顶跨越Ｅ，Ａ和Ｆ共３个区块的混凝土结构，东西方向长约636ｍ，南北方向宽约324ｍ，投影面积约为12.3万ｍ2，结构的最高点标高为43ｍ。屋顶支承结构由钢框架柱、钢筒体、两榀拱形桁架以及摇摆柱组成，承担屋顶的竖向荷载、水平荷载以及幕墙的各种荷载，其中框架柱、摇摆柱、筒体的柱网为36ｍ×36ｍ和36ｍ×27ｍ两种，拱形桁架间距18ｍ。


为验证结构的抗震性能，进行了振动台试验。试验结果标明，结构满足抗震设防目标，建议对钢结构与混凝土连接部位适当加强。

大厅振动台试验照片

阻尼器参数确定是消能减震结构设计的关键问题。首先确定结构的减震目标，然后从反应谱理论出发计算实现控制目标所需的附加阻尼比，运用能量理论根据附加阻尼比确定阻尼器的参数，将确定好的阻尼器参数附加给简化结构，评估控制目标的实现程度。最后将确定好的阻尼器参数附加给实际结构。阻尼器参数设置流程见下图。

将航站楼次指廊模型简化为单自由度结构，在单自由度结构中选择控制参数这一方法是可行的，与单自由度结构相比，实际结构最大相对位移误差仅为8.3%，非线性黏滞阻尼器出力的误差为8.2%，适合工程应用。

结构简化示意

对深圳宝安国际机场次指廊结构选用阻尼系数Cα=200（kN·s）/m，α=0.35的非线性黏滞阻尼器，能满足控制目标。实际结构的最大相对位移由190mm减到61mm，阻尼器在结构抗震特别是大震下的作用是相当明显的。

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