· 杭州萧山国际机场三期工程陆侧交通中心及上盖结构设计·
文/杨学林， 林政， 杨劲
杭州萧山国际机场位于浙江省杭州市东部萧山区，位于钱塘江以东，距离西湖商圈直线距离为27公里，距离萧山区（城厢镇）约15公里。经过约20年的发展，目前航站区内先后共建有三座航站楼，其中T1、T3为平层相连，形成统一的国内航站楼，T2为国际航站楼。三座航站楼呈直角L形布局，总建筑面积共37万m 2 （其中地上面积约27万m 2 ），站坪总机位数共175个。
三期工程建设目标年为2030年，年旅客吞吐量9000万人次，货邮吞吐量175万吨，飞机起降架次66万架次。现状航站区（现状跑道之间的主航站区）承担可9000万年旅客吞吐量。现有的三个航站楼改造后可服务4000万旅客量，本期建设的T4航站楼的设计容量为5000万人次。三期新建航站区工程包括航站楼、陆侧交通中心及上盖、能源中心、新建高铁设施、站坪系统、机场消防救援设施等，总建筑面积约160万m 2 。
▲ 萧山机场平面效果图
▲ 陆侧交通中心及上盖效果图
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工程概况及结构体系
陆侧交通中心及上盖工程包括交通换乘中心、旅客过夜用房及配套业务用房，共计14层，其中地上10层，地下4层。东临原T1、T2、T3航站楼，西接新建T4航站楼，北侧地下邻接地铁，南侧地下和高铁相接。陆侧交通中心总建筑面积为64万m 2 ，其中地下面积为39.24万m 2 ，地上面积为24.66万m 2 。
陆侧交通中心及上盖主体结构采用钢筋混凝土框架结构，并设置少量剪力墙用于调整结构扭转刚度，共划分为10个单元。为满足建筑布局灵活多变的功能要求，陆侧交通中心主体结构均采用现浇钢筋混凝土结构，换乘通道顶部大跨屋盖采用单层菱形交叉网格钢结构，中庭采光顶采用弦支穹顶钢结构。
▲ 陆侧交通中心及上盖模型图
陆侧交通中心主楼结构平面尺寸大，综合考虑温度应力、平面及竖向规则性和建筑使用功能，通过布置抗震缝分为两个独立单元，各独立单元均有多个独立上盖塔楼。陆侧交通中心和原T1、T2、T3航站楼之间布置连廊和连桥，连廊为独立的钢结构，采用整体钢框架结构形式。
B1、B2区的典型柱网为18 m×18m，主体结构主要采用钢筋混凝土框架梁结构体系，楼盖结构为现浇钢筋混凝土主次梁楼盖体系。中间通道为30m大跨度结构，该区域受下层行车道净高限制，采用钢结构框架体系，钢梁为1200mm高的箱型钢梁，间距为2.25m，上覆150mm厚钢楼承板；钢梁搭接在柱钢梁上，并向外延伸各一跨。
▲ 陆侧交通中心钢框架结构平面图
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基础抗浮设计研究
陆侧交通中心地下共4层，基础设计结合当地实际工程经验，采用钻孔灌注桩基础，桩尖持力层均为12-4层圆砾层，桩端进入持力层12m，有效桩长约48m。其中地下室采用抗拔桩，直径为700mm或800mm，对应的抗拔承载力特征值分别为1100kN或2200kN；单体主楼下采用直径800mm抗压桩，抗压承载力特征值为5100kN，通过后注浆技术来提高抗压承载力。
交通中心结构底板标高为-17.200m，地下室以抗浮为主，底板厚度为1200mm，开挖深度约18m，平面尺寸约为280m×400m。由于地下室超大且开挖深度大，土体开挖卸荷后抗拔桩的周土侧压力无法恢复到原来的压力值，将降低抗拔桩的侧摩阻力，从而降低抗拔承载力。综合考虑开挖卸荷影响因素后，单桩抗拔承载力从基坑边至基坑中部逐步降低，基坑中部承载力约为基坑边承载力的75%~80%，以保证地下室抗浮安全。
▲ 典型桩位布置图
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嵌固端选取研究
因首层楼板中间局部开洞，限制了水平作用力的传递，最初结构嵌固端设在地下2层楼板位置。但根据以往地震灾害表明，无论地下室顶板情况如何，结构在大震下基本都是地上部分发生破坏，地下室部位几乎很少发生严重破坏；且根据模型计算结果，地下1层及地下2层刚度都较大，均能满足嵌固端刚度比要求。实际上，将嵌固端调整至地下室顶板处，通过首层结构适当加强使水平作用力通过地下室顶板传递，有利于上部结构单元的划分，结构受力体系更加简单明了，便于整体模型计算与构件分析，提高整体经济性。
首层楼板做嵌固端的条件复核与采取的具体措施为：
（1） 侧移刚度比限制。地上1层与地下1层相应塔的侧移刚度比值 X、Y 向分别为0.0179、0.0119。
（2） 首层楼板弹性分析。由于嵌固端局部有开洞，补充多塔模型中顶板弹性板应力分析，控制多遇地震作用下顶板主拉力应力小于混凝土抗拉强度。地下室顶板两个方向最大主应力分别为1.2MPa（ X 向）、0.8MPa（ Y 向），均小于C40混凝土的抗拉强度设计值1.71MPa。
（3） 楼板错层处的处理。地下室顶板局部管沟错层处的构件尺寸适当增大并采取构造措施加强：柱箍筋沿全高加密，梁水平加腋，提高梁的配筋率和配箍率并配置抗扭钢筋。
（4） 结构加强。地下室南侧停车区域设有人防墙体，在地下室北侧区域楼梯等位置增设混凝土墙体；在交通中心与航站楼区域相交的-9.0m~±0.0m处增设混凝土墙体，增强地下室整体性，提高结构刚度。
▲ 陆侧交通中心嵌固端结构加强示意图
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下沉屋面钢结构研究
下沉屋面位于陆侧交通中心地下室顶板处，根据建筑造型需求并经综合考虑，下沉屋盖钢结构采用菱形网格单层网壳结构，单片屋盖长108m、宽23m，矢高1.5m，支座间距18m，主杆件菱形边长9.8m。屋面主龙骨为B400×200×12×12，网壳钢构件均采用焊接异形截面B(932~900) ×400×40×40，钢材均采用Q345B。网壳通过固定球铰支座与周边混凝土结构连接。结构具有低矢跨比1/15、大斜交网格受力性能较低、弯扭异形截面及主杆件连接节点为焊接异形弯扭刚性节点等特点。
▲ 屋面菱形网格结构体系平面示意图
▲ 下沉屋面弯扭异形截面及节点示意图
结构跨中的最大挠度约为120mm，结构跨中起拱65mm，结构跨度 L 约为23m，单层网壳最大应力比为0.52，屋面主龙骨最大应力比为0.78。
▲ 屋盖竖向变形/mm ▲ 屋盖构件应力比
屋盖钢结构长约108m，对温度作用较为敏感，在温度作用下屋盖钢结构最大水平变形约为18mm，位于屋盖端；最大竖向变形约为-33mm，位于屋盖跨中。在温度作用下屋盖钢结构最大应力约32.3MPa。考虑温度作用组合的应力比相较不考虑时增大基本在0.1以内，构件应力比均小于0.85。
升温下屋盖变形/mm 升温下屋盖应力/MPa
升温下屋盖变形/mm 升温下屋盖应力/MPa
选取受力复杂的关键中部及支座节点进行多尺度建模分析。在最不利荷载组合下，中部节点最大应力为273MPa，绝大部分单元应力均在200 MPa以下。在最不利荷载组合下，支座节点最大应力为332MPa，绝大部分单元应力均在200 MPa以下，节点具有一定的安全储备。
▲ 节点三维模型
▲ 节点应力图/MPa
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中庭采光顶钢结构研究
交通中心中庭圆形采光顶直径30m，采用弦支穹顶结构体系，弦支穹顶结构模型及钢拉杆采用定制铸钢节点示意分别如图22、23所示。弦支穹顶上弦单层网格失高1m，下弦拉索垂度1.7m，通过16个短立柱支承于下部环梁上。上弦单层网格由8道径向杆件、外环梁和X形次杆件组成，形成32个菱形网格，整体呈雪花造型。上弦单层网格距采用Q345B箱型截面（B400×200×16×16或B400×150×16×16），连接节点均根据建筑造型需要采用铸钢节点。下弦设置1道环向钢拉杆和8道径向钢拉杆，呈肋环形布置。环向和径向拉杆规格均为 50，强度级别为Q460B级。环向钢拉杆与径向钢拉杆采用定制铸钢节点螺纹连接。撑杆采用圆钢管，上下端均铰接，位于直径12m位置。
▲ 弦支穹顶结构模型示意图
(a) 剖面图 (b) 三维轴测图
▲ 钢拉杆采用定制铸钢节点示意图
▲ 上弦竖向变形/mm ▲ 下弦拉杆初始变形/mm
▲ 上弦构件应力比 ▲ 下弦拉杆初始应力/kN
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基坑逆作施工
项目基坑东西向长356m、南北向宽276m，占地面积11万m 2 ；分为七个基坑：C1（逆作区）；C2、C3区；B1、B2（顺作区）及A1、A2区（顺作区） 。大面挖深18.9m。C1区地下室结构采用逆作法施工， 4个水平结构层、4层挖土，2层顺作、2层逆作，结构施工顺序：B0板顺作→B2板逆作 → 逆作底板结构→ B3板顺作（留土区B3板逆作） → B1板顺作。
▲ 基坑示意图
▲ 逆作梁柱节点
▲ 逆作柱节点
▲ 下沉钢屋面施工
▲ 上盖施工
▲ 中庭采光顶钢结构施工
▲ 交通中心及上盖建成照片
项目信息
项目建设地点： 浙江省杭州市萧山区
设计单位： 浙江省建筑设计研究院，华东建筑设计研究院有限公司
项目业主： 杭州萧山国际机场有限公司
作者简介
杨学林 ，1995年浙江大学博士研究生毕业，浙江省首届勘察设计大师，国家一级注册结构工程师、国家注册土木工程师（岩土），2005年起任浙江省建筑设计研究院总工程师，2019年起任副院长。主要从事建筑结构和岩土工程的设计科研工作。作为专业负责人主持设计了浙江智慧之门、杭州望朝中心、杭州萧山国际机场T4航站楼及陆侧交通中心、中国京杭大运河博物院等设计项目，获浙江省优秀设计奖和全国行业设计奖50余项。出版著作4部，发表，论文130余篇，获国家授权专利50余项，主参编标准25部。先后获国务院特殊津贴、浙江省有突出贡献中青年专家、浙江省建设科学技术奖-重大贡献奖。
林政 ， 2005年毕业于浙江大学土木工程专业，现任浙江省建筑设计研究院第二建筑设计院结构总工程师，教授级高级工程师，国家一级注册结构工程师、注册咨询 工程师（投资）。主要从事高层建筑结构、大跨空间结构的设计与研究。主要负责完成了杭州萧山国际机场三期工程 T4 航站楼及综合交通中心、浙江之江文化中心、乌镇互联网国际会展中心、杭州西站北综合体 T1 塔楼、杭州荣盛总部大楼、浙江世茂智慧之门、浙江省交通集团金融中心、杭州恒隆广场、杭州湾智慧谷二期、杭州钱江新城金融中心、杭州明珠国际商务中心、湄洲湾职业技术学院迁建工程等重大项目结构设计。参编规范标准3项，发表学术论文10余篇，获全国勘察设计一等奖、三等奖及省部级设计奖项多项。
陈劲 ，1997年毕业于浙江大学结构工程专业，现任浙江省建筑设计研究院第四建筑设计院结构副总工程师，教授级高级工程师，国家一级注册结构工程师。主要从事办公楼、会展中心、既有建筑改扩建等领域的结构设计与研究，在结构加固、既有高层超高层抗震鉴定及评估等方向进行技术探索。已完成的设计项目曾获多项全国优秀建筑结构设计奖，已发表本专业学术论文10余篇，已完成的科研项目曾获省科技进步三等奖一项。
责任编辑：程哲
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