梭形柱(拉萨贡嘎国际机场T3航站楼竣工，总投资39亿元)

Posted 2023-05-30

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梭形柱(拉萨贡嘎国际机场T3航站楼竣工，总投资39亿元)

历时四年的建设，拉萨贡嘎国际机场T3航站楼于2021年6月30日通过非民航专业工程验收。这座总投资额达39亿元的高海拔机场航站楼，宛如一朵盛开的雪莲，向世人揭开了神秘面纱。

拉萨贡嘎机场T3航站楼设计总负责为北京中航筑诚机场建设顾问有限公司。奥雅纳为该项目提供结构及机电全过程工程设计。凭借丰富的国际项目经验、先进的技术手段，奥雅纳的小伙伴们成功应对复杂多变的气象及地质条件，实现项目的超高品质追求。

藏地莲花盛开雪域高原

贡嘎机场坐落于壮丽的雅鲁藏布江南岸，自1966年建成通航以来，肩负大量人员及物资进出藏区的运输任务。贡嘎机场海拔高度3569.5米，是世界海拔最高的机场之一，也是全球规模最大的高高原机场。在此次改扩建工程中新建的T3航站楼，总建筑面积达8.8万平方米，新增机位站坪21个，将在2025年实现吞吐旅客900万人次。

航站楼外观设计充分吸收藏文化元素，从整体建筑形态到入口门头、两侧结构柱、屋面挑檐及吊顶设计，处处体现浓郁民族特色和设计师的独具匠心。高空俯瞰，航站楼宛如盛放的雪莲花瓣，正面观看，纯白屋檐又像一条飘扬的哈达，迎接八方来客。

业界前沿的结构工程技术

为高原机场保驾护航

在雪域高原建设一个现代化的“四型机场”受到诸多条件的限制，包括：高原上稀缺的劳动力、复杂的气候和地质条件、本地有限的建材生产能力、材料较长的运输周期以及就地取材的可能性。

奥雅纳的工程师们在设计的全过程中充分考虑上述高原机场的设计难度和特点，应用业界最前沿的工程技术进行分析，实现了在工程条件极为苛刻、建筑材料供应有限的高原上建成了一座充满了“黑科技”的现代化高原机场。

拓扑优化技术实现高效传力途径

拉萨贡嘎机场中心区屋面由四片状似莲花的曲面组成，奥雅纳团队采用拓扑优化技术分析了中心区屋面的最佳传力路径。并按照优化后的传力途径采用简洁且方便施工的桁架结构，与下部的树形柱形成整体中心区屋顶结构体系。

设计团队研究结构受力特点，对单榀桁架进行了仔细设计。主桁架中间跨度区域形成V形流线设计，使主屋面桁架承受的部分重力荷载以轴力的形式传递到框架柱，显著降低结构用钢量。桁架高度结合建筑造型，屋面不同位置的主桁架设计采用相同逻辑和近似的结构布置，为结构加工和安装提供方便。

智能算法实现多变量最优化

航站楼中心区结构平面尺度大，形体不规则，构件个数多，每个构件对结构扭转周期比的敏感程度各不相同。在结构设计时，须保证足够的扭转刚度，以防止地震时建筑物由于扭转产生较大的结构损伤。如何用最小代价把结构的扭转周期比控制在限值内，成为摆在工程师面前的难题。

奥雅纳团队采用智能算法，将每个构件的截面尺寸设计成优化问题中的设计变量，把扭转周期比作为优化问题的目标。通过优化算法自动迭代，计算每个构件对优化目标的敏感程度，自动搜索到最佳调整方案。

结合拉萨本地有限的建材

实现超长结构设计

拉萨地区混凝土材料供应难度较大，本地无生产C50以上混凝土的能力，并且缺少超长结构必备的粉煤灰等外加剂。然而拉萨机场中心区混凝土主体结构长度约350m，且不设置抗震缝，属于对设计和施工要求极高的超长结构。

设计中奥雅纳的小伙伴们对本地取材的混凝土粗骨料和替代添加剂提出了相应设计要求，并针对温度效应以及混凝土收缩、徐变进行了详细计算。同时，航站楼在构造上采用了设置膨胀后浇带、优化混凝土配合比、合理化施工顺序等方式，综合解决了超长结构带来的开裂问题。截至项目竣工验收时，无混凝土楼面开裂的情况出现。

▲楼板温度应力分析

新颖的双节点向心关节轴承设计

中心区钢结构屋面仅由12根分叉柱支撑，每个分叉柱由上部四根梭形柱和下部钢管混凝土柱组成。为减小柱子尺寸，工程师采用上下两端均铰接的梭形柱，塑造轻盈飘逸，生动活泼的建筑效果。为解决分叉柱受力太大的难点，团队与专业轴承生产厂家合作，结合项目情况确定转动轴承的设计参数。考虑到该向心关节轴承受力需求高，奥雅纳在设计中与施工单位中建八局及同济-宝冶全方位加载实验室配合，进行1：1节点试验。其中，节点包括厚度200mm的Q420GJC中耳板、向心关节轴承和铸钢双耳板。该节点的荷载为沿销轴径向加载14750kN，沿销轴轴向加载1475kN。试验结果良好地验证了该轴承设计的可靠度。

多腔钢管混凝土矩形柱的应用

为控制整体结构的扭转刚度，并支撑跨度最大的屋面结构，设计中在对结构受力和抗扭刚度贡献敏感度最大的位置设置了两根2.8mx3.8m的大尺寸多腔钢管混凝土矩形框架柱。为控制混凝土徐变，设计中采用了奥雅纳在北京中信大厦、财富金融中心和天津高银117等项目中成熟发展的多腔体构造技术，确保了关键结构的安全性和可靠性。

环境友好的机电系统设计

低碳节能的可持续设计理念

相比平原地区，“日光之城”拉萨日照时间长，昼夜温差大，夏无酷暑冬无严寒。航站楼空调系统在夏季充分利用室外新风降温，辅以局部区域中央空调调节室内舒适性，最大限度地减少制冷机组和水泵的开启，减少运行能耗。照明系统设计配合建筑造型，充分利用自然采光，减少用电。

▲IES 能耗模型

▲全年负荷逐时负荷

应对高原空气密度低、温度变化大的不利影响，工程师设计加大空调通风系统风量，满足室内舒适度。我们亦对高低压电器进行了耐压、绝缘、额定电流校验，根据环境条件选择适合的电线电缆敷设方式以及工程的防雷接地措施，保障工程进度和质量。同时，在机场高大空间，结合值机岛、商铺等房中房设置空调送风口侧向送风，仅处理人员活动区的热量而非整个高度空间的热量，达到节省空调运行能耗的作用。

基于三维设计平台的结构

– 机电一体化设计

航站楼屋面莲花状内凹造型及屋面下部复杂的钢结构支撑系统，加大了排水和雨水管道安装难度。奥雅纳工程师将每根雨水管细化到REVIT及BIM图中，仔细核对钢桁架，保证雨水管的妥善安装。考虑到冬季降雪对屋面荷载的影响，屋面雨水沟内还设置了天沟融雪系统，保证极端天气屋面积雪顺利排除。