建筑结构·独家专访丨长安圣殿丝路新港——西安咸阳国际机场东航站楼结构设计

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长安圣殿丝路新港

——西安咸阳国际机场东航站楼结构设计

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文/曹莉、胡鹏、李静

2022年6月29日，由中国建筑西北设计院有限公司设计的西安咸阳国际机场三期扩建工程东航站楼工程主体建筑部分全面完成混凝土主体工程。结构施工。 这标志着西北地区最大的民航项目距离竣工运营又近了一步。

西安咸阳国际机场位于中国内陆中部。 是西北地区最大的机场，也是北方第二大机场。 具有“贯通东西、贯通南北”的区位优势。 本次建设三期扩建工程总体定位是将西安咸阳机场建设成为我国向西开放的大型国际枢纽、“一带一路”的航空物流枢纽、西部地区国家级综合交通枢纽“三位一体枢纽机场”。 。 其中，航站楼建筑面积约70万平方米，平面尺寸1242m×832m，屋脊最高点高度47.5m。 东航站楼效果图如图1所示。

▲ 图1 咸阳机场三期工程效果图

为了深入探讨该项目的设计相关内容，《建筑结构》杂志编辑特意请教了中国西北建筑设计院有限公司第三建筑设计院总工程师曹力及总工程师。该项目的结构负责人。 针对大家关心的航站楼结构设计问题进行了网上采访。

采访内容如下

《建筑结构》：西安咸阳国际机场东航站楼的造型是如何考虑的？ 它如何与原有航站楼融为一体？

曹力：西安咸阳国际机场作为古城西安的对外门户，力求在建筑表现上体现这座十三朝古都悠久的历史价值和深厚的文化底蕴。 建筑造型融合西安地域文化和现代机场特色，提出“长安大皇宫、丝路新港、汉唐风情、都市光彩”的设​​计理念，凸显文化气质和地域特色西安咸阳国际机场。 东航站楼屋顶的整体造型是主体建筑中部与廊道两端轻轻折叠，形成中堂、两侧阁楼相互呼应的中国传统建筑形象； 主楼屋顶有南北两侧交错的弧形。 南北轴线上设置垂直采光天窗和中央采光带，形成“双坡、双脊、双檐、三叠”的建筑屋顶形象。

东航站楼平面采用对称布局，采用主楼+六指连廊的直线配置。 主从秩序井然，等级森严。 符合并突出机场中轴线。 与原来方形、端庄的T2、T3航站楼遥相呼应，具有几何逻辑。 清晰，共同塑造整个咸阳国际机场古朴、庄重的建筑形象。

▲ 图2 建筑建模概念

【建筑结构】：航站楼无论是纵向还是横向都比较大。 设计此类机场结构时应注意哪些事项？

曹力：对于纵横都特别长的结构，设计中要解决的主要问题是混凝土本身的收缩和季节气温变化引起的温度应力和变形。 可采取以下措施： 1）减小结构几何尺寸，如在低强度区域结构增设变形缝； 2）降低约束程度，如对高强度区域的机场航站楼结构采用隔离技术； 3）减少温差变化，控制结构的闭合温度； 4）减小混凝土尺寸为了减少收缩的影响，我们采用补偿收缩技术、添加纤维、添加结构后浇带、跳仓施工等； 5）采用预应力技术抵抗结构温度变形； 6）注意结构，人为控制裂缝：设置诱导缝、诱导沟； 7）加强建设和维护。

东航站楼结构平面规模较大。 设计时首先将混凝土主体和钢屋面划分为结构单元，以减少结构的温度变形和应力。 同时，运用混凝土外加剂、预应力等技术，进一步强化控制措施。 此外，除了设置结构后浇带外，施工阶段还将结构划分为更小的单元，采用的施工方法，大大缓解了温度和混凝土的收缩应力和变形，使很大程度上。 另外，由于主体建筑采用隔震技术，隔震层对上部结构的约束程度大大降低，使得上部结构几乎可以自由变形。 因此，其在温度和混凝土收缩作用下内应力很小，主体建筑成为一个独立的结构单元。 只有这样才能实现。

（一）主要结构

(b) 钢屋顶

▲ 图2 结构单元划分

“建筑结构”：西安咸阳国际机场东航站楼作为国家交通枢纽工程，建筑功能复杂，抗震设防标准较高。 如何考虑隔震？

曹力：首先，从项目建设场地条件来看，其设防强度为8度（0.2g），属于高强度区域。 地震对结构的影响非常显着。 其次，航站楼本身是一座大型公共建筑，人流量密集。 大楼配备了许多先进的电子设备，以及大面积的吊顶、管道、幕墙系统。 在发生地震灾害时，主体结构若能最大程度地保护航站楼内人员、设备和财产的安全，对于维持机场的正常运行、履行其重要功能具有重要意义。抗震救灾生命线工程。 基于以上考虑，主体建筑采用隔震技术进行设计。 与依赖结构延性的传统抗震技术相比，隔震技术可以显着降低上部结构的地震反应，从根本上提高结构的抗震性能。

设计阶段对隔震层的位置提出了对比方案，包括基础顶部隔震和地下室顶板隔震。 考虑到主楼地下室部分区域有捷运轨道系统以及市政、行李管廊穿过，接口极为复杂； 并且由于建筑功能不同，不同区域的基础标高差异较大，最大高差近10m，不利于实现基本隔震； 地下室顶板无错层、开口少，整体性好，有利于水平地震力的有效传递。 综合考虑以上因素，最终决定在航站楼地下室顶板下设置隔震层。

▲ 图3 地下室顶板以下隔震平面

【建筑结构】：航站楼屋顶分为主楼和六个走廊区域。 主楼屋顶支撑柱采用独特的Y形柱。 结构规划阶段基于哪些考虑？

曹力：东航站楼主楼屋顶平面呈长方形，长521m，宽286m，采用方锥网架结构。 结合建筑内部空间造型要求，其支撑系统采用Y型钢柱+幕墙斜柱。 其中，Y型钢柱造型独特，室内效果如图4所示。根据建筑造型要求，选取3种结构方案进行比较，如图5所示。方案1、竖向截面是由4个箱形分支组成的格子柱，分叉截面是由3个分支组成的格子柱。 方案2，垂直段为8根圆柱组成的编织柱，分叉段为5根圆柱组成的编织柱。 方案3：竖向截面采用八边形实腹柱，分叉段采用六边形实腹柱，分叉过渡段为弯扭杆件。 方案一、方案三对比后，方案一、方案二刚度较弱，施工较复杂，最终选择方案三作为实施方案。

▲ 图4 Y型柱建筑效果图

▲ 图5 Y型柱结构方案示意图

《建筑结构》：作为拥有多个机场项目经验的专业负责人，在这个项目的设计和施工过程中，有哪些让您感受到不一样的地方？

曹力：近年来，以北京大兴机场为代表的国内干线机场航站楼纷纷在建或投入运营。 它们最显着的特点是规模庞大、结构体系复杂。 西安咸阳国际机场位于西北地区。 新建东航站楼和综合交通换乘中心，总建筑面积约110万平方米。 巨大的建筑体量由于结构过长带来的问题十分困难。 例如，在划分选择结构单元时，不仅要考虑如何解决温度应力及相关变形问题，还要认真考虑后浇带、预应力等各种技术措施的优缺点，并根据对施工进度的要求，还要考虑到建筑物的使用空间和形状。 遏制要求。

与普通大型公共建筑相比，航站楼除了结构系统复杂外，还需要大量的行李技术、机电设备、市政管廊等专业设计协调工作。 主楼采用层间隔震技术后，穿过隔震层的楼梯、电梯、自动扶梯需根据具体情况进行特殊设计，如设置滑动装置、增设变形装置等.，确保它们在罕见地震下有足够的性能。 要求有变形能力，保证自身安全，同时还要兼顾美观，尤其是公共场所的观光电梯。 航站楼内重要的行李流程有大量的输送线反复穿过隔震层。 需要特殊设计，将大部分穿过地下室顶板隔震层的行李输送线通过钢平台悬挂起来，尽可能避免隔震。 休克治疗。

建成后，航站楼不仅具备机场的基本功能，还将无缝连接地铁、城轨、高铁、高速公路以及机场内部快速交通系统和地铁，形成真正的综合航空交通枢纽。走廊系统。 这些系统相互交织，属于不同的所有者。 工程接口划分非常复杂。 建设过程中需要统筹规划、反复调整，给设计和施工带来了不小的挑战。

通过总工程师曹力的解答，我们初步了解了西安咸阳国际机场东航站楼的结构设计思路。 接下来我们将详细介绍该项目的技术亮点。

项目概况

西安咸阳国际机场新东航站区三期工程包括东航站楼、综合交通中心、捷运系统、货运、航空餐饮、消防等多个子项目。东航站楼面积约70万平方米，综合交通中心大楼面积约35万平方米。

西安咸阳国际机场三期工程建成后，将成为拥有四条跑道、四个航站楼，集航空、高铁、城际铁路、地铁、捷运、高速公路等多种交通方式于一体的超级交通枢纽。 预计2045年旅客吞吐量将达到9500万人次，货邮吞吐量将达到200万吨。随着未来航空技术的发展，航站楼吞吐量预计将达到1亿人次以上。

▲ 图6 航站区总平面图

▲ 图7 东航站楼航拍效果图

结构设计概述

航站楼结构设计使用寿命50年，结构安全等级​​为一级，重点抗震设防类别，抗震设防烈度8度，设计基本地震加速度值为0.20g； 设计地震分组为第一组，建筑场地类别为II类，场地特征周期为0.43s。 50年基本风压为0.35kN/m2，地面粗糙度为B级。

东航站楼南北长1242m，东西宽832m。 通过设置隔震缝和抗震缝划分为独立的结构单元。 主楼采用隔震设计，其余单元采用抗震设计。 东航站楼主体混凝土结构分为23个结构单元，其中主楼为独立结构单元，平面尺寸486m×252m，地上3层，地下1层（部分地下3层）； 钢屋面分为17个单元结构单元，也是主建筑区内的一个独立单元，平面尺寸为521m×286m。

▲ 图8 东航站楼主体建筑剖面图

▲ 图9 航站楼主楼结构模型

结构设计特点

特点1·基础基础

东航站楼施工场地地貌单元为黄土台地，属自重湿陷性黄土场地，湿陷等级为二级（中度）至四级（极重度）。 经方案比对后，采用静压成孔技术，采用素土挤密桩对场地土进行处理。 对基础进行湿陷性预处理后，采用柱下钻孔灌注桩基础，通过沉降变形和承载力双重控制标准确定桩的设计参数。 对于捷运轨道荷载大、地基变形要求高的地区，在桩基础上增加后注浆工艺。

▲ 图10 地基处理及桩基示意图

特点2·隔震设计

项目建设地点位于地震高烈度区，地震影响显着。 为了提高结构的抗震性能，航站楼主体建筑采用隔震技术，地下室顶板以下设置隔震层。

▲ 图11 隔离层示意图

隔震层由铅芯橡胶隔震支座、普通橡胶隔震支座、弹性滑板支座和粘性阻尼器组成。 在竖向荷载较大的地方采用弹性滑板支座，在地下室周围设置粘性阻尼器，有利于进一步提高减震效果，控制罕遇地震下隔震层的变形和扭转效应。 共采用隔震支座656个，直径1200~1600。 采用60个弹性滑板支架，均为ESB1500。 共布置84个粘性阻尼器。

▲ 图12 隔震支座布置示意图

隔震技术的采用，不仅大大降低了结构的地震效应，而且显着降低了主航站楼超长混凝土结构在温度下的应力。

▲ 图13 隔离前后楼层加速度对比

采用超长结构+隔震技术后，隔震层在地震和温度作用下的变形将明显增大。 对穿过隔震层的楼梯、自动扶梯等结构以及建筑物周围的隔震沟结构提出了更高的要求。 要求。

▲ 图14 隔震结构详图

对于隔离层在温度作用下的变形，考虑两个工况：施工阶段和使用阶段。 施工阶段，通过设置三横一竖结构后浇带来控制温度变形。 在本结构后浇带布置方案下，施工阶段，–39℃温降下隔离层最大位移为39.0mm（考虑混凝土收缩）； 正常使用阶段，在–14℃的温降下，隔离层最大位移为39.0mm。 层最大位移39.2mm； 约占隔震支座允许变形的5.9%，变形较小。

▲ 图15 施工阶段隔离层最大温度变形/mm

▲ 图16 隔离层正常使用时最大温度变形/mm

特点3·慢粘预应力设计

为了解决超长混凝土结构的温度应力和大跨框架梁在侧向荷载作用下的开裂问题，在0.5m楼板和0.5/7.5/14.5m楼板大跨内布置预应力筋。框架梁，其中板中使用线性肋。 铺设钢筋时，梁内采用抛物线钢筋。 框架梁、板采用慢粘预应力技术。 慢粘预应力筋可单束穿过梁柱节点核心区。 预应力筋在梁端退出密集区，成排伸展。

▲ 图17 预应力钢节点

▲ 图18 隔震支座上柱墩、梁、钢柱的连接节点

▲ 图19 预应力钢筋受拉端施工现场

特点四·钢屋面设计

（一）结构体系

航站楼主体建筑钢结构屋顶平面投影呈矩形，宽286m，长521m。 屋顶设有4个交错的弧形垂直采光天窗，将屋顶分为5部分，并在屋檐处封闭。 如同一个身体。 屋顶最大标高47.5m，垂直天窗边界处屋顶标高逐层降低。

屋顶采用方锥体网格结构，典型网格尺寸为4.5m×4.5m。 网格厚度根据跨度分为3.4~3.7m。 陆侧悬臂跨度为25m，端网厚度为3.7m。

▲ 图20 屋顶建筑造型

▲ 图21 主梁钢屋盖制作示意图

(2)屋面系统力传递分析

在竖向荷载作用下，不同隔断的屋顶通过两端铰接的天窗竖杆连接。 杆只传递少量的垂直力，不传递弯矩。

当水平力沿纵向（Y方向）作用时，各隔断屋顶具有良好的面内刚度，能很好地传递水平力。 天窗处，杆件全部铰接，不能传递相邻屋顶的水平力。 因此，大部分水平力将沿着两侧非天窗传递到另一个隔断屋顶。 两侧非天窗处屋顶面积较大。 虽然水平力传递不是直接的，但仍然可以有效地传递。 在纵柱处设置加强桁架，通过加强桁架传递部分水平力。

(3) Y型立柱设计

主楼的屋顶支撑柱造型独特，呈Y字形。 结合建筑造型北京钢结构阁楼设计制作，综合考虑力学性能和施工难度，对格构式和实腹式方案进行了比较。 最终Y形柱采用实腹八角钢管柱方案。

▲ 图24 Y型柱结构剖面图

▲ 图25 Y型柱底座

(4)画廊屋顶设计

连廊屋顶投影呈矩形，中间设有4m宽的采光天窗。 端建筑形制为起伏檐，纵向起伏长度约90m，横向跨度36m。 根据建筑特点和合理的结构分析北京钢结构阁楼设计制作，为最大程度保证建筑的通透性，连廊采用折叠钢架结构，支撑柱跨度18m，钢架间距6m。

▲ 图26 手指廊道建筑造型

▲ 图27 连廊屋面钢结构结构模型

▲ 图28 连廊钢结构模型局部放大

工地

▲ 2022年2月地基处理及基础施工

▲ 2022年2月地下室分区施工

▲ 2022年3月地下室分区施工

▲ 隔震支座将于2022年4月全面安装

▲ 2022年5月主体结构隔断跳跃施工产生正负零

▲ 主体结构将于2022年5月施工至14.5m层

▲ 2022年6月29日主体结构施工至20.5m层（主楼主体混凝土结构封顶）

项目信息

业主单位：西部机场集团有限公司

建设地点：陕西省咸阳市

总建筑面积：航站楼约70万平方米

设计单位：中国西北建筑设计院有限公司

设计时间：2020.6-2021.6

项目状态：在建，预计2025年投产

项目负责人：安军王刚

结构设计团队：曹莉、胡鹏、王冕、李静、朱聪、苏忠民、张明星、程凯峰、包伦、李震、杜文、

严振林、汪建伟、徐良奇、冯丽娜、戴凤亭、常振宁、王申

评审：任同瑞、李欣

审批：杨奇