长安盛殿 丝路新港

——西安咸阳国际机场东航站楼结构设计

2022年6月29日，由中国建筑西北设计研究院有限公司原创设计的西安咸阳国际机场三期扩建工程东航站楼工程的主楼部分已全面完成混凝土主体结构施工。标志着西北地区最大的民航工程距离建成投运更进了一步。

西安咸阳国际机场位于中国内陆中心，是西北地区最大、北方第二大的机场，具有“承接东西，联结南北”的区位优势。本次建设的三期扩建工程项目总体定位为将西安咸阳机场打造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的“三位一体的枢纽机场”。其中，航站楼建筑面积约70万m²，平面尺寸为1242m×832m，屋脊最高点高度为47.5m。东航站楼效果图如图1所示。

《建筑结构》：西安咸阳国际机场东航站楼的造型是怎么考虑的？又是怎么与原有航站楼相结合的？

曹莉：西安咸阳国际机场作为古城西安的对外门户，在建筑表现上，力求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航空港特征，提出了“长安盛殿、丝路新港、汉唐风韵、城市华章”的设计理念，以彰显西安咸阳国际机场的文化气质及地域特色。东航站楼屋盖总体造型为主楼中部与指廊端部轻轻折起，形成中央殿堂-两侧阁楼遥相呼应的中国传统建筑意象；主楼屋盖在南北两侧各设有2道错落的弧形竖向采光天窗，在南北向中轴设置一道中央采光带，从而形成了“双坡双脊，重檐三叠”的建筑屋面形象。

东航站楼平面布局采取对称格局，采用主楼+六指廊的直线构型，主从有序、层次分明，顺应并凸显机场中心轴线，与原有方正端庄的T2、T3航站楼遥相呼应，几何逻辑清晰，共同塑造整个咸阳国际机场古朴庄严的建筑形象。

《建筑结构》：该航站楼纵横方向长度均较大，对于这类机场结构，在设计时有哪些注意事项呢？

曹莉：对于结构纵横双向超长，设计要解决的主要问题是其在混凝土自身收缩及季节温变工况下所产生的温度应力及变形问题，可采取以下处理措施：1）减小结构几何尺寸，如在低烈度地区结构增设变形缝；2）降低约束程度，如在高烈度地区机场航站楼结构采用隔震技术；3）减小温差变化，控制结构合拢温度；4）减小混凝土收缩的影响，采用补偿收缩技术、掺加纤维、增设结构后浇带、跳仓法施工等；5）采用预应力技术抵抗结构温度变形；6）注重构造，人为控制开裂：设诱导缝、诱导沟；7）加强施工养护。

东航站楼结构平面尺度较大，设计时首先对混凝土主体和钢屋盖进行了结构单元划分，以减小结构温度变形及应力；同时采用混凝土外加剂，预应力等技术进一步加强控制措施。此外，除设置结构后浇带以外，在施工阶段还将结构划分为更小的单元采取跳仓法进行施工，较大程度的缓解了温度及混凝土的收缩应力和变形。另外，由于主楼采用隔震技术后，隔震层对上部结构的约束程度大幅降低，使得上部结构几乎可以自由变形，因此其在温度及混凝土收缩的作用下内应力很小，主楼成为独立结构单元也才得以实现。

(b) 钢屋盖

曹莉：首先，从工程建设场地条件来看，其设防烈度为8度（0.2g），属于高烈度区，地震作用对结构的影响非常显著。其次，航站楼本身属于人流密集的大型公共建筑，楼内配置众多先进的电子设备，以及大面积的吊顶、管线、幕墙系统，在遭遇地震灾害时，主体结构如能最大程度的保护航站楼内人员、设备和财产安全，对维持机场正常运转具有重要意义，从而发挥其作为抗震救灾指挥生命线工程的重要功能。基于以上考虑，主楼设计采用了隔震技术。相较于传统的依赖结构延性的抗震技术，隔震技术能大幅度降低上部结构的地震响应，从根本上提高结构的抗震性能。

在方案设计阶段，对设置隔震层的位置提出对比方案，分别为基础顶隔震和地下室顶板下隔震两种方案。考虑到主楼地下室局部有捷运轨道系统及市政、行李等管廊穿过，交接界面极为复杂；且由于建筑功能的不同，不同区域的基础底标高差异较大，最大高差近10m，不利于实现基础隔震；地下室顶板无错层且开洞少，整体性较好，有利于水平地震力的有效传递。综合考虑以上因素，最终确定在航站楼地下室顶板下部设置隔震层。

曹莉：东航站楼主楼屋盖平面投影为矩形，长521m，宽286m，采用正放四角锥网架结构。结合建筑室内空间造型要求，其支撑体系采用Y形钢柱+幕墙斜柱。其中Y形钢柱造型较为独特，室内效果如图4所示。根据建筑造型需求，选取了三种结构方案进行对比，如图5所示。方案1，竖直段为由4根箱形分肢组成的格构式柱体，分叉段为由3根分肢组成的格构式柱体。方案2，竖直段为由8根圆管柱组成的编织式柱体，分叉段为由5根圆管柱组成的编织式柱体。方案3，竖直段采用八边形实腹式柱体，分叉段采用六边形实腹式柱体，分叉过渡段为弯扭构件。对比方案1～3后得出，方案1、2刚度较弱，且施工较为复杂，最终选用方案3为实施方案。

曹莉：近年来国内陆续建设中或已投运的干线机场航站楼，以北京大兴机场为代表，其最显著的特点就是规模巨大、结构体系复杂。西安咸阳国际机场地处西北地区，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，仅仅由于结构超长带来的问题就十分棘手，例如在划分结构单元时，既要考虑如何解决温度应力及相关变形问题，仔细斟酌后浇带、预应力等各类技术措施的优缺点，结合施工进度要求寻找平衡点，同时还要兼顾建筑使用空间及造型围护需求。

相较于一般的大型公建，航站楼建筑除了结构体系的复杂之外，其和行李工艺、机电设备、市政管廊等专业的设计配合工作量也非常巨大。主楼在采用层间隔震技术后，穿越隔震层的楼梯、电梯、扶梯均需根据具体情况进行特殊设计，例如设置滑动装置、增加可变形装置等，以保证其在罕遇地震作用下具有充分的变形能力以保证自身安全，同时还需兼顾美观，特别是公共空间的观光梯。航站楼中重要的行李工艺，有大量输送线反复穿越隔震层，需采取特殊设计将大多数穿越隔震层的行李输送线通过钢平台吊挂于地下室顶板上，以尽可能避免进行隔震处理。

航站楼建成后将不仅具有航空港这一基本功能，还将通过无缝连接地铁、城铁、高铁、公路以及机场内部捷运系统、地下管廊系统，形成真正意义上的航空综合交通枢纽。这些系统相互穿梭交织、分属不同的业主单位，工程界面划分非常复杂，建设过程中需要统筹规划和反复调整，给设计和施工都带来不小的挑战。

通过曹莉总工的解答，我们对西安咸阳国际机场东航站楼的结构设计思路有了初步的了解。接下来具体介绍该项目的技术亮点内容。

西安咸阳国际机场新建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、航食、消防等若干个子项，其中东航站楼建筑面积约70万m²，综合交通中心建筑面积约35万m²。

西安咸阳国际机场三期工程建成后将成为拥有4条跑道、4座航站楼，集航空、高铁、城际铁路、地铁、捷运、公路等多种交通方式为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，终端流量有望达到1亿人次以上。

▲ 图6   航站区总平面图

航站楼的结构设计使用年限50年，结构安全等级一级，抗震设防重点设防类，抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度值为0.20g；设计地震分组第一组，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类。

东航站楼南北总长1242m，东西宽832m，通过设置隔震缝及防震缝划分为各自独立的结构单元，其中主楼采用隔震设计，其余单元采用抗震设计。东航站楼混凝土主体结构划分为23个结构单元，其中主楼为独立的结构单元，平面尺寸为486m×252m，地上3层，地下1层（局部地下3层）；钢屋盖则划分为17个结构单元，在主楼区同样为独立单元，平面尺寸为521m×286m。

东航站楼建设场地地貌单元属黄土塬，为自重湿陷性黄土场地，湿陷等级为Ⅱ（中等）级～Ⅳ（很严重）级。经方案对比，采用静压成孔工艺素土挤密桩对场地土进行处理。在预先处理地基湿陷性后，采用柱下钻孔灌注桩基础，通过沉降变形和承载力双控标准确定桩的设计参数。对于捷运轨道荷载较大且基础变形要求较高的区域，桩基增加后注浆工艺。

工程建设场地位于高烈度地区，地震作用显著。为提高结构的抗震性能，在航站楼主楼采用隔震技术，隔震层设置在地下室顶板以下。

隔震层由铅芯橡胶隔震支座、普通橡胶隔震支座、弹性滑板支座和黏滞阻尼器组成，其中弹性滑板支座应用于竖向荷载较大处，黏滞阻尼器设置在地下室周边，有利于进一步提高减震效果，并控制隔震层在罕遇地震作用下的变形及扭转效应。隔震支座共计使用656个，直径1200~1600。弹性滑板支座使用60个，均为ESB1500。共布置84个黏滞阻尼器。

采用隔震技术后，不仅大幅度减小了结构的地震作用，同时也显著降低了航站楼主楼超长混凝土结构在温度作用下的应力。

采用超长结构+隔震技术后，隔震层在地震及温度作用下的变形将明显增加，对楼梯、扶梯等穿越隔震层的构造以及建筑物周边隔震沟的构造提出了较高的要求。

▲ 图14   隔震构造详图

对于隔震层在温度作用下的变形，考虑施工阶段和使用阶段两种工况。在施工阶段，通过设置三横一纵的结构后浇带控制温度变形。在此结构后浇带布置方案下，在施工阶段，–39℃温降作用（考虑混凝土收缩）下隔震层最大位移为39.0mm；在正常使用阶段，–14℃温降作用下，隔震层最大位移为39.2mm；约占隔震支座允许变形的5.9%，变形较小。

为解决超长混凝土结构的温度应力及横向荷载下大跨框架梁的开裂问题，在0.5m层楼板及0.5/7.5/14.5m层大跨框架梁中均布置了预应力筋，其中板内采用直线型布筋，梁中采用抛物线型布筋。框架梁及板内均采用缓粘结预应力技术，缓粘结预应力筋可单股单束穿越梁柱节点核心区，预应力筋出梁端加密区后分排撅起张拉。

▲ 图18   隔震支座上柱墩、梁、型钢柱交接节点

（1） 结构体系

航站楼主楼钢结构屋盖平面投影为矩形，宽度为286m，长为521m，屋盖设有4道错落的弧形竖向采光天窗，将屋盖处分为5个部分，在屋檐处又合为一体。屋顶最大标高为47.5m，在竖向天窗分界处屋顶标高逐层降低。

屋盖采用正放四角锥网架结构，典型网格尺寸4.5m×4.5m，网架厚度根据跨度不同分为3.4~3.7m，陆侧悬挑跨度25m，端部网架厚度为3.7m。

（2）屋盖体系传力分析

竖向荷载作用下不同分区的屋盖通过两端铰接的天窗竖杆相连，杆件只传递少量竖向力，不传递弯矩。

当水平力沿纵向（Y向）作用时，每个分区屋面有较好的平面内刚度，能够很好地传递水平力。在天窗处，杆件均为铰接，无法传递相临屋盖的水平力。因此大部分水平力将沿着两侧非天窗处传递至另一个分区屋面，两侧非天窗处屋盖面积较大，水平力传递虽不直接，但仍能进行有效传递。在纵向柱列处，设置加强桁架，使部分水平力能通过加强桁架进行传递。

（3）Y形柱设计

主楼屋盖支撑柱较为独特，为Y形。结合建筑造型，考虑受力性能及建造难度，在格构式与实腹式方案间进行比较，最终Y型柱采用实腹式八边形钢管柱方案。

▲ 图24   Y型柱结构剖面图

（4）指廊屋盖设计

指廊屋盖投影为矩形，中间为4m宽采光天窗，端头建筑造型为起伏屋檐，纵向起伏长度约为90m，横向跨度为36m。根据建筑特点及结构合理分析，为最大程度保证建筑通透性，指廊采用折型钢架结构，支承柱列跨度为18m，钢架间距为6m。

▲ 图27   指廊屋盖钢结构结构模型

▲ 2022年2月  地下室分区施工

▲ 2022年3月  地下室分区施工

▲ 2022年4月  隔震支座全面安装

▲ 2022年5月  主体结构分区跳仓施工出正负零

▲ 2022年5月  主体结构施工至14.5m层

▲ 2022年6月29日 主体结构施工至20.5m层（主楼混凝土主体结构封顶）

除特别注明外，其余图片或视频均由中国建筑西北设计研究院有限公司提供

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责任编辑：李会珍

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