北京大兴国际机场建筑结构设计

北京大兴国际机场建筑结构设计

吴强强

天津市市政工程设计研究院，天津市，300380

摘要：为缓解北京客运量的快速增加，设计建造了北京大兴国际机场，并成为目前世界最大机场。本文通过对大兴机场场地选择、建筑设计、结构设计等方面进行了分析，展示出大兴机场设计建造之美、建筑结构之复杂、施工难度之困难前所未有。

关键词：最大机场、建筑设计、结构设计

引言：随着经济全球化国家经济的快速发展，北京吞吐运量快速增加。由于首都国际机场最初规划设计所限，对其扩建以缓和此情况效果不明显。基于种种需求，修建北京第二大型机场提上日程。

1、场地选择和建筑设计

北京机场的选址在在远离北京市中心，并综合考虑雄安及天津的区位，能便捷连接京津冀，2009年最终确定选址于天安门正南46公里、北京中轴线延长线的大兴区与河北省廊坊市广阳区之间。位置距离首都机场67公里，到雄安新区约65公里，距天津市区75公里。

于2019年建设完成的北京大兴国际机场是中国乃至世界最大的超大型综合交通枢纽机场，而且航站楼综合体建筑面积约为143万平方米，用地南北1753.4米，东西宽约1591米，建筑高度约50m，其中航站楼建筑面积约78万平方米，综合服务楼面积13万平方米，停车楼建筑面积26万平方米，轨道交通建筑面积26万平方米。按照总体规划，大兴机场远期容量为每年1亿以上人次，分为南北两个航站区，本期建设的北航站楼及配套设施先期满足4500万人次，并可带动随后建设的南侧卫星厅而达到7200万人次的北航站区容量目标。

机场整体来看为六指廊设计，航站楼以单点为中心，延伸出六条放射指廊，包括5条机场内候机指廊和1条机场外配套服务指廊综合楼，每两条指廊之间的夹角都是60度。机场通过核心空间联系各廊道，能够显著减少旅客步行距离，而在五条指廊的间隙布置飞机，共计82个登机口。从航站楼中心始指廊中线长度600米，乘客步行至指廊端头只需要8分钟。指廊最小宽度40米，指廊端头宽度110米。

整个航站楼地上部分5层，地下2层，面对超大的设计容量，航站楼首次采用“双出发双到达”的设计，一层为国际到达区，二层为混合流动区，三层为国内出发区，四层为国际出发区，地下二层是轨道交通层，地下一层是轨道交通的换乘中心，换乘高铁、地铁、城际铁路，双层出港高架桥及楼内层双出港厅布局，到港功能也分为国内和国际双层布置，为大量的车辆停靠、值机办理、检查通道、行李处理等流程设施布置提供了必要条件，并控制了主楼平面尺度。

图1北京大兴国际机场鸟瞰图

2、地下部分结构设计

作为超大型的公共建筑，其结构安全及其重要。机场结构安全等级为一级，抗震设防烈度为8度（0.2g），水平地震影响系数为0.16，设计使用年限50年，建筑场地类别为Ⅱ类，抗震设防类别为乙类，设计地震分组为第二组。机场一经建成便成为全球唯一一座双进双出的航站楼、世界规模最大的单体机场航站楼、世界施工技术难度最高的航站楼、世界最大的采用隔震支座机场航站楼、世界最大的无结构缝一体化航站楼。

结构基础采用了桩筏基础，地下结构为钢筋混凝土框架结构，分为19个单元，单元之间的分缝在地下按伸缩缝和沉降缝设置，在地上按防震缝设置。混凝土基本柱网为9m×9m和9m×18m以及不同心圆的圆弧轴网。其中主体部分结构C1区尺寸约为513m×411m，属于超大超长的结构，由于混凝土自生特性如硬化收缩，水化放热以及大尺寸混凝土施工难度大等原因，且需要进行裂缝控制，温度控制以及结构扭转的控制，C区必须进行混凝土的分块施工。该单一混凝土楼板使得机场航站楼成为世界最大的无结构缝一体化航站楼。

航站楼核心区结构复杂，且结构纵、横向刚度不对称，其温度作用影响很大，同时机场作为重要的公共建筑，其抗震设防烈度高，主体的地震作用大；而且其下部设置高铁站、地铁站，在列车高速穿过机场底部时，需要考虑高速穿越时对主体结构的影响、基础的沉降、结构的振动以及下部混凝土结构与上部钢结构连接转换问题。基于上述原因机场核心区采用隔振技术，隔震层设置B1层，由下支墩、隔震支座、弹性滑板支座、黏滞阻尼器和上支墩组成。隔震层的铅芯橡胶隔震支座、普通橡胶隔震支座、弹性滑板支座和阻尼器组成共计1152个．

为满足地上地下结构形式变化和地上大空间使用的要求，保证建筑功能的连续性，提高建筑面积的利用效率，每个上部C形钢柱下均通过型钢混凝土交叉结构梁将荷载转换到相邻的混凝土柱上。转换结构部位受力复杂，为找出屋盖支承结构传力的关键部位，需通过可靠的分析计算和构造措施实现，实现地面结构的大跨度要求。

3地上部分结构设计

为满足使用要求及结构施工的可行性，结构设计将六指廊结构大体分为俩部分，分别是航站楼和综合服务楼，航站楼下部结构为钢筋混凝土框架结构，其屋顶及支撑结构采用钢结构，中心区屋顶采用钢网格结构，支撑结构采用C型钢柱（这种复杂巨型格构式钢管柱作为主要支承结构，因其平面投影形状呈C形而称之为C形柱。）、支撑筒、钢管柱及幕墙柱组成；指廊部分屋顶采用钢桁架结构，支撑结构采用钢管柱和幕墙钢柱。指廊部分的屋顶钢结构通过钢管柱支撑，利用外侧幕墙柱于室内钢结构柱形成稳定的抗侧体系。另外，东北、西北指廊挑檐处根据建筑造型要求，增设C型柱，提供屋顶结构的竖向和水平支撑。采用格构式柱因其造型美观，结构形式自由多变，易于实现建筑设计意图而被广泛用作机场航站楼、体育场馆、会展中心等大型公共建筑的支承结构。张爱玲等人对C型柱的性能做了详尽分析。

C型柱向上延伸，犹如一颗颗大树向四周扩展，形成直径约180m不规则自由曲面的钢网架屋顶，C型柱与楼盖连接处高阶连续，浑然一体。在C型柱上端的空腔设置气泡窗，各C型柱及屋盖连接体的连接处设置条形天窗，增加航站楼整体采光。钢结构杆件采用圆钢管截面，节点为焊接球，部分受力较大部位采用铸钢球节点或铸钢节点。在玻璃采光顶范围内采用桁架结构，采光顶范围内钢结构杆件为方钢管截面，采用相贯节点。C型柱作为主要支承钢结构，材料采用Q460GJC，屋顶钢结构材料采用Q345B。

图2 航站楼主体支撑结构示意图

4、结论

北京大兴国际机场建筑之美和功能使用相得益彰，整体结构设计难度、施工困难程度前所未有。其灵动的建筑设计风格为机场设计的典范，结构设计中所探索出的新技术新方案更为其他复杂工程提供借鉴。

参考文献：

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[3]高良,王留成,陈君,苏英强,马国良.北京新机场航站楼核心区钢屋盖施工技术[J],2018,47(15):120-125.