【结构咖】如何抵御地震、风雪灾害及偶然作用？乌鲁木齐国际机场北航站区结构定制方案来解答

来源微信公众号：AAAPLUS

作者：蒋本卫

地震灾害是地球上最严重的灾害之一。地处印度板块与欧亚板块间相互顶撞最吃劲的新疆地区，天山山体被强烈抬升，地质构造运动剧烈、复杂，能量积累快，因而地震也多。

新疆地区最近五年内震级大于4级的地震分布

近年来，我国连年发生严重风雪自然灾害而引起结构的破坏甚至倒塌事故，造成了巨大的经济损失和人员伤亡。新疆地处我国西北，风雪荷载大，风雪灾害多。

自然灾害造成的建筑损坏

新建的乌鲁木齐国际机场北航站区工程体量庞大、功能复杂，其政治经济方面影响力大；航站楼为大跨度钢结构对风雪荷载敏感；机场人员密集。本项目作为连接亚欧、面向中西亚的国际航空枢纽，一旦受到地震灾害、自然灾害或偶然荷载破坏，影响全线路运营。那么，有什么防护手段和应急措施，来保障交通枢纽的安全运营以及在紧急状况下最大限度的保障旅客生命财产的安全呢？

隔震设计 地动楼静

采用隔震技术可以隔离地震能量向上部结构输入，显著降低上部结构的地震响应，从而可以有效地保护结构免遭地震破坏。有了隔震支座，任你地动山摇，我自岿然不动！

地震时一般建筑物，“以刚制刚”

地震时采取隔震技术的建筑物，“以柔克刚”

基底隔震，减少填方

本工程场地比较特殊，航站楼用地范围须进行回填，回填厚度大，最大填方高度约25m，平均填方高度约14m。采用基底隔震，增加的隔震层减少了土方回填量。

基底隔震示意图

最大单体错层隔震

航站楼主楼隔震层跨层设置，隔震区建筑面积约35万平米，为最大单体错层隔震建筑。

单层错层隔震示意图

两个相邻单体隔震

航站楼主楼与换乘中心为两个相邻单体，均采用隔震技术。

相邻单体隔震示意图

隔震支座的温差效应分析及可更换性

乌鲁木齐市昼夜温差大，寒暑变化剧烈；大温差下隔震支座的变形不能忽视，支座最大变形叠加了温度作用的影响。

隔震支座的温差效应分析

建筑设计使用年限较长，考虑若遭遇较大地震后，地震中损坏的隔震支座需维护更换，隔震层的基础承台给隔震支座的更换预留了土建条件。

支座的可替换示意

风雪荷载分布研究 科学规范取值

风洞试验和风振响应分析

风洞试验模型为刚体模型，在风洞试验转盘上模拟目标建筑周边500米半径的圆形区域内的周边建筑，以便考虑周边建筑对目标建筑的干扰效应。

风洞测试实验

在刚性测压模型试验的基础上，根据建筑物表面脉动压力的试验结果和建筑物的结构动力特性，采用随机振动理论，对建筑结构进行风致振动响应分析，得到用于结构设计的等效静力风荷载。

不同风向下的结构等效静力风荷载

雪荷载分布研究

与同济大学合作，利用CFD技术对航站楼进行了全尺度数值模拟，分析主要风向下屋盖表面的风速分布，结合当地气象资料模拟屋面雪颗粒的飘移，再经概率统计得到了屋面雪荷载分布。

雪荷载分布数值模拟

提升抵抗偶然作用能力

乌鲁木齐国际机场北航站区安全等级高，除了满足常规安全防护要求外，还针对可能遭受的撞击、爆炸等偶然荷载威胁，与同济大学合作进行了专项分析研究，以进一步提升航站楼的安全防护能力。

结构抗爆能力研究

选取易遭受汽车袭击的车道边结构柱进行抗爆能力研究（图1），在不同爆炸当量下，柱的整体侧向变形及破坏模式如下图示（图2）。根据分析结果，对相关结构柱进行包钢加固（图3）。

图1

爆炸荷载下柱表面的压力云图

图2

图3

玻璃幕墙抗爆研究

建筑玻璃幕墙作为建筑物的外部围护结构，其抗爆性能直接关系到整个建筑物的抗爆性能。当玻璃碎片从玻璃窗框上跌落、飞溅会引起直接的人员伤亡，而爆炸时释放大量的冲击波透过破碎的玻璃缝隙进入建筑物内又会引起间接的人员伤亡。

根据区域的重要性及汽车炸弹风险评估结果，需要在建筑物面向陆侧车道的幕墙采取防护措施。对于玻璃幕墙，须采用夹胶玻璃，一是为了防止爆炸作用下玻璃碎片飞溅会造成严重的二次伤害，二是为了防止位置较高处若发生钢化玻璃自爆可能会发生碎片砸落。

分析了不同夹层材料（PVB以及SGP）、不同爆炸工况（近场背包炸弹以及远场汽车炸弹），以及不同立面高度工况下中空夹层玻璃幕墙的动态响应及破坏模式。同时还分析了夹持宽度以及结构胶强度对玻璃幕墙抗爆性能的影响。

近场爆炸下中空夹层玻璃幕墙变形

远场爆炸下中空夹层玻璃幕墙变形

2016年10月通过方案设计评审，

2017年10月通过初步设计预评审，

2018年4月提交施工图成果，

2018年7月完成施工图审图及最终调整

……

2022年

我们共同期待它的落成!

撰文 / 蒋本卫

微信编辑 /《A+》杂志  张应静