1 总体规划 榆林机场是陕西省第二大航空港,位于榆林城区西北方向,距市中心15.5公里,地处毛乌素沙漠南缘。榆林机场二期扩建工程是省、市两级重点项目,以2030年为设计目标年,年旅客吞吐量600万人次,高峰小时旅客2591人次,货邮吞吐量1.6万吨,年飞机起降架次4.7万次。
总体规划
榆林机场是陕西省第二大航空港,位于榆林城区西北方向,距市中心15.5公里,地处毛乌素沙漠南缘。榆林机场二期扩建工程是省、市两级重点项目,以2030年为设计目标年,年旅客吞吐量600万人次,高峰小时旅客2591人次,货邮吞吐量1.6万吨,年飞机起降架次4.7万次。
根据机场总规(图1),二期扩建的T2航站楼位于陕西省榆林城区西北方向约15km的榆林机场原T1航站楼北侧,总建筑面积约5.5万m 2 ,采用前列式构型,布置有11个近机位。先期航站区建设航站楼主楼和南指廊以及高架桥、制冷站、站前广场、贵宾停车场、市政道路等配套设施,总建筑面积4.5万m 2 ,采用了 国内首个航站楼EPC总承包工程建设模式 ,后期持续建设北指廊与地下停车库等,现已全部建施完成投入使用。二期扩建工程整体设计、分期实施,设计界面众多,工程量巨大。
▲ 图1 机场总规
航站楼陆侧交通以组织顺畅、方便快捷为原则,由西向东分别设站前广场、停车场以及绿化景观,共同构建起承载多重功能的航空综合交通系统(图2)。
▲ 图2 航站楼陆侧交通
为体现空港交通建筑高双、便捷的设计理念,平面布局按两层式流程设计(图3),一层为到达流程,二层为出发流程,夹层布置了到港旅客通廊,并与T1航站楼无缝衔接。T1航站楼共设置1口条旅客安检通道、条贵宾安检通道、2个值机柜台,11座廊桥以及“面部识别系统”、“自助行李托运系统”等现代化设施设备(图4)。全面提升榆林机场管理运营的现代化、智能化、便利化水平,建立一体化、多层级、全方位、现代化的安防体系,体现"安全机场"的核心设计理念。
▲ 图3 两层式流程设计
▲ 图4 现代化设施设备
建筑设计
榆林机场T2航站楼(图5)不仅是陆空交通转换的枢纽,更是展示榆林城市形象的重要窗口。造型设计灵感来源于榆林古迹万里长城第一台——镇北台,取意“沙海雄台,大漠飞鹰”,力求体现传承与现代相互交融的设计思想,充分反映出现代航空建筑的特点。 主楼屋面钢结构设计采用了全新独特的结构形式——张弦梁,为西北地区第一个采用此结构形式的航空建筑, 整体构件形式轻置优美,形态丰富,连绵的格栅吊顶,起伏舒展的金属屋面,共同营造出变化丰富的室内空间,为旅客营造良好的空间体验,展现出航站楼工艺与空间、技术与文化相交融的意境。长天大漠,风云塞上,作为地区面向国内外宾客的空中门户,榆林机场将全力打造“平安、绿色、智慧、人文”的四型机场,其独特的富有地域特色的建筑形象亦将成为毛乌素沙漠中的新航标。
▲ 图5 榆林机场T2航站楼实景
结构设计
(1)工程概况
榆林机场T2航站楼(图6)总建筑面积约5.5万m 2 ,南北向包括指廊总长度约542m,东西最大宽度约为102m,建筑高度22~28m。工程东侧为高架桥,平面呈T形。建筑效果如图1所示。本项目地上2层,局部地下1层连通交通中心。1层标高±0.00m,主要功能为迎客大厅、行李分拣厅、设备用房。2层标高为7.5m,为办票大厅、候机大厅、商业及业务用房。局部房中房标高为11.500m,主要功能为商业用房。南指廊长边尺寸为162m,北指廊长度为198m,宽度均为33m,建筑屋盖高为22.4m。
▲ 图6 建筑效果图
工程结构设计使用年限为50年,抗震设防类别为重点设防类(乙类建筑),抗震设防烈度为6度,设计基本地震加速度为0.05g,场地类别为Ⅱ类,设计地震分组为第一组;50年一遇基本风压为0.4kN/m 2 ,地面粗糙度类别为B类。结构设计时采用风洞试验报告的风荷载参数。
(2)主体混凝土结构设计
主体结构采用钢筋混凝土框架结构,其中支承屋盖的柱为钢管混凝土柱,设3道防震缝将结构划分为4个独立单体(图7)。分缝后结构平面体型规则,单体最大长度约为172m。下部主体采用现浇混凝土框架结构,主楼和指廊柱网均为12m×12m跨。框架结构抗震等级为三级。楼面布置采用井字梁。框架柱典型截面为900mm圆柱,框架梁典型截面为500×1000,支撑屋盖的钢管混凝土柱截面为900×25。本工程采用钻孔灌注桩.基础采用桩承台加拉梁的型式。
▲ 图7 7.5m标高结构布置图
(3)屋盖结构设计
航站楼屋盖南北为波浪起伏造型,且两跨连续拱形不对称,屋盖支承柱纵向间距为12m,横向间距分别为60,30m,屋盖空侧悬挑5m,陆侧悬挑8m,建筑剖面如图8所示。
▲ 图8 建筑剖面图
屋盖采用配合建筑内外表面自由曲面造型的大跨度张弦拱梁结构,由树状柱及V型柱支承。根据建筑设计要求,屋面造型尽可能轻巧美观,打破传统屋盖结构的厚重感,最大限度的配合建筑师的建筑创新,使航站楼的结构造型与建筑造型有机统一。基于对该建筑和技术表现的理解,结合屋面形态特点、下部混凝土柱网要求,通过多个方案对比分析,该结构采用刚性与柔性相结合的混合结构体系——柱顶分叉树状斜撑支承的二跨连续张弦梁结构体系。航站楼屋盖由16榀张弦钢拱梁组成,每榀钢拱梁间设置刚性系杆,屋面纵向及横向布置水平交叉支撑,纵横向支撑及刚性系杆共同组成屋面支撑体系,屋盖结构体系如图9所示。
▲ 图9 屋盖结构体系
屋盖钢结构由Y形分叉柱支撑;Y形柱与横向张弦梁、纵向连续梁、及交叉拉索共同形成屋面完整的抗侧力体系,以确保屋盖结构具有总够的侧向刚度。Y形分叉钢柱使以钢梁跨度得以减小,从而减小用钢量,同时对屋盖张弦梁提供面外支撑。
航站楼屋盖张弦拱梁结构上弦为两根箱形钢梁,采用变截面□1300×400×20×25~□600×300×12×16,箱形钢梁水平间距为2.4m;下弦采用高强度钢丝束,选 65高钒拉索;撑杆与上弦钢梁构成三角形,平面外为稳定结构,撑杆采用圆钢管 154×10。主楼树状柱采用圆钢管,底部为 900×25、分支为 500×25~ 300×25;V形柱采用圆钢管 600×20;航站楼在陆侧连接地下停车库通道处1,2层楼板有局部有较大开洞,洞口边支承屋盖柱为一通高柱,柱高约为28m。结合建筑造型及功能,利用幕墙下端外挑支座梁设置水平斜梁,使此处变为水平混凝土桁架,加强了柱的侧向约束,如图10所示。通过计算分析,设置加强桁架后,该柱在不增大截面的情况下仍能满足稳定及承载力要求,确保了建筑美观效果。
▲ 图10 开洞处水平加强桁架布置图
(4)关键节点设计
航站楼作为公共建筑,钢结构很多节点处于外露状态。节点设计需要做到受力合理,造型美观,安全可靠。索头为铸钢节点,内部为单球索夹,如图11所示。
▲ 图11 索夹节点
柱脚及树状柱分叉节点均采用外形美观的铸钢节点(图12),避免在节点处产生复杂的焊接温度应力。铸钢件材质G20Mn5QT,节点应力有限元分析结果见图13。
▲ 图12 树形柱及V形柱分叉节点实景图
▲ 图13 分叉节点应力有限元分析结果/(N/mm 2 )
树状柱及V形柱顶均为铰接,对节点处钢梁下翼缘板进行加厚处理,如图14所示。
▲ 图14 树形柱顶与钢梁连接节点
(5)基础设计
榆林机场T2航站楼建设场地地貌单元属于毛乌素沙漠边缘,场地典型土层至上而下分别为:①杂填土、②细砂、③细砂、④粉土、⑤泥岩、⑥砂岩等地层。基础设计等级为甲级。根据勘察报告,场区⑥ -2 砂岩层桩端极限端阻力较高( f rk =4 000kN),宜作为桩端持力层。由于勘察场地基岩面标高变化较大,部分区域基岩面埋藏较深处,选择④粉土层作为桩端持力层。地层剖面及桩基设计示意见图15。
▲ 图15 地层剖面及桩基设计示意图
采用直径700mm钻孔灌注桩,共808根。其中591根为嵌岩桩,桩端持力层为⑥ -2 砂岩层,桩端进入持力层深度≥2400mm,嵌岩桩的嵌岩深度 h r 与桩径 d 之比为3.4,桩长随岩层高度变化,在11~30m之间,单桩抗压承载力特征值在2400~3200kN之间。另外217根为摩擦桩,桩端持力层采用④粉土层,桩长35m,单桩抗压承载力特征值为2600kN。桩顶锚入承台内100mm。基础形式为基础梁+桩基承台。承台底标高为-4.200m。与交通中心相连的局部地下室基础底板底标高为-9.500m,板厚为1200mm。地下室外墙墙厚为800mm。主楼中间区域与交通中心在地下一层有通道相连,相互之间设置结构沉降缝。
(6)工程实景
榆林机场航站楼工程已完工并投入使用,现场照片见图16。
▲ 图16 榆林机场航站楼更多实景