机场工程作为国家重大基础设施，一般都属于国家重点建设项目，特别是大型枢纽机场航站楼属于国家重大建设项目。作为生命线工程的机场，要使航空运输在危机时刻发挥作用，需要其跑道、航站楼等各项重要设施在地震灾害发生时能够基本保持完好。因此，机场建设必须要考虑如何抗御地震灾害和其他突发事件。

　　 航站楼作为机场的核心设施，为保障在强烈地震作用下机场的安全运行，对航站楼结构抗震设计提出了更高的要求。如何确保航站楼建筑的抗震安全是设计人员需要重点考虑的问题。

　　 我国是世界上地震灾害最为严重的国家之一，提升工程结构抗震能力已成为我国工程技术人员迫在眉睫的重要任务。隔震技术作为一种新型的抗震方法近几年得到飞速发展，在国内外得到广泛的应用。隔震建筑已经历过多次强烈地震的考验，效果良好，抗震性能显著。隔震示意图如图1所示。

　　 2014年住建部印发了《关于房屋建筑工程推广应用减隔震技术的若干意见 (暂行) 》 (建质[2014]25号) 的文件后，减隔震技术得到越来越广泛的关注与应用，建筑结构设计也逐渐从传统的“抗震”设计逐渐向“减震”、“隔震”设计方向发展。

　　 在高烈度地震地区，隔震技术的应用可最大限度保证航站楼在强烈地震作用下功能完好，机场航站楼结构采用隔震技术显得非常必要。

　　 本文结合昆明长水国际机场、海口美兰国际机场和北京大兴国际机场工程，介绍隔震技术在机场航站楼工程中的应用。

　　 昆明长水国际机场^[1]是国家“十一五”期间批准新建的大型机场，项目总体定位为面向东南亚、南亚，连接欧亚的国家门户枢纽机场，如图2所示。航站楼总建筑面积约为548 300 m²。

　　 航站楼下部结构采用钢筋混凝土框架结构，屋顶及支承屋顶的结构为钢结构。工程的结构设计基准期为50年，结构安全等级为一级，抗震设防烈度为8度，基本地震加速度为0.2g，《建筑抗震设计规范》 (GB 50011—2010) ^[2] (简称抗规) 规定的水平地震影响系数为0.16，安评报告的水平地震影响系数为0.188，实际分析时按大值进行计算。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。

　　 云南省是我国地震多发和高烈度地区，本工程属于国家重点建设项目;航站楼位于地震活动强烈的小江断裂带附近约12km，面临严峻的地震形势。航站楼拟建场地跨越多个地貌单元，地形起伏不平，场区属岩溶区，岩溶非常发育，多条断层从场区穿过。场地为半挖半填场地，填筑厚度差异大，地基极不均匀，面临复杂的场地环境。

　　 昆明长水国际机场航站楼工程属于大型复杂结构，且结构纵、横向刚度不对称。航站楼核心区屋架主要由7条钢彩带结构支承。航站楼结构设计存在结构超长 (平面为324m×256m) 、彩带结构设计、索幕墙结构设计等关键问题。并且结构长度超过了300m，需进行多点多维地震输入计算分析。

　　 经过多次技术研讨会及专家论证会，专家一致认为在高烈度区、地震多发区，航站楼采用隔震设计方案是必要的，也是可行的。

　　 考虑到核心区结构复杂、人员密集、功能复杂、设备重要等因素，同时为避免重要仪器设备在大震中遭受严重破坏而导致系统中断服务，确保航站楼的设备功能正常运转，最后确定核心区主体结构采用隔震技术。

　　 由于航站楼核心区全部位于填方区，无需进行基础开挖，仅需在地下室外侧采用护壁式挡墙即可布置隔震沟，采用基础隔震极为有利。在基础顶部设置隔震层，可充分发挥隔震效果，减小上部复杂结构的地震作用，从根本上提高整体结构的抗震性能，同时对建筑使用功能影响很小。

　　 隔震预期目标是将隔震层上部结构的水平地震作用及有关的抗震措施按照降低1度 (即7度) 设计，竖向地震作用及抗震措施不降低。

　　 按照抗规的规定，水平向减震系数暂定为0.4。根据设定的隔震目标，对隔震后结构固有周期需求进行估算，初步确定隔震层水平等效刚度，进行隔震支座的选型。

　　 方案1为普通橡胶隔震支座与铅芯橡胶隔震支座组合的隔震方案。基于隔震支座当时 (2007年) 的生产能力，选用1 000mm直径的隔震支座。根据柱下竖向力的大小，每个柱下需设置的隔震支座个数为1～6个不等。试算发现，当满足水平向减震系数时，大震作用下隔震层的位移超过了1 000mm隔震支座的水平位移限值，方案1实施有困难。

　　 方案2为普通橡胶隔震支座、铅芯橡胶隔震支座与速度型阻尼器组合的隔震方案。隔震支座布置与选型与方案1相同，鉴于无法加大隔震支座的尺寸，故在隔震层布置一定数量的速度型阻尼器来控制大震时的位移。试算结果表明，方案2可行，可以作为进一步深化的隔震方案。

　　 考虑到上部结构两个方向刚度差别很大，扭转效应已经很明显，因此，隔震支座布置时，首要原则是让质量中心与刚度中心基本重合，其次是在中心区布置普通橡胶隔震支座，外围布置铅芯橡胶隔震支座，同时双方向布置速度型阻尼器，并尽量布置在外围。

　　 利用普通橡胶隔震支座、铅芯橡胶隔震支座和速度型阻尼器的不同特性，通过三者的合理布置及优化组合，形成与上部结构相协调的组合隔震层，有效减小上部结构扭转效应，显著提高隔震效果。

　　 阻尼器的选型是设计中重点考虑的问题之一。速度型阻尼器的速度指数m根据设置目的进行选择，一般取0.4～1.0。当设置速度型阻尼器的目的侧重能量耗散时，速度指数取小值;当设置速度型阻尼器的目的侧重限位时，速度指数宜选大值。速度型阻尼器输出力与速度的关系如图3所示。

　　 隔震分析表明，当速度型阻尼器的速度指数过小时，会降低结构在中小震时的减震效果。本工程为兼顾减震及耗能效果，速度型阻尼器的速度指数取0.4。

　　 设置速度型阻尼器不仅提高了隔震层的耗能能力，同时也起到减小隔震层在大震下的变形、降低扭转效应的作用。

　　 隔震分析通常采用时程分析进行计算，地震波选择的合理性直接影响计算结果的合理性。隔震分析地震波选择时，需对隔震前、后的频谱值均进行合理性判断才能确保隔震计算结果的安全性、合理性，如图4所示，本工程选取地震波时不但对非隔震主要周期点进行频谱值控制，同时对隔震周期点的频谱值进行合理性控制。

　　 抗规12.2.5条3款要求隔震后结构各楼层的水平地震剪力尚应符合本规范5.2.5条对本地区设防烈度的最小剪力系数的规定。当计算的水平地震剪力不满足最小剪力系数要求时，可通过放大楼层地震剪力至满足最小剪力系数进行设计。

　　 本工程的计算分析表明，隔震后最小剪力系数为0.034，满足最小剪力系数要求，无需调整楼层地震剪力。

　　 结构最终实施方案为采用普通橡胶隔震支座、铅芯橡胶隔震支座与速度型阻尼器组合的隔震设计方案。考虑到云南省是我国地震多发、高烈度地区，航站楼距小江活动断裂带较近，安评报告提供的水平地震影响系数为0.188，因此，隔震后的上部结构的设防烈度确定为7.5度，同时与隔震时程分析结果比较，取包络进行设计。具体计算过程与结果见文献[1]，本文不再赘述。

　　 为确保隔震设计的可靠性，本工程进行了地震模拟振动台试验，由于受振动台设备的限制，模型缩尺比例为1∶60。试验结果表明，航站楼隔震结构设计合理，可满足抗震设防要求。

　　 2015年3月9日，昆明市嵩明县发生4.5级地震，震中距昆明长水国际机场约28km，由于航站楼工程设置了强震观测系统，得到了实际地震动记录，如图5, 6所示。

　　 隔震层底板即基础处水平地震记录加速度峰值在东西向为20.6gal，在南北向为17.5gal;隔震后3层处水平地震记录加速度峰值在东西向为4.4gal，在南北向为5.0gal。隔震后3层处的加速度仅为基础处加速度的1/3～1/5，矢量合成后为基础处加速度的1/4。

　　 地震实测记录表明，昆明长水国际机场航站楼隔震效果明显，达到了预期的设计目标。

　　 海口美兰国际机场T2航站楼^[3]总建筑面积29.6万m²，其中地上27.52万m²，地下2.06万m²，由中心区和4个指廊组成，如图7所示。

　　 工程的结构设计基准期为50年，结构安全等级为一级，结构重要性系数为1.1，抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度为0.3g，设计地震分组为第一组，场地类别为Ⅱ类，建筑抗震设防类别为乙类。抗规的特征周期为0.35s，安评报告的特征周期为0.40s，实际分析时按大值进行计算。

　　 主体结构采用全现浇钢筋混凝土框架结构，屋顶及支撑结构采用钢结构。航站楼平面共设置8道结构缝形成9个结构单体 (图8) 。

　　 工程位于8度 (0.30g) 的高烈度地震地区，建筑抗震设防类别为乙类，属于重点设防类别，且结构平面不规则，结构长度大于300m，依据《关于房屋建筑工程推广应用减隔震技术的若干意见 (暂行) 》 (建质[2014]25号) 及海南省住房和城乡建设厅的有关规定，确定海口美兰国际机场T2航站楼采用隔震技术。该工程作为2017年海南省隔震技术应用工程，由海南省住房和城乡建设厅组织召开了现场观摩会。

　　 航站楼中心区 (A区) 是旅客聚集的主要区域，具有面积大、空间大、跨度大、造型复杂、内装设备系统昂贵、服务要求高等特点。为提高中心区结构的抗震性能目标，减小结构超长温度应力，对中心区采用隔震技术。

　　 考虑到中心区仅局部有1层地下室 (图9) ，适宜采用基础隔震。但如隔震层设置于地下室顶板，则局部地下室存在电梯下挂、设备电气管线连接等相关问题，需特殊处理，结合各专业意见，综合评估后，决定采用跨层隔震设计方案，如图10所示。

　　 隔震预期目标为将隔震层上部结构的水平地震作用及有关的抗震措施按照降低1度 (即7.5度) 设计，竖向地震作用及抗震措施不降低。

　　 本工程设计初期选用了两个隔震方案。方案1为普通橡胶隔震支座、铅芯橡胶隔震支座、弹性滑板支座与阻尼器组合的隔震方案;方案2为普通橡胶隔震支座、铅芯橡胶隔震支座、弹性滑板支座组合的隔震方案。

　　 两个隔震方案的计算结果均能满足性能目标要求，考虑到航站楼层数较少，且隔震层跨层设置，阻尼器布置有一定的困难，最终选择方案2作为实施方案。

　　 隔震层中心区布置弹性滑板支座，中心区外侧布置普通橡胶隔震支座，最外围布置铅芯橡胶隔震支座，如图11所示。

　　 抗规12.2.4条规定，隔震层在罕遇地震下应保持稳定，不宜出现不可恢复的变形。根据本工程隔震层各支座的剪切特性推导出隔震层的恢复力模型，对隔震层总恢复力进行了计算分析，控制隔震层最大残余变形不超过隔震层设计极限变形的5%。

　　 根据国标《橡胶支座第5部分:建筑隔震弹性滑板支座》 (GB 20688.5—2014) 对摩擦系数的规定，低摩擦系数的弹性滑板支座摩擦系数允许偏差为50%。针对本工程，考虑一定的安全系数，取弹性滑板支座摩擦系数为0.01, 0.03及0.05这三种情况，分别对三种情况下隔震层偏心率、减震系数、隔震支座极限位移进行对比，评估弹性滑板支座摩擦系数变化对隔震设计的影响程度。以隔震层偏心率为例，摩擦系数对隔震层偏心率的影响见表1，设计时考虑摩擦系数变化对偏心率的不利影响，从而充分考虑结构的最大扭转效应。

　　 跨层隔震设计需要解决的问题有:1) 上下两个隔震层隔震支座的变形协调;2) 跨层结构刚度的控制参数;3) 跨层结构构件的抗震性能目标。

　　 为确保跨层隔震效果的实现，将局部地下室设计为与首层底板变形基本一致的刚性体。设计中采取的措施有:1) 提高局部地下室的水平刚度，双向布置剪力墙 (图12) ，控制剪力墙的间距，确保跨层结构具有足够的整体抗侧刚度;2) 减小跨层结构的隔震支座刚度，竖向荷载大的柱位布置弹性滑板支座，其余位置布置刚度较小的普通橡胶隔震支座，减小地震作用下的水平力。

　　 在没有相关规范及类似工程案例参考的情况下，在概念设计的基础上，对跨层结构的抗震性能提出以下具体要求:1) 大震作用下层间位移角不大于1/1 500;2) 地震剪力全部由跨层结构的剪力墙承担;3) 剪力墙抗剪满足大震弹性，抗弯满足大震不屈服;4) 对局部区域的配筋及构造措施进行加强。具体计算过程与结果见文献[3]，本文不再赘述。

　　 该设计理念和设计成果得到了专家的一致认可，并在即将实施的《建筑隔震设计标准》 (编号暂未确定) 中有所体现。

　　 北京大兴国际机场^[4,5]为国家重点工程，位于永定河北岸，北京市大兴区礼贤镇、榆垡镇和河北省廊坊市广阳区之间。航站楼总建筑面积约为80万m²，由中央主楼和五条互呈60°夹角的放射状指廊构成 (图13) 。

　　 工程的结构设计基准期为50年，结构安全等级为一级，抗震设防烈度为8度，基本地震加速度为0.2g，建筑场地类别为Ⅲ类，抗震设防类别为乙类，设计地震分组为第二组，特征周期为0.45s。

　　 航站楼主体结构采用钢筋混凝土框架结构，混凝土结构分为19个单元 (图14) ，中心区 (C区) 面积最大。屋顶及支承屋顶的结构为钢结构，屋顶钢结构分为5个单元。

　　 北京大兴国际机场是大型枢纽机场，国家重大建设项目，航站楼建筑抗震设防类别为乙类，属于重点设防类别;航站楼结构复杂，支承结构采用C形钢柱和格构式钢柱，结构复杂，且结构纵、横向刚度不对称;航站楼结构超长超大，温度作用和地震作用下的扭转效应显著;航站楼结构平面不规则、结构长度大于300m;航站楼下部有高铁、地铁和轻轨通道的咽喉区段，高铁需要高速通过，存在结构振动问题。为保证航站楼结构的抗震安全，最后确定北京大兴国际机场航站楼采用隔震技术。

　　 航站楼C区存在建筑功能复杂、C形柱、结构转换、结构超长超大 (约518m×395m) 、高铁高速穿行等问题，为提高C区抗震性能、减少温度作用、减弱高铁高速通过对航站楼的影响，确定C区主体结构采用隔震技术。

　　 由于C区地下2层有高铁和地铁穿过，无法实现基础隔震。而标高±0.00 (建筑完成面) 处楼板较完整，有条件布置隔震层。因此，在标高±0.00处设置层间隔震层，如图15所示。

　　 本工程隔震预期目标为将隔震层上部结构的水平地震作用及有关的抗震措施按照降低1度 (即7度) 设计，竖向地震作用及抗震措施不降低。

　　 隔震层由铅芯橡胶隔震支座、普通橡胶隔震支座、弹性滑板支座和速度型阻尼器组成。由于采用层间隔震，每个柱顶只能布置一个隔震支座，给隔震支座的布置带来一定的限制。隔震支座直径主要为1 200mm，最大直径为1 500mm;当荷载超过1 500mm直径隔震支座限值时，采用承载力更高的弹性滑板支座。本工程隔震支座共计1 118个，速度型阻尼器160个。具体的隔震分析见文献[5]，本文不再赘述。

　　 对于航站楼工程来说，结构超长、超大是设计经常面临的关键问题之一。例如，昆明长水国际机场最大结构单元约为324m×256m，海口美兰国际机场T2航站楼最大结构单元约为456m×195m，以上两个工程均采用了隔震技术。

　　 而北京大兴国际机场最大结构单元约为518m×395m (C区) ，单层结构面积约18万m²。设计阶段初期，也曾想将C区混凝土分为6个结构单元 (图16) ，钢结构为1个结构单元。但C区结构分段后的不利因素有:1) 分段后很难解决C形柱产生的水平推力 (不分段时混凝土结构对钢结构具有约束作用，如图17所示) ;2) C区屋顶结构支承在6个混凝土结构单元上，在地震作用下，结构受力复杂，对抗震不利;3) 建筑功能难处理。因此，决定C区结构不分段，但需解决由于结构超长带来的温度应力问题。考虑到在C区地下1层采用层间隔震后，水平刚度降低，可有效减少楼板的温度应力，初步计算结果表明，C区结构不分段是可行的。

　　 温度作用分析时，考虑了混凝土结构施工过程、后浇带浇筑时间以及混凝土结构的收缩和徐变作用，分别计算了非隔震模型和隔震模型，并进行对比分析。

　　 以首层楼板为例，典型区域楼板全过程分析结果表明，隔震后楼板温度应力明显降低，各典型区域温度应力最多降低88%，最少降低60%。隔震前 (图18) 楼板最大温度应力7.34MPa，最小为6.26MPa，需要设置大量预应力筋;隔震后 (图19) 楼板最大温度应力为2.66MPa，最小为0.78MPa，在局部区域设置少量预应力筋即可满足要求。

　　 由此可见，隔震不仅可以减小地震作用，同时也有效地解决了C区超长混凝土结构 (518m×395m) 的温度应力问题，实现了不设置伸缩缝的大体量超长混凝土结构，为钢结构与混凝土结构的整体受力奠定了基础。

　　 航站楼下部有高铁、城际铁路和地铁三条线路通过，且高铁需要高速通过，如何减轻竖向振动对上部建筑的影响，是设计重点考虑的问题之一。

　　 目前高铁列车的振动研究和测试主要集中在室外环境，有关高铁列车通过建筑内部、对建筑结构的振动影响及承载力影响的相关研究还鲜有报道。鉴于此原因，设计从以下两个方面入手:1) 振源控制;2) 传播途径控制。振源控制主要是对轨道采取减振措施，达到降低振动响应的目的。传播途径控制主要包括对铁路引起的地基振动以及沉降进行控制，比如轨道层与上部结构之间设置隔振层等措施，对振动向上部结构传播的途径进行控制。

　　 隔震层是否可以减小竖向振动对上部建筑的影响，目前还存在较大的争议，有待商榷。但是，前述昆明长水国际机场航站楼地震实测记录表明，采用隔震技术后，减震效果达到设计预期。

　　 为验证隔震层可以减小上部结构的竖向振动，笔者团队针对北京地铁6号线五路居地铁采用隔震技术的上盖建筑与非隔震建筑进行对比，现场测试地铁运营对上部建筑竖向振动的影响。实测数据表明，在地铁运行时，地面上隔震建筑比非隔震建筑竖向振动要小。因此，隔震层对减小上部建筑的竖向振动有一定的效果。但至于效果如何，还需要积累大量的实测资料后才能定量确定。

　　 因建筑使用功能的要求，在隔震支座支承柱柱顶无法设置水平拉梁或框架梁，导致支承隔震支座的柱为悬臂柱。根据抗规要求，在大震作用下，悬臂柱的性能目标为大震不屈服。为确保支承柱的结构安全，采用以下两种方法进行验算复核。

　　 (1) 人工验算复核

　　 支承柱承载力验算时，选取大震作用下隔震支座底部的竖向力、水平力和力矩进行支承柱的承载力验算。隔震支座下支承柱受力示意如图20所示。

　　 (2) 大震弹塑性计算分析

　　 在大震作用下，地下1层最大层间位移角1/968;地下2层最大层间位移角1/1 909。隔震层以下混凝土柱端未出现塑性铰，仅少量框架梁端出现塑性铰，且均处于轻微屈服状态。

　　 计算结果表明，隔震支座下的钢筋混凝土柱能满足性能设计目标要求。

　　 隔震层设置在标高±0.00处，地下1层有轨道站厅层、过厅、商业、办公、预留的APM站台等建筑使用功能，隔震装置需考虑防火要求。隔震装置的防火等级同钢筋混凝土柱，耐火极限为3.0h。

　　 本工程针对橡胶隔震支座制定了四道防护措施，隔震支座防火构造如图21所示。该隔震支座防火构造经公安部某研究所进行标准火燃烧试验，实现耐火极限3h，并出具隔震支座防火性能检测报告。

　　 本文结合三个具体项目，介绍了隔震技术在航站楼工程中的应用情况。基础隔震、跨层隔震、层间隔震三种隔震形式虽然有所不同，但也存在许多共同之处，总结归纳后，可得出以下几点设计建议:

　　 (1) 在高烈度地震地区，机场航站楼结构采用隔震技术非常必要。

　　 (2) 从对建筑及其他专业的影响来看，基础隔震最优、跨层隔震次之、层间隔震稍差。

　　 (3) 隔震层位置的选择应根据工程的具体情况确定，三种隔震形式均能提高结构的抗震性能。

　　 (4) 隔震支座布置时，质量中心与刚度中心应尽可能重合，减小扭转效应。

　　 (5) 优先采用组合隔震，提高隔震效率。

　　 (6) 速度型阻尼器的速度指数应根据设置的目的进行选择，一般可取0.4～1.0。

　　 (7) 跨层隔震时，跨层结构大震作用下层间位移角不大于1/1 500，地震剪力应全部由跨层结构的剪力墙承担。

　　 (8) 层间隔震时，为确保隔震支座支承结构大震不屈服的性能目标，建议采用两种计算方式验算复核。

　　 (9) 层间隔震时，应明确隔震装置是否需要考虑防火要求。

　　 (10) 隔震技术可有效减小超长结构的温度作用。