昆明新机场航站楼隔震成套技术研究与应用——云南省地震局成果展示

2013-08-23

1．项目背景

昆明新机场是国家“十一五”重点建设项目，定位为我国面向东南亚、南亚和连接欧亚的国家门户枢纽，国内第四大国际机场，我国西南地区航空运输的生命线工程。机场航站楼建筑面积达54.8万平方米，在目前国内单体航站楼建筑中居首位。确保昆明新机场工程的抗震安全性，对于保障机场的正常运行，减轻地震损失，保障抗震救灾工作的顺利开展，具有十分重要的意义。减隔震技术措施可保证大震作用下建筑功能完好。

昆明新机场建设场地地质条件十分复杂，跨越多了个地貌单元，地形起伏；岩溶发育，同时多条断层从场区穿过；场地为半挖半填场地，挖方与填方均超过1亿方，填筑厚度差异大，地基极不均匀，同时填土对地震动有放大作用。昆明新机场-面临严峻的地震形势。建设场地位于近南北向小江地震带西缘，属地震高烈度区，使用期内遭遇强震的可能性大。新机场航站楼距小江断裂带只有 12km，小江断裂带我国活动性很强区域性活动断裂，500年来，平均150年发生一次7级以上地震，抗震设防要求高。

建筑上部结构采用七条钢彩带支承，属于复杂结构，结构纵、横向刚度不对称，不利于抗震。不采用减隔震等技术措施降低上部结构的地震力上部钢结构很难满足抗震要求，将很难实现设计的建筑效果。

航站楼采用许多先进的电子仪器设备，如行李分检与输送系统、安保系统等，这些贵重的仪器设备在大震中可能遭受严重破坏，导致系统中断服务。减隔震技术措施可保证大震作用下设备安全。因此，针对该工程所处的特殊地震地质环境和自身的结构特点，科学、经济、合理地解决上述技术难题，将直接影响到航站楼工程的抗震安全性、建设投资和施工工期。

为了保证作为生命线工程的机场遭遇地震时功能完好，并能够正常发挥作用，云南省地震局完成了“昆明新机场航站楼隔震成套技术研究与应用”项目。该项目针对航站楼工程所处的特殊地震地质环境，以及作为我国西南地区大型枢纽工程的结构性能设计目标，充分借鉴国内外先进的抗震设计理念和技术，通过理论分析、减震装置研发、结构优化和实验验证，科学、经济合理地解决航站楼工程的结构抗震难题。

2．创新成果

昆明新机场航站楼隔震成套技术研究与应用项目主要创新包括：

（1）特殊地震背景下的地震动研究

同时考虑地震环境、地震动频谱特性、场地条件、远、近震及震级影响的设计地震动确定方法。工程场地三维地震反应分析研究。在土石方施工阶段，利用填筑施工中的填料类别、填筑顺序、施工工法等来控制场地的地震动放大效应。同时考虑地震环境、地震动频谱特性、场地条件，远、近震及震级影响设计地震动确定方法。

（2）超大型复杂的混合隔震结构设计方法研究

包括长结构多点多维地震反应分析研究，彩带形钢结构的选型、曲面拟合、分析模型的建立及动力分析和结构抗震设计方法等专题的研究，基于性能抗震设计方法具体工程应用研究，竖向与水平向变刚度复杂结构隔震消能技术的应用研究，大面积结构隔震的扭转效应及合理的设计方案研究，大面积混凝土结构使用橡胶叠层隔震支座的温度效应及其设计方法和对策措施研究。

（3）大型隔震支座配方和制作工艺研究

研发符合航站楼设计要求的性能的隔震产品，形成严格的产品工艺规程和质量监控体系，制定产品检验标准，为产品批量生产提供技术依据。

（4）大型隔震支座施工技术研究

创新了大型隔震支座的施工技术，该技术纳入新编国标《隔震建筑施工与验收规范》。

（5）大型隔震支座更换施工技术研究

研发了橡胶隔震支座施工方法和隔震支座更换方法，形成了系统成熟的施工和更换方案，编写了《隔震支座托换技术规程》。

（6）隔震构造措施研究

开发多种连接隔震与非隔震结构的防震缝处理措施。

（7）隔震建筑安全监测系统

开发了隔震结构的竖向及水平变形监测方法及装置。

（8）大型隔震支座产品检验方法和标准的研究

根据昆明新机场项目取得的成果，编写云南省地方标准，为国家隔震支座产品检验标准修订提供依据。

3．工程取得的社会经济效益

（1）隔震技术应用使上部结构经济合理

经审查，场区基岩地震动参数最大值（50年超越概率10%）为0.26g，抗震设防烈度处于8度第二组。航站楼属乙类建筑，采用常规抗震设计时，地震作用应按0.26g要求进行计算，抗震措施，应提高一度按9度要求设置。

根据该项目研究成果，2008 年4 月9 日昆明新机场航站楼核心区隔震结构技术研讨会所形成的专家意见，该工程采用隔震后的上部结构设防烈度定为7度（0.15g）。采用隔震技术后，上部结构的地震作用从0.26g降低至0.15g。抗震措施采用8度取代9度，由此使上部结构投资有所节约。通常地震基本烈度提高1度，结构投资将增加10%左右。

（2）隔震技术应用有利于保证航站楼在强震作用下功能

传统的抗震设计方法是适当控制结构的承载力和刚度，但容许结构构件在地震时进入非弹性状态，并且具有较大的延性，以消耗地震能量，减轻地震反应，使结构物“裂而不倒”。

昆明新机场航站楼按现行抗震设计规范采用隔震技术进行设计，抗震设防目标高于常规抗震设计结构，即高于8度（0.26g）的设防标准，减少上部结构的内力和幕墙玻璃的变形，确保上部结构、幕墙玻璃及仪器设备的安全性，保证上部结构在罕遇地震作用下实现功能完好，维持航站楼正常运转。

（3）隔震技术的应用满足航站楼功能建筑效果

昆明新机场航站楼地上四层、地下三层，主体结构采用钢筋混凝土框架结构；屋盖采用钢结构，主要由七条钢彩带支承；属于大型复杂结构，且结构纵、横向刚度不对称。如此复杂的大跨空间结构，采用常规抗震设计时，抗震措施应提高一度按9度要求设置，必然造成上部结构所有构件强度要求很高，尺寸加大。特别是上部钢结构纵、横向刚度不对称，过大的地震作用将造成支撑彩带结构尺寸过大，甚至增加斜支撑，这将破坏航站楼整体建筑效果。

建成后的昆明新机场航站楼成为全球最大的单体隔震建筑。不仅保证了极富云南民族特色的建筑效果得以实现，更重要的是将保证作为生命线工程的机场遭遇地震时功能完好，并能够正常发挥作用。作为国家重大建设工程首次成功应用减隔震技术，其影响意义深远。

4．应用前景分析

重大工程科学的抗震设计是落实工程性防御措施的重要基础。实际震害经验表明，合理的抗震设计是减轻地震灾害的最有效的措施，昆明新机场复杂的工程地质和地震地质背景以及大面积的填方区，对工程的抗震提出了挑战。开展昆明新机场航站楼工程抗震关键技术研究的重要意义不仅在于保证重要生命线工程航站楼的地震安全，更为重要的是通过该项目的研究，将大力拉动云南省乃至全国减隔震技术应用水平，是“以预防为主”防震减灾工作方针真正得以落实的重要举措。

在高烈度地区使用隔震减震技术，大大提高建筑抗震性能的同时并不增加建筑成本，应用前景好。目前全国行业发展水平还较低，每年建成的减隔震建筑不到我国房屋新增面积的万分之一，日本减隔震建筑应用目标是近年内达到10%，所以减隔震技术是一种极具推广和应用前景的新产品、新技术。

通过产学研结合模式，利用云南研究团队优势，开发新技术、新产品，制定标准，完成系列化、标准化的减隔震成套技术产品生产工艺定型，以企业为投资主体建设研究生产示范基地，通过生产基地示范和大规模示范工程建设，拉动减隔震产业技术升级。努力在近年内使减隔震建筑达到全国房屋建筑新增面积的1%，推动减隔震产业发展。

昆明新机场航站楼减隔震技术的成功应用是我国减隔震技术发展的里程碑。我国有40%以上国土，一半以上的城市位于地震基本烈度7度以上地区，其中尤以云南为严重，防震减灾形势非常严峻。高烈度地区使用隔震减震技术，其市场容量大。昆明新机场候机楼减隔震技术的研究成果对我国减隔震技术水准的提升和推进该项技术的应用将具有十分重要的意义。

项目完成人

安晓文:研究员级高级工程师、一级注册地震安评工程师。北京大学地震地质专业毕业、现任云南省地震工程研究院院长；兼任中国土木工程学会减灾委员会委员、中国地震学会地震地质专业委员会委员，云南建筑学会结构专业委员会副主任委员等职务。主要从事地震工程、工程隔震减震工作。曾获“全国地震现场工作先进个人”，云南省委省政府“一等功”等嘉奖。参编多部国家标准，主持多项国家级省级科研项目和数百项工程项目，完成全球最大减隔震建筑-昆明新机场航站楼项目，被云南省科技厅评为“2009 年云南十大科技进展”。