科技日报实习记者 于紫月
9月25日，北京大兴国际机场正式投运，这座应用多项新技术、建设指标世界一流的机场与北京首都国际机场南北遥相呼应，把北京带入航空双枢纽时代。
新机场航站楼中央大厅的白色屋顶装饰板倒映在湖水般清亮的地板上，如梦如幻。大厅中最吸睛的莫过于8根巨大的C形柱，其顶端与屋顶相连，仿佛巨大的花瓣舒展开来。C形柱顶端的最大宽度达到了23米，而底部最窄处只有3米。阳光从C形柱顶端的透明玻璃倾斜而下，散发出清淡的美的韵味。
美的背后，是力量的支撑。总面积达18万平方米的屋顶主要靠这8根上宽下窄的C形柱托起。“我们最初设计使用6根C形柱，均匀地分布在航站楼中央大厅中，后来为了让屋顶支撑更安全，经过论证，又在跨度较大的北中心区加设2根C形柱，以减小屋顶结构跨度。”北京市建筑设计研究院有限公司复杂结构研究院副院长朱忠义在接受科技日报记者采访时表示。
为了保障结构均匀地受力性能，机场或大型体育场馆一般由圆形或矩形截面的柱子支承，而大兴机场这种复杂巨型的组合式结构柱在国内外的公共建筑中极为少见。
“C形柱是不封闭的开口截面，是否可以作为一种可靠的竖向支承，我们进行了大量的理论研究和实验验证，考察其水平和竖向刚度、延性及承载力。”朱忠义表示，安全性始终是第一位的。多种工况模拟、不同目的模型试验结果表明，C 形柱可作为中央大厅屋顶钢结构有效的支承结构使用。
当然，偌大的航站楼核心区也不能仅靠这8根C形柱“孤军作战”。“大厅北侧设计了一排幕墙柱，可以给屋顶提供竖向支承;在每根C形柱后方约120米的位置又分别设置了两个支承筒，品字形分布，为屋顶提供可靠的竖向支撑和水平刚度。”朱忠义说。
C 形柱不仅要“撑起来”，还要在地震等自然灾害面前“撑得住”“倒不下”。由于大兴机场航站楼核心区的屋盖为不规则自由曲面钢网格结构，C形柱的柱高也存在较大差异。最高的C形柱支承在首层地面，柱高为38.5m; 最矮的C形柱支承在4层地面，柱高为19.8m。高度不同，这就导致了每根C形柱开口截面的形状不尽相同，其抗侧刚度迥异。
为提高钢结构整体抗震能力和抗连续性倒塌能力，在抗震设计时，研究人员精心布局，根据 C 形柱所承担的竖向荷载比例，本着“能者多劳”的原则对 C 形柱地震剪力进行调整，有效提高了8根C形柱总体的抗震能力。
除此之外，研究人员在抗震上可谓是煞费苦心。“我们在大兴机场底部设置了1230个大型隔震装置，构建了组合减隔震体系，提高了结构的抗震性能，解决了大体量混凝土的开裂问题。” 朱忠义表示，这种隔振装置也有效降低了底部轨道振动对上部结构的影响。
C形柱室内效果图 受访者供图
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