重慶江北國(guó)際機(jī)場(chǎng)空管塔臺(tái)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

張濤

【摘要】對(duì)重慶江北國(guó)際機(jī)場(chǎng)空管塔臺(tái)的方案、結(jié)構(gòu)選型、建模要點(diǎn)及分析計(jì)算進(jìn)行全面介紹

【關(guān)鍵詞】空管塔臺(tái)；結(jié)構(gòu)選型；分析計(jì)算

一 工程概況

重慶江北國(guó)際機(jī)場(chǎng)東航站區(qū)及第三跑道空管工程是重慶江北國(guó)際機(jī)場(chǎng)T3航站樓的重要配套工程，包含空管塔臺(tái)、裙樓、終端管制大樓等多個(gè)單體，已于2015年1月正式開(kāi)工建設(shè)。作為整個(gè)空管工程的標(biāo)志性建筑，空管塔臺(tái)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)塔臺(tái)）具有極為重要的核心地位。

二 塔臺(tái)建筑方案概述

塔臺(tái)建筑方案由中國(guó)民航機(jī)場(chǎng)建設(shè)集團(tuán)公司設(shè)計(jì)，采用中部收腰式筒體造型，外掛玻璃幕墻和鋁板幕墻，最高點(diǎn)高度為91.3m，塔臺(tái)立面圖如圖1所示。地上共設(shè)13個(gè)建筑層，設(shè)地下室1層。其中地下室及地上1～12層均為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，地下室設(shè)有配電間、水泵房，地上1～8層為上下通行層，第9～12層為設(shè)備功能層，設(shè)有休息間、設(shè)備室、檢修環(huán)等，第13層明室層（管制員席位層）采用鋼結(jié)構(gòu)。1-12層均配有兩部電梯，且每層根據(jù)功能要求均布置了通風(fēng)井、管道井。塔臺(tái)地下室及標(biāo)準(zhǔn)層平面圖如圖2、圖3所示。

圖2 塔臺(tái)地下室平面布置圖

圖3 塔臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)層平面布置圖

圖1 塔臺(tái)立面圖

三 塔臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1 塔臺(tái)結(jié)構(gòu)選型及基本設(shè)計(jì)參數(shù)

根據(jù)上述建筑方案并結(jié)合塔臺(tái)自身形式特點(diǎn)，決定對(duì)塔臺(tái)主體采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架-核心筒結(jié)構(gòu)體系（頂層明室采用鋼框架結(jié)構(gòu)）。其中塔臺(tái)中部圓形混凝土筒體為主要受力部位，圍繞筒體外圍按45度均分設(shè)八根鋼筋混凝土框架柱，由塔底直通塔頂，并根據(jù)塔臺(tái)外立面造型實(shí)現(xiàn)從底到頂由斜柱—直柱—斜柱的連接過(guò)渡，既可作為結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的多道防線(xiàn)，也可作為塔臺(tái)外掛幕墻的找形輔助。

重慶所處地區(qū)抗震設(shè)防烈度為6度，擬建場(chǎng)地為II類(lèi)，設(shè)計(jì)基本地震加速度及抗震分組分別為0.05g、第一組，結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為一級(jí)，框架-核心筒抗震等級(jí)為二級(jí)，根據(jù)《建筑工程抗震設(shè)防分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)》（GB50223-2008）5.3.6的要求，抗震設(shè)防類(lèi)別應(yīng)高于乙類(lèi)，可在抗震構(gòu)造措施中通過(guò)提高軸壓比限制、加密箍筋直徑及間距等措施予以體現(xiàn)。

2 結(jié)構(gòu)建模及分析計(jì)算

采用中國(guó)建筑科學(xué)研究院編寫(xiě)的2010版PKPM（2.1）系列軟件進(jìn)行整體建模及分析計(jì)算?？紤]到按地上13層的建筑層劃分將使大部分層高達(dá)到9m，層間位移角計(jì)算數(shù)值較大，且塔臺(tái)底部幾層的墻體厚度較大，影響建筑使用空間，故在塔臺(tái)2～9層每層層間均加設(shè)一結(jié)構(gòu)層，平面布置與相鄰建筑層一致，將層高由9m降至4.5m，塔身墻體厚度取為450mm（69m以上部位為400mm），地下室層高取為6.5m，外墻厚度600mm。外圍八根框架柱尺寸為400x700mm，柱間通過(guò)400x800mm環(huán)形梁、柱與核心筒間通過(guò)放射狀框架梁+樓板相連。塔臺(tái)自身結(jié)構(gòu)完全對(duì)稱(chēng)，質(zhì)量中心與剛度中心基本重合，筒體及內(nèi)墻上開(kāi)有門(mén)窗洞口，在遵循建筑使用功能要求的前提下盡量使開(kāi)洞對(duì)稱(chēng)，減小結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。塔臺(tái)機(jī)房設(shè)備自重為結(jié)構(gòu)主要附加荷載，且主要集中在頂部三層，荷載取值按500kg/m2～750kg/m2考慮。根據(jù)建筑造型要求，上部第三層框架柱根部處與下層不連續(xù)，故通過(guò)設(shè)置轉(zhuǎn)換梁使豎向荷載得以連續(xù)傳遞，定義當(dāng)層為轉(zhuǎn)換層及結(jié)構(gòu)薄弱層，并將轉(zhuǎn)換梁抗震等級(jí)提高為一級(jí)。最頂層鋼框架通過(guò)MIDAS GEN模塊分析計(jì)算，并將四根鋼柱的底部彎矩及軸力通過(guò)點(diǎn)荷載形式施加到混凝土結(jié)構(gòu)頂層。地下室至地上41.9m處混凝土等級(jí)取C50，41.9m以上部位取C45。取地下室頂板作為結(jié)構(gòu)整體計(jì)算嵌固部位。塔臺(tái)模型如圖4所示。

塔臺(tái)筒體直徑約9.2m，混凝土部分最高點(diǎn)高度85.1m，高寬比接近10，使塔臺(tái)成為兼具高層結(jié)構(gòu)及高聳結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的特殊建筑。受使用功能所限，每層樓板均開(kāi)有電梯洞、風(fēng)井洞、管井洞，開(kāi)洞面積約占樓板面積的30%，綜合受力及經(jīng)濟(jì)性考慮，地下室頂板板厚取250mm，中間高度處（41.9m標(biāo)高）樓板厚取200mm，頂層高度處（85.1m標(biāo)高）樓板厚取200mm，其余層板厚取120mm，并將各層樓板按彈性膜定義考慮，使計(jì)算假定更符合實(shí)際受力。

考慮到塔臺(tái)具有對(duì)風(fēng)荷載較為敏感的高聳結(jié)構(gòu)特性，為使結(jié)構(gòu)分析時(shí)風(fēng)荷載取值更為精確，故委托中國(guó)建筑科學(xué)研究院風(fēng)洞試驗(yàn)室進(jìn)行了塔臺(tái)的風(fēng)洞測(cè)壓試驗(yàn)及風(fēng)致振動(dòng)分析，結(jié)果表明按50年重現(xiàn)期基 圖4 塔臺(tái)模型

本風(fēng)壓0.4kN/m2考慮，結(jié)構(gòu)整體設(shè)計(jì)時(shí)風(fēng)荷載體型系數(shù)可取為0.8，塔

臺(tái)表面極值壓力變化范圍為-3.4～1.4kN/m2，結(jié)構(gòu)阻尼比0.05時(shí)，頂部位移響應(yīng)最大水平位移為24mm，為結(jié)構(gòu)高度的1/3546。并得到10組等效靜風(fēng)荷載，可按特殊風(fēng)荷載定義精確施加到每層進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。

實(shí)際計(jì)算時(shí)偏于安全地按照100年重現(xiàn)期基本風(fēng)壓考慮，對(duì)風(fēng)荷載體型系數(shù)取為1.0，并將每層等效風(fēng)荷載按比例相應(yīng)放大，且參考臨近T3航站樓場(chǎng)區(qū)的地震安全性評(píng)估報(bào)告，場(chǎng)地特征周期取為0.4s，地震影響系數(shù)最大值取為0.615，均較規(guī)范要求有所提高。經(jīng)過(guò)計(jì)算可得結(jié)構(gòu)各項(xiàng)主要指標(biāo)結(jié)果如表1、表2所示，混凝土框架柱最大軸壓比為0.20，墻體最大軸壓比為0.32，均滿(mǎn)足規(guī)范限制要求，墻、梁、板、柱等構(gòu)件的配筋率均在正常范圍內(nèi)，混凝土墻體均為構(gòu)造配筋。

3 基礎(chǔ)分析及計(jì)算

塔臺(tái)的基礎(chǔ)部分在整個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中占有舉足輕重的地位。參考北京、天津、昆明等多地塔臺(tái)設(shè)計(jì)方案，基礎(chǔ)通常采用筏板+樁的組合形式。原因主要在于以上各地的地基承載力不高難以作為天然地基，且抗震設(shè)防烈度均在7度以上，在水平荷載作用下須考慮整體傾覆影響，故需在基礎(chǔ)中設(shè)置鋼筋混凝土樁滿(mǎn)足承載力及抗拔要求。根據(jù)重慶的地質(zhì)詳勘報(bào)告，擬建場(chǎng)地地質(zhì)條件良好，主要以泥巖、砂巖為主，地基承載力特征值均在2000kPa以上，可作為天然地基，且重慶抗震設(shè)防烈度為6度，地震作用較小。由表3可以看到，在風(fēng)荷載及地震作用下塔臺(tái)底部均無(wú)零應(yīng)力區(qū)出現(xiàn)，且抗傾覆力矩與傾覆力矩比值均大于10，有較高的安全儲(chǔ)備，結(jié)構(gòu)整體能夠通過(guò)穩(wěn)定驗(yàn)算，不會(huì)發(fā)生傾覆。綜合以上因素考慮，決定塔臺(tái)采用筏板基礎(chǔ)+天然地基，即提高了施工速度，又有效節(jié)省了工程整體造價(jià)。經(jīng)過(guò)調(diào)整試算，筏板厚度取為2.5m，可滿(mǎn)足混凝土墻體與基礎(chǔ)相交處筏板抗沖切計(jì)算及筏板外圈板帶的抗彎曲計(jì)算。整個(gè)塔臺(tái)建筑埋深為8.4m（地下室層高6.5m+筏板板厚2.5m-室內(nèi)外高差0.6m），約為建筑地上總高度的1/11，滿(mǎn)足地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范相關(guān)要求，

四 結(jié)束語(yǔ)

隨著我國(guó)航空業(yè)務(wù)量的不斷增長(zhǎng)，未來(lái)各地新空管塔臺(tái)的建設(shè)必將成為新機(jī)場(chǎng)建設(shè)中的重要一環(huán)。各地塔臺(tái)建筑造型在滿(mǎn)足使用功能的前提下具有一些共性，但又結(jié)合自身特點(diǎn)及當(dāng)?shù)匾蟛粩鄤?chuàng)新，為塔臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者持續(xù)帶來(lái)新的挑戰(zhàn)。作為結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)抓住這一良機(jī)，力爭(zhēng)在設(shè)計(jì)過(guò)程中做到“溫故而知新”，不斷在新變化、新突破中提高自身設(shè)計(jì)水平，增強(qiáng)綜合業(yè)務(wù)素質(zhì)，并為民航發(fā)展助力增光。

參考文獻(xiàn)：

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[2]張曉陽(yáng).華東某機(jī)場(chǎng)指揮塔臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].安徽建筑，2002（01）.