某臨近空間試車臺技術(shù)總結(jié)

【摘要】航空發(fā)動機(jī)試車臺是在研發(fā)發(fā)動機(jī)時(shí)重要的設(shè)備，它在試驗(yàn)中起到了關(guān)鍵的作用。本文主要總結(jié)航空試車臺設(shè)計(jì)時(shí)的設(shè)計(jì)、構(gòu)造要點(diǎn)并提出建設(shè)性意見。

【關(guān)鍵詞】試車臺;排氣塔;構(gòu)造措施

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.30.

1、工程概況

航空發(fā)動機(jī)試車臺是在研發(fā)發(fā)動機(jī)時(shí)做需要的重要設(shè)備，它在試驗(yàn)中起到了關(guān)鍵的作用，不論屋面要對發(fā)動機(jī)研制、定型，還是測量重要數(shù)據(jù)等模擬實(shí)驗(yàn)都離不開它，它能綜合分析航空發(fā)動機(jī)的性能是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。濟(jì)本工業(yè)園的項(xiàng)目是濟(jì)南新舊動能轉(zhuǎn)換先行區(qū)響應(yīng)國家戰(zhàn)略，建設(shè)全國重要的區(qū)域性科技創(chuàng)新中心的關(guān)鍵項(xiàng)目，由研究所與人民政府通力合作的重點(diǎn)工程。該項(xiàng)目總投資約7億元，主要致力于空天發(fā)動機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、航空發(fā)動機(jī)及核心零部件的研發(fā)試驗(yàn)，旨在推動我國空天發(fā)動機(jī)、特大型燃?xì)廨啓C(jī)等尖端領(lǐng)域技術(shù)成熟與產(chǎn)業(yè)化。

本試車臺建筑占地面積9317.98 m2，總建筑面積14831.49 m2，其中地上建筑面積為10151.94 m2，地下建筑面積為4679.55 m2。本建筑長173.35m、寬62.70m，建筑高度14.94m。地上建筑一共分為七個(gè)區(qū)設(shè)縫脫開，其中排氣消聲塔單層，建筑高度31.50m，試驗(yàn)間、一級引射間、二級引射間為單層，層高均為14.4m，采用剪力墻結(jié)構(gòu)。西側(cè)附房為兩層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，一層層高5.7m，二層層高4.5m;東側(cè)附房為一層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，局部兩層，一、二層層高均為5.1m;地下水池層高為4.2m，地下水泵房層高為15.2m。各建筑物設(shè)縫脫開，超過60m的設(shè)置后澆帶。

工程設(shè)計(jì)使用年限50年，濟(jì)南市抗震設(shè)防烈度6度，，本工程設(shè)防分類為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類，抗震設(shè)防烈度為6度（第三組），根據(jù)《山東省關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)房屋建筑和市政工程抗震設(shè)防工作的意見》（魯政辦發(fā)[2016]21號）的要求，擬建物按照不低于地震烈度7度進(jìn)行抗震設(shè)防。根據(jù)《山東省建設(shè)工程抗震設(shè)防條例》，設(shè)計(jì)基本地震加速度值不小于0.10g。建筑結(jié)構(gòu)的安全等級為二級，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的重要性系數(shù)為1.0，建筑耐火等級為二級。濟(jì)南市基本風(fēng)壓0.45kN/m2（50年重現(xiàn)期），地面粗糙度為B類，基本雪壓 0.3 kN/m2 （50年重現(xiàn)期）。

2、結(jié)構(gòu)方案

試驗(yàn)間、一級引射間、二級引射間、排氣塔工藝條件要求為鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)，墻厚區(qū)500，局部試驗(yàn)間跨度為單跨20m; 冷卻水泵房、壓縮機(jī)間、冷氣源房跨度為20m，有吊車工藝布置要求為單跨結(jié)構(gòu)。在考慮結(jié)構(gòu)形式時(shí)，有考慮在經(jīng)濟(jì)性能上此部分做排架結(jié)構(gòu)更為合理，但此區(qū)域還要求有變電站的需要求沒辦法做到雙面找坡，故而采用混凝土框架結(jié)構(gòu)，用結(jié)構(gòu)找坡來解決單向找坡的問題。壓縮機(jī)間及排氣塔單跨結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算考慮中震不屈服的性能設(shè)計(jì)。冷氣源間、待試間只有局部三跨為單跨梁，在計(jì)算時(shí)考慮提高抗震構(gòu)造措施實(shí)現(xiàn)。結(jié)構(gòu)考慮多塔和分塔取不利情況。具體的建筑抗震等級分類見下表。

3、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的幾個(gè)技術(shù)問題

3.1荷載取值

根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB50009-2012），試驗(yàn)間、一級引射間、二級引射間屋面為不上人屋面，采用結(jié)構(gòu)找坡，荷載取值為恒載取3.0kN/m2 ，考慮到屋面設(shè)備預(yù)留取5.0kN/m2。地下室頂板設(shè)備基礎(chǔ)荷載較重，尤其是冷卻冷凝器基礎(chǔ)設(shè)備條件為400t/組，根據(jù)條件計(jì)算取板厚200mm。

3.2大跨度梁

根據(jù)工藝布置吊車的要求試驗(yàn)間、冷卻水泵房、壓縮機(jī)間、冷氣源房的跨度為20m，其中壓縮機(jī)間為最不利的情況，需要考慮單跨中震、重點(diǎn)設(shè)防，故抗震等級為二級、抗震構(gòu)造措施的抗震等級為一級。試驗(yàn)間的難題在于工藝要求梁必須做翻梁，板底需要平，結(jié)構(gòu)為工藝服務(wù)無奈只能選擇20m單向大跨度梁，主梁選擇截面600mmx1300mm，次梁選擇截面500mmx1300mm，配筋需要考慮起拱折減擾度的因素。

冷卻水泵房比較特殊，需要設(shè)置20t的吊車，從地下室吊設(shè)備進(jìn)出，故此區(qū)域的柱子單方向拉梁，且柱高度將近15m。從柱計(jì)算結(jié)果看，中震結(jié)果下配筋最為不利，截面達(dá)到了1000mmx1200mm，配筋出現(xiàn)頂層柱鋼筋大于底層柱的情況，當(dāng)柱縱向鋼筋上端大于下端時(shí)，建議柱下端配筋以上端配筋大的為準(zhǔn)，并柱全長統(tǒng)一此配筋。

對于冷卻水泵房、壓縮機(jī)間、冷氣源房還有一個(gè)特點(diǎn)即在設(shè)縫脫開之后，房間由于功能需求不宜再設(shè)置施工縫，但已經(jīng)設(shè)置施工縫的區(qū)域長度方向也已超過60m，達(dá)到了76.8m和68.8m。在設(shè)計(jì)時(shí)我們在設(shè)置了后澆帶的同時(shí)也考慮屋頂?shù)臏囟葢?yīng)力，適當(dāng)增加長度方向次梁的配筋。

冷卻水泵房、壓縮機(jī)間結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算考慮中震不屈服的性能設(shè)計(jì)、且壓縮機(jī)間為重點(diǎn)設(shè)防區(qū)域，結(jié)構(gòu)抗震構(gòu)造措施的抗震等級為一級，需要采取增強(qiáng)措施：柱箍筋的直徑采用≧10mm，間距箍筋采用100mm;次梁的箍筋直徑也采用≧10mm，以此抵抗長方向溫度應(yīng)力的影響。

3.3排氣塔的設(shè)計(jì)

3區(qū)由排氣塔與二級引射間相連，其中排氣塔高30m，二級引射間為單層，結(jié)構(gòu)找坡最低點(diǎn)14.400m，排氣塔墻身工藝要求用350mm混凝土墻+外砌370mm磚+130mm耐火磚。排氣塔配筋考慮單跨中震，考慮到二級引射間對排氣塔側(cè)向由氣體壓力，采取增加構(gòu)造柱和每隔3.5m左右增設(shè)圈梁的方式加強(qiáng)排氣塔的整體穩(wěn)定性。 如圖3大樣所示。

3.4吊車設(shè)備的選取

本廠房內(nèi)部共設(shè)置7臺吊車：軟化水泵房和冷卻水泵房各設(shè)置一臺橋式起重機(jī)，起重量16t，起吊高度6.5m;試驗(yàn)間設(shè)置兩臺橋式起重機(jī)，一臺起重量20t/5t，一臺起重量20t，起吊高度均為8m;待試間設(shè)置一臺橋式起重機(jī)，起重量5t，起吊高度6.5m;冷熱源站房設(shè)置一臺橋式起重機(jī)，起重量5t，起吊高度6.5m;壓縮機(jī)間設(shè)置一臺橋式起重機(jī)，起重量20t/5t，起吊高度6.5m。冷卻水泵房、壓縮機(jī)間、冷氣源房為大跨度混凝土梁，結(jié)構(gòu)標(biāo)高最低點(diǎn)為10.200m，梁高有1300mm，考慮到建設(shè)方要求在現(xiàn)有層高不變的情況下起吊高度盡可能的高，若采用國產(chǎn)LD型電動單梁起重機(jī)的吊車樣本無法滿足起吊高度要求，所以在起重機(jī)的選型中選取歐式吊車。見圖3

4、結(jié)論及建議

（1）梁高≧1000mm時(shí)，建議其箍筋直徑采用≧10mm的箍筋;

（2）大跨度的梁、柱在配筋時(shí)建議使用直徑28的鋼筋;

（3）當(dāng)柱縱向鋼筋上端大于下端時(shí)，建議柱下端配筋以上端為準(zhǔn)，并柱全長統(tǒng)一此配筋;

（4）躍層柱要考慮計(jì)算長度系數(shù)，適當(dāng)加大配筋。

（5）柱中牛腿上方及下方各 1.5m高度范圍內(nèi)柱箍筋間距為100。

（6）設(shè)計(jì)有吊車的試驗(yàn)廠房時(shí)需要考慮層高和起吊高度是否滿足使用要求，以及各專業(yè)管道與吊車是否沖突。

作者簡介：

賀益田，1989年出生，女，籍貫湖南長沙，碩士研究生，工程師，土木工程建筑結(jié)構(gòu)方向。