機(jī)場(chǎng)航管樓工程的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)研究

張 旭,楊仲國(guó),董建鋒

(1. 成都軍區(qū)空軍勘察設(shè)計(jì)院,四川成都 610041; 2. 中國(guó)建筑西南勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司,四川成都 610052; 3. 中國(guó)民航機(jī)場(chǎng)建設(shè)集團(tuán)公司,北京 100083)

一般而言，航管樓工程的功能性建筑包括航管樓及塔臺(tái)。航管樓及塔臺(tái)是機(jī)場(chǎng)的指揮中心[1]，承擔(dān)著民航航行調(diào)度、空中交通管制、航空通信、氣象測(cè)報(bào)等功能[2]，為民航航班的正常運(yùn)行提供保障。GB 50233-2008《建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》[3]對(duì)其抗震設(shè)防類別的劃分較干線機(jī)場(chǎng)航站樓嚴(yán)格，航管樓及塔臺(tái)的重要性不言而喻。

GB 50233-2008《建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》[3]將建筑物的抗震設(shè)防類別分為四個(gè)類別，從高到低依次為：特殊設(shè)防類、重點(diǎn)設(shè)防類、標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類和適度設(shè)防類。根據(jù)規(guī)范，航管樓的抗震設(shè)防類別為高于重點(diǎn)設(shè)防類，即其設(shè)防類別應(yīng)介于特殊設(shè)防類和重點(diǎn)設(shè)防類之間，但對(duì)于應(yīng)當(dāng)在哪些方面比重點(diǎn)設(shè)防類嚴(yán)格等問(wèn)題，規(guī)范并未進(jìn)行闡述和說(shuō)明。關(guān)于航管樓，已有研究從概念設(shè)計(jì)[2]、消防設(shè)計(jì)[4-5]、防雷設(shè)計(jì)[6]、節(jié)能設(shè)計(jì)[7]等方面對(duì)航管樓的設(shè)計(jì)進(jìn)行了闡述，但鮮有研究從結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方面對(duì)其進(jìn)行分析。因此，本文以四川某機(jī)場(chǎng)航管樓工程為例，從結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的角度，分析航管樓工程應(yīng)采取的結(jié)構(gòu)抗震加強(qiáng)措施。

1 工程概況

本航管樓工程位于四川省某市，抗震設(shè)防類別為6度(0.05g)，第一組。工程包括三個(gè)建筑單體：航管樓、塔臺(tái)及連廊。航管樓主要功能為通信、配電、辦公等，塔臺(tái)主要功能為管制，連廊作為走廊連接兩個(gè)結(jié)構(gòu)，總建筑面積736.43 m2(塔臺(tái)不計(jì)入)，三者相對(duì)位置關(guān)系如圖1所示。航管樓地上2層，建筑平面為規(guī)則矩形，軸線尺寸26.1 m×13.2 m。塔臺(tái)房屋高度為28.95 m，地上8層，地下1層，平面外形為圓形，中間為方形電梯間，下部圓直徑(軸線尺寸)為φ6.3 m，高寬比4.39。連廊地上2層，建筑平面為規(guī)則矩形，軸線尺寸6.65 m×2.1 m。塔臺(tái)采用混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)，頂層為鋼框架結(jié)構(gòu)的管制室(圖2)，航管樓、連廊為混凝土框架結(jié)構(gòu)。

本工程(航管樓、塔臺(tái)、連廊)位于填方區(qū)，最大填方高度約14 m，最小填方高度不到4 m。填方區(qū)由機(jī)場(chǎng)土方工程中地基處理專業(yè)進(jìn)行統(tǒng)一處理，清除表層軟弱土，填筑體按道槽區(qū)回填要求?；靥钔料屡P土層從上到下依次為：耕植土、粉質(zhì)黏土、粉砂質(zhì)泥巖等。

2 本工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采取的抗震加強(qiáng)措施

2.1 結(jié)構(gòu)整體加強(qiáng)措施

(1)本工程塔臺(tái)、航管樓抗震設(shè)防類別根據(jù)規(guī)范取為高于重點(diǎn)設(shè)防類，連廊是連接塔臺(tái)及航管樓的通道，故連廊抗震設(shè)防類別也取為高于重點(diǎn)設(shè)防類。三個(gè)建筑單體在計(jì)算地震作用時(shí)提高1度，即按7度(0.10g)進(jìn)行計(jì)算；同時(shí)抗震等級(jí)提高一級(jí)，即混凝土剪力墻、混凝土柱抗震等級(jí)按二級(jí)計(jì)算，塔臺(tái)頂部鋼框架抗震等級(jí)按三級(jí)計(jì)算。

(2)連廊因建筑功能要求需采用單跨框架結(jié)構(gòu)。根據(jù)GB 50011-2010《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范(2016年版)》[8]第6.1.5條文說(shuō)明：一～二層的單跨連廊應(yīng)進(jìn)行加強(qiáng)。本工程連廊采取如下加強(qiáng)措施：將其抗震等級(jí)提高為二級(jí)，并進(jìn)行性能化分析，結(jié)果表明其整體能滿足中震彈性的要求。

(3)航管樓計(jì)算結(jié)果顯示，在考慮偶然偏心影響的地震作用下，樓層豎向構(gòu)件的最大水平位移和層間位移比為1.25，大于樓層平均值的1.2倍，但超出不多，計(jì)算考慮雙向地震。

2.2 結(jié)構(gòu)局部加強(qiáng)措施

對(duì)于結(jié)構(gòu)的部分薄弱區(qū)域，本工程分別從軸壓比控制及配筋加強(qiáng)、塔臺(tái)內(nèi)外筒銜接加強(qiáng)、塔頂鋼結(jié)構(gòu)與下部牛腿銜接加強(qiáng)、其他局部措施四個(gè)方面進(jìn)行闡述。

2.2.1 軸壓比控制及配筋加強(qiáng)

(1)對(duì)于塔臺(tái)，進(jìn)行如下控制：剪力墻軸壓比全高控制小于0.35；提高底部加強(qiáng)區(qū)剪力墻的分布筋配筋率(加大至0.4 %以上)及約束邊緣構(gòu)件縱筋配筋率(加大至1.35 %以上)，確保第二道防線較弱時(shí)筒體剪力墻有較強(qiáng)的抗震能力抵抗地震作用；適當(dāng)提高連梁的箍筋配筋率，以提高連梁的抗剪能力和延性。這些措施保證了核心筒有足夠的剛度以及抗震能力，核心筒亦無(wú)明顯的薄弱環(huán)節(jié)，整個(gè)結(jié)構(gòu)具有良好的抗震效應(yīng)。

圖1 航管樓、塔臺(tái)及連廊底層平面(單位：mm)

圖2 塔臺(tái)計(jì)算模型

(2)對(duì)于航管樓，一層所有混凝土柱及二層角柱箍筋全長(zhǎng)加密，保證地震工況下具有更好的延性。對(duì)于連廊，柱箍筋全部加密，保證地震工況下具有更好的延性，以彌補(bǔ)其因單跨結(jié)構(gòu)造成的抗震性能薄弱環(huán)節(jié)。

2.2.2 塔臺(tái)內(nèi)外筒銜接加強(qiáng)

(1)塔臺(tái)的內(nèi)筒四個(gè)轉(zhuǎn)角處設(shè)置暗柱，外筒根據(jù)門(mén)窗洞口位置，每層較均勻地設(shè)置6～8根暗柱(圖3)；同時(shí)在每層樓層標(biāo)高處內(nèi)外筒上均設(shè)置與剪力墻同寬的暗梁，并設(shè)置框架梁連接內(nèi)筒和外筒。這些暗柱和暗梁形成的“暗框架”共同構(gòu)成整個(gè)結(jié)構(gòu)抗震體系的一道防線。

圖3 暗柱布置示意(單位:mm)

(2)塔臺(tái)除頂層以外的部分以樓梯為主，并有管道。因樓梯和管道的阻隔，塔臺(tái)內(nèi)外筒連接較弱。故在每層標(biāo)高位置處設(shè)置框架梁連接內(nèi)筒和外筒；對(duì)于水管，不再專門(mén)預(yù)留洞口，而是將樓板、梯板直接連通至內(nèi)筒上，將管道預(yù)埋在板中；對(duì)于電線電纜等的開(kāi)洞，在不影響使用的前提下，采用框架梁連接內(nèi)筒和外筒，將較大的洞口分隔成3個(gè)較小的洞口，如圖4所示。

圖4 內(nèi)外筒連接較弱處的加強(qiáng)處理示意(單位:mm)

(3)連接內(nèi)外筒的樓板、梯板，鋼筋均拉通分別錨入內(nèi)外筒中，并適當(dāng)增大每層樓板厚度至150 mm。因梯板鋼筋錨入內(nèi)外筒，故樓梯荷載將傳遞至內(nèi)外筒墻體上。對(duì)最底層樓梯處內(nèi)外筒墻體、層高最高處內(nèi)外筒墻體、樓梯對(duì)應(yīng)的墻肢最長(zhǎng)處的內(nèi)外筒墻體進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算，滿足穩(wěn)定性要求。

2.2.3 塔頂鋼結(jié)構(gòu)與下部牛腿銜接加強(qiáng)

塔頂鋼結(jié)構(gòu)柱將架于塔臺(tái)外筒頂層，為保證塔臺(tái)外筒的承載力及結(jié)構(gòu)整體性能，需在外筒上增設(shè)牛腿。塔頂鋼結(jié)構(gòu)與下部牛腿銜接加強(qiáng)主要體現(xiàn)在以下方面：

(1)塔臺(tái)16.450～20.950 m標(biāo)高處因設(shè)置牛腿存在剛度變化，故將牛腿從下一層板底(16.300 m)開(kāi)始逐漸向外凸出，使得牛腿在3 850 mm高度上外凸由0達(dá)到最大值(800 mm)，使得剛度的變化更加平緩如圖5(a)所示。同時(shí)，增大16.450～20.950 m標(biāo)高剪力墻配筋，并在16.950 m標(biāo)高及20.950 m標(biāo)高設(shè)置暗梁形成環(huán)箍(詳?shù)?.2.2節(jié))，在一定程度上對(duì)剪力墻進(jìn)行約束。

(2)將塔頂鋼管柱向下延伸一層(伸至20.950 m標(biāo)高)，如圖5(a)所示，并在鋼柱上全長(zhǎng)設(shè)置栓釘與牛腿進(jìn)行連接，保證鋼柱嵌固如圖5(b)所示，同時(shí)在20.950～24.600 m層形成鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)過(guò)渡層。因設(shè)置牛腿及鋼柱，適當(dāng)增大了20.950～24.600 m標(biāo)高處剪力墻配筋。

(a)牛腿設(shè)計(jì)

(b)柱腳栓釘設(shè)計(jì)圖5 牛腿做法及鋼柱柱腳做法示意(單位:mm)

2.2.4 其他局部措施

(1)塔臺(tái)電梯在第3～5層不?？浚紤]到內(nèi)筒剪力墻在其他樓層均開(kāi)設(shè)了門(mén)洞，故在第3～5三層也開(kāi)設(shè)與其他層相同大小的洞口，以保證內(nèi)筒剪力墻各層受力較為均勻。這三層的電梯洞口以填充墻填充。

(2)航管樓樓梯底部采用滑動(dòng)支座，以保證地震作用下其具有較大的變形能力。

2.3 基礎(chǔ)加強(qiáng)措施

根據(jù)勘察報(bào)告，本工程擬建場(chǎng)地為抗震不利地段，將對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行如下加強(qiáng)：根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況考慮負(fù)摩阻力的影響。同時(shí)，保證樁基進(jìn)入持力層的深度不小于3倍樁徑，保證樁基承載力滿足要求并有一定的富余；對(duì)于局部填土厚度較大區(qū)域，保證樁基進(jìn)入持力層深度不小于4倍樁徑。

2.4 非結(jié)構(gòu)構(gòu)件加強(qiáng)措施

對(duì)于填充墻、女兒墻等非結(jié)構(gòu)構(gòu)件，采取下列措施：

(1)塔臺(tái)女兒墻位于塔臺(tái)24.600 m、28.500 m標(biāo)高兩處。因其所處高度較高，故塔臺(tái)女兒墻采用鋼筋混凝土與主體結(jié)構(gòu)一起澆筑。

(2)玻璃或石材幕墻、裝飾飾面、各類頂棚、外掛保溫材料及建筑附屬機(jī)電設(shè)備等其他非主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件，應(yīng)選擇具有相應(yīng)資質(zhì)的單位進(jìn)行設(shè)計(jì)與施工。其自身及其與結(jié)構(gòu)主體的連接及預(yù)埋件，應(yīng)滿足7度抗震要求。非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗震措施需滿足JGJ 339-2015《非結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求，并應(yīng)得到本主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)單位認(rèn)可。

3 結(jié)論

本文以四川某機(jī)場(chǎng)航管樓工程為依托，介紹了航管樓、塔臺(tái)、連廊的工程概況，分析了結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)可采取的措施，主要結(jié)論如下：

(1)提高一度進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算，可從整體上加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的抗震性能。

(2)塔臺(tái)內(nèi)外筒設(shè)置暗柱、暗梁，內(nèi)外筒之間設(shè)置框架梁，樓板鋼筋拉通內(nèi)外筒，彌補(bǔ)內(nèi)外筒之間連接較弱的缺陷，形成結(jié)構(gòu)抗震的一道防線。

(3)由于牛腿將造成結(jié)構(gòu)局部的剛度增大，故將牛腿從下一層板底開(kāi)始逐漸向外凸出，使結(jié)構(gòu)的剛度變化趨于平緩。

(4)考慮負(fù)摩阻力的影響，樁基進(jìn)入持力層的深度不小于3倍樁徑，對(duì)于局部填土厚度較大區(qū)域保證樁基進(jìn)入持力層深度不小于4倍樁徑。

(5)塔臺(tái)女兒墻采用鋼筋混凝土澆筑，并保證其他非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗震措施要求滿足7度抗震要求。

通過(guò)上述抗震設(shè)計(jì)加強(qiáng)措施，保證本工程結(jié)構(gòu)方案基本達(dá)到安全、可靠、舒適的目標(biāo)。