龐景蘭

（河北省水利水電勘測設(shè)計研究院，天津300250）

1 工程概況

南水北調(diào)北沙河倒虹吸出口閘啟閉機室由3部分組成：工作閘啟閉機室、操作室及檢修閘室。工作閘啟閉機室內(nèi)設(shè)置1臺50kN電動單梁懸掛式起重機，兩軌道中心距7.0m，用于起吊弧形鋼閘門油缸及其他配件。檢修閘室內(nèi)設(shè)置1臺2×100kN電動葫蘆，吊點距為4.2m，用于啟閉平面滑動疊梁檢修閘門，啟閉機室位于出口閘室之上。

2 結(jié)構(gòu)體系確定

2.1 啟閉機室建筑特點

北沙河倒虹吸出口閘啟閉機室建筑有3個特點：①使用功能上要求啟閉機室空間較大，且中間不能設(shè)置墻或柱?？傮w布局為：工作閘啟閉機室長24.90m，寬11.40m，層高8.47m；操作室長24.90m，寬5.98m，層高3.97m，檢修閘室長48.30m，寬4.70m，層高8.00m。一般公用建筑經(jīng)濟柱距為5～8m，層高為3～5m，民用建筑會更小，啟閉室空間遠遠超出一般建筑使用空間。②在基礎(chǔ)形式上，工作閘啟閉機室和操作室均作用在相同水工閘墩上，閘墩凈距6.50m，共3孔，兩邊墩頂寬1.20m，兩中間墩寬1.50m，閘室高度11.1m；檢修閘室中間部分位于閘墩上，兩端部分位于兩端門庫上，門庫長8.90m，寬4.70m，壁厚0.80m，埋深7.60m，門庫與閘墩間凈距2.80m。③門窗洞口尺寸較大，檢修閘室兩側(cè)門尺寸均為1.8m×3.0m，幕墻尺寸為19.45m×4.50m及4.20m×5.40m。

2.2 啟閉機室結(jié)構(gòu)體系選型

根據(jù)前述啟閉機室建筑特點，結(jié)構(gòu)體系有兩種方案可供選擇：①現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，本方案梁、板、柱均為鋼筋混凝土現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，節(jié)點為剛接，如圖1所示；②鉸接鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)，柱為鋼筋混凝土現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，梁為預(yù)制鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，預(yù)制梁與現(xiàn)澆柱節(jié)點采用螺栓連接，形成鉸接節(jié)點，屋面采用鋼筋混凝土預(yù)制板，如圖2所示。兩種方案比較，框架結(jié)構(gòu)整體性好，抗震性能強，由于節(jié)點均為剛接，且梁、柱斷面較小，故節(jié)省投資；排架結(jié)構(gòu)屋面梁為預(yù)制方便施工，但由于梁、柱連接及預(yù)制板與梁連接均為鉸接，而使結(jié)構(gòu)整體性較差，抗震性能較弱，且由于房屋使用空間大這一建筑特點，使預(yù)制梁斷面較大，且各構(gòu)件需要特定制作，從而使投資增加。通過比較，本工程宜采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。

圖1 框架結(jié)構(gòu)體系布置

圖2 排架結(jié)構(gòu)體系布置

工作閘啟閉機室、操作室縱向柱距均為8.20m，橫向柱距分別為10.706，5.984m；檢修閘室縱向柱距為8.00m左右，橫向柱距為4.20m。這樣布置即能滿足各房間空間使用要求，又能保證幕墻承重體系的安全，還能保證每根框架柱均作用在閘墩與門庫上。作為啟閉機室基礎(chǔ)的閘墩，與門庫埋深不同，處理不好會出現(xiàn)不均勻沉降，從而使填充墻體產(chǎn)生裂縫，影響美觀。因此，與水工專業(yè)人員協(xié)商，要求埋深較淺的門庫地基超挖部分宜采用碎石土進行回填，并嚴格控制回填壓實度，以確?；靥钯|(zhì)量，使地基不均勻沉降控制在規(guī)定范圍內(nèi)。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計計算

本工程抗震設(shè)防烈度為6度，設(shè)計基本地震加速度為0.05g，設(shè)計地震分組為第2組，抗震設(shè)防類別為丙類，框架抗震等級為四級，結(jié)構(gòu)的安全等級為二級，設(shè)計使用年限為50a，混凝土結(jié)構(gòu)的環(huán)境類別為二b類，混凝土強度等級采用C30，主筋采用HRB400，箍筋采用HRB335。結(jié)構(gòu)構(gòu)件的裂縫控制等級為3級，最大裂縫寬度限值為0.2mm。

由于本工程梁格尺寸遠大于一般建筑工程梁格尺寸，因此利用框架梁、一級次梁、二級次梁劃分形成密梁結(jié)構(gòu)，改善受力情況。工作閘啟閉機室框架柱斷面為500mm×700mm，橫向框架梁斷面為300mm×900mm，縱向框架梁斷面為350mm×1000mm，通過次梁將板劃分成3.6mm×4.10m連續(xù)雙向板，板厚110mm；檢修閘室橫向框架梁斷面為300mm×550mm，縱向框架梁斷面為350mm×800mm，次梁將板劃分成2.78mm×4.20m連續(xù)雙向板，板厚110mm；操作室橫向框架梁斷面為300mm×550mm，縱向框架梁斷面為350mm×700mm，通過次梁將板劃分成3mm×4.10m連續(xù)雙向板，板厚110mm。

采用空間三維模型分析計算結(jié)果顯示，采用密梁結(jié)構(gòu)的劃分，使得框架結(jié)構(gòu)梁、板、柱配筋全部在經(jīng)濟配筋率范圍內(nèi)，且滿足抗震規(guī)范強剪弱彎、強柱弱梁、強節(jié)點要求。最大彈性位移角1/2050，滿足抗震規(guī)范規(guī)定的層間彈性位移角1/550限值的要求，框架梁最大裂縫寬度為0.19mm，滿足規(guī)范要求。

4 抗震構(gòu)造措施

啟閉機室設(shè)計滿足使用功能和正常使用情況下安全可靠是結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要內(nèi)容，除此之外，還需要對砌體填充墻等非結(jié)構(gòu)構(gòu)件采取有效的構(gòu)造措施，保證其連接可靠，以確保整個結(jié)構(gòu)在遭遇地震時的安全性。

抗震規(guī)范規(guī)定“非結(jié)構(gòu)構(gòu)件，包括建筑非結(jié)構(gòu)構(gòu)件和建筑附屬機電設(shè)備，自身及其與結(jié)構(gòu)主體的連接，應(yīng)進行抗震設(shè)計”。本工程填充墻采用輕質(zhì)墻體材料蒸壓加氣混凝土砌塊；沿框架柱全高每隔500mm設(shè)2準6拉筋，拉筋伸入墻內(nèi)的長度沿墻全長貫通；墻長大于5m時，墻頂每隔1500mm設(shè)有與梁拉結(jié)的拉結(jié)件；墻高超過4m時，墻體半高設(shè)置與柱連接且沿墻全長貫通的鋼筋混凝土水平系梁；幕墻兩側(cè)及大于1.8m門、窗洞口兩側(cè)均設(shè)有構(gòu)造柱。

5 結(jié)語

（1）基于水閘啟閉機室建筑特點，結(jié)構(gòu)體系采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，能有效地滿足機電設(shè)備布置的空間要求。采用空間三維模型對結(jié)構(gòu)進行了分析計算，保證計算結(jié)果的準確性，使得結(jié)構(gòu)強度和剛度方面均滿足要求。

（2）確定了必要的抗震構(gòu)造措施，達到對整個建筑物抗震性能有效補充的目的。結(jié)合建筑造型的需要，在適當位置配置構(gòu)造柱、水平系梁，并在墻內(nèi)設(shè)置拉結(jié)筋，將有效地提高建筑物的抗震性能。

［1］GB 50068—2001，建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標準［S］.

［2］GB 50010—2010，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范［S］.

［3］GB 50011—2010，建筑抗震設(shè)計規(guī)范［S］.