龐景蘭

（河北省水利水電勘測設計研究院，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 結構體系確定

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 啟閉機室結構體系選型

根據(jù)前述啟閉機室建筑特點，結構體系有兩種方案可供選擇：①現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結構，本方案梁、板、柱均為鋼筋混凝土現(xiàn)澆結構，節(jié)點為剛接，如圖1所示；②鉸接鋼筋混凝土排架結構，柱為鋼筋混凝土現(xiàn)澆結構，梁為預制鋼筋混凝土結構，預制梁與現(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制板，如圖2所示。兩種方案比較，框架結構整體性好，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；排架結構屋面梁為預制方便施工，但由于梁、柱連接及預制板與梁連接均為鉸接，而使結構整體性較差，抗震性能較弱，且由于房屋使用空間大這一建筑特點，使預制梁斷面較大，且各構件需要特定制作，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構。

圖1 框架結構體系布置

圖2 排架結構體系布置

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，以確保回填質(zhì)量，使地基不均勻沉降控制在規(guī)定范圍內(nèi)。

3 結構設計計算

本工程抗震設防烈度為6度，設計基本地震加速度為0.05g，設計地震分組為第2組，抗震設防類別為丙類，框架抗震等級為四級，結構的安全等級為二級，設計使用年限為50a，混凝土結構的環(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。結構構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構，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果顯示，采用密梁結構的劃分，使得框架結構梁、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 抗震構造措施

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

抗震規(guī)范規(guī)定“非結構構件，包括建筑非結構構件和建筑附屬機電設備，自身及其與結構主體的連接，應進行抗震設計”。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設有與梁拉結的拉結件；墻高超過4m時，墻體半高設置與柱連接且沿墻全長貫通的鋼筋混凝土水平系梁；幕墻兩側及大于1.8m門、窗洞口兩側均設有構造柱。

5 結語

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

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

［1］GB 50068—2001，建筑結構可靠度設計統(tǒng)一標準［S］.

［2］GB 50010—2010，混凝土結構設計規(guī)范［S］.

［3］GB 50011—2010，建筑抗震設計規(guī)范［S］.