龐景蘭
(河北省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,天津300250)
南水北調(diào)北沙河倒虹吸出口閘啟閉機(jī)室由3部分組成:工作閘啟閉機(jī)室、操作室及檢修閘室。工作閘啟閉機(jī)室內(nèi)設(shè)置1臺(tái)50kN電動(dòng)單梁懸掛式起重機(jī),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(tái)2×100kN電動(dòng)葫蘆,吊點(diǎn)距為4.2m,用于啟閉平面滑動(dòng)疊梁檢修閘門,啟閉機(jī)室位于出口閘室之上。
北沙河倒虹吸出口閘啟閉機(jī)室建筑有3個(gè)特點(diǎn):①使用功能上要求啟閉機(jī)室空間較大,且中間不能設(shè)置墻或柱。總體布局為:工作閘啟閉機(jī)室長(zhǎng)24.90m,寬11.40m,層高8.47m;操作室長(zhǎng)24.90m,寬5.98m,層高3.97m,檢修閘室長(zhǎng)48.30m,寬4.70m,層高8.00m。一般公用建筑經(jīng)濟(jì)柱距為5~8m,層高為3~5m,民用建筑會(huì)更小,啟閉室空間遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出一般建筑使用空間。②在基礎(chǔ)形式上,工作閘啟閉機(jī)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(kù)上,門庫(kù)長(zhǎng)8.90m,寬4.70m,壁厚0.80m,埋深7.60m,門庫(kù)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。
根據(jù)前述啟閉機(jī)室建筑特點(diǎn),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(diǎn)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(diǎn)采用螺栓連接,形成鉸接節(jié)點(diǎn),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(qiáng),由于節(jié)點(diǎn)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(diǎn),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(jī)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(kù)上。作為啟閉機(jī)室基礎(chǔ)的閘墩,與門庫(kù)埋深不同,處理不好會(huì)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(kù)地基超挖部分宜采用碎石土進(jìn)行回填,并嚴(yán)格控制回填壓實(shí)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)。
本工程抗震設(shè)防烈度為6度,設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.05g,設(shè)計(jì)地震分組為第2組,抗震設(shè)防類別為丙類,框架抗震等級(jí)為四級(jí),結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)為二級(jí),設(shè)計(jì)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(qiáng)度等級(jí)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(jí)為3級(jí),最大裂縫寬度限值為0.2mm。
由于本工程梁格尺寸遠(yuǎn)大于一般建筑工程梁格尺寸,因此利用框架梁、一級(jí)次梁、二級(jí)次梁劃分形成密梁結(jié)構(gòu),改善受力情況。工作閘啟閉機(jī)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(jì)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(jì)配筋率范圍內(nèi),且滿足抗震規(guī)范強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)節(jié)點(diǎn)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。
啟閉機(jī)室設(shè)計(jì)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(jì)的主要內(nèi)容,除此之外,還需要對(duì)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(gè)結(jié)構(gòu)在遭遇地震時(shí)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(jī)電設(shè)備,自身及其與結(jié)構(gòu)主體的連接,應(yīng)進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)”。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(zhǔn)6拉筋,拉筋伸入墻內(nèi)的長(zhǎng)度沿墻全長(zhǎng)貫通;墻長(zhǎng)大于5m時(shí),墻頂每隔1500mm設(shè)有與梁拉結(jié)的拉結(jié)件;墻高超過4m時(shí),墻體半高設(shè)置與柱連接且沿墻全長(zhǎng)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。
(1)基于水閘啟閉機(jī)室建筑特點(diǎn),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(jī)電設(shè)備布置的空間要求。采用空間三維模型對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析計(jì)算,保證計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性,使得結(jié)構(gòu)強(qiáng)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(dá)到對(duì)整個(gè)建筑物抗震性能有效補(bǔ)充的目的。結(jié)合建筑造型的需要,在適當(dāng)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(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)[S].
[2]GB 50010—2010,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].
[3]GB 50011—2010,建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].