鄭帥群　馬若辰

(中國(guó)航空規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院有限公司，北京　100120)

0　引言

近年來通用航空產(chǎn)業(yè)以其機(jī)動(dòng)靈活、快速高效的特點(diǎn)，成為民用航空市場(chǎng)的重要組成部分，其建設(shè)發(fā)展勢(shì)頭也非常迅猛。通用航空機(jī)場(chǎng)不僅承擔(dān)的任務(wù)多樣復(fù)雜，其項(xiàng)目投資與傳統(tǒng)民航相比也要少很多。因此無(wú)論是通航機(jī)場(chǎng)的航站區(qū)工程還是飛行區(qū)工程均需用較少的投資以滿足復(fù)雜的使用功能，這就要求設(shè)計(jì)人員在條件嚴(yán)格的情況下完成復(fù)雜的任務(wù)。本文基于某一實(shí)際工程，對(duì)通航機(jī)場(chǎng)航站樓大跨度部分鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的布置形式進(jìn)行分析，比較其對(duì)航站樓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性的影響。

1　工程概況

本工程為河北某地通用航空機(jī)場(chǎng)航管航站綜合樓(以下簡(jiǎn)稱綜合樓)。擬建場(chǎng)地地貌單一，地質(zhì)環(huán)境穩(wěn)定，場(chǎng)地類別為Ⅲ類，抗震設(shè)防烈度為6度，抗震設(shè)防分組為第三組。綜合樓主體為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，主要柱距為8.1 m，局部柱子抽空，形成16.2 m×18.2 m和16.2 m×24.3 m大跨度空間。地上主體2層，層高4.2 m，大跨度部分兩層通高。綜合樓1層用于安檢候機(jī)，2層用于空管指揮控制，16.2 m×18.2 m大跨度空間為通高候機(jī)大廳，16.2 m×24.3 m大跨度空間為機(jī)庫(kù)大廳，用于停放并展示飛機(jī)，屋蓋采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土板—鋼梁結(jié)構(gòu)形式，機(jī)庫(kù)部分建筑平面圖如圖1所示。

本工程綜合樓抗震設(shè)防烈度較低，場(chǎng)地情況簡(jiǎn)單，但由于飛機(jī)本身高度較高，還需預(yù)留一定檢修高度，因此展廳部分的凈高要求較大。同時(shí)業(yè)主要求盡量控制造價(jià)，這就需要設(shè)計(jì)者盡量減小結(jié)構(gòu)高度，滿足使用要求的同時(shí)盡可能地降低造價(jià)。

本文分析過程考慮了鋼梁的布置形式、鋼梁間距對(duì)鋼梁用鋼量、周圍連接混凝土構(gòu)件工程量、現(xiàn)澆鋼筋混凝土板鋼筋用量和結(jié)構(gòu)高度的影響，同時(shí)也考慮了建筑找坡和結(jié)構(gòu)找坡對(duì)分析結(jié)果的影響。

2　方案比較

本工程綜合樓在③軸有一提升式機(jī)庫(kù)大門，因此筆者在本工程的設(shè)計(jì)過程中，首先在③軸布置1根鋼梁，機(jī)庫(kù)大門直接或間接地連接在這根鋼梁上。

2.1　結(jié)構(gòu)布置方案

本文分別分析了2.7 m,4.05 m兩種梁間距和縱向布置鋼梁、橫向布置鋼梁、縱橫雙向布置鋼梁三種梁布置方式共6個(gè)方案的用鋼量及工程量，同時(shí)還考慮了建筑找坡和結(jié)構(gòu)找坡對(duì)結(jié)果的影響。6個(gè)方案的結(jié)構(gòu)布置簡(jiǎn)圖如圖2所示，屋面找坡采用結(jié)構(gòu)找坡，找坡時(shí)平行找坡方向布置的主梁采用變截面，垂直找坡方向布置的主梁截面不變，結(jié)構(gòu)找坡坡度為3%。

方案一采用沿長(zhǎng)跨方向單向布置主梁的方式，梁間距4.05 m，共4根主梁；方案二與方案一的梁布置形式相同，梁間距2.7 m，共6根主梁；方案三沿長(zhǎng)跨方向布置2根主梁，沿短跨方向布置次梁，次梁間距4.05 m，共2根主梁，10根次梁；方案四與方案三的梁布置形式相同，次梁間距2.7 m，共2根主梁，16根次梁；方案五在大門頂沿長(zhǎng)跨方向布置1根主梁，沿短跨方向布置次梁，次梁間距4.05 m，共1根主梁，5根次梁；方案六與方案五的梁布置形式相同，次梁間距2.7 m，共1根主梁，8根次梁。各方案參數(shù)如表1所示。

表1　各方案主要參數(shù)　m

2.2　分析結(jié)果

本文根據(jù)現(xiàn)行國(guó)家規(guī)范《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》[1]確定恒、活荷載數(shù)值，在相同的附加恒荷載和活荷載作用下計(jì)算得到鋼構(gòu)件的應(yīng)力比，控制所有梁的應(yīng)力比在0.79～0.81之間，并滿足現(xiàn)行國(guó)家規(guī)范《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》[2]中對(duì)鋼結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定及局部穩(wěn)定的相關(guān)規(guī)定，計(jì)算得到板鋼筋用量、鋼梁用鋼量及混凝土工程量如表2所示。

從表2計(jì)算結(jié)果可以看到，結(jié)構(gòu)找坡時(shí)，由于鋼梁變截面，用鋼量小于建筑找坡時(shí)的用鋼量。建筑找坡時(shí)，方案三～方案五的用鋼量接近，為6個(gè)方案中最低；結(jié)構(gòu)找坡時(shí)，方案三的用鋼量最低，方案一、四與方案三接近，方案五比方案一、四略高。板鋼筋用量受板跨度影響較大，跨度越大鋼筋用量越少，但梁布置形式的改變對(duì)板鋼筋用量影響較小。假定HRB400級(jí)鋼筋單價(jià)為a元/kg，Q345B鋼材單價(jià)為1.5a元/kg，則各方案鋼材總價(jià)如表3所示。從表3可以看到，方案三～方案五的經(jīng)濟(jì)性最好，方案五鋼材總價(jià)略高，但考慮到方案五的混凝土工程量最小，與方案三、四的總造價(jià)差異會(huì)更小。結(jié)構(gòu)找坡時(shí)，由于次梁截面保持不變，方案五在鋼材總價(jià)方面與方案三、四的差異會(huì)比建筑找坡時(shí)更加明顯。

表2　各方案工程量及用鋼量

表3　各方案經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)

根據(jù)表2中給出的結(jié)構(gòu)高度計(jì)算結(jié)果并結(jié)合各方案的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)可以看到，方案三、四的經(jīng)濟(jì)性較好，但結(jié)構(gòu)高度過高，難以滿足使用要求；方案一、二、五、六的結(jié)構(gòu)高度較小，但方案一、二、六的經(jīng)濟(jì)性較差，綜合效益較差。方案五的室內(nèi)結(jié)構(gòu)高度較小，能夠比較容易地滿足使用要求，經(jīng)濟(jì)性也較好。同時(shí)由于大門頂鋼梁較高，可以直接將機(jī)庫(kù)大門安裝在鋼梁上，而方案三、四中大門頂鋼梁均較矮，需另外設(shè)置構(gòu)造措施安裝機(jī)庫(kù)大門，因此方案五與方案三、四的實(shí)際經(jīng)濟(jì)性差距會(huì)變小。

圖3給出了板鋼筋用量與梁跨，即單向板板長(zhǎng)的關(guān)系，可以看到在板跨相同的情況下，板長(zhǎng)增大，板鋼筋用量有小幅度增加。圖4給出了鋼梁用鋼量與梁間距的關(guān)系，梁用鋼量會(huì)隨著梁間距的增大而降低，但降低的趨勢(shì)會(huì)隨著梁間距的增大而逐漸減小，最終趨于平緩。

3　結(jié)論與建議

本文基于實(shí)際工程項(xiàng)目，采用有限元計(jì)算軟件建立結(jié)構(gòu)計(jì)算模型，對(duì)通用航空機(jī)場(chǎng)航管航站綜合樓大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)布置形式的經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性進(jìn)行分析，得到主要結(jié)論如下：

1)當(dāng)按照方案一、二的形式，單向布置鋼梁時(shí)，鋼梁的用鋼量最省；當(dāng)按照方案三、四的形式，布置多根主次梁時(shí)，鋼梁的用鋼量最多。

3)梁間距較小時(shí)，板鋼筋用量較小，但鋼梁用鋼量較高；梁間距較大時(shí)，鋼梁用鋼量較低，但板鋼筋用量較高。存在一個(gè)最優(yōu)梁間距，使結(jié)構(gòu)的總用鋼量最小。

4)對(duì)于本文所述的實(shí)際工程，僅在機(jī)庫(kù)大門頂布置單根鋼主梁，在垂直主梁方向布置次梁，次梁間距4.05 m的方案經(jīng)濟(jì)性較好，結(jié)構(gòu)高度也比較低，綜合效益最好。

參考文獻(xiàn)：