劉 洋 劉 春 張圣楠

（安徽省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究總院有限公司 合肥 230088）

1 工程概況

蒙城樞紐位于蒙城縣北關(guān)渦河上，由節(jié)制閘、分洪閘及船閘三座建筑物組成，是渦河上一座集防洪、排澇、蓄水灌溉、交通航運(yùn)于一體的大型樞紐工程，控制流域面積15475km2，設(shè)計(jì)蓄水灌溉面積。節(jié)制閘為2 級(jí)建筑物，船閘級(jí)別為1000 噸級(jí)。節(jié)制閘位于蒙城樞紐居中核心位置，建筑面積約2723m2，橋頭堡4 層，啟閉機(jī)房1 層。采用“蝶夢莊生”造型的建筑方案，將抽象處理的蝴蝶剪影印刻在畫紙之上，通過莊子夢蝶典故充分展現(xiàn)當(dāng)?shù)刂性赜蛭幕?；船閘毗鄰節(jié)制閘，建筑面積1623m2，上閘首3 層，設(shè)連廊連通兩側(cè)閘首。上閘首兩側(cè)采用翼展造型，與節(jié)制閘遙相呼應(yīng)。整體建筑方案通過蝴蝶飄逸的圖案形象地傳達(dá)了建筑師想要表達(dá)的圖紙剪影。

2 結(jié)構(gòu)選型及方案設(shè)計(jì)

2.1 蒙城節(jié)制閘

蒙城節(jié)制閘分為橋頭堡和啟閉機(jī)房兩部分組成，橋頭堡兩側(cè)端部采用了大懸挑倒三角的蝴蝶造型，翼端懸挑長度達(dá)到11.5m，屬于大懸挑結(jié)構(gòu)，見圖1。交通橋側(cè)設(shè)置了12.5m 高度的“V”型柱支承的大平臺(tái)，平臺(tái)跨度12m，支承構(gòu)件屬于躍層結(jié)構(gòu)柱。啟閉機(jī)房居中抬高位置的兩跨結(jié)構(gòu)單體設(shè)置了大挑檐，懸挑長度為8m。節(jié)制閘的建筑造型舒展、輕巧靈動(dòng)?？紤]到水利工程建筑物的特殊性，既要充分展現(xiàn)建筑意圖和效果表達(dá)，同時(shí)要兼顧建筑物的耐久性、維護(hù)成本。首先確定了主體結(jié)構(gòu)盡量采用耐久性、防火性更好的混凝土材料，局部采用鋼結(jié)構(gòu)。從現(xiàn)場實(shí)施難度、進(jìn)度工期及經(jīng)濟(jì)性等多種因素考慮，擬定了具有針對(duì)性的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案（表1）。通過結(jié)構(gòu)方案比選，橋頭堡斜墻倒三角大懸挑采用混凝土結(jié)構(gòu)，對(duì)懸挑端桁架體系進(jìn)行優(yōu)化，懸臂混凝土梁加入型鋼，型鋼混凝土懸臂梁進(jìn)一步增加了挑梁剛度，并減少了懸挑部位的結(jié)構(gòu)自重，有效地降低了偏心荷載對(duì)下部水工結(jié)構(gòu)的影響，減小了施工作業(yè)的難度，提升了建筑功能空間的需要，同時(shí)兼顧建筑外觀造型，見圖2。躍層大平臺(tái)均采用混凝土材料，V 型柱由斜桿、框架柱組成與框架梁形成三角形體系共同支承平臺(tái)荷載，并與橋頭堡主體結(jié)構(gòu)連接成整體以確保平面外穩(wěn)定性。啟閉機(jī)房中部的大挑檐通過結(jié)合建筑造型，懸挑結(jié)構(gòu)采用混凝土桁架或增設(shè)斜桿，明確傳力途徑，并使得結(jié)構(gòu)布置與建筑造型協(xié)調(diào)統(tǒng)一，見圖3。

圖1 節(jié)制閘橋頭堡懸挑結(jié)構(gòu)圖（優(yōu)化前）

圖2 節(jié)制閘橋頭堡懸挑結(jié)構(gòu)圖（優(yōu)化后）

圖3 節(jié)制閘啟閉機(jī)房挑檐結(jié)構(gòu)圖

表1 節(jié)制閘結(jié)構(gòu)方案表

2.2 蒙城船閘

蒙城船閘由船閘上閘首和下閘首組成，其中船閘上閘首采用了兩側(cè)翼展懸挑的造型，閘首間設(shè)置了連廊作為連接兩側(cè)閘首的通道。連廊結(jié)構(gòu)跨度達(dá)到29.1m，屬于大跨度結(jié)構(gòu)。（1）平面結(jié)構(gòu)分析，考慮到兩側(cè)閘首都是單跨框架結(jié)構(gòu)，連廊連接支承處位于兩側(cè)閘首樓梯間，此層連接處無樓板水平剛度較為薄弱。（2）豎向結(jié)構(gòu)分析，連廊位于結(jié)構(gòu)高度的2/3 以上位置，此層的側(cè)向剛度小于上層（頂層）側(cè)向剛度的50%。綜上所述，船閘上閘首屬于平面及豎向不規(guī)則的連體結(jié)構(gòu)。初步方案擬采用連廊兩端與主體結(jié)構(gòu)脫開的結(jié)構(gòu)形式，力求把復(fù)雜結(jié)構(gòu)變?yōu)閭髁γ鞔_，受力合理的簡單結(jié)構(gòu)體系。其次，考慮到連廊距閘室底板的高度為11.5m，如采用混凝土結(jié)構(gòu)，需采用高支模施工方案。不但施工難度較大，而且增加了成本，延長了工期。

經(jīng)過結(jié)構(gòu)方案的比選，大跨度連廊采用鋼桁架結(jié)構(gòu)體系，鋼構(gòu)件采用實(shí)腹型H 型鋼，工廠預(yù)先制作加工，現(xiàn)場整體吊裝。此方案不但降低了成本，縮短了工期，且大大減小了施工難度。但是鋼結(jié)構(gòu)的耐久性及防火性略差，為保證可靠的耐久性和安全性，減少運(yùn)管和維護(hù)的難度，鋼桁架連廊的屋蓋和樓蓋均采用現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)（鋪設(shè)的鋼筋桁架樓承板作為受力構(gòu)件可充當(dāng)永久性模板，其上現(xiàn)澆鋼筋混凝土）。連廊直接設(shè)在預(yù)埋的鋼牛腿上，主體結(jié)構(gòu)針對(duì)連廊設(shè)鋼擋板防止側(cè)移傾覆，支座選擇采用成品鋼支座，設(shè)計(jì)使用壽命不低于50年。通過以上手段提高了鋼結(jié)構(gòu)的耐久性。

3 結(jié)論

針對(duì)規(guī)模較大的水利樞紐工程，建筑物造型較為多樣復(fù)雜，主要表現(xiàn)在橋頭堡及啟閉機(jī)房屋蓋采用大懸挑、大跨度等建筑立面。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可借鑒公建的設(shè)計(jì)思路，桁架結(jié)構(gòu)及斜桿的靈活運(yùn)用可基本解決各類大懸挑、大跨度等結(jié)構(gòu)難題?？紤]到水利工程的特殊性，應(yīng)優(yōu)先考慮采用混凝土結(jié)構(gòu)形式使結(jié)構(gòu)耐久性得到保證，同時(shí)要考慮對(duì)下部水工結(jié)構(gòu)的影響。通過在混凝土結(jié)構(gòu)中增加型鋼減小混凝土構(gòu)件截面并增加結(jié)構(gòu)延性、優(yōu)化桁架體系降低上部懸挑結(jié)構(gòu)自重，都將大幅減小對(duì)下部水工結(jié)構(gòu)偏心荷載的作用。

對(duì)于設(shè)置大跨度連廊的船閘建筑物屬于連體結(jié)構(gòu)，且結(jié)構(gòu)平面不規(guī)則，宜按與主體結(jié)構(gòu)脫開的思路進(jìn)行設(shè)計(jì)。針對(duì)此類結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)的豎向剛度也存在不規(guī)則，尤其船閘連廊高度距離作業(yè)地面較高，采用混凝土結(jié)構(gòu)支模實(shí)施難度較大?？煽紤]采用鋼桁架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)連廊，采用整體吊裝的方式實(shí)現(xiàn)，通過現(xiàn)澆混凝土屋蓋、樓面及采用成品鋼支座等措施可以滿足結(jié)構(gòu)耐久性的需要■