某通航機場機庫大廳結構方案選型分析

鄭帥群　馬若辰

(中國航空規劃設計研究總院有限公司，北京　100120)

0　引言

近年來通用航空產業以其機動靈活、快速高效的特點，成為民用航空市場的重要組成部分，其建設發展勢頭也非常迅猛。通用航空機場不僅承擔的任務多樣復雜，其項目投資與傳統民航相比也要少很多。因此無論是通航機場的航站區工程還是飛行區工程均需用較少的投資以滿足復雜的使用功能，這就要求設計人員在條件嚴格的情況下完成復雜的任務。本文基于某一實際工程，對通航機場航站樓大跨度部分鋼結構構件的布置形式進行分析，比較其對航站樓結構設計經濟性和實用性的影響。

1　工程概況

本工程為河北某地通用航空機場航管航站綜合樓(以下簡稱綜合樓)。擬建場地地貌單一，地質環境穩定，場地類別為Ⅲ類，抗震設防烈度為6度，抗震設防分組為第三組。綜合樓主體為鋼筋混凝土框架結構，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，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大廳，16.2 m×24.3 m大跨度空間為機庫大廳，用于停放并展示飛機，屋蓋采用現澆鋼筋混凝土板—鋼梁結構形式，機庫部分建筑平面圖如圖1所示。

本工程綜合樓抗震設防烈度較低，場地情況簡單，但由于飛機本身高度較高，還需預留一定檢修高度，因此展廳部分的凈高要求較大。同時業主要求盡量控制造價，這就需要設計者盡量減小結構高度，滿足使用要求的同時盡可能地降低造價。

本文分析過程考慮了鋼梁的布置形式、鋼梁間距對鋼梁用鋼量、周圍連接混凝土構件工程量、現澆鋼筋混凝土板鋼筋用量和結構高度的影響，同時也考慮了建筑找坡和結構找坡對分析結果的影響。

2　方案比較

本工程綜合樓在③軸有一提升式機庫大門，因此筆者在本工程的設計過程中，首先在③軸布置1根鋼梁，機庫大門直接或間接地連接在這根鋼梁上。

2.1　結構布置方案

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個方案的用鋼量及工程量，同時還考慮了建筑找坡和結構找坡對結果的影響。6個方案的結構布置簡圖如圖2所示，屋面找坡采用結構找坡，找坡時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，結構找坡坡度為3%。

方案一采用沿長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。各方案參數如表1所示。

表1　各方案主要參數　m

2.2　分析結果

本文根據現行國家規范《建筑結構荷載規范》[1]確定恒、活荷載數值，在相同的附加恒荷載和活荷載作用下計算得到鋼構件的應力比，控制所有梁的應力比在0.79～0.81之間，并滿足現行國家規范《鋼結構設計規范》[2]中對鋼結構整體穩定及局部穩定的相關規定，計算得到板鋼筋用量、鋼梁用鋼量及混凝土工程量如表2所示。

從表2計算結果可以看到，結構找坡時，由于鋼梁變截面，用鋼量小于建筑找坡時的用鋼量。建筑找坡時，方案三～方案五的用鋼量接近，為6個方案中最低；結構找坡時，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板鋼筋用量影響較小。假定HRB400級鋼筋單價為a元/kg，Q345B鋼材單價為1.5a元/kg，則各方案鋼材總價如表3所示。從表3可以看到，方案三～方案五的經濟性最好，方案五鋼材總價略高，但考慮到方案五的混凝土工程量最小，與方案三、四的總造價差異會更小。結構找坡時，由于次梁截面保持不變，方案五在鋼材總價方面與方案三、四的差異會比建筑找坡時更加明顯。

表2　各方案工程量及用鋼量

表3　各方案經濟性指標

根據表2中給出的結構高度計算結果并結合各方案的經濟性指標可以看到，方案三、四的經濟性較好，但結構高度過高，難以滿足使用要求；方案一、二、五、六的結構高度較小，但方案一、二、六的經濟性較差，綜合效益較差。方案五的室內結構高度較小，能夠比較容易地滿足使用要求，經濟性也較好。同時由于大門頂鋼梁較高，可以直接將機庫大門安裝在鋼梁上，而方案三、四中大門頂鋼梁均較矮，需另外設置構造措施安裝機庫大門，因此方案五與方案三、四的實際經濟性差距會變小。

圖3給出了板鋼筋用量與梁跨，即單向板板長的關系，可以看到在板跨相同的情況下，板長增大，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系，梁用鋼量會隨著梁間距的增大而降低，但降低的趨勢會隨著梁間距的增大而逐漸減小，最終趨于平緩。

3　結論與建議

本文基于實際工程項目，采用有限元計算軟件建立結構計算模型，對通用航空機場航管航站綜合樓大跨度空間鋼結構布置形式的經濟性和實用性進行分析，得到主要結論如下：

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

3)梁間距較小時，板鋼筋用量較小，但鋼梁用鋼量較高；梁間距較大時，鋼梁用鋼量較低，但板鋼筋用量較高。存在一個最優梁間距，使結構的總用鋼量最小。

4)對于本文所述的實際工程，僅在機庫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的方案經濟性較好，結構高度也比較低，綜合效益最好。

參考文獻：