機場航管樓工程的結構抗震設計研究

張 旭,楊仲國,董建鋒

(1. 成都軍區空軍勘察設計院,四川成都 610041; 2. 中國建筑西南勘察設計研究院有限公司,四川成都 610052; 3. 中國民航機場建設集團公司,北京 100083)

一般而言，航管樓工程的功能性建筑包括航管樓及塔臺。航管樓及塔臺是機場的指揮中心[1]，承擔著民航航行調度、空中交通管制、航空通信、氣象測報等功能[2]，為民航航班的正常運行提供保障。GB 50233-2008《建筑工程抗震設防分類標準》[3]對其抗震設防類別的劃分較干線機場航站樓嚴格，航管樓及塔臺的重要性不言而喻。

GB 50233-2008《建筑工程抗震設防分類標準》[3]將建筑物的抗震設防類別分為四個類別，從高到低依次為：特殊設防類、重點設防類、標準設防類和適度設防類。根據規范，航管樓的抗震設防類別為高于重點設防類，即其設防類別應介于特殊設防類和重點設防類之間，但對于應當在哪些方面比重點設防類嚴格等問題，規范并未進行闡述和說明。關于航管樓，已有研究從概念設計[2]、消防設計[4-5]、防雷設計[6]、節能設計[7]等方面對航管樓的設計進行了闡述，但鮮有研究從結構抗震設計方面對其進行分析。因此，本文以四川某機場航管樓工程為例，從結構抗震設計的角度，分析航管樓工程應采取的結構抗震加強措施。

1 工程概況

本航管樓工程位于四川省某市，抗震設防類別為6度(0.05g)，第一組。工程包括三個建筑單體：航管樓、塔臺及連廊。航管樓主要功能為通信、配電、辦公等，塔臺主要功能為管制，連廊作為走廊連接兩個結構，總建筑面積736.43 m2(塔臺不計入)，三者相對位置關系如圖1所示。航管樓地上2層，建筑平面為規則矩形，軸線尺寸26.1 m×13.2 m。塔臺房屋高度為28.95 m，地上8層，地下1層，平面外形為圓形，中間為方形電梯間，下部圓直徑(軸線尺寸)為φ6.3 m，高寬比4.39。連廊地上2層，建筑平面為規則矩形，軸線尺寸6.65 m×2.1 m。塔臺采用混凝土剪力墻結構，頂層為鋼框架結構的管制室(圖2)，航管樓、連廊為混凝土框架結構。

本工程(航管樓、塔臺、連廊)位于填方區，最大填方高度約14 m，最小填方高度不到4 m。填方區由機場土方工程中地基處理專業進行統一處理，清除表層軟弱土，填筑體按道槽區回填要求?；靥钔料屡P土層從上到下依次為：耕植土、粉質黏土、粉砂質泥巖等。

2 本工程結構設計采取的抗震加強措施

2.1 結構整體加強措施

(1)本工程塔臺、航管樓抗震設防類別根據規范取為高于重點設防類，連廊是連接塔臺及航管樓的通道，故連廊抗震設防類別也取為高于重點設防類。三個建筑單體在計算地震作用時提高1度，即按7度(0.10g)進行計算；同時抗震等級提高一級，即混凝土剪力墻、混凝土柱抗震等級按二級計算，塔臺頂部鋼框架抗震等級按三級計算。

(2)連廊因建筑功能要求需采用單跨框架結構。根據GB 50011-2010《建筑抗震設計規范(2016年版)》[8]第6.1.5條文說明：一～二層的單跨連廊應進行加強。本工程連廊采取如下加強措施：將其抗震等級提高為二級，并進行性能化分析，結果表明其整體能滿足中震彈性的要求。

(3)航管樓計算結果顯示，在考慮偶然偏心影響的地震作用下，樓層豎向構件的最大水平位移和層間位移比為1.25，大于樓層平均值的1.2倍，但超出不多，計算考慮雙向地震。

2.2 結構局部加強措施

對于結構的部分薄弱區域，本工程分別從軸壓比控制及配筋加強、塔臺內外筒銜接加強、塔頂鋼結構與下部牛腿銜接加強、其他局部措施四個方面進行闡述。

2.2.1 軸壓比控制及配筋加強

(1)對于塔臺，進行如下控制：剪力墻軸壓比全高控制小于0.35；提高底部加強區剪力墻的分布筋配筋率(加大至0.4 %以上)及約束邊緣構件縱筋配筋率(加大至1.35 %以上)，確保第二道防線較弱時筒體剪力墻有較強的抗震能力抵抗地震作用；適當提高連梁的箍筋配筋率，以提高連梁的抗剪能力和延性。這些措施保證了核心筒有足夠的剛度以及抗震能力，核心筒亦無明顯的薄弱環節，整個結構具有良好的抗震效應。

圖1 航管樓、塔臺及連廊底層平面(單位：mm)

圖2 塔臺計算模型

(2)對于航管樓，一層所有混凝土柱及二層角柱箍筋全長加密，保證地震工況下具有更好的延性。對于連廊，柱箍筋全部加密，保證地震工況下具有更好的延性，以彌補其因單跨結構造成的抗震性能薄弱環節。

2.2.2 塔臺內外筒銜接加強

(1)塔臺的內筒四個轉角處設置暗柱，外筒根據門窗洞口位置，每層較均勻地設置6～8根暗柱(圖3)；同時在每層樓層標高處內外筒上均設置與剪力墻同寬的暗梁，并設置框架梁連接內筒和外筒。這些暗柱和暗梁形成的“暗框架”共同構成整個結構抗震體系的一道防線。

圖3 暗柱布置示意(單位:mm)

(2)塔臺除頂層以外的部分以樓梯為主，并有管道。因樓梯和管道的阻隔，塔臺內外筒連接較弱。故在每層標高位置處設置框架梁連接內筒和外筒；對于水管，不再專門預留洞口，而是將樓板、梯板直接連通至內筒上，將管道預埋在板中；對于電線電纜等的開洞，在不影響使用的前提下，采用框架梁連接內筒和外筒，將較大的洞口分隔成3個較小的洞口，如圖4所示。

圖4 內外筒連接較弱處的加強處理示意(單位:mm)

(3)連接內外筒的樓板、梯板，鋼筋均拉通分別錨入內外筒中，并適當增大每層樓板厚度至150 mm。因梯板鋼筋錨入內外筒，故樓梯荷載將傳遞至內外筒墻體上。對最底層樓梯處內外筒墻體、層高最高處內外筒墻體、樓梯對應的墻肢最長處的內外筒墻體進行穩定性驗算，滿足穩定性要求。

2.2.3 塔頂鋼結構與下部牛腿銜接加強

塔頂鋼結構柱將架于塔臺外筒頂層，為保證塔臺外筒的承載力及結構整體性能，需在外筒上增設牛腿。塔頂鋼結構與下部牛腿銜接加強主要體現在以下方面：

(1)塔臺16.450～20.950 m標高處因設置牛腿存在剛度變化，故將牛腿從下一層板底(16.300 m)開始逐漸向外凸出，使得牛腿在3 850 mm高度上外凸由0達到最大值(800 mm)，使得剛度的變化更加平緩如圖5(a)所示。同時，增大16.450～20.950 m標高剪力墻配筋，并在16.950 m標高及20.950 m標高設置暗梁形成環箍(詳第2.2.2節)，在一定程度上對剪力墻進行約束。

(2)將塔頂鋼管柱向下延伸一層(伸至20.950 m標高)，如圖5(a)所示，并在鋼柱上全長設置栓釘與牛腿進行連接，保證鋼柱嵌固如圖5(b)所示，同時在20.950～24.600 m層形成鋼骨混凝土結構過渡層。因設置牛腿及鋼柱，適當增大了20.950～24.600 m標高處剪力墻配筋。

(a)牛腿設計

(b)柱腳栓釘設計圖5 牛腿做法及鋼柱柱腳做法示意(單位:mm)

2.2.4 其他局部措施

(1)塔臺電梯在第3～5層不?？?，但考慮到內筒剪力墻在其他樓層均開設了門洞，故在第3～5三層也開設與其他層相同大小的洞口，以保證內筒剪力墻各層受力較為均勻。這三層的電梯洞口以填充墻填充。

(2)航管樓樓梯底部采用滑動支座，以保證地震作用下其具有較大的變形能力。

2.3 基礎加強措施

根據勘察報告，本工程擬建場地為抗震不利地段，將對基礎進行如下加強：根據現場情況考慮負摩阻力的影響。同時，保證樁基進入持力層的深度不小于3倍樁徑，保證樁基承載力滿足要求并有一定的富余；對于局部填土厚度較大區域，保證樁基進入持力層深度不小于4倍樁徑。

2.4 非結構構件加強措施

對于填充墻、女兒墻等非結構構件，采取下列措施：

(1)塔臺女兒墻位于塔臺24.600 m、28.500 m標高兩處。因其所處高度較高，故塔臺女兒墻采用鋼筋混凝土與主體結構一起澆筑。

(2)玻璃或石材幕墻、裝飾飾面、各類頂棚、外掛保溫材料及建筑附屬機電設備等其他非主體結構構件，應選擇具有相應資質的單位進行設計與施工。其自身及其與結構主體的連接及預埋件，應滿足7度抗震要求。非結構構件的抗震措施需滿足JGJ 339-2015《非結構構件抗震設計規范》的要求，并應得到本主體結構設計單位認可。

3 結論

本文以四川某機場航管樓工程為依托，介紹了航管樓、塔臺、連廊的工程概況，分析了結構抗震設計可采取的措施，主要結論如下：

(1)提高一度進行結構計算，可從整體上加強結構的抗震性能。

(2)塔臺內外筒設置暗柱、暗梁，內外筒之間設置框架梁，樓板鋼筋拉通內外筒，彌補內外筒之間連接較弱的缺陷，形成結構抗震的一道防線。

(3)由于牛腿將造成結構局部的剛度增大，故將牛腿從下一層板底開始逐漸向外凸出，使結構的剛度變化趨于平緩。

(4)考慮負摩阻力的影響，樁基進入持力層的深度不小于3倍樁徑，對于局部填土厚度較大區域保證樁基進入持力層深度不小于4倍樁徑。

(5)塔臺女兒墻采用鋼筋混凝土澆筑，并保證其他非結構構件的抗震措施要求滿足7度抗震要求。

通過上述抗震設計加強措施，保證本工程結構方案基本達到安全、可靠、舒適的目標。