某通航机场机库大厅结构方案选型分析

郑帅群　马若辰

(中国航空规划设计研究总院有限公司，北京　100120)

0　引言

近年来通用航空产业以其机动灵活、快速高效的特点，成为民用航空市场的重要组成部分，其建设发展势头也非常迅猛。通用航空机场不仅承担的任务多样复杂，其项目投资与传统民航相比也要少很多。因此无论是通航机场的航站区工程还是飞行区工程均需用较少的投资以满足复杂的使用功能，这就要求设计人员在条件严格的情况下完成复杂的任务。本文基于某一实际工程，对通航机场航站楼大跨度部分钢结构构件的布置形式进行分析，比较其对航站楼结构设计经济性和实用性的影响。

1　工程概况

本工程为河北某地通用航空机场航管航站综合楼(以下简称综合楼)。拟建场地地貌单一，地质环境稳定，场地类别为Ⅲ类，抗震设防烈度为6度，抗震设防分组为第三组。综合楼主体为钢筋混凝土框架结构，主要柱距为8.1 m，局部柱子抽空，形成16.2 m×18.2 m和16.2 m×24.3 m大跨度空间。地上主体2层，层高4.2 m，大跨度部分两层通高。综合楼1层用于安检候机，2层用于空管指挥控制，16.2 m×18.2 m大跨度空间为通高候机大厅，16.2 m×24.3 m大跨度空间为机库大厅，用于停放并展示飞机，屋盖采用现浇钢筋混凝土板—钢梁结构形式，机库部分建筑平面图如图1所示。

本工程综合楼抗震设防烈度较低，场地情况简单，但由于飞机本身高度较高，还需预留一定检修高度，因此展厅部分的净高要求较大。同时业主要求尽量控制造价，这就需要设计者尽量减小结构高度，满足使用要求的同时尽可能地降低造价。

本文分析过程考虑了钢梁的布置形式、钢梁间距对钢梁用钢量、周围连接混凝土构件工程量、现浇钢筋混凝土板钢筋用量和结构高度的影响，同时也考虑了建筑找坡和结构找坡对分析结果的影响。

2　方案比较

本工程综合楼在③轴有一提升式机库大门，因此笔者在本工程的设计过程中，首先在③轴布置1根钢梁，机库大门直接或间接地连接在这根钢梁上。

2.1　结构布置方案

本文分别分析了2.7 m,4.05 m两种梁间距和纵向布置钢梁、横向布置钢梁、纵横双向布置钢梁三种梁布置方式共6个方案的用钢量及工程量，同时还考虑了建筑找坡和结构找坡对结果的影响。6个方案的结构布置简图如图2所示，屋面找坡采用结构找坡，找坡时平行找坡方向布置的主梁采用变截面，垂直找坡方向布置的主梁截面不变，结构找坡坡度为3%。

方案一采用沿长跨方向单向布置主梁的方式，梁间距4.05 m，共4根主梁；方案二与方案一的梁布置形式相同，梁间距2.7 m，共6根主梁；方案三沿长跨方向布置2根主梁，沿短跨方向布置次梁，次梁间距4.05 m，共2根主梁，10根次梁；方案四与方案三的梁布置形式相同，次梁间距2.7 m，共2根主梁，16根次梁；方案五在大门顶沿长跨方向布置1根主梁，沿短跨方向布置次梁，次梁间距4.05 m，共1根主梁，5根次梁；方案六与方案五的梁布置形式相同，次梁间距2.7 m，共1根主梁，8根次梁。各方案参数如表1所示。

表1　各方案主要参数　m

2.2　分析结果

本文根据现行国家规范《建筑结构荷载规范》[1]确定恒、活荷载数值，在相同的附加恒荷载和活荷载作用下计算得到钢构件的应力比，控制所有梁的应力比在0.79～0.81之间，并满足现行国家规范《钢结构设计规范》[2]中对钢结构整体稳定及局部稳定的相关规定，计算得到板钢筋用量、钢梁用钢量及混凝土工程量如表2所示。

从表2计算结果可以看到，结构找坡时，由于钢梁变截面，用钢量小于建筑找坡时的用钢量。建筑找坡时，方案三～方案五的用钢量接近，为6个方案中最低；结构找坡时，方案三的用钢量最低，方案一、四与方案三接近，方案五比方案一、四略高。板钢筋用量受板跨度影响较大，跨度越大钢筋用量越少，但梁布置形式的改变对板钢筋用量影响较小。假定HRB400级钢筋单价为a元/kg，Q345B钢材单价为1.5a元/kg，则各方案钢材总价如表3所示。从表3可以看到，方案三～方案五的经济性最好，方案五钢材总价略高，但考虑到方案五的混凝土工程量最小，与方案三、四的总造价差异会更小。结构找坡时，由于次梁截面保持不变，方案五在钢材总价方面与方案三、四的差异会比建筑找坡时更加明显。

表2　各方案工程量及用钢量

表3　各方案经济性指标

根据表2中给出的结构高度计算结果并结合各方案的经济性指标可以看到，方案三、四的经济性较好，但结构高度过高，难以满足使用要求；方案一、二、五、六的结构高度较小，但方案一、二、六的经济性较差，综合效益较差。方案五的室内结构高度较小，能够比较容易地满足使用要求，经济性也较好。同时由于大门顶钢梁较高，可以直接将机库大门安装在钢梁上，而方案三、四中大门顶钢梁均较矮，需另外设置构造措施安装机库大门，因此方案五与方案三、四的实际经济性差距会变小。

图3给出了板钢筋用量与梁跨，即单向板板长的关系，可以看到在板跨相同的情况下，板长增大，板钢筋用量有小幅度增加。图4给出了钢梁用钢量与梁间距的关系，梁用钢量会随着梁间距的增大而降低，但降低的趋势会随着梁间距的增大而逐渐减小，最终趋于平缓。

3　结论与建议

本文基于实际工程项目，采用有限元计算软件建立结构计算模型，对通用航空机场航管航站综合楼大跨度空间钢结构布置形式的经济性和实用性进行分析，得到主要结论如下：

1)当按照方案一、二的形式，单向布置钢梁时，钢梁的用钢量最省；当按照方案三、四的形式，布置多根主次梁时，钢梁的用钢量最多。

3)梁间距较小时，板钢筋用量较小，但钢梁用钢量较高；梁间距较大时，钢梁用钢量较低，但板钢筋用量较高。存在一个最优梁间距，使结构的总用钢量最小。

4)对于本文所述的实际工程，仅在机库大门顶布置单根钢主梁，在垂直主梁方向布置次梁，次梁间距4.05 m的方案经济性较好，结构高度也比较低，综合效益最好。

参考文献：