重庆江北国际机场空管塔台混凝土结构设计

张涛

【摘要】对重庆江北国际机场空管塔台的方案、结构选型、建模要点及分析计算进行全面介绍

【关键词】空管塔台；结构选型；分析计算

一 工程概况

重庆江北国际机场东航站区及第三跑道空管工程是重庆江北国际机场T3航站楼的重要配套工程，包含空管塔台、裙楼、终端管制大楼等多个单体，已于2015年1月正式开工建设。作为整个空管工程的标志性建筑，空管塔台（以下简称塔台）具有极为重要的核心地位。

二 塔台建筑方案概述

塔台建筑方案由中国民航机场建设集团公司设计，采用中部收腰式筒体造型，外挂玻璃幕墙和铝板幕墙，最高点高度为91.3m，塔台立面图如图1所示。地上共设13个建筑层，设地下室1层。其中地下室及地上1～12层均为钢筋混凝土结构，地下室设有配电间、水泵房，地上1～8层为上下通行层，第9～12层为设备功能层，设有休息间、设备室、检修环等，第13层明室层（管制员席位层）采用钢结构。1-12层均配有两部电梯，且每层根据功能要求均布置了通风井、管道井。塔台地下室及标准层平面图如图2、图3所示。

图2 塔台地下室平面布置图

图3 塔台标准层平面布置图

图1 塔台立面图

三 塔台结构设计

1 塔台结构选型及基本设计参数

根据上述建筑方案并结合塔台自身形式特点，决定对塔台主体采用现浇钢筋混凝土框架-核心筒结构体系（顶层明室采用钢框架结构）。其中塔台中部圆形混凝土筒体为主要受力部位，围绕筒体外围按45度均分设八根钢筋混凝土框架柱，由塔底直通塔顶，并根据塔台外立面造型实现从底到顶由斜柱—直柱—斜柱的连接过渡，既可作为结构抗震设计的多道防线，也可作为塔台外挂幕墙的找形辅助。

重庆所处地区抗震设防烈度为6度，拟建场地为II类，设计基本地震加速度及抗震分组分别为0.05g、第一组，结构安全等级为一级，框架-核心筒抗震等级为二级，根据《建筑工程抗震设防分类标准》（GB50223-2008）5.3.6的要求，抗震设防类别应高于乙类，可在抗震构造措施中通过提高轴压比限制、加密箍筋直径及间距等措施予以体现。

2 结构建模及分析计算

采用中国建筑科学研究院编写的2010版PKPM（2.1）系列软件进行整体建模及分析计算。考虑到按地上13层的建筑层划分将使大部分层高达到9m，层间位移角计算数值较大，且塔台底部几层的墙体厚度较大，影响建筑使用空间，故在塔台2～9层每层层间均加设一结构层，平面布置与相邻建筑层一致，将层高由9m降至4.5m，塔身墙体厚度取为450mm（69m以上部位为400mm），地下室层高取为6.5m，外墙厚度600mm。外围八根框架柱尺寸为400x700mm，柱间通过400x800mm环形梁、柱与核心筒间通过放射状框架梁+楼板相连。塔台自身结构完全对称，质量中心与刚度中心基本重合，筒体及内墙上开有门窗洞口，在遵循建筑使用功能要求的前提下尽量使开洞对称，减小结构扭转效应。塔台机房设备自重为结构主要附加荷载，且主要集中在顶部三层，荷载取值按500kg/m2～750kg/m2考虑。根据建筑造型要求，上部第三层框架柱根部处与下层不连续，故通过设置转换梁使竖向荷载得以连续传递，定义当层为转换层及结构薄弱层，并将转换梁抗震等级提高为一级。最顶层钢框架通过MIDAS GEN模块分析计算，并将四根钢柱的底部弯矩及轴力通过点荷载形式施加到混凝土结构顶层。地下室至地上41.9m处混凝土等级取C50，41.9m以上部位取C45。取地下室顶板作为结构整体计算嵌固部位。塔台模型如图4所示。

塔台筒体直径约9.2m，混凝土部分最高点高度85.1m，高宽比接近10，使塔台成为兼具高层结构及高耸结构特点的特殊建筑。受使用功能所限，每层楼板均开有电梯洞、风井洞、管井洞，开洞面积约占楼板面积的30%，综合受力及经济性考虑，地下室顶板板厚取250mm，中间高度处（41.9m标高）楼板厚取200mm，顶层高度处（85.1m标高）楼板厚取200mm，其余层板厚取120mm，并将各层楼板按弹性膜定义考虑，使计算假定更符合实际受力。

考虑到塔台具有对风荷载较为敏感的高耸结构特性，为使结构分析时风荷载取值更为精确，故委托中国建筑科学研究院风洞试验室进行了塔台的风洞测压试验及风致振动分析，结果表明按50年重现期基 图4 塔台模型

本风压0.4kN/m2考虑，结构整体设计时风荷载体型系数可取为0.8，塔

台表面极值压力变化范围为-3.4～1.4kN/m2，结构阻尼比0.05时，顶部位移响应最大水平位移为24mm，为结构高度的1/3546。并得到10组等效静风荷载，可按特殊风荷载定义精确施加到每层进行强度计算。

实际计算时偏于安全地按照100年重现期基本风压考虑，对风荷载体型系数取为1.0，并将每层等效风荷载按比例相应放大，且参考临近T3航站楼场区的地震安全性评估报告，场地特征周期取为0.4s，地震影响系数最大值取为0.615，均较规范要求有所提高。经过计算可得结构各项主要指标结果如表1、表2所示，混凝土框架柱最大轴压比为0.20，墙体最大轴压比为0.32，均满足规范限制要求，墙、梁、板、柱等构件的配筋率均在正常范围内，混凝土墙体均为构造配筋。

3 基础分析及计算

塔台的基础部分在整个結构设计中占有举足轻重的地位。参考北京、天津、昆明等多地塔台设计方案，基础通常采用筏板+桩的组合形式。原因主要在于以上各地的地基承载力不高难以作为天然地基，且抗震设防烈度均在7度以上，在水平荷载作用下须考虑整体倾覆影响，故需在基础中设置钢筋混凝土桩满足承载力及抗拔要求。根据重庆的地质详勘报告，拟建场地地质条件良好，主要以泥岩、砂岩为主，地基承载力特征值均在2000kPa以上，可作为天然地基，且重庆抗震设防烈度为6度，地震作用较小。由表3可以看到，在风荷载及地震作用下塔台底部均无零应力区出现，且抗倾覆力矩与倾覆力矩比值均大于10，有较高的安全储备，结构整体能够通过稳定验算，不会发生倾覆。综合以上因素考虑，决定塔台采用筏板基础+天然地基，即提高了施工速度，又有效节省了工程整体造价。经过调整试算，筏板厚度取为2.5m，可满足混凝土墙体与基础相交处筏板抗冲切计算及筏板外圈板带的抗弯曲计算。整个塔台建筑埋深为8.4m（地下室层高6.5m+筏板板厚2.5m-室内外高差0.6m），约为建筑地上总高度的1/11，满足地基基础设计规范相关要求，

四 结束语

随着我国航空业务量的不断增长，未来各地新空管塔台的建设必将成为新机场建设中的重要一环。各地塔台建筑造型在满足使用功能的前提下具有一些共性，但又结合自身特点及当地要求不断创新，为塔台的结构设计者持续带来新的挑战。作为结构工程师应抓住这一良机，力争在设计过程中做到“温故而知新”，不断在新变化、新突破中提高自身设计水平，增强综合业务素质，并为民航发展助力增光。

参考文献：

[1]李巍，王国强，高华，李晓霞，柳艳红.某航空指挥塔台概念设计及技术措施[J].建筑结构，2013（05）.

[2]张晓阳.华东某机场指挥塔台结构设计[J].安徽建筑，2002（01）.