某臨近空間試車臺技術總結

【摘要】航空發動機試車臺是在研發發動機時重要的設備，它在試驗中起到了關鍵的作用。本文主要總結航空試車臺設計時的設計、構造要點并提出建設性意見。

【關鍵詞】試車臺;排氣塔;構造措施

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.30.

1、工程概況

航空發動機試車臺是在研發發動機時做需要的重要設備，它在試驗中起到了關鍵的作用，不論屋面要對發動機研制、定型，還是測量重要數據等模擬實驗都離不開它，它能綜合分析航空發動機的性能是否達到標準。濟本工業園的項目是濟南新舊動能轉換先行區響應國家戰略，建設全國重要的區域性科技創新中心的關鍵項目，由研究所與人民政府通力合作的重點工程。該項目總投資約7億元，主要致力于空天發動機、燃氣輪機、航空發動機及核心零部件的研發試驗，旨在推動我國空天發動機、特大型燃氣輪機等尖端領域技術成熟與產業化。

本試車臺建筑占地面積9317.98 m2，總建筑面積14831.49 m2，其中地上建筑面積為10151.94 m2，地下建筑面積為4679.55 m2。本建筑長173.35m、寬62.70m，建筑高度14.94m。地上建筑一共分為七個區設縫脫開，其中排氣消聲塔單層，建筑高度31.50m，試驗間、一級引射間、二級引射間為單層，層高均為14.4m，采用剪力墻結構。西側附房為兩層鋼筋混凝土框架結構，一層層高5.7m，二層層高4.5m;東側附房為一層鋼筋混凝土框架結構，局部兩層，一、二層層高均為5.1m;地下水池層高為4.2m，地下水泵房層高為15.2m。各建筑物設縫脫開，超過60m的設置后澆帶。

工程設計使用年限50年，濟南市抗震設防烈度6度，，本工程設防分類為標準設防類，抗震設防烈度為6度（第三組），根據《山東省關于進一步加強房屋建筑和市政工程抗震設防工作的意見》（魯政辦發[2016]21號）的要求，擬建物按照不低于地震烈度7度進行抗震設防。根據《山東省建設工程抗震設防條例》，設計基本地震加速度值不小于0.10g。建筑結構的安全等級為二級，結構構件的重要性系數為1.0，建筑耐火等級為二級。濟南市基本風壓0.45kN/m2（50年重現期），地面粗糙度為B類，基本雪壓 0.3 kN/m2 （50年重現期）。

2、結構方案

試驗間、一級引射間、二級引射間、排氣塔工藝條件要求為鋼筋混凝土剪力墻結構，墻厚區500，局部試驗間跨度為單跨20m; 冷卻水泵房、壓縮機間、冷氣源房跨度為20m，有吊車工藝布置要求為單跨結構。在考慮結構形式時，有考慮在經濟性能上此部分做排架結構更為合理，但此區域還要求有變電站的需要求沒辦法做到雙面找坡，故而采用混凝土框架結構，用結構找坡來解決單向找坡的問題。壓縮機間及排氣塔單跨結構內力計算考慮中震不屈服的性能設計。冷氣源間、待試間只有局部三跨為單跨梁，在計算時考慮提高抗震構造措施實現。結構考慮多塔和分塔取不利情況。具體的建筑抗震等級分類見下表。

3、結構設計中的幾個技術問題

3.1荷載取值

根據《建筑結構荷載規范》（GB50009-2012），試驗間、一級引射間、二級引射間屋面為不上人屋面，采用結構找坡，荷載取值為恒載取3.0kN/m2 ，考慮到屋面設備預留取5.0kN/m2。地下室頂板設備基礎荷載較重，尤其是冷卻冷凝器基礎設備條件為400t/組，根據條件計算取板厚200mm。

3.2大跨度梁

根據工藝布置吊車的要求試驗間、冷卻水泵房、壓縮機間、冷氣源房的跨度為20m，其中壓縮機間為最不利的情況，需要考慮單跨中震、重點設防，故抗震等級為二級、抗震構造措施的抗震等級為一級。試驗間的難題在于工藝要求梁必須做翻梁，板底需要平，結構為工藝服務無奈只能選擇20m單向大跨度梁，主梁選擇截面600mmx1300mm，次梁選擇截面500mmx1300mm，配筋需要考慮起拱折減擾度的因素。

冷卻水泵房比較特殊，需要設置20t的吊車，從地下室吊設備進出，故此區域的柱子單方向拉梁，且柱高度將近15m。從柱計算結果看，中震結果下配筋最為不利，截面達到了1000mmx1200mm，配筋出現頂層柱鋼筋大于底層柱的情況，當柱縱向鋼筋上端大于下端時，建議柱下端配筋以上端配筋大的為準，并柱全長統一此配筋。

對于冷卻水泵房、壓縮機間、冷氣源房還有一個特點即在設縫脫開之后，房間由于功能需求不宜再設置施工縫，但已經設置施工縫的區域長度方向也已超過60m，達到了76.8m和68.8m。在設計時我們在設置了后澆帶的同時也考慮屋頂的溫度應力，適當增加長度方向次梁的配筋。

冷卻水泵房、壓縮機間結構內力計算考慮中震不屈服的性能設計、且壓縮機間為重點設防區域，結構抗震構造措施的抗震等級為一級，需要采取增強措施：柱箍筋的直徑采用≧10mm，間距箍筋采用100mm;次梁的箍筋直徑也采用≧10mm，以此抵抗長方向溫度應力的影響。

3.3排氣塔的設計

3區由排氣塔與二級引射間相連，其中排氣塔高30m，二級引射間為單層，結構找坡最低點14.400m，排氣塔墻身工藝要求用350mm混凝土墻+外砌370mm磚+130mm耐火磚。排氣塔配筋考慮單跨中震，考慮到二級引射間對排氣塔側向由氣體壓力，采取增加構造柱和每隔3.5m左右增設圈梁的方式加強排氣塔的整體穩定性。 如圖3大樣所示。

3.4吊車設備的選取

本廠房內部共設置7臺吊車：軟化水泵房和冷卻水泵房各設置一臺橋式起重機，起重量16t，起吊高度6.5m;試驗間設置兩臺橋式起重機，一臺起重量20t/5t，一臺起重量20t，起吊高度均為8m;待試間設置一臺橋式起重機，起重量5t，起吊高度6.5m;冷熱源站房設置一臺橋式起重機，起重量5t，起吊高度6.5m;壓縮機間設置一臺橋式起重機，起重量20t/5t，起吊高度6.5m。冷卻水泵房、壓縮機間、冷氣源房為大跨度混凝土梁，結構標高最低點為10.200m，梁高有1300mm，考慮到建設方要求在現有層高不變的情況下起吊高度盡可能的高，若采用國產LD型電動單梁起重機的吊車樣本無法滿足起吊高度要求，所以在起重機的選型中選取歐式吊車。見圖3

4、結論及建議

（1）梁高≧1000mm時，建議其箍筋直徑采用≧10mm的箍筋;

（2）大跨度的梁、柱在配筋時建議使用直徑28的鋼筋;

（3）當柱縱向鋼筋上端大于下端時，建議柱下端配筋以上端為準，并柱全長統一此配筋;

（4）躍層柱要考慮計算長度系數，適當加大配筋。

（5）柱中牛腿上方及下方各 1.5m高度范圍內柱箍筋間距為100。

（6）設計有吊車的試驗廠房時需要考慮層高和起吊高度是否滿足使用要求，以及各專業管道與吊車是否沖突。

作者簡介：

賀益田，1989年出生，女，籍貫湖南長沙，碩士研究生，工程師，土木工程建筑結構方向。