芻議火電廠主廠房抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及措施

1、<p>　　芻議火電廠主廠房抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及措施</p><p>　　摘要：主廠房結(jié)構(gòu)是一個(gè)涉及面廣、專業(yè)性強(qiáng)的體系，它與施工技術(shù)的發(fā)展密切相關(guān)。本文主要介紹了主廠房設(shè)計(jì)過(guò)程中主廠房抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀，抗震設(shè)計(jì)及方法，并針對(duì)性的提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施。 </p><p>　　關(guān)鍵字：火電廠；主廠房；抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) </p><p>　　Abstract: The

2、 main building structure is one involves an area wide, professional strong system, and it is closely related to the development of construction technology. This paper mainly introduces the design process of main building

3、 in seismic design of main building, seismic design and methods, and puts forward the corresponding measures for improvement. </p><p>　　Keywords: Thermal power plant main building; structural design; </p&

4、gt;<p><b>　　引言 </b></p><p>　　隨著科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，火力發(fā)電廠的單機(jī)容量不斷增大，主廠房的設(shè)計(jì)方案越來(lái)越多。主廠房作為發(fā)電廠中最重要的建筑，它的結(jié)構(gòu)選型、設(shè)計(jì)方案直接關(guān)系到能否滿足發(fā)電要求及工程是否經(jīng)濟(jì)。 </p><p>　　在人類所歷經(jīng)的各類自然災(zāi)害中，強(qiáng)烈地震是對(duì)生命線工程威脅最大的災(zāi)害之一。作為生命線工程的重

5、要組成部分，電力系統(tǒng)一旦失效或遭到破壞，就會(huì)造成嚴(yán)重的災(zāi)害和難以估量的經(jīng)濟(jì)損失，電力中斷不僅嚴(yán)重影響正常的生產(chǎn)生活和抗震救災(zāi)工作，而且有可能引發(fā)火災(zāi)等次生災(zāi)害，嚴(yán)重威脅人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全。 </p><p>　　1．電廠土建結(jié)構(gòu)抗震的現(xiàn)狀 </p><p>　　1.1電廠震害調(diào)查 </p><p>　　進(jìn)行震害調(diào)查、總結(jié)震害經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)是研究抗震極為重要的、主要的手

6、段，它是地震造成的大規(guī)模原型試驗(yàn)。其相應(yīng)建筑結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)將暴露無(wú)遺。為此，從60年代初開始進(jìn)行有關(guān)地震調(diào)查工作。先后調(diào)查有關(guān)震區(qū)的電力設(shè)備的震害，如廠房的女兒墻就有倒塌，到9度地震時(shí)，主廠房框架破壞嚴(yán)重或倒塌，以及汽機(jī)房屋蓋大面積塌落。 </p><p>　　1.2動(dòng)力特性的實(shí)測(cè)和試驗(yàn) </p><p>　　設(shè)計(jì)院和科研單位，對(duì)國(guó)內(nèi)數(shù)十座發(fā)電廠、變電所的大量建（構(gòu)）筑物進(jìn)行過(guò)實(shí)測(cè)和試驗(yàn)工

7、作，并充分揭示了各類結(jié)構(gòu)的自振特性，以主廠房結(jié)構(gòu)為例，在脈動(dòng)和激振試驗(yàn)下，實(shí)測(cè)周期與計(jì)算周期比較。其計(jì)算周期均有偏長(zhǎng)。另外，主廠房框排架結(jié)構(gòu)復(fù)雜，質(zhì)量和剛度分布不均，在實(shí)測(cè)和試驗(yàn)中明顯反映出振動(dòng)過(guò)程中伴隨有扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的特點(diǎn)。由于廠房結(jié)構(gòu)型式變化和實(shí)測(cè)周期的數(shù)值變化不大，很難作出一個(gè)周期統(tǒng)計(jì)公式。但是，煙囪的自振周期隨高度變化十分明顯，且有統(tǒng)計(jì)規(guī)律，能建立相應(yīng)經(jīng)驗(yàn)公式。 </p><p>　　1.3構(gòu)件和節(jié)點(diǎn)的模型試

8、驗(yàn) </p><p>　　唐山地震后，主廠房框排架結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)暴露比較充分，特別是節(jié)點(diǎn)區(qū)的破壞及鋼筋焊接接頭斷裂。為此，曾在南京工學(xué)院進(jìn)行了齒槽節(jié)點(diǎn)和鋼筋剖口焊接頭的抗震試驗(yàn)。為解決工程急需，建議了剖口加強(qiáng)焊接頭型式，可適用千設(shè)防烈度為7、8度裝配式結(jié)構(gòu)的連接。此外，在鋼—混凝土組合結(jié)構(gòu)方面，還進(jìn)行過(guò)外包鋼混凝土等結(jié)構(gòu)的有關(guān)抗震試驗(yàn)。 </p><p><b>　　1.4抗震汁

9、算 </b></p><p>　　電廠結(jié)構(gòu)一般按反應(yīng)譜進(jìn)行常規(guī)計(jì)算外，用計(jì)算模型檢驗(yàn)在地震波作用下結(jié)構(gòu)進(jìn)入彈塑性狀態(tài)的全過(guò)程，從而找出結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)，曾對(duì)幾個(gè)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的電廠主廠房計(jì)算后，表明：常規(guī)設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)的電廠主廠房，基本滿足抗震設(shè)防烈度的要求。但是，現(xiàn)有廠房還不能作到“強(qiáng)柱弱粱”結(jié)構(gòu)，其抗震安全度各異，在強(qiáng)震作用下個(gè)別構(gòu)件有可能嚴(yán)重破壞。同時(shí)，也表明未經(jīng)抗震設(shè)計(jì)的廠房抗震潛力有限。由此說(shuō)明

10、，對(duì)安全性要求較高的主廠房，開展輸入地震波考慮結(jié)構(gòu)彈塑性影響的全過(guò)程分析很有必要。 </p><p>　　1.5抗震構(gòu)造的改進(jìn) </p><p>　　火力發(fā)電廠主廠房，因工藝需要，其廠房有自身獨(dú)特的特點(diǎn)，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。對(duì)于大機(jī)組的廠房尺寸和荷載較大，相應(yīng)梁柱斷面也較大?？拐饦?gòu)造按一般工業(yè)與民用建筑的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行困難較多、且不太合理。結(jié)合震害經(jīng)驗(yàn)及試驗(yàn)研究分析進(jìn)行了較多考慮，如柱的軸壓比適當(dāng)

11、放寬，箍筋肢距稍為加大，粱端箍筋加密區(qū)根據(jù)大斷面特點(diǎn)有所改進(jìn)等，以及針對(duì)結(jié)構(gòu)薄弱環(huán)節(jié)，對(duì)屋蓋系統(tǒng)采取了加強(qiáng)措施。這些措施既保證了結(jié)構(gòu)的安全，也方便了設(shè)計(jì)和施工。 </p><p>　　2.主廠房設(shè)計(jì)中的抗震設(shè)計(jì)及分析 </p><p>　　2.1主廠房設(shè)計(jì)中的抗震設(shè)計(jì) </p><p>　　火力發(fā)電廠的主廠房一般都是采用典型的框排架結(jié)構(gòu)，根據(jù)研究已有的地震災(zāi)害發(fā)現(xiàn)火

12、力發(fā)電廠的縱向震害小于橫向震害。簡(jiǎn)化的地震反應(yīng)計(jì)算方法，定義層間屈服強(qiáng)度系數(shù)為： </p><p>　　ξ（i）＝Qy（i）/Qe（i）。 </p><p>　　其中Qy（i）為第i層的屈服剪力，Qe（i）為第i層彈性地震剪力。以各斷面ξ（i）為震害判據(jù)，根據(jù)ξ（i）與震害的統(tǒng)計(jì)關(guān)系，判斷各層震害，再綜合判斷整體震害。 </p><p>　　預(yù)測(cè)流程主要為：將復(fù)雜結(jié)

13、構(gòu)簡(jiǎn)化成多自由度系統(tǒng)，用底部剪力法來(lái)計(jì)算水平方向上的地震力；采用結(jié)構(gòu)力學(xué)中的方法，將連接框架與排架的細(xì)桿上的內(nèi)力計(jì)算出來(lái)，并且解偶聯(lián)框架與排架；分別參照預(yù)測(cè)排架、框架所受震害的方法，計(jì)算出關(guān)鍵斷面的ξ（i），然后進(jìn)行比較，根據(jù)結(jié)果判斷各斷面所受的震害大??；最后綜合判斷主廠房所受的震害情況?，F(xiàn)有的一些試驗(yàn)和鋼筋混凝土實(shí)測(cè)應(yīng)變分析表明，剪力墻承受結(jié)構(gòu)的大部分抗震作用，剪力墻的屈服強(qiáng)度在很大程度上影響結(jié)構(gòu)的承載能力和變形，其對(duì)應(yīng)的屈服荷載接近

14、于結(jié)構(gòu)的極限荷載。在剪力墻屈服以后，其剛度降低，承受的剪力減少，框架的水平荷載最多可增加到總荷載的25%，連梁、框架梁柱很快隨之屈服，于是整個(gè)結(jié)構(gòu)發(fā)生側(cè)移。由于模型結(jié)構(gòu)的彈塑性性能逐步發(fā)展，結(jié)構(gòu)的變形特點(diǎn)發(fā)展到以剪力變形為主的剪切性，但是結(jié)構(gòu)的位移明顯增加，剪力墻屈服達(dá)到最大荷載值時(shí)，相應(yīng)的結(jié)構(gòu)位移增幅高達(dá)200%。在地震波的作用下，結(jié)構(gòu)的屈服順序?yàn)椋杭袅Ω俊蚣芨鲗恿憾恕蚣芨髦俊?</p><p>　

15、　剪力墻混凝土的強(qiáng)度等級(jí)和框架柱混凝土的強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)差別過(guò)大，而且剪力墻的配筋還有必要改進(jìn)；剪力墻先屈服，框架柱再屈服的破壞模式是一種比較理想的抗震結(jié)構(gòu)型式。因此，采取一定措施讓剪力墻率先屈服后，框架不是隨之破壞而是還可承擔(dān)一定的地震作用，延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的破壞過(guò)程；框架頂層各構(gòu)件的截面和配筋不宜過(guò)多地減少或削弱，在底層框架中，應(yīng)特別注意加強(qiáng)柱腳的變形和耗能能力；在進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí)，要進(jìn)行在極端地震作用下各參數(shù)的分析，以便綜合評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)的抗震性能。

16、 </p><p>　　2.2發(fā)電廠主廠房設(shè)計(jì)中的分析法 </p><p>　　2.2.1底部剪力法 </p><p>　　適用于對(duì)于重量和剛度沿高度分布比較均勻、高度不超過(guò)40m并以剪切變形為主（房屋高寬比小于4時(shí)）的結(jié)構(gòu)，在振型分解反應(yīng)譜法的基礎(chǔ)上，針對(duì)某些建筑物的特定條件做進(jìn)一步簡(jiǎn)化，而得到的一種近似計(jì)算水平地震作用的方法：將多自由度體系簡(jiǎn)化成單自由度體系，計(jì)

17、算出結(jié)構(gòu)總的地震作用（即結(jié)構(gòu)底部剪力），再將其按倒三角形原則分配到各個(gè)樓層，計(jì)算結(jié)構(gòu)內(nèi)力。 </p><p>　　2.2.2振型分解反應(yīng)譜法 </p><p>　　適用于除上述底部剪力法外的建筑結(jié)構(gòu)，它是把多自由度體系分解成若干個(gè)單自由度體系振動(dòng)的組合，并利用單自由度體系的反應(yīng)譜理論計(jì)算各個(gè)振型振動(dòng)的地震作用，最后將各個(gè)振型計(jì)算出的地震效應(yīng)按一定的規(guī)則組合起來(lái)，求出總的地震響應(yīng)。 <

18、;/p><p>　　2.2.3時(shí)程分析法 </p><p>　　適用于在《抗震規(guī)范》規(guī)定，重要的工程結(jié)構(gòu)，例如：大跨橋梁，特別不規(guī)則建筑、甲類建筑，高度超出規(guī)定范圍的高層建筑應(yīng)采用時(shí)程分析法進(jìn)行補(bǔ)充計(jì)算。其基本原理是對(duì)結(jié)構(gòu)物的運(yùn)動(dòng)微分方程直接進(jìn)行逐步積分求解的一種動(dòng)力分析方法。由時(shí)程分析可得到各質(zhì)點(diǎn)隨時(shí)間變化的位移、速度和加速度動(dòng)力反應(yīng)，并進(jìn)而可計(jì)算出構(gòu)件內(nèi)力的時(shí)程變化關(guān)系。由此可知，在發(fā)電廠

19、主廠房的設(shè)計(jì)中主要還是采用時(shí)程分析法。 </p><p>　　3.電廠主廠房的抗震措施 </p><p>　　鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)要有“高延性要求”，要求在較大的屈服后塑性變狀態(tài)下要保持豎向荷載和抗水平力的能力，這要求在設(shè)計(jì)時(shí)要合理設(shè)計(jì)柱端的抗彎能力，避免發(fā)生非延性的剪切破壞。 </p><p>　　3.1“強(qiáng)柱弱梁”措施 </p><p>　　增

20、大柱端的抗彎能力，通過(guò)框架梁的塑性變形來(lái)減輕地震能量，因?yàn)闃?gòu)件產(chǎn)生塑性變形，可以耗散部分地震能量。 </p><p>　　3.2“強(qiáng)剪弱彎”措施 </p><p>　　用剪力增大系數(shù)增大組合剪力值，而且用增大后的剪力設(shè)計(jì)值來(lái)驗(yàn)算受剪截面控制條件和設(shè)計(jì)受剪承載力，避免脆性的剪切破壞的出現(xiàn)?；炷磷陨淼目辜裟芰Α⒐橇弦Ш狭?、縱筋銷栓力和箍筋的拉力共同構(gòu)成鋼筋混凝土的抗剪能力，而在形成塑性后的混

21、凝土的梁端抗剪能力會(huì)比非抗震時(shí)低。 </p><p>　　3.3抗震構(gòu)造措施 </p><p>　　用構(gòu)造措施來(lái)保證塑性鉸的部位的延性，具體來(lái)說(shuō)就是塑性轉(zhuǎn)動(dòng)能力和塑性耗能能力。對(duì)梁柱等構(gòu)件來(lái)說(shuō)，影響延性的根本因素是混凝土極限壓應(yīng)變和破壞時(shí)的受壓區(qū)高度。 </p><p><b>　　4.結(jié)語(yǔ) </b></p><p>