火電廠主廠房結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)分析與研究

蒙勝柱

（內(nèi)蒙古第三電力建設(shè)工程有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古　包頭　014010）

工程技術(shù)

火電廠主廠房結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)分析與研究

蒙勝柱

（內(nèi)蒙古第三電力建設(shè)工程有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古包頭014010）

研究建筑結(jié)構(gòu)性能的抗震設(shè)計(jì)和廠房結(jié)構(gòu)位移的性能設(shè)計(jì)，分析了廠房結(jié)構(gòu)性能水平與性能目標(biāo)。

性能設(shè)計(jì)；性能指標(biāo)；性能目標(biāo)

引言

隨著施工及吊裝能力的逐漸提高，電廠機(jī)組容量的不斷增大，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)在近年來(lái)得到很好的應(yīng)用。但由于結(jié)構(gòu)體系性能不足，傳統(tǒng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)整體的抗震性能差，且存在很多的薄弱環(huán)節(jié)，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)安全儲(chǔ)備低、耐久性不好，不宜在高烈度地區(qū)使用?，F(xiàn)在8度設(shè)防及以上高烈度地區(qū)的大容量機(jī)組火電廠主廠房結(jié)構(gòu)普遍采用鋼框架一支撐結(jié)構(gòu)體系，雖提高了結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度以及承載能力，但限制了發(fā)電設(shè)備的布置以及設(shè)備運(yùn)行的檢修空間。鋼結(jié)構(gòu)體系投資相對(duì)較大并且維護(hù)復(fù)雜，這導(dǎo)致大容量機(jī)組在地震高烈度地區(qū)的普及應(yīng)用受限。

1　建筑結(jié)構(gòu)基于性能的抗震設(shè)計(jì)

1.1基于性能設(shè)計(jì)方法的特點(diǎn)

設(shè)計(jì)者對(duì)結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)防水準(zhǔn)的認(rèn)識(shí)、抗震設(shè)計(jì)方法理解以及抗震構(gòu)造措施選取是基于性能的抗震設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，基于性能的抗震設(shè)計(jì)的重要組成部分也包括概念設(shè)計(jì)和合理構(gòu)造措施。將結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)與預(yù)期性能水平直接聯(lián)系起來(lái)是基于性能的抗震設(shè)計(jì)一大特征，并且需要將選擇的性能水平和預(yù)期的性能目標(biāo)進(jìn)行結(jié)構(gòu)對(duì)比與評(píng)價(jià)。社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平、建筑結(jié)構(gòu)重要性、結(jié)構(gòu)造價(jià)以及遭遇地震后的損失是確定建筑結(jié)構(gòu)性能目標(biāo)和性能水平的基本標(biāo)準(zhǔn)。能量設(shè)計(jì)法、位移的設(shè)計(jì)方法、綜合設(shè)計(jì)法是基于性能設(shè)計(jì)的常用方法?；谀芰康脑O(shè)計(jì)方法是通過(guò)控制結(jié)構(gòu)構(gòu)件的耗能能力來(lái)控制整體結(jié)構(gòu)抗震能力，依據(jù)是地震輸入的能量和結(jié)構(gòu)的耗能能力決定建筑結(jié)構(gòu)及內(nèi)部設(shè)施破壞程度。在結(jié)構(gòu)整體側(cè)移模式的基礎(chǔ)上將多自由度體系等效為單自由度體系，并通過(guò)側(cè)移模式反算出多自由度體系的地震位移，這是基于位移的設(shè)計(jì)方法理論依據(jù)。

1.2基于性能設(shè)計(jì)與常規(guī)設(shè)計(jì)方法比較

1）與現(xiàn)行抗震規(guī)范相比，基于性能的設(shè)計(jì)方法在不同強(qiáng)度地震作用下要求結(jié)構(gòu)有明確的性能水平。而現(xiàn)行抗震規(guī)范在定量的描述上并不明確，規(guī)范中的計(jì)算方法和構(gòu)造措施則是以結(jié)構(gòu)性能要求的最低為設(shè)計(jì)值。2）常規(guī)抗震設(shè)計(jì)方法則主要針對(duì)結(jié)構(gòu)的承載力進(jìn)行設(shè)計(jì)，而沒(méi)有從整體提出明確的規(guī)范。而基于性能的設(shè)計(jì)方法在目標(biāo)性能水平時(shí)則需要綜合考慮社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平，建筑結(jié)構(gòu)的重要性、可維護(hù)性以及可能遭受地震作用下的經(jīng)濟(jì)損失。3）基于性能的設(shè)計(jì)方法不僅僅滿足規(guī)范要求，它還兼顧業(yè)主的要求，并允許研究者以及設(shè)計(jì)者創(chuàng)新，利于新材料和新技術(shù)的推廣普及［1］。

2　火電廠主廠房結(jié)構(gòu)性能水平與性能目標(biāo)

2.1火電廠主廠房結(jié)構(gòu)性能水平及劃分

按照工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部設(shè)備的使用特點(diǎn)以及設(shè)備震害調(diào)研可將關(guān)鍵設(shè)備分為位移敏感型、速度敏感型和加速度敏感型三類。位移敏感型和加速度敏感型設(shè)備是火電廠主廠房?jī)?nèi)大多數(shù)的設(shè)備。然而火電廠主廠房?jī)?nèi)部加速度敏感型設(shè)備基本上都放置在地面，并設(shè)有獨(dú)立的基礎(chǔ)，據(jù)此特點(diǎn)，結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)時(shí)可以用強(qiáng)震下位移敏感型設(shè)備與結(jié)構(gòu)的抗震性能來(lái)考慮火電廠主廠房結(jié)構(gòu)的內(nèi)部構(gòu)件、非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的綜合性能，火電廠主廠房結(jié)構(gòu)的性能分為五個(gè)水平（使用功能完好、使用功能連續(xù)、保證人身安全、接近倒塌、倒塌）表現(xiàn)結(jié)構(gòu)抗震性能等級(jí)及劃分。

2.2火電廠主廠房結(jié)構(gòu)的性能指標(biāo)

研究結(jié)果表明，影響建筑結(jié)構(gòu)性能水平的兩大因素包括結(jié)構(gòu)破壞形態(tài)和破壞程度，結(jié)構(gòu)的破壞形態(tài)可用層間位移角量化不同強(qiáng)度地震作用的結(jié)構(gòu)性能來(lái)表達(dá)。當(dāng)強(qiáng)烈地震時(shí)，主廠房結(jié)構(gòu)的破壞主要是由于剪切力導(dǎo)致，層間位移角在1/3300～1/1100范圍時(shí)，剪力墻就會(huì)被破壞，并且層間位移角大于1/2 000，剪力墻的作用衰減劇烈，剛度衰減嚴(yán)重。但剪力墻輕微破壞不影響結(jié)構(gòu)使用，故層間位移角極限值可適當(dāng)放寬，取為1/1000。層間位移角超過(guò)1/500時(shí)，結(jié)構(gòu)狀態(tài)為彈性狀態(tài)，剪力墻則處于彈塑性階段。通過(guò)國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的抗震性能研究，SRC柱的彈性極限層間轉(zhuǎn)角是1/250，屈服極限層間轉(zhuǎn)角是1/120，極限狀態(tài)層間位移角是1/30。因此，對(duì)于“使用功能連續(xù)”、“保證人身安全”和“倒塌”性能水平，火電廠主廠房結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)層間位移角極限值可取為1/250、1/120和1/50。

3　主廠房結(jié)構(gòu)基于位移的性能設(shè)計(jì)

1）火電廠主廠房結(jié)構(gòu)進(jìn)行滿足工藝要求的初步設(shè)計(jì)，主要依據(jù)規(guī)范等確定柱網(wǎng)以及剪力墻尺寸。并按工程經(jīng)驗(yàn)對(duì)材料強(qiáng)度等級(jí)和柱及剪力墻截面尺寸等進(jìn)行選擇。2）火電廠主廠房結(jié)構(gòu)采用剪切層間位移角限值作為結(jié)構(gòu)的性能量化指標(biāo)，采用有害層間位移角作為剪力墻的性能水準(zhǔn)量化指標(biāo)，這樣就兼顧了裝機(jī)容量和地震設(shè)防烈度以及業(yè)主要求的抗震性能目標(biāo)。3）通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)彈塑性的分析，得出火電廠主廠房結(jié)構(gòu)各性能水準(zhǔn)的水平側(cè)移的修正曲線。計(jì)算各樓層等效單自由度體系的等效質(zhì)量和目標(biāo)位移。4）將樓層剪力作為集中荷載作用在各樓層來(lái)計(jì)算火電廠主廠房結(jié)構(gòu)的整體變形，驗(yàn)證各樓層層間位移角是否大于1/700，以修正火電廠主廠房結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面尺寸。5）當(dāng)火電廠主廠房結(jié)構(gòu)的剛度滿足要求后，可將層間剪力分配給各樓層的主要抗側(cè)力構(gòu)件并結(jié)合火電廠主廠房結(jié)構(gòu)地震作用效應(yīng)以及重力荷載效應(yīng)對(duì)構(gòu)件承載力及縱向受力鋼筋進(jìn)行配筋計(jì)算［2］。

4　結(jié)語(yǔ)

1）火電廠主廠房屬特殊工業(yè)建筑，結(jié)構(gòu)內(nèi)部存在昂貴的工業(yè)設(shè)備，結(jié)構(gòu)破壞對(duì)設(shè)備的影響嚴(yán)重，震后結(jié)構(gòu)及內(nèi)部關(guān)鍵設(shè)備維修費(fèi)用昂貴。故進(jìn)行火電廠主廠房結(jié)構(gòu)基于性能抗震設(shè)計(jì)方法研究意義重大。2）火電廠主廠房基于性能的抗震設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)從結(jié)構(gòu)內(nèi)部構(gòu)件、非結(jié)構(gòu)體系以及內(nèi)部主要設(shè)備性能入手，將火電廠主廠房結(jié)構(gòu)的性能劃分為使用功能完好、使用功能連續(xù)、保證人身安全、接近倒塌、倒塌，并有害層間位移角和層間位移角對(duì)結(jié)構(gòu)性能水準(zhǔn)進(jìn)行量化。3）以電力設(shè)備和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)共同確定的極限狀態(tài)為條件，并依據(jù)位移性能設(shè)計(jì)方法的基本原理建立火電廠主廠房少墻型鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)基于位移的性能設(shè)計(jì)方法。

［1］程斌，薛偉辰.基于性能的框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)研究［J］，地震工程與工程振動(dòng)，2003（4）:50-55.

［2］白紹良，譯.鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)基于位移的抗震設(shè)計(jì)［R］.國(guó)際結(jié)構(gòu)混凝土聯(lián)合會(huì)綜合報(bào)告，2003.

（編輯：賈娟）

Analysis and Research on Seism ic Design of Power Plant Main Workshop Structure

Meng Shengzhu
（Inner Mongolia Third Electric Power Construction Engineering Co.，Ltd.，Baotou Inner Mongolia 014010）

In this paper，the seismic design of building structure performance is analyzed，the performance of the displacement of the plant structure design is introduced，and analyzes the performance level of the plant structure and performance objectives.

performance design；performance index；performance objectives

TU352.11

A

2095-0748（2016）11-0020-02

10.16525/j.cnki.14-1362/n.2016.11.08

2016-04-22

蒙勝柱（1963—），男，內(nèi)蒙古包頭人，本科，畢業(yè)于中原工學(xué)院，工程師，研究方向：電力建筑工程建設(shè)。