芻議火電廠主廠房抗震結構設計及措施

1、<p>　　芻議火電廠主廠房抗震結構設計及措施</p><p>　　摘要：主廠房結構是一個涉及面廣、專業(yè)性強的體系，它與施工技術的發(fā)展密切相關。本文主要介紹了主廠房設計過程中主廠房抗震結構設計的現(xiàn)狀，抗震設計及方法，并針對性的提出了相應的改進措施。 </p><p>　　關鍵字：火電廠；主廠房；抗震結構設計 </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>　　隨著科學技術突飛猛進的發(fā)展，火力發(fā)電廠的單機容量不斷增大，主廠房的設計方案越來越多。主廠房作為發(fā)電廠中最重要的建筑，它的結構選型、設計方案直接關系到能否滿足發(fā)電要求及工程是否經(jīng)濟。 </p><p>　　在人類所歷經(jīng)的各類自然災害中，強烈地震是對生命線工程威脅最大的災害之一。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，就會造成嚴重的災害和難以估量的經(jīng)濟損失，電力中斷不僅嚴重影響正常的生產(chǎn)生活和抗震救災工作，而且有可能引發(fā)火災等次生災害，嚴重威脅人們的生命和財產(chǎn)安全。 </p><p>　　1．電廠土建結構抗震的現(xiàn)狀 </p><p>　　1.1電廠震害調查 </p><p>　　進行震害調查、總結震害經(jīng)驗和教訓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。其相應建筑結構的薄弱環(huán)節(jié)將暴露無遺。為此，從60年代初開始進行有關地震調查工作。先后調查有關震區(qū)的電力設備的震害，如廠房的女兒墻就有倒塌，到9度地震時，主廠房框架破壞嚴重或倒塌，以及汽機房屋蓋大面積塌落。 </p><p>　　1.2動力特性的實測和試驗 </p><p>　　設計院和科研單位，對國內(nèi)數(shù)十座發(fā)電廠、變電所的大量建（構）筑物進行過實測和試驗工

7、作，并充分揭示了各類結構的自振特性，以主廠房結構為例，在脈動和激振試驗下，實測周期與計算周期比較。其計算周期均有偏長。另外，主廠房框排架結構復雜，質量和剛度分布不均，在實測和試驗中明顯反映出振動過程中伴隨有扭轉振動的特點。由于廠房結構型式變化和實測周期的數(shù)值變化不大，很難作出一個周期統(tǒng)計公式。但是，煙囪的自振周期隨高度變化十分明顯，且有統(tǒng)計規(guī)律，能建立相應經(jīng)驗公式。 </p><p>　　1.3構件和節(jié)點的模型試

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

9、算 </b></p><p>　　電廠結構一般按反應譜進行常規(guī)計算外，用計算模型檢驗在地震波作用下結構進入彈塑性狀態(tài)的全過程，從而找出結構的薄弱環(huán)節(jié)，曾對幾個鋼筋混凝土結構的電廠主廠房計算后，表明：常規(guī)設計方法設計的電廠主廠房，基本滿足抗震設防烈度的要求。但是，現(xiàn)有廠房還不能作到“強柱弱粱”結構，其抗震安全度各異，在強震作用下個別構件有可能嚴重破壞。同時，也表明未經(jīng)抗震設計的廠房抗震潛力有限。由此說明

10、，對安全性要求較高的主廠房，開展輸入地震波考慮結構彈塑性影響的全過程分析很有必要。 </p><p>　　1.5抗震構造的改進 </p><p>　　火力發(fā)電廠主廠房，因工藝需要，其廠房有自身獨特的特點，結構比較復雜。對于大機組的廠房尺寸和荷載較大，相應梁柱斷面也較大?？拐饦嬙彀匆话愎I(yè)與民用建筑的有關規(guī)定執(zhí)行困難較多、且不太合理。結合震害經(jīng)驗及試驗研究分析進行了較多考慮，如柱的軸壓比適當

11、放寬，箍筋肢距稍為加大，粱端箍筋加密區(qū)根據(jù)大斷面特點有所改進等，以及針對結構薄弱環(huán)節(jié)，對屋蓋系統(tǒng)采取了加強措施。這些措施既保證了結構的安全，也方便了設計和施工。 </p><p>　　2.主廠房設計中的抗震設計及分析 </p><p>　　2.1主廠房設計中的抗震設計 </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構，根據(jù)研究已有的地震災害發(fā)現(xiàn)火

12、力發(fā)電廠的縱向震害小于橫向震害。簡化的地震反應計算方法，定義層間屈服強度系數(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)計關系，判斷各層震害，再綜合判斷整體震害。 </p><p>　　預測流程主要為：將復雜結

13、構簡化成多自由度系統(tǒng)，用底部剪力法來計算水平方向上的地震力；采用結構力學中的方法，將連接框架與排架的細桿上的內(nèi)力計算出來，并且解偶聯(lián)框架與排架；分別參照預測排架、框架所受震害的方法，計算出關鍵斷面的ξ（i），然后進行比較，根據(jù)結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。現(xiàn)有的一些試驗和鋼筋混凝土實測應變分析表明，剪力墻承受結構的大部分抗震作用，剪力墻的屈服強度在很大程度上影響結構的承載能力和變形，其對應的屈服荷載接近

14、于結構的極限荷載。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，于是整個結構發(fā)生側移。由于模型結構的彈塑性性能逐步發(fā)展，結構的變形特點發(fā)展到以剪力變形為主的剪切性，但是結構的位移明顯增加，剪力墻屈服達到最大荷載值時，相應的結構位移增幅高達200%。在地震波的作用下，結構的屈服順序為：剪力墻根部→框架各層梁端→框架各柱根部。 </p><p>　

15、　剪力墻混凝土的強度等級和框架柱混凝土的強度等級不應差別過大，而且剪力墻的配筋還有必要改進；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構型式。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一定的地震作用，延長結構的破壞過程；框架頂層各構件的截面和配筋不宜過多地減少或削弱，在底層框架中，應特別注意加強柱腳的變形和耗能能力；在進行抗震設計時，要進行在極端地震作用下各參數(shù)的分析，以便綜合評價結構的抗震性能。

16、 </p><p>　　2.2發(fā)電廠主廠房設計中的分析法 </p><p>　　2.2.1底部剪力法 </p><p>　　適用于對于重量和剛度沿高度分布比較均勻、高度不超過40m并以剪切變形為主（房屋高寬比小于4時）的結構，在振型分解反應譜法的基礎上，針對某些建筑物的特定條件做進一步簡化，而得到的一種近似計算水平地震作用的方法：將多自由度體系簡化成單自由度體系，計

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

18、;/p><p>　　2.2.3時程分析法 </p><p>　　適用于在《抗震規(guī)范》規(guī)定，重要的工程結構，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采用時程分析法進行補充計算。其基本原理是對結構物的運動微分方程直接進行逐步積分求解的一種動力分析方法。由時程分析可得到各質點隨時間變化的位移、速度和加速度動力反應，并進而可計算出構件內(nèi)力的時程變化關系。由此可知，在發(fā)電廠

19、主廠房的設計中主要還是采用時程分析法。 </p><p>　　3.電廠主廠房的抗震措施 </p><p>　　鋼筋混凝土結構要有“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，這要求在設計時要合理設計柱端的抗彎能力，避免發(fā)生非延性的剪切破壞。 </p><p>　　3.1“強柱弱梁”措施 </p><p>　　增

20、大柱端的抗彎能力，通過框架梁的塑性變形來減輕地震能量，因為構件產(chǎn)生塑性變形，可以耗散部分地震能量。 </p><p>　　3.2“強剪弱彎”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計值來驗算受剪截面控制條件和設計受剪承載力，避免脆性的剪切破壞的出現(xiàn)。混凝土自身的抗剪能力、骨料咬合力、縱筋銷栓力和箍筋的拉力共同構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比非抗震時低。 </p><p>　　3.3抗震構造措施 </p><p>　　用構造措施來保證塑性鉸的部位的延性，具體來說就是塑性轉動能力和塑性耗能能力。對梁柱等構件來說，影響延性的根本因素是混凝土極限壓應變和破壞時的受壓區(qū)高度。 </p><p><b>　　4.結語 </b></p><p>