火电厂主厂房结构抗震设计分析与研究

蒙胜柱

（内蒙古第三电力建设工程有限责任公司，内蒙古　包头　014010）

工程技术

火电厂主厂房结构抗震设计分析与研究

蒙胜柱

（内蒙古第三电力建设工程有限责任公司，内蒙古包头014010）

研究建筑结构性能的抗震设计和厂房结构位移的性能设计，分析了厂房结构性能水平与性能目标。

性能设计；性能指标；性能目标

引言

随着施工及吊装能力的逐渐提高，电厂机组容量的不断增大，钢筋混凝土结构和钢结构在近年来得到很好的应用。但由于结构体系性能不足，传统钢筋混凝土结构整体的抗震性能差，且存在很多的薄弱环节，导致结构安全储备低、耐久性不好，不宜在高烈度地区使用。现在8度设防及以上高烈度地区的大容量机组火电厂主厂房结构普遍采用钢框架一支撑结构体系，虽提高了结构的抗侧刚度以及承载能力，但限制了发电设备的布置以及设备运行的检修空间。钢结构体系投资相对较大并且维护复杂，这导致大容量机组在地震高烈度地区的普及应用受限。

1　建筑结构基于性能的抗震设计

1.1基于性能设计方法的特点

设计者对结构的抗震设防水准的认识、抗震设计方法理解以及抗震构造措施选取是基于性能的抗震设计的基础，基于性能的抗震设计的重要组成部分也包括概念设计和合理构造措施。将结构地震反应与预期性能水平直接联系起来是基于性能的抗震设计一大特征，并且需要将选择的性能水平和预期的性能目标进行结构对比与评价。社会经济水平、建筑结构重要性、结构造价以及遭遇地震后的损失是确定建筑结构性能目标和性能水平的基本标准。能量设计法、位移的设计方法、综合设计法是基于性能设计的常用方法。基于能量的设计方法是通过控制结构构件的耗能能力来控制整体结构抗震能力，依据是地震输入的能量和结构的耗能能力决定建筑结构及内部设施破坏程度。在结构整体侧移模式的基础上将多自由度体系等效为单自由度体系，并通过侧移模式反算出多自由度体系的地震位移，这是基于位移的设计方法理论依据。

1.2基于性能设计与常规设计方法比较

1）与现行抗震规范相比，基于性能的设计方法在不同强度地震作用下要求结构有明确的性能水平。而现行抗震规范在定量的描述上并不明确，规范中的计算方法和构造措施则是以结构性能要求的最低为设计值。2）常规抗震设计方法则主要针对结构的承载力进行设计，而没有从整体提出明确的规范。而基于性能的设计方法在目标性能水平时则需要综合考虑社会经济水平，建筑结构的重要性、可维护性以及可能遭受地震作用下的经济损失。3）基于性能的设计方法不仅仅满足规范要求，它还兼顾业主的要求，并允许研究者以及设计者创新，利于新材料和新技术的推广普及［1］。

2　火电厂主厂房结构性能水平与性能目标

2.1火电厂主厂房结构性能水平及划分

按照工业建筑结构内部设备的使用特点以及设备震害调研可将关键设备分为位移敏感型、速度敏感型和加速度敏感型三类。位移敏感型和加速度敏感型设备是火电厂主厂房内大多数的设备。然而火电厂主厂房内部加速度敏感型设备基本上都放置在地面，并设有独立的基础，据此特点，结构在设计时可以用强震下位移敏感型设备与结构的抗震性能来考虑火电厂主厂房结构的内部构件、非结构构件的综合性能，火电厂主厂房结构的性能分为五个水平（使用功能完好、使用功能连续、保证人身安全、接近倒塌、倒塌）表现结构抗震性能等级及划分。

2.2火电厂主厂房结构的性能指标

研究结果表明，影响建筑结构性能水平的两大因素包括结构破坏形态和破坏程度，结构的破坏形态可用层间位移角量化不同强度地震作用的结构性能来表达。当强烈地震时，主厂房结构的破坏主要是由于剪切力导致，层间位移角在1/3300～1/1100范围时，剪力墙就会被破坏，并且层间位移角大于1/2 000，剪力墙的作用衰减剧烈，刚度衰减严重。但剪力墙轻微破坏不影响结构使用，故层间位移角极限值可适当放宽，取为1/1000。层间位移角超过1/500时，结构状态为弹性状态，剪力墙则处于弹塑性阶段。通过国内外学者对型钢混凝土结构的抗震性能研究，SRC柱的弹性极限层间转角是1/250，屈服极限层间转角是1/120，极限状态层间位移角是1/30。因此，对于“使用功能连续”、“保证人身安全”和“倒塌”性能水平，火电厂主厂房结构的结构层间位移角极限值可取为1/250、1/120和1/50。

3　主厂房结构基于位移的性能设计

1）火电厂主厂房结构进行满足工艺要求的初步设计，主要依据规范等确定柱网以及剪力墙尺寸。并按工程经验对材料强度等级和柱及剪力墙截面尺寸等进行选择。2）火电厂主厂房结构采用剪切层间位移角限值作为结构的性能量化指标，采用有害层间位移角作为剪力墙的性能水准量化指标，这样就兼顾了装机容量和地震设防烈度以及业主要求的抗震性能目标。3）通过对结构弹塑性的分析，得出火电厂主厂房结构各性能水准的水平侧移的修正曲线。计算各楼层等效单自由度体系的等效质量和目标位移。4）将楼层剪力作为集中荷载作用在各楼层来计算火电厂主厂房结构的整体变形，验证各楼层层间位移角是否大于1/700，以修正火电厂主厂房结构构件的截面尺寸。5）当火电厂主厂房结构的刚度满足要求后，可将层间剪力分配给各楼层的主要抗侧力构件并结合火电厂主厂房结构地震作用效应以及重力荷载效应对构件承载力及纵向受力钢筋进行配筋计算［2］。

4　结语

1）火电厂主厂房属特殊工业建筑，结构内部存在昂贵的工业设备，结构破坏对设备的影响严重，震后结构及内部关键设备维修费用昂贵。故进行火电厂主厂房结构基于性能抗震设计方法研究意义重大。2）火电厂主厂房基于性能的抗震设计时，应从结构内部构件、非结构体系以及内部主要设备性能入手，将火电厂主厂房结构的性能划分为使用功能完好、使用功能连续、保证人身安全、接近倒塌、倒塌，并有害层间位移角和层间位移角对结构性能水准进行量化。3）以电力设备和结构设计共同确定的极限状态为条件，并依据位移性能设计方法的基本原理建立火电厂主厂房少墙型钢筋混凝土框架结构基于位移的性能设计方法。

［1］程斌，薛伟辰.基于性能的框架结构抗震设计研究［J］，地震工程与工程振动，2003（4）:50-55.

［2］白绍良，译.钢筋混凝土建筑结构基于位移的抗震设计［R］.国际结构混凝土联合会综合报告，2003.

（编辑：贾娟）

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

蒙胜柱（1963—），男，内蒙古包头人，本科，毕业于中原工学院，工程师，研究方向：电力建筑工程建设。