某擴建熱電主廠房框排架結(jié)構(gòu)抗震性能評估

王紅囡 劉華波

(1.上海師范大學建筑工程學院，上海 201418； 2.上海市建筑科學研究院 上海市工程結(jié)構(gòu)安全重點實驗室，上海 200032)

某擴建熱電主廠房框排架結(jié)構(gòu)抗震性能評估

王紅囡1劉華波2

(1.上海師范大學建筑工程學院，上海 201418； 2.上海市建筑科學研究院 上海市工程結(jié)構(gòu)安全重點實驗室，上海 200032)

結(jié)合工程實例，對框排架結(jié)構(gòu)進行了動力分析，評估了框排架結(jié)構(gòu)的安全性和抗震性能。研究表明，框排架結(jié)構(gòu)存在平面布置不規(guī)則、豎向布置不規(guī)則以及扭轉(zhuǎn)效應(yīng)等，總體上不利于抗震。提出了設(shè)計思路和增設(shè)屈曲約束支撐的處理措施，使其滿足現(xiàn)行抗震規(guī)范的要求，方法可供同類工程參考。

熱電廠，框排架結(jié)構(gòu)，抗震鑒定，屈曲約束支撐(BRB)

0 引言

熱電廠主廠房生產(chǎn)工藝流程復(fù)雜，通常由汽機房、除氧間、煤倉間、鍋爐房等組成。按照生產(chǎn)特征要求，除氧間和煤倉間一般為多層框架結(jié)構(gòu)，汽機房多為單層排架結(jié)構(gòu)，故整體結(jié)構(gòu)形成了單、多層混合，且有錯層的框排架結(jié)構(gòu)形式。鋼筋混凝土框排架結(jié)構(gòu)分為豎向框排架結(jié)構(gòu)體系和側(cè)向框排架結(jié)構(gòu)體系，熱電廠主廠房多為側(cè)向框排架結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)體系不規(guī)則，剛度和質(zhì)量分布不均勻，在地震作用下會產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，整體性能較差。

1 工程概況

某熱電廠主廠房建造于2009年，主體結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。設(shè)計時預(yù)留了汽機房的位置，故房屋軸以南11 m為原有臨時鋼棚，屋面標高約為15.5 m，現(xiàn)場檢測時該鋼棚為滿足擴建需要已經(jīng)拆除，僅保留有①軸～②軸間和⑤軸～⑥軸間兩處鋼筋混凝土平臺。目前房屋軸南側(cè)擬擴建一跨汽機跨，與現(xiàn)有軸～軸間除氧跨、煤倉跨組成鋼筋混凝土框排架結(jié)構(gòu)。房屋總平面基本呈矩形，擴建后東西方向總長度為82.0 m，南北方向總寬度為38.0 m。在⑤軸處設(shè)變形縫分為東樓、西樓兩部分。

2 擴建改造方案

3 抗震性能

3.1抗震措施分析

房屋建造于2009年，根據(jù)現(xiàn)行國家標準GB 50011—2010建筑抗震設(shè)計規(guī)范和GB 50191—2012構(gòu)筑物抗震設(shè)計規(guī)范，按抗震設(shè)防烈度為7度、抗震設(shè)防類別為標準設(shè)防類對房屋進行抗震措施鑒定，框架抗震等級為二級，房屋結(jié)構(gòu)體系及抗震構(gòu)造措施分析結(jié)果表明，房屋抗震措施總體上滿足現(xiàn)行抗震設(shè)計規(guī)范要求，個別方面有所不足。主要問題在于：

1)房屋結(jié)構(gòu)平面布置復(fù)雜，平面不規(guī)則主要是扭轉(zhuǎn)不規(guī)則(位移比超過1.2)，豎向不規(guī)則包括側(cè)向剛度不規(guī)則(樓層側(cè)向剛度小于相鄰上一層的70%，或小于其上相鄰三個樓層側(cè)向剛度平均值的80%)和樓層承載力突變(層間受剪承載力小于相鄰上一樓層的80%)。

3.2抗震計算分析

根據(jù)現(xiàn)場檢測結(jié)果、原竣工圖紙結(jié)合擴建方案對房屋進行抗震驗算，整體結(jié)構(gòu)分析模型見圖3。

結(jié)構(gòu)自振周期驗算結(jié)果見表1。結(jié)構(gòu)驗算結(jié)果表明，西樓主體結(jié)構(gòu)前三個周期分別為1.44 s,1.25 s和0.93 s，東樓主體結(jié)構(gòu)前三個周期分別為1.34 s,1.10 s和0.91 s，前兩個周期為平動周期，是以剪切型變形為主，第三周期為扭轉(zhuǎn)周期，振型分布相對合理。結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期與平動為主的第一自振周期之比分別為0.65和0.68，符合現(xiàn)行抗震設(shè)計規(guī)范要求。

表1 房屋自振周期計算結(jié)果

西樓東西方向底層剪重比為4.63%，南北方向底層剪重比為5.04%，東樓東西方向底層剪重比為5.05%，南北方向底層剪重比為5.94%，均滿足現(xiàn)行抗震設(shè)計規(guī)范規(guī)定的樓層最小剪重比1.6%的限值要求。

在多遇地震作用下的彈性層間位移角計算結(jié)果表明，西樓東西方向(縱向)最大層間位移角為1/568(8.0 m層)，南北方向(橫向)最大層間位移角為1/563(12.95 m層)，東樓東西方向(縱向)最大層間位移角為1/622(8.0 m層)，南北方向(橫向)最大層間位移角為1/656(20.0 m層)，均滿足國家標準GB 50011—2010建筑抗震設(shè)計規(guī)范規(guī)定的1/550限值要求。

在規(guī)定水平力作用下，東西方向樓層最大彈性水平位移(或?qū)娱g位移)與樓層兩端彈性水平位移(或?qū)娱g位移)平均值的比值大多在1.2～1.4之間(15.5 m層以下)，南北方向樓層最大彈性水平位移(或?qū)娱g位移)與樓層兩端彈性水平位移(或?qū)娱g位移)平均值的比值大多小于1.2，說明房屋有一定程度的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。

驗算結(jié)果表明，大多框架柱縱筋、箍筋配置不滿足要求，其中柱長邊單側(cè)縱筋配置多有不足，軸柱箍筋配置多有不足。

4 抗震加固建議

綜上所述，房屋現(xiàn)有結(jié)構(gòu)在平立面規(guī)則性、抗震構(gòu)造措施、框架梁柱承載力等方面不滿足現(xiàn)行抗震設(shè)計規(guī)范要求，需對房屋采取適當抗震加固措施。建議在房屋適當部位增設(shè)抗側(cè)力的支撐或者剪力墻增加結(jié)構(gòu)剛度和降低地震力?？紤]到框排架結(jié)構(gòu)的特性，建議設(shè)置屈曲約束支撐(BRB)，以減小框架結(jié)構(gòu)承擔的地震力，增加耗能，減小扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，減小結(jié)構(gòu)縱橫向剛度差距。增設(shè)支撐后還應(yīng)對個別承載力不足的框架梁柱采取必要的加固措施，也可直接對承載力不足的框架梁柱采取外包型鋼等加固措施，保證加固后的結(jié)構(gòu)滿足現(xiàn)行抗震設(shè)計規(guī)范要求。

5 結(jié)語

框排架結(jié)構(gòu)是工業(yè)廠房中常見的一種結(jié)構(gòu)形式，由于生產(chǎn)工藝的限制，導(dǎo)致平面布置不規(guī)則、豎向布置不規(guī)則以及樓層錯層等，總體上不利于抗震?？拐鸺庸讨行枰⒁獾膯栴}：

1)框排架結(jié)構(gòu)有獨特的抗震性能。建議增加柱間支撐將結(jié)構(gòu)改造為雙向有柱間支撐的框排架結(jié)構(gòu)，增加的柱間支撐可根據(jù)實際情況選用屈曲約束支撐，增加結(jié)構(gòu)的耗能能力，降低地震作用，減少總體加固工程量。

2)應(yīng)注意合理均勻布置橫向和縱向剛度,避免結(jié)構(gòu)在地震作用下扭轉(zhuǎn)破壞。

3)加固后，注意整體結(jié)構(gòu)性能，避免部分構(gòu)件加固后造成薄弱部位的轉(zhuǎn)移。

[1] GB 50191—2012,構(gòu)筑物抗震設(shè)計規(guī)范[S].

[2] GB 50010—2010,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].

[3] GB 50011—2010,建筑抗震設(shè)計規(guī)范[S].

[4] DL 5022—2012,火力發(fā)電廠土建結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)規(guī)程[S].

[5] 李紅星,高 偉.屈曲約束支撐在火力電廠主廠房鋼筋混凝土框排架結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用研究[J].工業(yè)建筑,2014(8):98-102.

Seismicperformanceevaluationofframe-bentstructureofaextensionthermalpowerplant

WangHongnan1LiuHuabo2

(1.CollegeofCivilEngineering,ShanghaiNormalUniversity,Shanghai201418,China; 2.ShanghaiKeyLaboratoryofEngineeringStructureSafety,SRIBS,Shanghai200032,China)

Safety and seismic behavior are analyzed based on the characteristics of the main building of a extension thermal power plant. The results show this system has poor seismic behavior and large torsion response. Obviously, the distribution of the mass and stiffness of the main building is rather uneven and the stiffness of this structure is irregular. According to the evaluation, the design idea and strengthening methods of adding BRB are put forward. The structure would meet the current seismic codes. Some conclusions are obtained for references in the design of the similar projects.

thermal power plant, seismic evaluation, frame-bent structure, Buckling-Restrained Brace(BRB)

1009-6825(2017)28-0055-02

2017-07-22

王紅囡(1972- ),女,碩士,副教授; 劉華波(1971- ),男,博士,高級工程師

TU312

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