火電廠主廠房少墻型鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)變形與受力分析

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

火電廠主廠房少墻型鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)變形與受力分析

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

本文通過對火電廠主廠房少墻型鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)變形與受力分析總結(jié)得出，當布置剪力墻數(shù)量多于5片時，結(jié)構(gòu)橫向側(cè)移剛度趨于一致，當布置剪力墻數(shù)量多于7片時，結(jié)構(gòu)縱向側(cè)移剛度趨于一致；其框架結(jié)構(gòu)彈性階段的層間位移角限值可取1/700，彈塑性階段的層間位移角限值可取1/80；當主廠房結(jié)構(gòu)布置剪力墻數(shù)量少于5片時，建議火電廠主廠房結(jié)構(gòu)以少量剪力墻的框架結(jié)構(gòu)體系進行分析。

側(cè)移特征 控制指標 判定指標

火電廠主廠房少墻型鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)由框架和分散剪力墻通過樓板、樓面梁連接而協(xié)同工作。在彈性地震作用下，主廠房的少墻型鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)整體變形為 “彎剪”變形，其下部變形以彎曲變形為主，上部結(jié)構(gòu)變形則趨于剪切變形。當結(jié)構(gòu)中剪力墻與運轉(zhuǎn)層構(gòu)件破壞嚴重，結(jié)構(gòu)整體變形則趨于剪切變形。強烈地震過程中，主廠房少墻型鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)中各結(jié)構(gòu)間內(nèi)力將產(chǎn)生重分布，結(jié)構(gòu)間的協(xié)同工作能力將直接影響結(jié)構(gòu)整體的受力性能與抗震性能。目前國內(nèi)相關(guān)規(guī)范、規(guī)程對框架一抗震墻支撐體系相關(guān)設(shè)計要求規(guī)定主要是針對常規(guī)民用建筑。各規(guī)范對框架結(jié)構(gòu)部分承擔剪力比率的控制差別也較大。由于火電廠主廠房少墻型鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)中錯層現(xiàn)象嚴重，其中部分假設(shè)已經(jīng)不能適用，結(jié)構(gòu)內(nèi)部結(jié)構(gòu)間的協(xié)同工作特點也不同于常規(guī)框架一剪力墻結(jié)構(gòu)。掌握地震作用下主廠房少墻型鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度與變形協(xié)調(diào)關(guān)系，對于改善火電廠主廠房結(jié)構(gòu)的受力性能意義重大。

1 火電廠主廠房少墻型鋼混凝土框架結(jié)構(gòu)剛度與變形分析

1.1 火電廠主廠房結(jié)構(gòu)的側(cè)移特征

火電廠主廠房少墻型鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的變形為彎剪變形，隨著主廠房結(jié)構(gòu)中布置剪力墻數(shù)量的增加，結(jié)構(gòu)整體側(cè)移中彎曲變形成分比例逐漸增加。在強烈地震作用下由于結(jié)構(gòu)剪力墻破壞的加劇，結(jié)構(gòu)的變形整體趨于剪切變形。但當結(jié)構(gòu)中煤倉間、除氧間等的縱向柱列布置剪力墻數(shù)量達片以5片上時，結(jié)構(gòu)的橫向變形曲線比較接近，繼續(xù)增加剪力墻數(shù)量以減小地震作用下結(jié)構(gòu)橫向側(cè)移，其效果將不明顯。當布置的剪力墻數(shù)量達7片以上時，結(jié)構(gòu)的縱向變形曲線形狀也趨于一致，繼續(xù)增加剪力墻數(shù)量以減小地震作用下結(jié)構(gòu)的縱向側(cè)移效果則不明顯。

1.2 火電廠主廠房結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)側(cè)移控制指標

由于火電廠主廠房結(jié)構(gòu)特點，其上部承受的荷載較大，煤斗層荷載可達13500t，且主廠房結(jié)構(gòu)彈性與彈塑性階段的側(cè)移控制指標通常參考了《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》的相關(guān)規(guī)定，但其控制指標并不適用于錯層、斷層現(xiàn)象明顯的火電廠主廠房結(jié)構(gòu)。對于彎曲變形為主的結(jié)構(gòu)其最大有害層間位移角發(fā)生在結(jié)構(gòu)底層，結(jié)構(gòu)上部產(chǎn)生的層間側(cè)移與結(jié)構(gòu)中剪力墻內(nèi)力分布并無直接關(guān)系。隨著結(jié)構(gòu)高寬比的增大，整體變形中的彎曲變形增加。對于以剪力墻為主要抗側(cè)力構(gòu)件的結(jié)構(gòu)則不宜采用層間位移角作為控制剪力墻結(jié)構(gòu)的變形指標。水平荷載作用下，結(jié)構(gòu)的側(cè)移由剪切變形、彎曲變形及基礎(chǔ)轉(zhuǎn)動位移三部分組成。結(jié)構(gòu)彎曲變形是引起樓蓋傾斜的主要原因。引起結(jié)構(gòu)構(gòu)件破壞的直接原因則是樓層構(gòu)件的剪切位移和轉(zhuǎn)動位移，稱為有害位移。對于整體剪切變形為主的框架結(jié)構(gòu)可采用層間位角作為性能指標。以整體彎曲變形為主的剪力墻結(jié)構(gòu)則應(yīng)采用有害層間位移角作其性能指標。通過有限元分析表明火電廠主廠房少墻型鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的廣義層間位移角限值控制在1/600～1/850范圍，結(jié)構(gòu)的重力二階效應(yīng)低于5%，結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析時可不考慮重力二階效應(yīng)?；痣姀S主廠房結(jié)構(gòu)主要用于內(nèi)部設(shè)備及附屬的管道，結(jié)構(gòu)中填充墻少，其彈性層間位移角限值相對現(xiàn)有規(guī)范對框架一剪力墻結(jié)構(gòu)側(cè)移限值可適當放寬，主廠房少墻型鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)彈性階段的層間位移角限值可取1/700，彈塑性階段的層間位移角限值可取1/80。

1.3 結(jié)構(gòu)體系分類及判定指標

為了工程運用方便，國內(nèi)一些學者提出當框架結(jié)構(gòu)的傾覆力矩大于結(jié)構(gòu)底部傾覆力矩的50%時為配置少量剪力墻的框架結(jié)構(gòu)。當框架結(jié)構(gòu)的傾覆力矩小于結(jié)構(gòu)底部傾覆力矩的50%時，為框架一剪力墻結(jié)構(gòu)。目前的規(guī)范和規(guī)程對帶少量剪力墻的框架結(jié)構(gòu)承載載力、彈性層間位移角及彈塑性層間位移角等方面的要求均是按鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)指標進行設(shè)計的。對這類結(jié)構(gòu)應(yīng)按純框架結(jié)構(gòu)和框架與剪力墻協(xié)同工作進行分別計算和設(shè)計；而框架的抗震等級則應(yīng)按純框架結(jié)構(gòu)確定，剪力墻的抗震等級按框架一剪力墻確定。

當火電廠主廠房結(jié)構(gòu)中布置有5片以上剪力墻時，結(jié)構(gòu)底部剪力墻承擔傾覆力矩比為ζ≥0.5，框架部分的抗震等級及柱軸壓比限值按框架一剪力墻結(jié)構(gòu)中的框架確定；當火電廠主廠房結(jié)構(gòu)中布置3～5片的剪力墻時，結(jié)構(gòu)底部剪力墻承擔傾覆力矩比為0.25＜ζ ＜0.5，框架部分的抗震等級及柱軸壓比應(yīng)按純框架結(jié)構(gòu)確定；當火電廠主廠房結(jié)構(gòu)中布置的剪力墻數(shù)量少于2片時，結(jié)構(gòu)底部剪力墻承擔傾覆力矩比為ζ＜0.25。故當火電廠主廠房結(jié)構(gòu)布置剪力墻數(shù)量少于5片時，火電廠主廠房結(jié)構(gòu)為少量剪力墻的框架結(jié)構(gòu)體系。

2 結(jié)語

（1）火電廠主廠房少墻型鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)中，當布置剪力墻數(shù)量多于5片時，結(jié)構(gòu)橫向側(cè)移剛度趨于一致；當布置剪力墻數(shù)量多于7片時，結(jié)構(gòu)縱向側(cè)移剛度趨于一致。（2）由于火電廠主廠房少墻型鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)中填充墻較少，結(jié)構(gòu)的整體變形呈彎剪形，結(jié)構(gòu)的層間位移角限值在純框架結(jié)構(gòu)與框架一剪力墻結(jié)構(gòu)之間， 故火電廠主廠房少墻型鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)彈性階段的層間位移角限值可取1/700，彈塑性階段的層間位移角限值可取1/80。（3）主當火電廠主廠房結(jié)構(gòu)布置剪力墻數(shù)量少于5片時， 火電廠主廠房結(jié)構(gòu)為少量剪力墻的框架結(jié)構(gòu)體系。

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［2］呂西林，王亞勇，郭子雄.建筑結(jié)構(gòu)抗震變形驗算［J］.建筑科學，2002（1）.

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