某擴(kuò)建熱電主廠房框排架結(jié)構(gòu)抗震性能評(píng)估

王紅囡 劉華波

(1.上海師范大學(xué)建筑工程學(xué)院，上海 201418； 2.上海市建筑科學(xué)研究院 上海市工程結(jié)構(gòu)安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200032)

某擴(kuò)建熱電主廠房框排架結(jié)構(gòu)抗震性能評(píng)估

王紅囡1劉華波2

(1.上海師范大學(xué)建筑工程學(xué)院，上海 201418； 2.上海市建筑科學(xué)研究院 上海市工程結(jié)構(gòu)安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200032)

結(jié)合工程實(shí)例，對(duì)框排架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了動(dòng)力分析，評(píng)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(jì)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(jī)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(jī)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(cuò)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(huì)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(jì)時(shí)預(yù)留了汽機(jī)房的位置，故房屋軸以南11 m為原有臨時(shí)鋼棚，屋面標(biāo)高約為15.5 m，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)該鋼棚為滿足擴(kuò)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(tái)。目前房屋軸南側(cè)擬擴(kuò)建一跨汽機(jī)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(kuò)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(kuò)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(biāo)準(zhǔn)GB 50011—2010建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范和GB 50191—2012構(gòu)筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范，按抗震設(shè)防烈度為7度、抗震設(shè)防類別為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類對(duì)房屋進(jìn)行抗震措施鑒定，框架抗震等級(jí)為二級(jí)，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(jì)規(guī)范要求，個(gè)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(gè)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(jì)算分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果、原竣工圖紙結(jié)合擴(kuò)建方案對(duì)房屋進(jìn)行抗震驗(yàn)算，整體結(jié)構(gòu)分析模型見圖3。

結(jié)構(gòu)自振周期驗(yàn)算結(jié)果見表1。結(jié)構(gòu)驗(yàn)算結(jié)果表明，西樓主體結(jié)構(gòu)前三個(gè)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(gè)周期分別為1.34 s,1.10 s和0.91 s，前兩個(gè)周期為平動(dòng)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(duì)合理。結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期與平動(dòng)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(jì)規(guī)范要求。

表1 房屋自振周期計(jì)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(jì)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(jì)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(biāo)準(zhǔn)GB 50011—2010建筑抗震設(shè)計(jì)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(yàn)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(jì)規(guī)范要求，需對(duì)房屋采取適當(dāng)抗震加固措施。建議在房屋適當(dāng)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。考慮到框排架結(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(dān)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(duì)個(gè)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(duì)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(jì)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(cuò)層等，總體上不利于抗震。抗震加固中需要注意的問題：

1)框排架結(jié)構(gòu)有獨(dú)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(shí)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(jì)規(guī)范[S].

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

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

[4] DL 5022—2012,火力發(fā)電廠土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jí)工程師

TU312

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