火电厂主厂房少墙型钢筋混凝土框架结构变形与受力分析

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）

火电厂主厂房少墙型钢筋混凝土框架结构变形与受力分析

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）

本文通过对火电厂主厂房少墙型钢筋混凝土框架结构变形与受力分析总结得出，当布置剪力墙数量多于5片时，结构横向侧移刚度趋于一致，当布置剪力墙数量多于7片时，结构纵向侧移刚度趋于一致；其框架结构弹性阶段的层间位移角限值可取1/700，弹塑性阶段的层间位移角限值可取1/80；当主厂房结构布置剪力墙数量少于5片时，建议火电厂主厂房结构以少量剪力墙的框架结构体系进行分析。

侧移特征 控制指标 判定指标

火电厂主厂房少墙型钢筋混凝土框架结构由框架和分散剪力墙通过楼板、楼面梁连接而协同工作。在弹性地震作用下，主厂房的少墙型钢筋混凝土框架结构整体变形为 “弯剪”变形，其下部变形以弯曲变形为主，上部结构变形则趋于剪切变形。当结构中剪力墙与运转层构件破坏严重，结构整体变形则趋于剪切变形。强烈地震过程中，主厂房少墙型钢筋混凝土框架结构中各结构间内力将产生重分布，结构间的协同工作能力将直接影响结构整体的受力性能与抗震性能。目前国内相关规范、规程对框架一抗震墙支撑体系相关设计要求规定主要是针对常规民用建筑。各规范对框架结构部分承担剪力比率的控制差别也较大。由于火电厂主厂房少墙型钢筋混凝土框架结构中错层现象严重，其中部分假设已经不能适用，结构内部结构间的协同工作特点也不同于常规框架一剪力墙结构。掌握地震作用下主厂房少墙型钢筋混凝土框架结构抗侧刚度与变形协调关系，对于改善火电厂主厂房结构的受力性能意义重大。

1 火电厂主厂房少墙型钢混凝土框架结构刚度与变形分析

1.1 火电厂主厂房结构的侧移特征

火电厂主厂房少墙型钢筋混凝土框架结构的变形为弯剪变形，随着主厂房结构中布置剪力墙数量的增加，结构整体侧移中弯曲变形成分比例逐渐增加。在强烈地震作用下由于结构剪力墙破坏的加剧，结构的变形整体趋于剪切变形。但当结构中煤仓间、除氧间等的纵向柱列布置剪力墙数量达片以5片上时，结构的横向变形曲线比较接近，继续增加剪力墙数量以减小地震作用下结构横向侧移，其效果将不明显。当布置的剪力墙数量达7片以上时，结构的纵向变形曲线形状也趋于一致，继续增加剪力墙数量以减小地震作用下结构的纵向侧移效果则不明显。

1.2 火电厂主厂房结构结构侧移控制指标

由于火电厂主厂房结构特点，其上部承受的荷载较大，煤斗层荷载可达13500t，且主厂房结构弹性与弹塑性阶段的侧移控制指标通常参考了《建筑抗震设计规范》的相关规定，但其控制指标并不适用于错层、断层现象明显的火电厂主厂房结构。对于弯曲变形为主的结构其最大有害层间位移角发生在结构底层，结构上部产生的层间侧移与结构中剪力墙内力分布并无直接关系。随着结构高宽比的增大，整体变形中的弯曲变形增加。对于以剪力墙为主要抗侧力构件的结构则不宜采用层间位移角作为控制剪力墙结构的变形指标。水平荷载作用下，结构的侧移由剪切变形、弯曲变形及基础转动位移三部分组成。结构弯曲变形是引起楼盖倾斜的主要原因。引起结构构件破坏的直接原因则是楼层构件的剪切位移和转动位移，称为有害位移。对于整体剪切变形为主的框架结构可采用层间位角作为性能指标。以整体弯曲变形为主的剪力墙结构则应采用有害层间位移角作其性能指标。通过有限元分析表明火电厂主厂房少墙型钢筋混凝土框架结构的广义层间位移角限值控制在1/600～1/850范围，结构的重力二阶效应低于5%，结构内力分析时可不考虑重力二阶效应。火电厂主厂房结构主要用于内部设备及附属的管道，结构中填充墙少，其弹性层间位移角限值相对现有规范对框架一剪力墙结构侧移限值可适当放宽，主厂房少墙型钢筋混凝土框架结构弹性阶段的层间位移角限值可取1/700，弹塑性阶段的层间位移角限值可取1/80。

1.3 结构体系分类及判定指标

为了工程运用方便，国内一些学者提出当框架结构的倾覆力矩大于结构底部倾覆力矩的50%时为配置少量剪力墙的框架结构。当框架结构的倾覆力矩小于结构底部倾覆力矩的50%时，为框架一剪力墙结构。目前的规范和规程对带少量剪力墙的框架结构承载载力、弹性层间位移角及弹塑性层间位移角等方面的要求均是按钢筋混凝土框架结构指标进行设计的。对这类结构应按纯框架结构和框架与剪力墙协同工作进行分别计算和设计；而框架的抗震等级则应按纯框架结构确定，剪力墙的抗震等级按框架一剪力墙确定。

当火电厂主厂房结构中布置有5片以上剪力墙时，结构底部剪力墙承担倾覆力矩比为ζ≥0.5，框架部分的抗震等级及柱轴压比限值按框架一剪力墙结构中的框架确定；当火电厂主厂房结构中布置3～5片的剪力墙时，结构底部剪力墙承担倾覆力矩比为0.25＜ζ ＜0.5，框架部分的抗震等级及柱轴压比应按纯框架结构确定；当火电厂主厂房结构中布置的剪力墙数量少于2片时，结构底部剪力墙承担倾覆力矩比为ζ＜0.25。故当火电厂主厂房结构布置剪力墙数量少于5片时，火电厂主厂房结构为少量剪力墙的框架结构体系。

2 结语

（1）火电厂主厂房少墙型钢筋混凝土框架结构中，当布置剪力墙数量多于5片时，结构横向侧移刚度趋于一致；当布置剪力墙数量多于7片时，结构纵向侧移刚度趋于一致。（2）由于火电厂主厂房少墙型钢筋混凝土框架结构中填充墙较少，结构的整体变形呈弯剪形，结构的层间位移角限值在纯框架结构与框架一剪力墙结构之间， 故火电厂主厂房少墙型钢筋混凝土框架结构弹性阶段的层间位移角限值可取1/700，弹塑性阶段的层间位移角限值可取1/80。（3）主当火电厂主厂房结构布置剪力墙数量少于5片时， 火电厂主厂房结构为少量剪力墙的框架结构体系。

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［2］吕西林，王亚勇，郭子雄.建筑结构抗震变形验算［J］.建筑科学，2002（1）.

［3］邓明科，梁兴文，王庆霖，等.剪力墙结构层间位移计算方法探讨［J］.地震工程与工程振动，2008（3）.

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。