某扩建热电主厂房框排架结构抗震性能评估

王红囡 刘华波

(1.上海师范大学建筑工程学院，上海 201418； 2.上海市建筑科学研究院 上海市工程结构安全重点实验室，上海 200032)

某扩建热电主厂房框排架结构抗震性能评估

王红囡1刘华波2

(1.上海师范大学建筑工程学院，上海 201418； 2.上海市建筑科学研究院 上海市工程结构安全重点实验室，上海 200032)

结合工程实例，对框排架结构进行了动力分析，评估了框排架结构的安全性和抗震性能。研究表明，框排架结构存在平面布置不规则、竖向布置不规则以及扭转效应等，总体上不利于抗震。提出了设计思路和增设屈曲约束支撑的处理措施，使其满足现行抗震规范的要求，方法可供同类工程参考。

热电厂，框排架结构，抗震鉴定，屈曲约束支撑(BRB)

0 引言

热电厂主厂房生产工艺流程复杂，通常由汽机房、除氧间、煤仓间、锅炉房等组成。按照生产特征要求，除氧间和煤仓间一般为多层框架结构，汽机房多为单层排架结构，故整体结构形成了单、多层混合，且有错层的框排架结构形式。钢筋混凝土框排架结构分为竖向框排架结构体系和侧向框排架结构体系，热电厂主厂房多为侧向框排架结构。该结构体系不规则，刚度和质量分布不均匀，在地震作用下会产生扭转效应，整体性能较差。

1 工程概况

某热电厂主厂房建造于2009年，主体结构为钢筋混凝土框架结构。设计时预留了汽机房的位置，故房屋轴以南11 m为原有临时钢棚，屋面标高约为15.5 m，现场检测时该钢棚为满足扩建需要已经拆除，仅保留有①轴～②轴间和⑤轴～⑥轴间两处钢筋混凝土平台。目前房屋轴南侧拟扩建一跨汽机跨，与现有轴～轴间除氧跨、煤仓跨组成钢筋混凝土框排架结构。房屋总平面基本呈矩形，扩建后东西方向总长度为82.0 m，南北方向总宽度为38.0 m。在⑤轴处设变形缝分为东楼、西楼两部分。

2 扩建改造方案

3 抗震性能

3.1抗震措施分析

房屋建造于2009年，根据现行国家标准GB 50011—2010建筑抗震设计规范和GB 50191—2012构筑物抗震设计规范，按抗震设防烈度为7度、抗震设防类别为标准设防类对房屋进行抗震措施鉴定，框架抗震等级为二级，房屋结构体系及抗震构造措施分析结果表明，房屋抗震措施总体上满足现行抗震设计规范要求，个别方面有所不足。主要问题在于：

1)房屋结构平面布置复杂，平面不规则主要是扭转不规则(位移比超过1.2)，竖向不规则包括侧向刚度不规则(楼层侧向刚度小于相邻上一层的70%，或小于其上相邻三个楼层侧向刚度平均值的80%)和楼层承载力突变(层间受剪承载力小于相邻上一楼层的80%)。

3.2抗震计算分析

根据现场检测结果、原竣工图纸结合扩建方案对房屋进行抗震验算，整体结构分析模型见图3。

结构自振周期验算结果见表1。结构验算结果表明，西楼主体结构前三个周期分别为1.44 s,1.25 s和0.93 s，东楼主体结构前三个周期分别为1.34 s,1.10 s和0.91 s，前两个周期为平动周期，是以剪切型变形为主，第三周期为扭转周期，振型分布相对合理。结构扭转为主的第一自振周期与平动为主的第一自振周期之比分别为0.65和0.68，符合现行抗震设计规范要求。

表1 房屋自振周期计算结果

西楼东西方向底层剪重比为4.63%，南北方向底层剪重比为5.04%，东楼东西方向底层剪重比为5.05%，南北方向底层剪重比为5.94%，均满足现行抗震设计规范规定的楼层最小剪重比1.6%的限值要求。

在多遇地震作用下的弹性层间位移角计算结果表明，西楼东西方向(纵向)最大层间位移角为1/568(8.0 m层)，南北方向(横向)最大层间位移角为1/563(12.95 m层)，东楼东西方向(纵向)最大层间位移角为1/622(8.0 m层)，南北方向(横向)最大层间位移角为1/656(20.0 m层)，均满足国家标准GB 50011—2010建筑抗震设计规范规定的1/550限值要求。

在规定水平力作用下，东西方向楼层最大弹性水平位移(或层间位移)与楼层两端弹性水平位移(或层间位移)平均值的比值大多在1.2～1.4之间(15.5 m层以下)，南北方向楼层最大弹性水平位移(或层间位移)与楼层两端弹性水平位移(或层间位移)平均值的比值大多小于1.2，说明房屋有一定程度的扭转效应。

验算结果表明，大多框架柱纵筋、箍筋配置不满足要求，其中柱长边单侧纵筋配置多有不足，轴柱箍筋配置多有不足。

4 抗震加固建议

综上所述，房屋现有结构在平立面规则性、抗震构造措施、框架梁柱承载力等方面不满足现行抗震设计规范要求，需对房屋采取适当抗震加固措施。建议在房屋适当部位增设抗侧力的支撑或者剪力墙增加结构刚度和降低地震力。考虑到框排架结构的特性，建议设置屈曲约束支撑(BRB)，以减小框架结构承担的地震力，增加耗能，减小扭转效应，减小结构纵横向刚度差距。增设支撑后还应对个别承载力不足的框架梁柱采取必要的加固措施，也可直接对承载力不足的框架梁柱采取外包型钢等加固措施，保证加固后的结构满足现行抗震设计规范要求。

5 结语

框排架结构是工业厂房中常见的一种结构形式，由于生产工艺的限制，导致平面布置不规则、竖向布置不规则以及楼层错层等，总体上不利于抗震。抗震加固中需要注意的问题：

1)框排架结构有独特的抗震性能。建议增加柱间支撑将结构改造为双向有柱间支撑的框排架结构，增加的柱间支撑可根据实际情况选用屈曲约束支撑，增加结构的耗能能力，降低地震作用，减少总体加固工程量。

2)应注意合理均匀布置横向和纵向刚度,避免结构在地震作用下扭转破坏。

3)加固后，注意整体结构性能，避免部分构件加固后造成薄弱部位的转移。

[1] GB 50191—2012,构筑物抗震设计规范[S].

[2] GB 50010—2010,混凝土结构设计规范[S].

[3] GB 50011—2010,建筑抗震设计规范[S].

[4] DL 5022—2012,火力发电厂土建结构设计技术规程[S].

[5] 李红星,高 伟.屈曲约束支撑在火力电厂主厂房钢筋混凝土框排架结构中的应用研究[J].工业建筑,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

王红囡(1972- ),女,硕士,副教授; 刘华波(1971- ),男,博士,高级工程师

TU312

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