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建筑抗震设计及措施
建筑抗震设计及措施
随着科学技术突飞猛进的发展,火力发电厂的单机容量不断增大,主厂房的设计方案越来越多。主厂房作为发电厂中最重要的建筑,它的结构选型、设计方案直接关系到能否满足发电要求及工程是否经济。
在人类所历经的各类自然灾害中,强烈地震是对生命线工程威胁最大的灾害之一。作为生命线工程的重要组成部分,电力系统一旦失效或遭到破坏,就会造成严重的灾害和难以估量的经济损失,电力中断不仅严重影响正常的生产生活和抗震救灾工作,而且有可能引发火灾等次生灾害,严重威胁人们的生命和财产安全。
电厂震害调查
进行震害调查、总结震害经验和教训是研究抗震极为重要的、主要的手段,它是地震造成的大规模原型试验。其相应建筑结构的薄弱环节将暴露无遗。为此,从60年代初开始进行有关地震调查工作。先后调查有关震区的电力设备的震害,如厂房的女儿墙就有倒塌,到9度地震时,主厂房框架破坏严重或倒塌,以及汽机房屋盖大面积塌落。
动力特性的实测和试验
设计院和科研单位,对国内数十座发电厂、变电所的大量建筑物进行过实测和试验工作,并充分揭示了各类结构的自振特性,以主厂房结构为例,在脉动和激振试验下,实测周期与计算周期比较。其计算周期均有偏长。另外,主厂房框排架结构复杂,质量和刚度分布不均,在实测和试验中明显反映出振动过程中伴随有扭转振动的特点。由于厂房结构型式变化和实测周期的数值变化不大,很难作出一个周期统计公式。但是,烟囱的自振周期随高度变化十分明显,且有统计规律,能建立相应经验公式。
构件和节点的模型试验
唐山地震后,主厂房框排架结构的薄弱环节暴露比较充分,特别是节点区的破坏及钢筋焊接接头断裂。为此,曾在南京工学院进行了齿槽节点和钢筋剖口焊接头的抗震试验。为解决工程急需,建议了剖口加强焊接头型式,可适用千设防烈度为7、8度装配式结构的连接。此外,在钢—混凝土组合结构方面,还进行过外包钢混凝土等结构的有关抗震试验。
抗震汁算
电厂结构一般按反应谱进行常规计算外,用计算模型检验在地震波作用下结构进入弹塑性状态的全过程,从而找出结构的薄弱环节,曾对几个钢筋混凝土结构的电厂主厂房计算后,表明:常规设计方法设计的电厂主厂房,基本满足抗震设防烈度的要求。但是,现有厂房还不能作到“强柱弱粱”结构,其抗震安全度各异,在强震作用下个别构件有可能严重破坏。同时,也表明未经抗震设计的厂房抗震潜力有限。由此说明,对安全性要求较高的主厂房,开展输入地震波考虑结构弹塑性影响的全过程分析很有必要。
抗震构造的改进
火力发电厂主厂房,因工艺需要,其厂房有自身独特的特点,结构比较复杂。对于大机组的厂房尺寸和荷载较大,相应梁柱断面也较大。抗震构造按一般工业与民用建筑的有关规定执行困难较多、且不太合理。结合震害经验及试验研究分析进行了较多考虑,如柱的轴压比适当放宽,箍筋肢距稍为加大,粱端箍筋加密区根据大断面特点有所改进等,以及针对结构薄弱环节,对屋盖系统采取了加强措施。这些措施既保证了结构的安全,也方便了设计和施工。
主厂房设计中的抗震设计
火力发电厂的主厂房一般都是采用典型的框排架结构,根据研究已有的地震灾害发现火力发电厂的纵向震害小于横向震害。简化的地震反应计算方法,定义层间屈服强度系数为:
ξ=Qy/Qe。
其中Qy为第i层的屈服剪力,