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摘要：本文以纵向长度为90米的框架—分散式剪力墙火力发电厂主厂房结构为例，结合实际工程中电厂主厂房的特点，运用SAP2000和MIDAS/GEN空间三维分析软件，对框架—分散式剪力墙进行了弹性时程分析。通过其固有振动周期和振型，对结构的振动特性有基本的认识。根据分析结果对框架—分散式剪力墙主厂房的抗震性能进行评估，认为结构能够达到预订的抗震性能目标，满足规范大震不倒的设防要求。
关键词：分散式；框架；剪力墙；弹性时程分析；抗震性能
Abstract: This longitudinal length of 90 meters framework - the distributed shear wall thermal power plant the main plant structure, for example, the characteristics of the main plant, power plant, combined with practical engineering use SAP2000 MIDAS / GEN space, three-dimensional analysis software on the framework- distributed shear wall elastic analysis. Have a basic understanding of the natural vibration period and mode shapes of the vibration characteristics of the structure. Framework based on the results of the analysis - distributed shear walls of the main plant of the seismic performance assessment, that the structure can achieve booking seismic performance goals to meet the requirements for fortification the specification earthquake is not down.Keywords: distributed; framework; shear wall; elastic; seismic performance
中图分类号：文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）
主厂房结构设计选型
结构设计概况
工程实例，主厂房结构的柱网尺寸如图1.1，结构纵向长度为90m，横向宽度为46.5m，总高度为33.3m，主厂房结构按7度（0.173g）Ⅲ类场地设计，抗震构造措施按8度考虑。主体结构采用钢筋混凝土框架—分散剪力墙，框架抗震等级为二级，剪力墙的抗震等级为一级。
主厂房框架柱采用钢筋混凝土结构，混凝土强度等级为C50，主要截面尺寸如下：
汽轮机房平台柱：两端（1、10轴线）1000mm×700mm，其他采用700mm×700mm。A0列：800mm×1000mm；A列：800mm×1500mm；B列： 800mm×1500mm；K1列：700mm×700mm，混凝土强度等级C50。
剪力墙厚度：标高-4.00m到标高22.00m厚度为400mm，混凝土强度等级C40。
图1.1结构平面布置图
主厂房结构地震作用弹性时程分析
时程分析基本原理
结构地震作用反应谱法是将结构所受的最大地震作用通过反应谱转换为作用于结构的等效侧向荷载，然后根据这一荷载用静力分析方法求得结构的地震内力和变形。因其计算简单，所以广泛的为世界各国的抗震规范采用。但是地震作用是一个时间过程，反应谱法不能反映结构在地震动过程中的经历，同时目前应用的加速度反应谱属于弹性分析范畴，当结构在强震作用下进入弹塑性阶段后，用反应谱法将不能得到真正的地震反应，也判断不出结构真正的薄弱部位。
所谓时程分析法，亦称为直接动力法。是根据选定的地震波和结构恢复力特性曲线，采用逐步积分的方法对动力方程进行直接积分，从而求得结构在地震过程中每一瞬时的位移、速度和加速度反应，以便观察结构在强震作用下从弹性到非弹性阶段的内力变化以及构件开裂、损坏直至结构倒塌的破坏全过程。但是，时程分析法计算量较大，需要借助计算机才能完成。
作弹性时程分析时，所选用的地震波组数不少于二条实际强度记录和一组人工模拟的加速度时程曲线。适合地震波的选取应按建筑物的场地类别和设计地震分组选用特性基本相符的地震波（频谱特性、有效峰值和持时）。由于时程分析中常提供各组地震波的场地类别，故实际工程中常以此为判别。
时程曲线的持续时间一般为结构基本周期的5-10倍，“高层规程”的规定不宜小于3-4倍结构基本周期，也不宜小于12秒。关于时程分析法中时间步长的取值，一般认为宜小于结构基本周期的1/10，而为了能较好的描述地震波的变化规律，时间步长往往采用0.01-0.02秒，因为取大了容易漏掉某些峰值。也就是说，每秒钟要有50-100步。
结构在地震作用下的运动方程为
式中—地面运动加速度；
—恢复力列向量。
在求解上述方程时，将涉及到结构计算模型与恢复力模型的确定、地震波的选择以及逐步积分方法等问题。
我国现行《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）对时程分析法作了如下规定：
第5.1.2条第三款规定：特别不规则的建筑、甲类建筑和表2.1-1所示高度范围的高层建筑，应采用时程分析法进行多遇地震下结构的补充计算，当取三组加速度时程曲线输入时，计算结果宜取时程法的包络值和振型分解反应谱发的较大者；当取七组及七组以上的时程曲线时，计算结果可取时程法的平均值和振型分解反应谱法的较大值。
对于计算结果要求，每条时程曲线计算所得的结构的底部剪力不应小于振型分解反应普法计算所得的结构的底部剪力的65%，多条时程曲线计算所得的结构的底部剪力不应小于振型分解反应普法计算所得的结构的底部剪力的80%；
表2.1-1 采用时程分析的结构高度范围
烈度、场地类别 房屋高度范围（m）
8度Ⅰ、Ⅱ类场地和7度 ＞100
8度Ⅲ、Ⅳ类场地 ＞80
9度 ＞60
主厂房采用框架-分散式剪力墙结构，目前尚无成熟的抗震设计经验。因而有必要对其进行动力时程分析，以考虑结构在实际地震作用下的结构受力、变形和破坏形式。又由于该结构为生命线工程，需要较大的安全度，所以先仅对其进行线性时程分析。为了考察结构在不同加速度峰值、不同频谱特性的地震波作用下的反应，根据场地土类别、设计地震分组，选择八条地震波进行时程分析。
为了研究结构在不同加速度峰值、不同频谱特性的地震波作用下的反应，根据场地土类别、设计地震分组，选择八条地震波进行时程分析。分别是ELCentro波、兰州波及一条由LWD－DEL AMO BLVD波改造而来的人工波等。
加速度坐标的调整：
式中 ——设计所需最大加速度（7度多遇地震为55cm/s2）；
——所选地震记录的最大加速度；
——实际地震加速度时间坐标点，i＝1，……，n，n为记录的点数。
本次时程分析直接采用双向地震分析，输入地震波时两水平方向加速度峰值按1：0.85进行调整。
主厂房结构地震作用时程分析
為了考察结构在不同加速度峰值、不同频谱特性的地震波作用下的反应，根据场地土类别、设计地震分组，选择八条地震波进行时程分析。
主厂房结构采用了双向地震作用时程分析结果表明，主厂房结构弹性时程分析时，八条地震波进行时程分析的计算结果满足现行《建筑抗震设计规范》GB50011-2010的相关规定：每条时程曲线计算所得结构底部剪力不应小于振型分解反应谱法计算结果的65%，多条时程曲线计算所得结构底部剪力的平均值不应小于振型分解反应谱法计算结果的80% 。
结论
综上所述，本文采用有限元分析方法，运用SAP2000和MIDAS/GEN空间三维分析软件，对主厂房框架-剪力墙结构进行了弹性时程分析。根据分析结果对框架—分散式剪力墙主厂房的抗震性能进行评估，认为结构在相同场地条件下具有良好的抗震性能。
参考文献
[1] 白国良，白涌滔，李红星，赵春莲，朱丽华. 大型火电厂分散剪力墙-SRC框排架结构抗震性能试验研究[J]. 工程力学，2011（06）.
[2] 文良谟.火力发电厂土建结构抗震设计的回顾与展望[J].电力建设，1998（6）：18-24.
[3] 薛海洪，席丁民，张晓丹. 剪力墙对框架—剪力墙结构抗震性能影响分析[J]. 四川建筑科学研究，2010（03）.
[4] 李国强，崔大光，李一松. 型钢混凝土梁柱框支剪力墙结构抗震性能试验研究[J]. 地震工程与工程振动，2006（02）.
周柏睿 男 汉 吉林 1978.05结构设计 工程师结构工程
关键词：分散式；框架；剪力墙；弹性时程分析；抗震性能
Abstract: This longitudinal length of 90 meters framework - the distributed shear wall thermal power plant the main plant structure, for example, the characteristics of the main plant, power plant, combined with practical engineering use SAP2000 MIDAS / GEN space, three-dimensional analysis software on the framework- distributed shear wall elastic analysis. Have a basic understanding of the natural vibration period and mode shapes of the vibration characteristics of the structure. Framework based on the results of the analysis - distributed shear walls of the main plant of the seismic performance assessment, that the structure can achieve booking seismic performance goals to meet the requirements for fortification the specification earthquake is not down.Keywords: distributed; framework; shear wall; elastic; seismic performance
中图分类号：文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）
主厂房结构设计选型
结构设计概况
工程实例，主厂房结构的柱网尺寸如图1.1，结构纵向长度为90m，横向宽度为46.5m，总高度为33.3m，主厂房结构按7度（0.173g）Ⅲ类场地设计，抗震构造措施按8度考虑。主体结构采用钢筋混凝土框架—分散剪力墙，框架抗震等级为二级，剪力墙的抗震等级为一级。
主厂房框架柱采用钢筋混凝土结构，混凝土强度等级为C50，主要截面尺寸如下：
汽轮机房平台柱：两端（1、10轴线）1000mm×700mm，其他采用700mm×700mm。A0列：800mm×1000mm；A列：800mm×1500mm；B列： 800mm×1500mm；K1列：700mm×700mm，混凝土强度等级C50。
剪力墙厚度：标高-4.00m到标高22.00m厚度为400mm，混凝土强度等级C40。
图1.1结构平面布置图
主厂房结构地震作用弹性时程分析
时程分析基本原理
结构地震作用反应谱法是将结构所受的最大地震作用通过反应谱转换为作用于结构的等效侧向荷载，然后根据这一荷载用静力分析方法求得结构的地震内力和变形。因其计算简单，所以广泛的为世界各国的抗震规范采用。但是地震作用是一个时间过程，反应谱法不能反映结构在地震动过程中的经历，同时目前应用的加速度反应谱属于弹性分析范畴，当结构在强震作用下进入弹塑性阶段后，用反应谱法将不能得到真正的地震反应，也判断不出结构真正的薄弱部位。
所谓时程分析法，亦称为直接动力法。是根据选定的地震波和结构恢复力特性曲线，采用逐步积分的方法对动力方程进行直接积分，从而求得结构在地震过程中每一瞬时的位移、速度和加速度反应，以便观察结构在强震作用下从弹性到非弹性阶段的内力变化以及构件开裂、损坏直至结构倒塌的破坏全过程。但是，时程分析法计算量较大，需要借助计算机才能完成。
作弹性时程分析时，所选用的地震波组数不少于二条实际强度记录和一组人工模拟的加速度时程曲线。适合地震波的选取应按建筑物的场地类别和设计地震分组选用特性基本相符的地震波（频谱特性、有效峰值和持时）。由于时程分析中常提供各组地震波的场地类别，故实际工程中常以此为判别。
时程曲线的持续时间一般为结构基本周期的5-10倍，“高层规程”的规定不宜小于3-4倍结构基本周期，也不宜小于12秒。关于时程分析法中时间步长的取值，一般认为宜小于结构基本周期的1/10，而为了能较好的描述地震波的变化规律，时间步长往往采用0.01-0.02秒，因为取大了容易漏掉某些峰值。也就是说，每秒钟要有50-100步。
结构在地震作用下的运动方程为
式中—地面运动加速度；
—恢复力列向量。
在求解上述方程时，将涉及到结构计算模型与恢复力模型的确定、地震波的选择以及逐步积分方法等问题。
我国现行《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）对时程分析法作了如下规定：
第5.1.2条第三款规定：特别不规则的建筑、甲类建筑和表2.1-1所示高度范围的高层建筑，应采用时程分析法进行多遇地震下结构的补充计算，当取三组加速度时程曲线输入时，计算结果宜取时程法的包络值和振型分解反应谱发的较大者；当取七组及七组以上的时程曲线时，计算结果可取时程法的平均值和振型分解反应谱法的较大值。
对于计算结果要求，每条时程曲线计算所得的结构的底部剪力不应小于振型分解反应普法计算所得的结构的底部剪力的65%，多条时程曲线计算所得的结构的底部剪力不应小于振型分解反应普法计算所得的结构的底部剪力的80%；
表2.1-1 采用时程分析的结构高度范围
烈度、场地类别 房屋高度范围（m）
8度Ⅰ、Ⅱ类场地和7度 ＞100
8度Ⅲ、Ⅳ类场地 ＞80
9度 ＞60
主厂房采用框架-分散式剪力墙结构，目前尚无成熟的抗震设计经验。因而有必要对其进行动力时程分析，以考虑结构在实际地震作用下的结构受力、变形和破坏形式。又由于该结构为生命线工程，需要较大的安全度，所以先仅对其进行线性时程分析。为了考察结构在不同加速度峰值、不同频谱特性的地震波作用下的反应，根据场地土类别、设计地震分组，选择八条地震波进行时程分析。
为了研究结构在不同加速度峰值、不同频谱特性的地震波作用下的反应，根据场地土类别、设计地震分组，选择八条地震波进行时程分析。分别是ELCentro波、兰州波及一条由LWD－DEL AMO BLVD波改造而来的人工波等。
加速度坐标的调整：
式中 ——设计所需最大加速度（7度多遇地震为55cm/s2）；
——所选地震记录的最大加速度；
——实际地震加速度时间坐标点，i＝1，……，n，n为记录的点数。
本次时程分析直接采用双向地震分析，输入地震波时两水平方向加速度峰值按1：0.85进行调整。
主厂房结构地震作用时程分析
為了考察结构在不同加速度峰值、不同频谱特性的地震波作用下的反应，根据场地土类别、设计地震分组，选择八条地震波进行时程分析。
主厂房结构采用了双向地震作用时程分析结果表明，主厂房结构弹性时程分析时，八条地震波进行时程分析的计算结果满足现行《建筑抗震设计规范》GB50011-2010的相关规定：每条时程曲线计算所得结构底部剪力不应小于振型分解反应谱法计算结果的65%，多条时程曲线计算所得结构底部剪力的平均值不应小于振型分解反应谱法计算结果的80% 。
结论
综上所述，本文采用有限元分析方法，运用SAP2000和MIDAS/GEN空间三维分析软件，对主厂房框架-剪力墙结构进行了弹性时程分析。根据分析结果对框架—分散式剪力墙主厂房的抗震性能进行评估，认为结构在相同场地条件下具有良好的抗震性能。
参考文献
[1] 白国良，白涌滔，李红星，赵春莲，朱丽华. 大型火电厂分散剪力墙-SRC框排架结构抗震性能试验研究[J]. 工程力学，2011（06）.
[2] 文良谟.火力发电厂土建结构抗震设计的回顾与展望[J].电力建设，1998（6）：18-24.
[3] 薛海洪，席丁民，张晓丹. 剪力墙对框架—剪力墙结构抗震性能影响分析[J]. 四川建筑科学研究，2010（03）.
[4] 李国强，崔大光，李一松. 型钢混凝土梁柱框支剪力墙结构抗震性能试验研究[J]. 地震工程与工程振动，2006（02）.
周柏睿 男 汉 吉林 1978.05结构设计 工程师结构工程