电气抗震设计范文

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第1篇

关键词:变电站;电气设备;抗震设防;设防标准;分级原则

引言

尽管当前变电站电气设备分级抗震设防成为趋势，还得到了我国政府有关部门在政策和资金方面的支持，但是大部分电力企业的经营管理者并不了解电气设备分级抗震设防的重要性，而国内电气设备抗震考核水平偏低，从而导致变电站电气设备的运行出现问题。所以，本文从变电站电气设备分级抗震研究的现状入手，对变电站电气设备的抗震设计和分级抗震设防原则进行分析和研究。

1变电站电气设备分级抗震设防原则研究的概况

虽然变电站电气设备分级抗震设防原则的研究状况良好，其研究成果和应用表现也得到了工作人员和设计人员的认可和重视，但还是会受到传统观念和管理模式的限制，使得变电站电气设备分级抗震设防的发展陷入迟滞，影响了电力系统的正常和安全运行，长此以往不利于变电站电气设备抗震能力的提高。为了更好地落实变电站电气设备分级抗震设防原则，首先需要对研究概况进行了解，特别是要分析电气设备的抗震现状、抗震级别的标准、研究意义等，才能为变电站电气设备分级抗震设防原则的应用奠定良好的基础。

1．1国内外变电站电气设备抗震研究的现状

目前国内外变电站电气设备受到地震危害的状况较多，其主要原因和具体表现如下。第一，变电站电气设备震害与瓷套管主要材料有关，这种整体呈长细状、重心较高、强度不足的材料容易产生不协调变形，从而导致脆性断裂;高压电瓷型电气设备的固有频率与地震波的卓越频率相近，发生共振时会加大设备破坏率。第二，电气设备震害表现多为断路器瓷套管根部断裂、避雷器瓷套管底部断裂、隔离开关瓷套管根部发生脆性折断等。国内外研究人员还结合实际情况对电气设备抗震、减隔震技术和设备进行研究，但是我国相关研究还处于起步阶段，与国外研究成果相比还有较大的差距。

1．2国内外变电站电气设备抗震级别的相关标准

目前许多国家都对电气设备进行了抗震规范，规定了抗震等级和设防目标，但是国内外的规定和标准有所不同，具体的差别包括以下几个方面的内容。一方面，国外电气设备分级抗震设防一般按照设立等级的方式进行，并且结合国家实际情况而有所差别，比如日本只设立一个等级就与国土面积狭小和地震类型单一的情况有关;美国IEE693规范设立了高、中、低三个等级，这是在50年超越概率2%的抗震设防水准上进行分级的;另一方面，我国大部分规范中以50年超越概率10%为设防水准，但是抗震级别的规定不统一的情况比较严重，使得简化设计程序，节约生产成本，改善设备调用的时间性的优点无法体现，所以变电站电气设备分级抗震设防是非常重要的。

1．3变电站电气设备抗震研究的意义

人们的生产生活对于电力的依赖性越来越强，对保证生活质量和提高生活水平有着重要意义。一旦强烈的地震对电力系统的运行产生消极影响，那么变电站电气设备损坏占据的比例就比较大，威胁到人们的生命和财产安全，所以提高变电站电气设备抗震能力是必要的，也是电力系统正常运行的可靠保障。由于破坏电力体系会引发停水、停电、火灾、通信中断等次生问题，出现不可避免的经济损失，提高城市电网体系生命线工程的抗震能力成为研究的重点，也对我国城市现代化建设有着重要的现实意义。

2变电站电气设备分级抗震设防原则的应用

根据变电站电气设备分级抗震设防原则研究概况，可以得知国内外电气设备抗震水平有差距，相关的抗震标准和规范也不同，那么就需要结合实际情况来应用变电站电气设备分级抗震设防原则。基对变电站电气设备分级抗震设防原则研究的了解，尝试从变电站电气设备抗震设防分级的设计与应用，变电站电气设备抗震可靠度，分级抗震原理与技术等方面进行分析是切实可行的，总结出有用的经验和教训，才能发挥分级抗震设防的重要作用，提高变电站电气设备的抗震能力与水平，逐步完成电力系统安全运行的任务。

2．1变电站电气设备抗震设防分级的设计与应用

为了更好地落实和应用变电站电气设备分级抗震设防原则，首先需要设立并确定好电气设备抗震设防分级，才能有效保证变电站电气设备分级设防抗震效果。根据《中国地震动参数区划图》的要求，结合《电力设施抗震设立规范》的规定，再通过对典型电气设备可靠度进行分析，可以将电气设备的抗震能力分为三级:0．1g及以下为第一级低等抗震考核水平，对于220kV及以下电气设备在Ⅷ度及以上时应进行抗震设计;0．1～0．4g为第二级中等抗震考核水平，0．4g以上为第三级高等抗震考核水平。

2．2变电站电气设备抗震可靠度的分析

由于变电站电气设备经常发生脆性破坏，影响了电力系统的正常运行，所以要选择典型的电气设备进行抗震可靠度的分析，为变电站电气设备分级抗震设防提供理论依据。结合相关研究和案例，可以发现加速度为0．1g时设备可靠率可以达到100%;0．4g时在20%～40%，电气设备为中等破坏程度;0．6g时降低到10%以下，电气设备处于严重破坏程度。根据普通瓷和高强瓷材料的避雷器与合理开关抗震度的表现，可以得知高强瓷能够提高抗震可靠度，保证变电站电气设备安全运行，对促进变电站电气设备分级抗震设防有着积极作用。

3变电站电气设备分级抗震设防的应对策略

基于对变电站电气设备分级抗震设防原则应用表现的了解，为了减少不必要的风险和损失，就要对变电站电气设备分级抗震的应对策略进行研究，保证供电企业的经济效益和社会效益。针对变电站电气设备分级抗震的经验，变电站电气设备分级抗震设计的建议进行分析，使得相关标准和措施能够提高电气设备的抗震水平，降低地震灾害对变电站电气设备的伤害，有效解决了变电站电气设备抗震的薄弱环节。

3．1变电站电气设备分级抗震设防的经验

我国变电站电气设备分级抗震设防能力有限，电气设备抗震能力不足，所以需要总结出变电站电气设备分级抗震设防的经验和对策，在调整和改进下解决并处理好不足之处和薄弱环节。第一，建立电力系统抵抗地震灾害的数据库，收集国内外地震灾害的统计资料，评估不同区域电力系统抗震可靠性和危险性，健全全国各地地震应急响应制度和快速恢复机制。第二，研究各个抗震设计方法对变电站电气设备的影响和抗震效果，选择抗震可靠性好的材料进行应用。第三，加强设备瓷套管的强度，采用减震器或者隔震器，保护好电气设备与支承柱的连接。

3．2变电站电气设备分级抗震设防设计的建议

除了上述几个方面的内容，研究变电站电气设备分级抗震设防原则还要注意其抗震设计，针对不同类型的电气设备进行设计上的调整和改进，发挥电气设备的抗震作用和自身优势。举例来说，变压器、开关柜、蓄电池等浮放设备，应利用拉绳来加强设备本体和基础的连接，才能防止出现滑移，倾倒等震害现象。由此可见，在设计变电站电气设备分级抗震设立时，研究人员需要对其材料，环境等影响因素多加注意和重视。

4结语

研究变电站电气设备分级抗震设防原则是符合国内外电力工程发展趋势，在了解电气设备分级抗震设防原则的同时发现了相关规范和标准中的不足之处，并利用有效的抗震设计和策略进行弥补和调整，使得变电站电气设备抗震设防分级得以实现，为电力行业和供电企业的发展做出了重要的贡献。为了配合当前阶段分级抗震设防的趋势，满足人们对于变电站电气设备良好运行的要求，才能提高变电站电气设备抗震考核水平，保证电气设备运行的经济效益和社会效益。讨论变电站电气设备分级抗震设防原则不仅促进了相关问题的解决，还为变电站电气设备分级抗震设防未来的发展和创新提供了新思路。

参考文献:

［1］燕妮，韩军锋．电气设备抗震措施研究［J］．通讯世界，2016(17)．

［2］朱瑞民，李东亮，齐立忠，等．变电站地震灾害分析与抗震设计［J］．电力建设，2013(4)．

第2篇

【关键词】变电建筑物；抗震设计；次生破坏；双重保护；预防为主；经济合理；安全可靠；电力安全

0 引言

电力工业是国民经济的先行工业，它对于促进国民经济的发展和提高人民的物质文化生活水平起着重要的作用。变电站作为整个电力系统中不可分割的一部分，是实现输送电力、传递能源的关键所在。

1 变电建筑物的抗震要求

1.1 变电建筑物的抗震规定

（1）在《电力抗震规范》中，对电力设施的设防标准有明确的规定：

①对于电力设施的电气设施，当遭受到相当于设防烈度及以下的地震影响时，不受损坏，仍可继续使用；当遭受到高于设防烈度预估的罕遇地震影响时，不致严重损坏，经修理后即可恢复使用。

②对于电力设施的建筑物和构筑物，当遭受到低于本地区设防烈度的多遇地震影响时，不受损坏或不需修理仍可继续使用；当遭受到相当于本地区设防烈度的地震影响时，可能损坏，但经修理或不需修理仍可继续使用；当遭受到高于本地区设防烈度预估的罕遇地震影响时，不致倒塌或危害生命或造成使电气设施不可修复的严重破坏。

上两条的设防标准是考虑到我国目前的国民经济条件及实际发展水平而制定的。在既保证电力设施遭受地震作用时尽量减少设备损坏和人员伤亡，避免造成电力系统大面积、长时间的停止供电给国民经济带来重大损失，又不能因抗震设防标准过高而增加投资太多。其中的“电力设施”包括电气设施和建、构筑物两大类。遵照“小震不坏、大震不倒”的指导原则，并考虑到电气设施的抗震能力和使用要求与建、构筑物有所不同，尽量避免因电力系统无法供电造成国民经济的巨大损失，对电气设施的三个水准的设防要求，与建、构筑物的要求配套略有不同。建、构筑物在大震下也要求不致造成电气设施不可修复的严重破坏，这一点是《抗震规范》中没有的。

（2）电力设施中的建筑物根据其重要性可分为三类，并应符合下列规定：

①重要电力设施中的主要建筑物以及国家生命线工程中的供电建筑物为一类建筑物；

②一般电力设施中的主要建筑物和有连续生产运行设备的建筑物以及公用建筑物、重要材料库为二类建筑物；

③一类、二类以外的建筑物及次要建筑物等为三类建筑物。

由此可知，对于330kV及以上电压等级的变电建筑物应划分为一类建筑物，因而在之后的结构设计中应按照一类建筑物的标准进行结构计算和设计。这一点有别于《抗震规范》中的规定。在《抗震规范》中是根据建筑物使用功能的重要性，把建筑物划分为甲类、乙类、丙类、丁类四个抗震设防类别。

（3）《电力抗震规范》中，对地震影响系数的规定与《抗震规范》中亦不同：

计算地震作用的地震影响系数，应根据场地指数、场地特征周期和结构自振周期确定。

（4）场地分类根据场地指数划分为硬场地、中硬场地、中软场地和软场地四类，并符合相应规范的规定。

1.2 电力设施的抗震规定

《电力抗震规范》与《抗震规范》还有一点很大的不同，体现在对电、气设备的抗震要求上。

由于变电站的功能要求，它不同于普通建筑物的是，当遭受地震时，首要保护的是建筑物内的电气设备而不是建筑物本体，因此电气设备的抗震就显得尤为重要。

电力设施的抗震设计方法分为动力设计法和静力设计法，并应符合下列规定：

（1）对高压电器、高压电瓷、管型母线、封闭母线及串联补偿装置等构成的电气设施，应采用动力设计法；

（2）对变压器、电抗器、旋转电机、开关柜、控制保护屏、通信设备、蓄电池等构成的电气设施，可采用静力设计法。

2 《抗震规范》中有关电气设备的规定

在《抗震规范》中，没有对电气设备进行专门的论述，只是在介绍“非结构构件”时，以“建筑附属机电设备”的形式进行阐述。建筑结构抗震计算及非结构构件地震作用计算方法，应满足下列要求：

（1）地震作用计算时，应计入支承于结构构件的建筑构件和建筑附属机电设备的重力。

（2）对需要采用楼面谱计算的建筑附属机电设备，宜采用合适的简化计算模型计入设备和结构的相互作用。

（3）建筑附属机电设备的体系自振周期大于0.15且其重力超过所在楼层重力的1%，或建筑附属机电设备的重力超过所在楼层重力的10%时，宜采用楼面反应谱法。其中，与楼板非弹性连接的设备，可直接将设备与楼板作为一个质点计入整个结构的分析中得到设备所受的地震作用。

对于电气设备常用的计算方法是做出对应于“地面反应谱”的“楼面谱”，即反映支承电气设备的主体结构体系自身动力特性、电气设备所在楼层位置和支点数量、结构和电气设备阻尼特性对地面地震运动的放大作用。当电气设备的质量较大时或电气设备的自振特性和主结构体系的某一振型的振动特性相近时，电气设备还将与主结构的地震反应产生相互影响。一般情况下，可采用简化方法，即等效侧力法计算：同时计入支座间相对位移产生的附加内力。对刚性连接于楼板上的设备，当与楼层并为一个质点参与整个结构的计算分析时，则不必另外用楼面谱进行其地震作用计算。

3 规范中存在的问题

由前面关于两个规范的叙述内容可知，《抗震规范》和《电力抗震规范》分别对建筑物和电气设备的抗震设计作了较详细的规定，《抗震规范》主要侧重的是建筑物的抗震问题，而《电力抗震规范》侧重的是建筑物内的电气设备。如果单独对建筑物或电气设备进行抗震设计，分别参照相应的规范即可；如果要同时考虑二者的抗震设计，则这两个规范均未给出有效的方法。

针对这种情况，由于研究目标是建筑物和电气设备的双重保护，而上两个规范均未有这方面的规定，因此在保证满足规范规定的前提下，笔者认为把二者有机结合起来的新方法更有价值。

4 笔者建议的综合设计方法

由于隔震技术还未在变电建筑物中有所应用，考虑到隔震方法在电力设施中的应用还不成熟、它的可操作性不强，因此在计算假定时，把隔震层设在底层楼面与地下室柱顶之间，对整个上部结构（包括其内部的电气设备）进行隔震计算；地下室仍按传统的抗震方法设计。

由于户内式变电建筑物中电气设备的自重较大，超过了所在楼层重力的10%（有时甚至更多）。并且电气设备与楼板的连接采用螺栓连接，非常牢固，可看作刚性连接。因此，把底层楼面上放置的电气设备荷载按静力等效的原则进行简化是切实可行的，这种简化之后得到的近似解可以满足计算精度的要求。

为防止电气设备在隔震后与结构主体发生共振，把主要设备层的楼面反应谱与结构的地震反应谱相比较，只要设备层楼面反应谱的峰值与结构地震反应谱的峰值错开，尽可能避免两者发生共振，则可有效的实现既保护了建筑物又保护了电气设备，达到双重保护的目的。

5 结束语

总之，在现代社会中，电力关系到人类社会的各个方面，是现代社会最重要的能源支持。一旦失去了电力，不仅会给人们的日常生活造成各种不便，给社会生活造成很大的影响，给人们造成严重的经济损失，影响整个社会和国民经济的发展。因此，对于电力系统的安全正常运行是各个国家都非常关注的问题。

【参考文献】

[1]郭英民.常规110kV变电站的抗震设计[J].河北电力技术，19（3），2000：49-52.

第3篇

关键词：建筑结构；计算机辅助设计；概念设计；抗震；延性

中图分类号：TU3 文献标识码：A文章编号：

1 建筑结构抗震概念设计的含义

建筑结构的抗震概念设计是指在进行结构抗震设计时，根据地震灾害和工程经验等所形成的基本设计原则和设计思想，从概念上，特别是从结构总体上考虑抗震的工程决策，即正确地解决总体方案、材料使用和细部构造，以达到合理抗震设计的目的。

2 结构抗震概念设计的重要性

2.1概念设计是解决地震不确定性的好方法

地震给人类社会带来的破坏是不可抗拒的，人类只能被动防御。然而我们对地震破坏机理还不十分清楚,对地震的破坏现象也只是停留在感性认识阶段,建筑物抗震计算的原理只是一种近似方法，却不能代表建筑本身在地震中的真实反应。概念设计的思想不妨是个解决这个问题的好方法。据报道北京国家大剧院由安德鲁做概念设计，所有的结构设计、施工图设计都是由北京市建筑设计院完成，安德鲁只是提供了一个设计概念，竟然得了总造价的11%(达数亿元)，可见概念设计的重要性。在计算机辅助设计软件日益傻瓜化的今天，一个普遍存在的状况是设计人员越来越多地依赖计算软件，忽略概念设计，缺乏对计算结果的合理分析、判断，对复杂结构很容易产生设计缺陷，造成结构安全隐患。地震是一种随机振动，有着难以把握的复杂性和不确定性，要准确地预测建筑物遭遇地震的特性和参数，尚难以做到。在建筑抗震理论未达到科学严密的今天，单靠计算很难使建筑具备良好的抗震能力。因此，结构工程师必须重视建筑总体抗震能力的概念设计。

2.2概念设计是工程师进行结构设计创新的原则和方法

概念设计是展现先进设计思想的关键，一个结构工程师的主要任务就是在特定的建筑空间中用整体的概念来完成结构总体方案的设计，并能有意识地处理构件与结构、结构与结构的关系。一般认为，概念设计做得好的结构工程师，随着他的不懈追求，其结构概念将随年龄与实践的增长而越来越丰富，设计成果也越来越创新、完善。遗憾的是，社会分工的细化，使得部分结构工程师只会依赖规范、设计手册、计算机程序做习惯性传统设计，缺乏创新，更不愿（或不敢）创新，有的甚至拒绝对新技术、新工艺的采纳（害怕承担创新的责任）。部分工程师在一体化计算机结构程序设计全面应用的今天，对计算机结果明显不合理、甚至错误不能及时发现。随着年龄的增长，导致他们在学校学的那些孤立的概念被逐渐忘却，更谈不上设计成果的不断创新。

2.3计算理论与实际受力的差别使得概念设计成为结构抗震的重要途径

概念设计的重要，主要是因为现行的结构设计理论与计算理论存在许多缺陷或不可计算性，比如对混凝土结构设计，内力计算是基于弹性理论的计算方法，而截面设计却是基于塑性理论的极限状态设计方法，这一矛盾使设计结果与结构的实际受力状态差之甚远，为了弥补这类计算理论的缺陷，或者实现对实际存在的大量无法计算的结构构件的设计，都需要优秀的概念设计与结构措施来满足结构设计的目的。同时计算机计算结果的高精度特点，往往给结构设计人员带来对结构工作性能的误解，结构工程师只有加强结构概念的培养，才能比较客观、真实地理解结构的工作性能。

2.4概念设计在初步设计中的重要性

概念设计之所以重要，还在于在方案设计阶段，初步设计过程是不能借助于计算机来实现的。这就需要结构工程师综合运用其掌握的结构概念，选择效果最好、造价最低的结构方案，为此，需要工程师不断地丰富自己的结构概念，深入、深刻了解各类结构的性能，并能有意识地、灵活地运用它们。概念设计在设计人员中提得比较多，但往往被人们片面地理解，认为其主要是用于一些大的原则，如确定结构方案、结构布置等。其实在设计中任何地方都离不开科学的概念作指导。计算机技术的迅猛发展，为结构设计提供了快速、准确的设计计算工具，但不可迷信电脑，应做电脑的主人。而人的设计，就是概念设计。有很多设计存在诸多缺陷，主要原因就是在总体方案和构造措施上未采用正确的构思，即未进行概念设计所致。

3 抗震概念设计的基本内容

3.1建筑设计应重视建筑结构的规则性。

建筑结构的规则性对抗震能力重要影响的认识始自若干现代建筑在地震中的表现。最为典型的例子是1972年2月23日南美洲的马那瓜地震。马那瓜有相距不远的两幢高层建筑，一幢为十五层高的中央银行大厦，另一幢为18层高的美洲银行大厦。当地地震烈度估计为8度。一幢破坏严重，震后拆除；另一幢轻微损坏，稍加修理便恢复使用。研究发现破坏较轻的建筑平、立、剖均较规则、对称；结构侧向刚度、材料强度和质量的分布也较均匀、连续，而另一栋建筑则恰恰相反，导致产生严重扭转、抗剪不足等而破坏严重。

3.2合理选择建筑的结构体系。

抗震结构体系是抗震设计应考虑的关键问题，结构方案的选取是否合理，对安全性和经济性起决定性作用。

3.2.1结构体系应具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径。要求结构体系受力明确、传力合理、传力路线不间断、抗震分析与实际表现相符合。

3.2.2应避免因部分结构或构件破坏而导致整个结构丧失抗震能力或对重力荷载的承载能力。抗震设计的一个重要原则是结构应有必要的赘余度和内力重分配的功能。诸多震后实例均印证了它的重要性，设计时要引起足够重视。

3.2.3结构体系应具备必要的承载能力，良好的变形能力和消耗地震能量的能力。足够的承载力和变形能力是需要同时满足的。有较高的承载能力而缺少较大变形能力，如不加约束的砌体结构，很容易引起脆性破坏而倒塌。必要的承载能力和良好的变形能力的结合便是结构在地震作用下具有的耗能能力。

3.3提高结构构件的延性。

结构的变形能力取决于组成结构的构件及其连接的延性水平。规范对各类结构采取的抗震措施，基本上是提高各类结构构件的延性水平。这些抗震措施如：采用水平向（圈梁）和竖向（构造柱、芯柱）混凝土构件，加强对砌体结构的约束，或采用配筋砌体；使砌体在发生裂缝后不致坍塌和散落，地震时不致丧失对重力荷载的承载能力；避免混凝土结构的脆性破坏（包括混凝土压碎、构件剪切破坏、钢筋同混凝土粘结破坏）先于钢筋的屈服；避免钢结构构件的整体和局部失稳，保证节点焊接部位（焊缝和母材）在地震时不致开裂等等。

3.4抗震设计要注重非结构构件的设计。

非结构构件包括建筑非结构构件和建筑附属机电设备，自身及其与结构主体的连接，应进行抗震设计。结合相关震后资料，启示如下：（1）附着于楼、屋面结构上的非结构构件，应与主体结构有可靠的连接或锚固，避免地震时倒塌伤人或砸坏重要设备；（2）围护墙和隔墙应考虑对结构抗震的不利影响，避免不合理设置而导致主体结构的破坏；（3）幕墙、装饰贴面与主体结构应有可靠连接，避免地震时脱落伤人；（4）安装在建筑上的附属机械、电气设备系统的支座和连接应符合地震时使用功能的要求，且不应导致相关部件损坏。

4 结语

汶川大地震后，国家对《建筑抗震设计规范》重新进行了修定，并于2010年12月1日正式实施。不难看出新的规范对于抗震概念设计提出了更高的要求。概念设计是解决计算近似性的有效途径，因此必须加强结构设计人员对抗震概念设计重要性的认识，使之成为广大设计人员在工程设计中自觉遵守的原则。只有时刻把握这个原则才能更加科学、严谨的为建筑抗震把好关，才能从根本上提高建筑抗震性能。

参考文献：

[1]GB50011-2010，建筑抗震设计规范[M].北京：中国建筑工业出版社，2010.

第4篇

关键词：底部框架；抗震墙砌体房屋；抗震设计；计算要点

Abstract: the bottom frame shear wall masonry building of multistory masonry buildings is a special form in our country; it is a special structural form. Analysis of the improvement of the overall housing anti-seismic ability calculation is very important to doing well this kind of building seismic design.

Key words: bottom frame; shear wall masonry buildings; seismic design; calculation;

中图分类号：TU22文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）

1、前言

对城镇临街建筑及居民小区建筑，经常要考虑到商业经营和办公的需要，做成底层框架－抗震墙、上部多层砌体房屋，它的优点在于房屋的底部可提供较大较灵活的空间做商业，在上部可盖空间规整、不露柱子，造价低廉的砖混住宅。其结构特点是在结构竖向体系、结构材料体系、结构刚度等多方面，在竖向存在突变，是一种抗震不利的结构体系，本来应该避免采用。但随着对此类结构研究的深入，发现只要合理的设计此种结构，还是能达到一定抗震性能的。

2、底部框架－抗震墙房屋的震害及其分析

底部框架－抗震墙房屋是由底层或底部两层为框架－抗震墙，上部为多层砖混结构构成。这类结构的底层或底部两层具有一定的抗侧力刚度和一定承载能力、变形能力以及耗能能力；上部多层砖房具有较大的抗侧力刚度和一定的承载能力，但变形和耗能能力相对较差。这类结构的整体抗震能力既决定于底部和上部各自的抗震能力，又决定于底部和上部的抗侧力刚度和抗震能力的相互匹配程度，也就是不能存在特别薄弱的楼层。震害调查和试验研究表明，当底层无抗震墙或抗震墙数量较少时，底部框架－抗震墙房屋的震害集中在底层框架部分，且墙比柱重，柱比梁重。

3、底部框架―抗震墙部分地震剪力的分配

水平地震剪力要根据对应的框架―抗震墙结构中各构件的侧向刚度比例，并考虑塑性内力重分布来分配，使其符合多道防线的设计原则。

3.1抗震墙

底部框架―抗震墙侧向刚度中，钢筋混凝土占有相当的比例。从控制底部设置一定数量的抗震墙和底部的二道防线的设计原则考虑，抗震墙作为第一道防线，底部的横向和纵向地震剪力的设计值应该全部由该方向的抗震承担。地震剪力按各地震墙的侧向刚度比例进行分配

3.2框架

在地震作用下，底部抗震墙开裂，抗震墙开裂后将产生塑性内力重分布。底部框架作为第二道防线，其抗震性能如何，对底部框架―抗震墙砌体房屋的整体抗震能力起着很重要的作用。因此，底部框架承担的地震剪力设计值，可按底部框架和抗震墙的有效侧向刚度比例进行分配。有效侧向刚度的取值，框架刚度不折减，钢筋混凝土抗震墙可乘以折减系数0.3，砖墙可乘以折减系数0.2。

4、底部框架托墙梁计算

底部框架托墙梁的受力状态是非常复杂的。通过空间有限元分析方法对该项内容进行的大量计算分析工作，总结了底部框架―抗震墙砌体房屋底部框架托墙梁承担竖向荷载的特点和规律。分析表明，底层框架―抗震墙砌体房屋第一层的框架托墙梁和底部两层框架―抗震墙砌体房屋第二层的框架托墙梁承担竖向荷载的特点和规律是相同的。在不考虑上部墙体开裂的前提下，底部框架―抗震墙砌体房屋的上部砌体墙未开洞时，对于其下部框架托墙梁的墙梁作用是较为明显的。

4.1 影响底部框架托墙梁承担竖向荷载的主要因素

（1）上部砌体部分墙上开洞情况（如跨中开门洞和跨端开门洞等）。

（2）上部砌体部分墙中构造柱、圈梁设置情况（如内纵墙与横墙交接处设置构造柱的不同情况及圈梁的截面尺寸等）。

（3）上部砌体部分层数

（4）底部框架跨数

4.2底部框架托墙梁内力计算的基本原则

在静力设计时，两端有框架柱落地的托墙梁及其上部的砌体墙可作为墙梁进行计算。抗震设计时，考虑到实际地震作用与实验室条件的差异，“大震”时梁上墙体严重开裂，若拉结不良则出平面倒塌，震害十分严重，托墙梁与非抗震的墙梁受力状态有所差异，当按静力的方法考虑有框架柱落地的托梁与上部墙体组合作用时，若计算系数不变会导致不安全，需要依据开裂的程度调整计算参数。

5、底部框架－抗震墙房屋设计的注意事项

5.1 结构布置

底部框架－抗震墙房屋的层数和总高度的限制；房屋抗震横墙的间距限制，该项限制主要是为了满足楼盖对传递水平地震力所需的刚度要求，防止楼板平面出现过大的变形而不能使各层的地震作用传到抗震横墙上。上部砌体抗震墙与底部的框架梁或抗震墙应对齐或基本对齐；房屋的底部，应沿纵横两方向设置一定数量的抗震墙，并应均匀对称布置或基本均匀对称布置。底部框架－抗震墙房屋的框架和抗震墙的抗震等级，6、7、8度可分别按三、二、一级采用。

5.2计算要点

层刚度比的控制，底层框架－抗震墙房屋的纵横两个方向，第二层与底层侧向刚度的比值，6、7度时不应大于2.5，8度时不应大于2.0，且均不应小于1.0。控制侧向刚度比，是为了使底部框架－抗震墙砖房的弹性位移反应较为均匀，减少在强烈地震作用下的弹塑性变形集中，从而提高整个房屋的整体抗震能力，防止底部结构出现过大的侧移而导致建筑物严重破坏。另外,侧向刚度比也不应小于1.0，即底层的纵、横向抗震墙也不应设置的过多，避免底层过强将薄弱层转移到上部的过渡层。在设计的过程中，设计人员按规范要求设置抗震墙后，过渡层与其下相邻层的刚度比的上限一般较容易满足，但下限“均不小于1.0”的要求很难满足。这一现象在底部密柱、层高较低时表现得尤为突出。碰到这种情况，有以下方法处理：减少底部抗震墙的数量；在上层墙体结构中增加构造柱（在墙体中部）；将部分剪力墙延伸到过渡层。

6.结合一工程实例就利用软件计算中需要注意的问题

6.1 底层剪力墙的布置和计算

（1）剪力墙的布置应“均匀、对称、周边、分散”。对此，《抗震规范》对此有详细的叙述，除以上原则外，剪力墙的布置还要考虑上面几层的质心位置，使底层纵横向的刚心尽可能与整栋房屋的质心重合。

（2）低矮剪力墙的避免

规范规定：高宽比小于1时，可以仅计算剪切变形；高宽比不大于4且不小于1时，应同时计算弯曲和剪切变形。高宽比大于4时，等效侧向刚度不考虑。高宽比小于1时，称为低矮剪力墙，它的变形和耗能能力很差，破坏形式为剪切破坏（脆性破坏）。所以工程中应避免使用，或者应利用结构缝将其分开。

（3）剪力墙开洞口

底部框架―抗震墙房屋进行设计时，所布置的抗震墙既要满足侧移刚度比限值的要求，又要满足承载力计算的要求。经常遇到承载力验算不满足，增加抗震墙的数量或厚度，满足了承载力验算的要求，但侧移刚度比限值又不满足了的问题，解决的办法主要是设置结构洞口，即采用在钢筋混凝土抗震墙上设置洞口并采用轻质砌块材料填实的方法，将抗震墙的刚度降低，在满足承载力验算的要求的同时符合侧移刚度比限值的要求。

6.2 底框托梁上的荷载及设计

因底框托梁承受上部房屋墙体及楼面的荷载较大，如何处理上部荷载对托梁的设计影响成为关键问题。目前，PKPM软件仅提供了三种方法：

（1）全部作为均布荷载作用，此时用户输入的上部荷载折减系数为1.0；

（2）近似地将部分荷载作为均布荷载，其余作为集中荷载作用到柱子上。此时用户输入的荷载折减系数小于1.0；

（3）规范方法，即考虑墙梁组合作用对托梁进行计算。实际设计中，一般采用如下规定：当抗震设防烈度为8度及以上时，上部荷载不折减，采用方法1，托梁配筋与普通梁一样按受弯构件计算；当设防烈度为6、7度时，上部荷载可以考虑折减系数。当输入的折减系数不宜太小，一般可输入0.7～0.9，但不应少于四层荷载值。

7、结语

底部框架－抗震墙结构作为一种经济有效的结构形式，适应我国当前经济发展的需要。尽管其抗震性能不是很好，但只要设计人员严格按照规范和人们的实践和试验经验进行设计，完全能够满足人们的需要。

参考文献：

陈岱林等，砌体结构CAD原理及疑难问题解答，中国建筑工业出版社，2004；

高小旺等，建筑抗震设计规范理解与应用，中国建筑工业出版社，2002；

中华人民共和国国家标准，建筑抗震设计规范GB50011－2010；

中华人民共和国国家标准，砌体结构设计规范GB50003－2001；

第5篇

关键词：新抗震规范；发电厂主厂房；土建结构设计；应用分析

中图分类号：TM62文献标识码： A

引 言

自2010年国家对新规范进行修改以来，土建结构设计面临着许多新的挑战，众多专家也迫切的需要对电力土建技术进行研究和开发。通过对旧规范进行修订，也标志着国内的土建标准正在逐渐开始拉近与世界先进的规范标准之间的距离。施工技术和土建设计需要满足大容量机组火电厂更加严格、更新、更高的需求。其修改过程对国际惯例以及国际的发展趋势进行了参照，修改后涵盖内容更广，安全水平更高。尤其是对执行强制性条文的把握上十分明显。新版行业标准的修订会遵循新抗震规范允许对行业有特殊要求的工业建筑按专门行业规定执行这一原则，并根据一些在电厂使用的特殊设计工艺，对一些条文的修改会与国家的抗震规范条文有所区别，但是要严格执行涉及到结构安全的重要强制性标准，并且有针对性的制定相关的规定限制。新规范中新增了结构抗震分析、抗震变形验算、楼层地震剪力控制和不规则建筑结构的概念设计等的相关规定，并对抗震措施设计要求进行了改进。针对诸如大容量、高参数机组厂房此类的电厂主厂房排架结构复杂的结构体系在改进过程中新出现的问题，为确保结构设计能够达到规定的安全标准，需要深入的对抗震设计理论进行研究。

1 结构概念设计原则

概念设计是在进行结构设计的同时，将厂房的结构总体地震反应放在考虑的第一位，然后根据结构的破坏过程以及破坏机制对地震设计准则进行灵活地运用。新抗震规范中新增对结构概念设计的强制性要求，并且对限制指标进行了具体要求，使严重不规则、特别不规则以及不规则程度的区分标准更加明确。根据这一衡量标准，应根据竖向和平面不规则、荷载不均匀分布等框排架结构在电厂主厂房实际应用过程中存在的一些超标情况，提出与之相对应的条件对其进行限值。设计人员在对结构进行设计时，需要对优化结构布置有足够的重视，在尽可能对工艺设计要求进行满足的同时，要对布置进行调整，为满足结构布置比较规则的要求，要对断面、层高进行优化，并对结构构件以及抗侧力构件进行均匀布置，最大程度地使结构布置中存在错层、短柱和薄弱层的现象得到减少或避免。所以在规定中还需要限值下列几个方面：

（1）若框架在由于工艺布置受到限值的情况下而使用错层结构，则对其采取的抗震措施需要严格进行。同时在 8、9 度区以及 7 度Ⅲ、Ⅳ类场地时，不应将错层结构用在该钢筋混凝土框架相邻跨上。

（2）宜在楼层或接近楼层的地方布置行车荷载作用点。

（3）钢梁与混凝土楼板之间应在结构分析需要考虑到楼板的刚度并且楼板梁采用钢梁时有可靠的连接。

（4）宜在楼层处梁高范围内布置框架与排架跨的联结点。在 8、9 度区以及7度Ⅲ、Ⅳ类场地时，不应在层间设置。

（5）应力求在沿竖直方向布置各层框架梁的过程中使各层间刚度的差异尽可能的减少，以防止薄弱层的形成。

（6）宜考虑将水平支撑设置在相邻的楼层或尽可能地让其他料斗或者煤仓的重心与支承点所在的楼层处靠近，以让地震作用得到传递，并且应使相应的楼层在水平方向具有足够的刚度。

2 发电厂合理的支撑布置形式

一般采用钢框架一中心支撑体系或者混凝土框架一抗震强墙（支撑）体系搭建高烈度区大机组发电厂的主厂房，有支撑结构承担地震引起的水平荷载。由于为了配合工作量的减少以及工艺布置的要求，结构往往被工艺专业要求将支撑布置减少甚至对布置于厂房两端的支撑进行严格限制。这样会造成地震作用因主厂房的支撑过于集中的布置而集中于某几个支座上。从实际上来讲，如果能够均匀的沿着纵向对支撑进行布置，虽然主厂房的总地震反应会增大、刚度会增大，但是支座反力在地震作用下却会减小得十分明显。对支撑进行合理的布置，能够使整体承载能力以及整体结构刚度分布得更加均匀，使刚度在各轴线侧向之间相互接近。对结构动力特性的差异在两个主轴方向的差异进行减小，并对汽机厂房外侧柱列的纵向刚度进行加强：宜在荷载较大的柱间布置支撑，对上下贯通。结构自振周期会随着整体结构的刚度的增加而减少，同时也会增大结构的地震反应。在不改变支撑在钢框架一支体系中的布置方式以及数量的情况下，若要使地震反应得到减小，可通过对支撑截面面积进行减小以让结构的刚度得到减少的方式来解决。所以并不是支撑的截面越大抗震反应越好，如果要既具有一定的经济性又能够满足结构安全，就需要通过精确的计算要求进行合理的选择。

3 抗震构造的改进

因为工艺对发电厂主厂房有很高的要求，同时各个厂房都具有其本身独特的优缺点导致结构整体较为复杂，导致主厂房的开间尺寸、荷载以及结构跨度较大，由此也就增大了与之相应的梁柱的断面。这就使电厂主厂房比民用建筑在抗震规范条文的执行上要困难许多，并且有时在执行过程中也不是十分适合实际情况。结合一系列的试验分析以及震骇的经验，并采取措施对一些相对薄弱的环节进行了加强。平面布置在主厂房中要力求有规则、整齐合理、简单、质量和刚度均匀对称、受力明确。应在局刚度中心比较近的位置设置质量大的设备，不适合在结构单元的边缘布置质量大的跨间，较长的悬臂结构要尽量减少使用，并且较重的设备不适合布置在悬臂结构上。

（1）新型技术以及新型材料的使用，有相对充裕的资金投入到新建建筑当中，在重要的设备以及重要的结构中，韧性、可焊性以及延性较好的专用钢筋应被优先使用到钢筋混凝土当中。布置工艺应与主厂房的竖向布置紧密结合起来，并尽可能低位布置相关的设备。并且为了就爱你各地主厂房的重心和高度，要对结构的自重以及工艺荷载进行适当的降低。要才采用减少厂区挖方的阶梯式布置形式，并对地形进行充分的利用，对厂区进行竖向布置。

（2）只有厂房的整体性得到了保证才能够让结构在经过大震之后不倒不塌，这就需要对支撑体系进行加强。首先要保证有齐备的支撑系统，使天窗架以及支撑柱间的抗震能力同时得到加强。其次屋面板的连续整体性也需要得到保证。

（3）应在设计中采用质量较轻的轻质墙板作为主厂房的围护，若砌体维护必须使用，则要加强在原有规范基础上的连接构造措施。

（4）在对汽机房屋面板的设计过程中，三个点焊接也十分重要，要减小端柱间的相对变形，并对端柱间的整体刚度进行加强，同时对该类型面板的焊接构造也要十分明确。

（5）建筑物的平面布置力求方正简洁，一些曲折凹凸的变化要尽量避免，空间和平面刚度要尽可能的保证均匀，尽量让刚度中心与房屋的质量中心接近或留有一定的重合。

4 结束语

综上，通过对发电厂主厂房土建结构进行一系列的抗震改造，相较于以前已经有了相当的进步，通过对一系列的理论的分析以及研究，大机组厂房面临的新问题都得到了进一步的解决，抗震措施已经变得经济有效。对设计标准的制定来讲，对比新老规范，并开展具有代表性的实验会让其可行性得到显著的提高。从行业发展的现状进行预测和判断，未来主厂房设计的基本规定将是三维空间分析，钢结构在主厂房中的应用将更加广泛，在高地震区尤为显著。

参考文献

[1]康灵果．大型火力发电厂少墙型钢混凝土框架主厂房抗震性能试验与设计方法研究．西安建筑科技大学．2009．

[2]中华人民共和国国家标准《．建筑抗震设计规范）GB50011-2010．

第6篇

关键词：电力建筑；高架电气装置；防震

中图分类号：TU文献标识码：A文章编号：1672-3198（2008）05-0337-02

1 高架电气防震装置研究的意义

强烈的地震给世界各国人民造成了巨大的灾害，地震中大量建筑物的破坏与倒塌，是造成地震灾害的直接原因，结构的抗震设计是结构工程领域的重要课题。在震害调查分析中发现，建筑物即使按照传统的抗震设计方法进行设计也有倒塌的现象，因此为了保证重要建筑的安全，结构工程师们转向对新的抗震设计方法即结构控制的研究。通过在结构上设置控制机构，由控制机构和结构共同控制抵御地震动等动力荷载，使结构的动力反应减小，从而有效地减轻地震灾害。同时随着国家经济的发展，变电站工程建筑形式要求越来越复杂-平面上不规则，立面上也不规则，而且需要在楼板上竖向布置电缆，对结构局部刚度有所削弱，同时需要较大的内部空间，水平刚度较小。在地震作用下，这些结构将发生较大的扭转，加重这些建筑的破坏，因此制约着结构建筑形式的多样化发展，对变电站工程中建筑的扭转响应控制迫在眉睫。

电力系统是生命线工程的重要组成部分。在地震中，电力系统一旦发生破坏，可能造成震区及周边地区的大面积停电，严重影响救灾及震后的重建工作。高压电气设备在地震时是应该首要保护的，而其中尤以高架电气设备最为重要，相比其他电气设备，高架电气设备由于位置较高，动力响应较大，容易破坏，一旦震坏则更难修复及更换，也是震后难以通电运行的关键所在。而现在对于电气设备的抗震在实际设计时考虑的较少，主要是由于设计人员认为电气设备生产厂家已经考虑了设备的抗震，故在设计时未考虑设备的抗震。从历次震害调查发现，高架电气设备没有像设计人员想象的那么安全，很多高架电气设备遭到严重的破坏，因此对于高架电气设备抗震研究迫在眉睫。

2 新型高架电气隔震装置

对于高架电气设备的隔震不但要使隔震层的水平刚度小，最重要的是隔震装置要能抵抗大震下的产生的倾覆力矩，然而普通的橡胶隔震装置不能抵抗大震下在隔震层产生的倾覆力矩，因此普通的橡胶隔震装置不适合应用于高架电气设备的隔震控制，必须开发新的隔震装置对其进行隔震。由高架电气设备对隔震装置的力学性能要求可知，隔震装置必须能够承受大震下电气设备对其产生的拉力，而且必须水平向的刚度较小。装置在水平向的刚度较小，而竖向的刚度较大，能够提供较大的拉力。装置的钢材主要采用Q235钢材，以保证水平向刚度较小，而且该装置材料造价较低，材料可以就地取材，因此比较容易实现。

3 330KV电压互感器隔震设计

3.1 工程概况

该项目来源于某高烈度地区的新建330kV变电站工程，根据《建筑抗震设防分类标准》和《建筑抗震设计规范》 (GB50011-2001)，设防烈度8度(0.309)。场地类别II类，设计分组第一组，场地特征周期取 Tg=0.35秒，不考虑近场影响。设计目标减小电气设备的水平向地震加速度及设备顶点与底面的相对位移。隔震支座设置在支架顶部，将330KV电压互感器与支架隔开，以达到隔离地震能量、减小电压互感器水平地震作用的目的。330KV电压互感器隔震设计如图1所示：

图1 互感器隔震设计图

3.2 材料属性

对于上部结构330KV电压互感器由瓷套组成，下部支架由钢材组成，各材料的属性表1所示：

3.3 隔震装置刚度确定

采用有限元分析软件SAP200建立隔震装置的有限元模型，通过计算分析小震下隔震层x向Y向水平刚度1.61×106N/m，大震下隔震层装置的部分屈服，故考虑刚度的退化，取小震时刚度的0.2倍。

3.4 计算分析与构造措施

利用时程分析法，对该结构选用三条实际地震记录和一组人工模拟加速度时程曲线，分别选取El-Centro波、Kobe波、波、Taft和所拟合的人工模拟地震波(兰州波)。对该工程进行了分析，加速度峰值取为:多遇110.0cm/s2，罕遇510.0 cm/s2，对结构分别进行不隔震、隔震小震、隔震大震情况下计算。

（1）结构基本周期：

（2）隔震支座最大压力：

考虑竖向地震作用，取构件重力荷载代表值的20%，隔震支座的压力设计值由1.2×永久荷载标准值+0.2×构件重力荷载代表值求得。计算结果表明，隔震支座最大压力设计值小于隔震装置竖向承载压力。

（3）隔震效率：定义隔震效率为=隔震后设备顶点最大加速度/隔震前设备顶点最大加速度，计算结果见表3

（4）罕遇地震时隔震支座验算：

①隔震层在罕遇地震作用下隔震层水平剪力标准值平均为8.9lKN，设计值11.58KN。小于4个M18螺栓的剪力承载力设计值。

②隔震支座在罕遇地震作用下隔震层的弯矩标准值平均为25.03KN.m，螺栓的拉力设计值为25.73KN，小于螺栓容许拉力值。

③隔震装置A构件的拉力设计值为25.73KN，小于竖向容许拉力值为。

④隔震支座在罕遇地震作用下平均最大位移为2.89cm。

（5）隔震支座以上结构设计：

隔震层以上结构应采取不阻碍隔震层在罕遇地震下发生较大变形的措施。上部结构及隔震层部件应与周围固定物脱开，与水平方向固定物的脱开距离。

（6）隔震支座以下支架结构设计：

隔震层以下结构的强度、刚度、稳定性对上部结构安全至关重要，应务必使该部分结构具有较大的安全储备。根据抗震规范GB500II-2001要求，隔震层以下结构的地震作用和抗震验算，应按罕遇地震作用下内力组合进行验算。水平剪力Vi为11.58KN、轴力N为ZI.87KN，弯矩为上部结构在罕遇地震作用下产生的弯矩+Vi H，H为支架柱高。

参考文献

［1］周锡元，阎维明，杨润林.建筑结构的减震、减振和振动控制.建筑结构学报，2002，23(2):2-12.

［2］李宏男，阎石，林皋.智能结构控制发展综述.地震工程与工程振动，1999，19(2):29-36.

第7篇

【关键词】变电站建设；土建工程；技术；控制

从工程建设角度来看，土建工程是变电站建设中必不可少的重要环节。而起土建工程涉及到土建、给排水、采暖通风、电气设备安装专业等，它是电气安装工程的前提基础，其施工质量会直接影响到整个工程的质量和效益。因此，研究变电站土建工程建设中的关键技术是一项赋有现实意义的课题。

1、土建工程主建筑结构的抗震技术

对于土建工程而言，由于主建筑结构的安全性与耐久性设计是尤为重要的。因此，这涉及到主建筑结构抗震问题。要确保土建工程中主建筑结构的良好抗震性能，为此要做好以下几方面的工作：

(1)选址的科学性：建筑物的抗震能力与场地条件有密切的关系，场地条件包括地质构造，地基土质和地形，对建筑物震害有着明显的影响，变电站建筑物如建在地震断裂带及其附近，地震时最易倒塌，因此，选址时应避开地震带。

（2）结构选型：应根据建筑物的基本条件来决定，合理的结构选型，可加强结构的整体刚度。同时，增强结构构造连接，是减轻地震灾害，提高抗震能力的前提条件。结构选型应有明确的计算简图和合理的传力途径，结构内力分析应符合建筑物的实际情况，结构体系应有多道防线，应具有必要的强度和良好的变形能力，避免因部分构件失效而导致整个结构的破坏。

（3）施工组织技术：在正确选择站址和地基基础按抗震设计的基础上，施工质量成为结构抗震的重要环节。目前施工质量存在问题是多方面的，有的施工单位抗震意识缺乏，对工程质量要求不严，设计意图不能落实，不按规程施工，偷工减料，给工程质量带来隐患，因此需要加强施工监督机制，完善施工质量体系，提高施工队伍的素质和质量意识。

2、土建工程的地基处理技术

对于变电站土建工程而言，地基处理技术尤为重要，因为基础打得牢固与否，处理是否科学合理，直接影响到后期的其他变电站工程建设。而土建工程的地基处理，主要包括以下三方面：

（1）建筑基础的处理：在设计前一般会对整个站址进行地质勘察，设计过程中要选择其适合的基础形式。变电站的建筑物基础形式有两种：即独立基础和条形基础。在施工过程中，如果出现基坑（槽）挖至设计标高明地的问题，就要对基底土质采取触探实验的处理措施，如果实验结果显示地基承载力达到设计要求时，则可进入下一道工序。若实验结果显示地基承载力达不到设计要求时就要采取相关处理措施：①片石垫层：若出现的情况是该处基础填土区域填土不深时，可用M10水泥砂浆和片石砌筑至设计标高，且开挖至符合设计要求的持力层；②扩大基础的底面积处理方法，此处理方法是针对当地基承载力与设计要求相关不大时的情况；③挤密桩处理技术，该法是针对于基础部处于软弱土层且无法判断该土层厚度时的情况。

（2）围墙基础的处理技术：围墙分布在变电站的四周，挖土区的围墙基础一般不会出现什么问题，如果填土区填土厚度不大时，设计时围墙可砌在挡土墙上，这样可节约用地。情况相反时，即填土厚度较大时，这对挡土墙设计和工艺要求，却相对要高，无疑这会增大工程造价。建议设计时采用自然放坡的处理形式，在坡底砌筑不高的挡土墙，一般不宜砌在挡土墙上，这是为了整个围墙的美学效果考虑，处理方法可砌在填土区域，可用桩基础或地基梁。

（3）变压器等基础的处理技术：变压器、构支架基础都属于独立基础，不同的是其上部的设备和管线都是相连的，据此，设计处理时有必要将其沉降控制在允许范围内，其沉降控制范围要根据规范要求进行调控。如果出现基础不良地基，建议采取片石垫层或其它有效的处理技术；而如果出现大部分构支架基础处理较深的填土无时，建议用桩基础处理技术。

3、土建设计中的防火防噪技术

建筑防火防噪问题，也是变电站土建工程建设需考虑的重点内容。为此也需要采取相应的技术措施与方法：

（1）土建设计中的防火：就变电站建筑物而言，国家电力防火规范规定最低耐火等级为二级，火灾危险性类别主控制室和继电器室为戊类，配电室为丙或丁类；建筑物的屋面应采用非燃烧体。主控制室、继电器室、微波载波机房的墙面可采用较高等级的难然烧材料及自熄型饰面材料，隔墙、顶棚宜采用非燃烧材料。同时，建筑物安全疏散出口数量设置、防火门等级要求及其开启方向等方面的设计均应满足规范要求，且在建筑物内还需配置一定数量的消防器材。变电站的火灾事故绝大部分是由电气设备特别是带油设备所引起的，这类火灾用水扑救的作用不大。电缆是容易燃烧引起火灾的物体，在站内其分布较广，采用固定灭火设施来应对由电缆起火引起的火灾不太经济，也不现实。所以，电缆消防应采用的主要措施是分隔及阻燃。变压器是变电站内最重要的设备，防火要求更高，应在设计中加以重视。国家规范规定，主变压器对主要生产建（构）筑物及屋外配电装置最小防火安全距离要求不得小于10m。设计人员在设计过程中要严格检查主变压器之间、主变压器与其他充油设备以及主变压器与建筑物之间的距离，当防火净距小于规范要求时，就应在设置防火隔墙，同时防火墙的耐火极限需达到《火力发电厂与变电所设计防火规范》规定的具体时限。

（2）土建设计中的防噪：变电站内的电气设备在运行过程中会产生较大的噪音，会影响附近居民的生活。在变电站土建设计时要考虑到这一点，合理地规划布局，优化通风设计，减少噪声污染。因此，变电站选址时，在满足供电规划的前提下，可首先考虑把变电站建在背景噪声比较大、或对噪声可以起到缓冲作用的区域；其次是优化变电站的通风设计，在进风口设置消音设备，降低噪声污染。

4、结束语

综上所述，变电站土建工程建设是电气安装工程的前提与基础，其建设质量直接影响到变电站的正常运行与维护。因此，对土建工程的建设过程对工程容不得半点马虎，在施工过程中必须对各关键技术加以严格的控制，进而提高工程建设质量，从而实现保证电网建设的高效和安全。

参考文献

[1] 黄海.浅析110kV户外变电站土建设计[J].科技资讯.2009(19).

[2] 巫尚吉.变电站土建设计中有关防火的问题[J].企业科技与发展.2008(20).

[3] 王发恕.对变电站中电气安装质量的探讨[J].广东科技.2012(07).

第8篇

关键词：变电站建设 土建工程 技术

从工程建设角度来看，土建工程是变电站建设中必不可少的重要环节。而起土建工程涉及到土建、给排水、采暖通风、电气设备安装专业等，它是电气安装工程的前提基础，其施工质量会直接影响到整个工程的质量和效益。因此，研究变电站土建工程建设中的关键技术是一项赋有现实意义的课题。

一、土建工程主建筑结构的抗震技术

对于土建工程而言，由于主建筑结构的安全性与耐久性设计是尤为重要的。因此，这涉及到主建筑结构抗震问题。要确保土建工程中主建筑结构的良好抗震性能，为此要做好以下几方面的工作：

1.选址的科学性。建筑物的抗震能力与场地条件有密切的关系，场地条件包括地质构造，地基土质和地形，对建筑物震害有着明显的影响，变电站建筑物如建在地震断裂带及其附近，地震时最易倒塌，因此，选址时应避开地震带。

2.结构选型。应根据建筑物的基本条件来决定，合理的结构选型，可加强结构的整体刚度。同时，增强结构构造连接，是减轻地震灾害，提高抗震能力的前提条件。结构选型应有明确的计算简图和合理的传力途径，结构内力分析应符合建筑物的实际情况，结构体系应有多道防线，应具有必要的强度和良好的变形能力，避免因部分构件失效而导致整个结构的破坏。

3.施工组织技术。在正确选择站址和地基基础按抗震设计的基础上，施工质量成为结构抗震的重要环节。目前施工质量存在问题是多方面的，有的施工单位抗震意识缺乏，对工程质量要求不严，设计意图不能落实，不按规程施工，偷工减料，给工程质量带来隐患，因此需要加强施工监督机制，完善施工质量体系，提高施工队伍的素质和质量意识。

二、土建工程的地基处理技术

对于变电站土建工程而言，地基处理技术尤为重要，因为基础打得牢固与否，处理是否科学合理，直接影响到后期的其他变电站工程建设。而土建工程的地基处理，主要包括以下三方面：

1.建筑基础的处理。在设计前一般会对整个站址进行地质勘察，设计过程中要选择其适合的基础形式。变电站的建筑物基础形式有两种：即独立基础和条形基础。在施工过程中，如果出现基坑（槽）挖至设计标高明地的问题，就要对基底土质采取触探实验的处理措施，如果实验结果显示地基承载力达到设计要求时，则可进入下一道工序。若实验结果显示地基承载力达不到设计要求时就要采取相关处理措施：①片石垫层：若出现的情况是该处基础填土区域填土不深时，可用M10水泥砂浆和片石砌筑至设计标高，且开挖至符合设计要求的持力层；②扩大基础的底面积处理方法，此处理方法是针对当地基承载力与设计要求相关不大时的情况；③挤密桩处理技术，该法是针对于基础部处于软弱土层且无法判断该土层厚度时的情况。

2.围墙基础的处理技术。围墙分布在变电站的四周，挖土区的围墙基础一般不会出现什么问题，如果填土区填土厚度不大时，设计时围墙可砌在挡土墙上，这样可节约用地。情况相反时，即填土厚度较大时，这对挡土墙设计和工艺要求，却相对要高，无疑这会增大工程造价。建议设计时采用自然放坡的处理形式，在坡底砌筑不高的挡土墙，一般不宜砌在挡土墙上，这是为了整个围墙的美学效果考虑，处理方法可砌在填土区域，可用桩基础或地基梁。

3.变压器等基础的处理技术。变压器、构支架基础都属于独立基础，不同的是其上部的设备和管线都是相连的，据此，设计处理时有必要将其沉降控制在允许范围内，其沉降控制范围要根据规范要求进行调控。如果出现基础不良地基，建议采取片石垫层或其它有效的处理技术；而如果出现大部分构支架基础处理较深的填土无时，建议用桩基础处理技术。

三、土建设计中的防火防噪技术

建筑防火防噪问题，也是变电站土建工程建设需考虑的重点内容。为此也需要采取相应的技术措施与方法：

1.土建设计中的防火。就变电站建筑物而言，国家电力防火规范规定最低耐火等级为二级，火灾危险性类别主控制室和继电器室为戊类，配电室为丙或丁类；建筑物的屋面应采用非燃烧体。主控制室、继电器室、微波载波机房的墙面可采用较高等级的难然烧材料及自熄型饰面材料，隔墙、顶棚宜采用非燃烧材料。同时，建筑物安全疏散出口数量设置、防火门等级要求及其开启方向等方面的设计均应满足规范要求，且在建筑物内还需配置一定数量的消防器材。变电站的火灾事故绝大部分是由电气设备特别是带油设备所引起的，这类火灾用水扑救的作用不大。电缆是容易燃烧引起火灾的物体，在站内其分布较广，采用固定灭火设施来应对由电缆起火引起的火灾不太经济，也不现实。所以，电缆消防应采用的主要措施是分隔及阻燃。变压器是变电站内最重要的设备，防火要求更高，应在设计中加以重视。国家规范规定，主变压器对主要生产建筑物及屋外配电装置最小防火安全距离要求不得小于10m。设计人员在设计过程中要严格检查主变压器之间、主变压器与其他充油设备以及主变压器与建筑物之间的距离，当防火净距小于规范要求时，就应在设置防火隔墙，同时防火墙的耐火极限需达到《火力发电厂与变电所设计防火规范》规定的具体时限。

2.土建设计中的防噪。变电站内的电气设备在运行过程中会产生较大的噪音，会影响附近居民的生活。在变电站土建设计时要考虑到这一点，合理地规划布局，优化通风设计，减少噪声污染。因此，变电站选址时，在满足供电规划的前提下，可首先考虑把变电站建在背景噪声比较大、或对噪声可以起到缓冲作用的区域；其次是优化变电站的通风设计，在进风口设置消音设备，降低噪声污染。

综上所述，变电站土建工程建设是电气安装工程的前提与基础，其建设质量直接影响到变电站的正常运行与维护。因此，对土建工程的建设过程对工程容不得半点马虎，在施工过程中必须对各关键技术加以严格的控制，进而提高工程建设质量，从而实现保证电网建设的高效和安全。

参考文献：

[1]巫尚吉.变电站土建设计中有关防火的问题[J].企业科技与发展，2008（20）.

第9篇

[摘要]结合实际工程，简单讨论下石油化工项目变配电所抗震设计中常遇到的几个问题：建筑形体不规则性的影响、单跨框架问题、楼梯间对框架结构抗震设计的影响。

[关键词]抗震设计、不规则、单跨框架、楼梯间。

0. 前言

变配电所是石油化工项目中的重要建筑物，对其抗震设计应予以重视。《石油化工建（构）筑物抗震设防分类标准》（GB 50453-2008）[1]将其划分为乙类建筑，即“地震时使用功能不能中断或需尽快恢复的建（构）筑物和可能发生较严重的次生灾害的建构筑物”。

1. 工程概况

1.1. 结构形式及安全等级

本工程为福建中景石化园区新建化工项目公用工程中的35kV变配电所，为现浇钢筋混凝土结构，无地下室，地上三层，室内外高差为300mm，室外地面到主要屋面板板顶的高度为15.500m。

设计使用年限为50年，结构安全等级为二级。

1.2. 地震作用参数

抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.10g，设计地震分组为第三组，场地类别为Ⅱ类[2]，特征周期为0.45s。

2. 建筑形体不规则性

2.

2.1. 不规则性的判定

建筑功能划分及空间布置详见图1（图中的剪力墙及抗震缝为结构专业要求增设）。

2.1.1. 平面规则性判断

建筑平面典型尺寸见图1，对照《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）[3]（简称《高规》）图3.4.3，本工程主要平面尺寸为（不设缝时）：

长度方向尺寸：L=67m，b=7m； 宽度方向尺寸：B=13m，Bmax=21m，l=8m。平面尺寸及突出部位尺寸的比值为：L/B=5.1>4（长宽比偏大），l/Bmax=0.38>0.35（凸出部分比例过大），l/b=1.14>1（凸出部分长宽比较大）。参照《高规》3.4.3条条文说明：“平面过于狭长的建筑物在地震时由于两端地震波输入有位相差而容易产生不规则振动，产生较大的震害 [3]” ；“平面有较长的外伸时，外伸段容易产生局部振动而引发凹角处应力集中和破坏[3]”。

根据《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2010）[4]（简称《抗规》）3.4.3条规定及其条文说明，l/Bmax=0.38>0.30，判定结构属于“平面凹凸不规则”类型。

通过PKPM系列软件的SATWE程序计算，可以发现，不设缝时，结构的扭转效应非常明显。例如：在X向规定水平力作用下（考虑偶然偏心），水平最大位移比为1.41；在Y向规定水平力作用下（考虑偶然偏心），最大层间位移比达到1.75。因此，结构属于典型“平面扭转不规则类型”[4]。

不设缝时，结构在9轴处会存在错层，错层高度（2100mm）超过结构梁高，且错层面积较大超过该层楼板总面积的30%，依据《抗规》3.4.3条条文说明，判定结构属于“楼板局部不连续”[4]。

综上所述，不设缝时，结构存在三种平面不规则类型，即：凹凸不规则、扭转不规则、楼板局部不连续，而且扭转效应非常明显。

2.1.2. 竖向规则性判断

经SATWE程序计算，不设缝时，结构无竖向不规则情况出现。.

2.2. 结构布置方案的确定

根据《抗规》3.4.1条条文说明的解释，当结构存在三种不规则类型时，应判定结构属于“特别不规则”[4]类型，说明结构布置（从抗震设计角度来说）很不合理。这种情况很大程度上是建筑方案先天存在的，而建筑空间很多方面又受到电气专业（主项专业）技术要求的约束和局限，调整余地不大。这种情况下，只能通过调整结构布置，尽量改善不规则程度。

2.2.1. 结构布置一次调整

首先尝试在9轴位置设置一道抗震缝，将原结构从基础顶面至屋面完全分开，变为两个独立的单体，以解决错层问题（该抗震缝同时也将整个建筑的两大功能区分开，即变配电区域和辅助办公区域）。但SATWE程序试算表明：分开后的两个单体仍存在结构不规则问题。

1） 变配电区域：

长宽比偏大L/B=48/13=3.69，接近于4。

扭转位移比仍然偏大。例如：Y最大层间位移比达到1.89。

2） 辅助办公区域：

平面凹凸不规则。

平面扭转不规则。在X—偶然偏心地震作用下，平面凸出部分的边榀角部位置的层

间位移最大，为结构层间位移平均值的1.22倍。

二层层高为5800mm，而三层为4000mm，导致二层的侧移刚度（考虑了楼梯刚

度）小于三层侧移刚度的70%，按《抗规》规定，判定结构为沿竖向的侧向刚度不规则，二层为软弱层。

2.2.2. 结构方案二次调整

1） 变配电区域修改

经分析，位移比太大主要因为结构长宽比偏大，结构平面为沿X方向的细长形状，并有平面局部突出。为此，结构在5轴位置再设置一道抗震缝，将变配电区域分为两部分。调整后，各部分位移比均明显减小。

2） 辅助办公区域修改

通过减小三层柱截面（从而减小三层侧移刚度）后，二层的侧移刚度超过了三层侧移刚度的70%，二层不再是软弱层。对于平面凹凸不规则和扭转不规则的问题，只能调整结构内力并加强抗震构造措施。

综上所述，上部结构方案在两次修改后，有效减小了结构的扭转不规则程度，解决了错层问题，结构不再是特别不规则。最终结构分为三个独立的单体，即“塔1”、“塔2”、“塔3”（见图1）。

3. 单跨框架问题

“塔1”及“塔2”的顶层在Y向均为单跨框架结构，且跨度较大，达到13m。这一方面造成顶层层间“抗侧刚度较小，更严重的是该层的结构超静定次数少，一旦柱子出现塑性铰（在强震作用下不可避免），出现连续倒塌的可能性很大，在汶川地震、台湾集集地震等历次地震中均有许多震害实例。”[5] 《抗规》第6.1.5条明确规定：“甲、乙类建筑以及高度大于24m的丙类建筑，不应采用单跨框架结构”。考虑到“塔1”、“塔2”为乙类建筑，地震时使用功能不能中断，依据《抗规》第6.1.5条、6.1.3条及条文说明，并参考《高规》6.1.2条条文说明，分别在“塔1”和“塔2”的四角增加剪力墙（保证结构抗扭刚度的合理分布），剪力墙的截面尺寸和数量以使得底层框架部分所承担的地震倾覆力矩不超过50%作为控制指标，这样结构就成为具有两道抗震防线框架—剪力墙抗侧力体系，抗震性能明显增强。

4. 现浇楼梯对框架结构抗震设计的影响

塔3为框架结构，角部设一楼梯间，一层至二层楼梯为双跑，二层至三层楼梯为四跑，

梯板平面沿Y向布置。由于楼梯与框架整浇，抗震设计时应考虑楼梯对框架结构抗震设计的影响。

4.1. 规范规定

《抗规》第6.1.15条规定：“对于框架结构，楼梯间的布置不应导致结构平面特别不规则；楼梯构件与主体结构整浇时，应计入楼梯构件对地震作用及其效应的影响，应进行楼梯构件的抗震承载力验算；宜采取构造措施，减少楼梯构件对主体结构刚度的影响”。相应条文说明解释为：“对于框架结构，楼梯构件与主体结构整浇时，梯板起到斜支撑的作用，对结构刚度、承载力、规则性的影响比较大，应参与抗震计算；当采取措施，如梯板滑动支承于平台板，楼梯构件对结构刚度的影响较小，是否参与整体抗震计算差别不大。对于楼梯间设置刚度足够大的抗震墙的结构，楼梯构件对结构刚度的影响较小，也可不参与整体抗震计算。”

《高规》第6.1.4条规定：“楼梯间的布置应尽量减小其造成的结构平面不规则；宜采用现浇钢筋混凝土楼梯，楼梯结构应有足够的抗倒塌能力；宜采取措施减小楼梯对主体结构的影响；当钢筋混凝土楼梯与主体结构整体连接时，应考虑楼梯对地震作用及其效应的影响，并应对楼梯构件进行抗震承载力验算。”相应条文说明解释为：“抗震设计时，楼梯间为主要疏散通道，其结构应有足够的抗倒塌能力，楼梯应作为结构构件进行设计。框架结构中楼梯构件的组合内力设计值应包括与地震作用效应的组合，楼梯梁、柱的抗震等级应与框架结构本身相同。框架结构中，钢筋混凝土楼梯自身的刚度对结构地震作用和地震反应有着较大的影响，若楼梯布置不当会造成结构平面不规则，抗震设计时应尽量避免出现这种情况。震害调查中发现框架结构的楼梯梯板破坏严重，被拉断的情况非常普遍，因此应进行抗震设计，并加强构造措施，宜采用双排配筋。”

4.2. PKPM不同建模方式结果对比

对于楼梯间的考虑，目前在用PKPM的PMCAD程序建模时有两种不同的建模方式：

第一种建模方式：在模型中不布置楼梯。“这种方式将楼梯作为主体结构的附属构件，对楼梯结构进行简化计算。在PMCAD中将楼梯间的楼板厚度定义为零，仅仅将楼梯的竖向荷载传递到框架梁、柱或墙上，并未将楼梯的构件作为结构的一部分参与整体计算。而在楼梯构件设计中不考虑地震作用。梯板、梯柱、梯梁仅按各自的竖向荷载进行设计，而楼梯的抗震性能仅通过梯柱的箍筋加密等构造措施来保证”[6]。

第二种建模方式：在模型中布置楼梯。PMCAD可以在四边形房间中进行多种楼梯的布置。程序将楼梯梯板和休息平台分别转换成斜向及水平向的扁梁，用梁单元模拟；梯柱用斜杆单元来模拟，斜杆单元与柱单元具有相同的自由度，但布置更为灵活。[6][7]楼梯间的荷载需人工将面荷载转换成线荷载，然后按梁间荷载输入。

4.3. 两种模型计算结果比较

以下结合本工程，对上述两种建模方式的计算结果进行对比，来粗略考察楼梯对框架结构抗震设计的影响，主要包括对整体结构影响（如层间位移（角）、楼层作用力、各层侧移刚度、结构自振周期）、对框架结构构件内力影响（如框架梁、框架柱）及对楼梯构件内力影响（如梯梁、梯柱、梯板）。

1） 对整体结构影响

对比结果详见表1～表6。可以看出，计入楼梯影响后：结构自振周期（仅给出前3个）减小；框架结构各层X、Y两个方向的侧移刚度均增大，一、二层增大非常明显且两个方向增幅接近，三层增大很有限且Y向增幅相对更大些；一、二层平均层间位移双向均减小，三层平均层间位移双向均增大；各层地震反应力及层间剪力双向均增大，Y向更为明显。

2） 对框架结构构件内力影响

对比结果详见表7～表14（限于篇幅，仅给出柱1、柱2、梁1、梁2几个位置的

对比情况），可以发现，计入楼梯影响后：

对于楼梯间处框架梁柱（柱1、梁1）：框架柱轴力（正号为拉力）、剪力、弯矩均有明显增大，且一、二层增幅尤为显著，三层变化相对较小；框架柱剪力、弯矩变化与地震力方向存在明显不对应的情况，反映了结构存在明显扭转效应；框架梁内出现较大的轴力，梁端弯矩有一定的变化，且梁端弯矩的方向可能改变（梁的方位与地震方向垂直时）。

对于远离楼梯间的框架梁柱（柱2、梁2）：框架柱一、二层轴力无明显变化，三层轴力明显增大；一、二层剪力有增有减，增幅不大，三层剪力可能有较大增幅，且Y向更明显；一、三层柱弯矩Mx在X向地震工况下增幅非常显著（直接导致了柱子截面Y向边长增大，配筋增加明显），分析其原因，应是由于柱子位于结构平面的边榀，且该榀属于L型结构平面的短边，考虑楼梯刚度影响后，结构刚度中心向楼梯间方向大幅移动，导致远离楼梯间的边榀框架存在很大扭转效应。框架梁内没有出现轴力，梁端弯矩可能有一定的变化，且某些情况下（梁的方位与地震方向垂直时）梁端弯矩的方向发生了改变。

3） 对楼梯构件内力影响

限于篇幅，直接给出对比结果：在地震作用工况下，梯板内可能出现较大的拉力，梯柱内可能出现拉力，且双向受弯；梯梁受力复杂，轴力、弯矩、剪力、扭矩均存在。

5. 全文总结

1） 变配电室建筑由于功能的多样性和特殊性，建筑形体往往很不规则，抗震设计时应

注意对不规则类型的判断，调整结构布置，尽量减少不规则程度，择优选择规则的形体，使得结构抗侧力体系布置合理、传力明确、性能可靠，并应特别重视抗震概念设计，“不规则的建筑应按规定采取加强措施，特别不规则的建筑应进行研究和论证，采取特别的加强措施，严重不规则的建筑不应采用”[4]。

2） 电气专业常要求配电室房间内部做成大空间（房间内不允许有柱），造成单跨框

架结构。这种结构超静定次数少，在强震作用下容易出现连续倒塌，抗震设计时应引起重视，应首先根据具体情况进行判断，必要时应采取可靠的加强措施。通过增加一定数量的剪力墙，使结构变为框架—剪力墙体系是一种可行的思路。

3） 楼梯与框架结构整浇时，梯板起到斜支撑的作用，对整体结构刚度、承载力、规

则性的影响比较大，应参与抗震计算。在地震作用工况下，框架结构构件内力可能会发生很大的变化；楼梯的梯板内可能出现较大的拉力，梯柱内可能出现拉力，且双向受弯，梯梁受力复杂，轴力、弯矩、剪力、扭矩均存在。抗震设计时应充分考虑楼梯的影响，合理确定构件内力，加强抗震构造措施。

4） 通过采用梯板滑动支承于平台板从而忽略楼梯构件对结构刚度的影响的做法，建

议在进行可靠论证、搜集试验数据、积累足够工程经验后再决定是否采用。

参考文献

[1] GB 50453-2008石油化工建（构）筑物抗震设防分类标准[S].北京：中国计划出版社，2008.

[2] 化工部福州地质工程勘察院.中景石化项目35kV变电站工程岩土工程勘察报告[R]，2013.

[3] JGJ 3-2010高层建筑混凝土结构技术规程[S]，北京：中国建筑工业出版社，2010.

[4] GB 50011-2010建筑抗震设计规范[S]，北京：中国建筑工业出版社，2010.

[5]易方民，高小旺，苏经宇.建筑抗震设计规范理解与应用 [M]，北京：中国建筑工业出版社，2011.

第10篇

关键词：电气设备；地震灾害；易损性

中图分类号：TM727 文献识别码：A 文章编号：1001-828X（2016）007-000-01

一、前言

我国很多地区属于地震多发区，在2008年5月12日，我国四川省汶川县的地震灾害等级达到8.0级，相邻的很多省份都出现了震感。地震对于电网设备造成了极大的损害，一些设备受到毁灭性的破坏，部分发电机组无法运行，很多用户不能正常用电。在此之后的几年间，我国又相继发生了多起地震灾害，例如2013年1月30日青海省玉树藏族自治州发生5.1级地震、2013年7月20日四川省雅安市发生7.0级地震、2014年2月12日新疆维吾尔自治区和田地区发生7.3级地震等，这些地震灾害都在不同程度对我国的电网设备造成极大的破坏，严重影响人们正常的生产、生活，给社会带来极大的经济损失。所以，分析探索地震灾害发生时电气设备受到的影响，同时按照研究数据不断提升电气设备的抗震能力，是现阶段我们必须解决的问题。

二、电气设备易损性分析方法

所谓的易损性指的是可以导致灾害发生的事件的敏感度，我们也可以将其称为脆弱性。如果某一系统自身的易损性大，那么其受到灾害事件的不利影响也将越大。仅仅在地震灾害的范围内分析，电气设备的易损性就是指不同地震强度破坏的情况下，电气设备受到一定程度损害所出现的概率大小。对于电气设备的易损性分析，我们通常采用统计分析方法、计算分析方法以及实验-理论分析方法等三种分析方法。

采用地震灾害统计分析方法，是在依据现实的信息数据，统计不同的电气设备在不同的地震等级中受到的损害程度，形成并建立地震等级和电气设备损害概率之间的数学关系，最后总结出电气设备的易损性分析模型或者建立实用的易损性分析曲线。采用统计分析的方法，能够更加的符合宏观震害结果，能够更准确的运用到实际中，所以，在进行电气设备易损性分析的过程中，如果条件允许尽量采用此方法进行易损性分析。

计算分析方法能够依照非常可靠的理论公式得出地震力影响下电气设备构件能承受的最大应力，同时将所计算的最大应力和电气设备材料的极限应力进行对比，从而计算出电气设备受损的概率值。不过对于电力网络系统来说，由于包含的设备数目庞大，需要计算的构件数量也很多，同时部分电气设备构件的材料参数无从考究，所以，导致这种方法在实际应用中受到了一定的影响。

实验-理论分析方法来研究电力网络系统中不同种电气设备的抗震性能，确定电气设备的易损性曲线，这种方法相对也较为准确，不过所需要研究的电气设备数量庞大、种类繁多，要投入大量的人力、物力，并且需要很长的研究周期，所以此分析方法在实际应用中也存在一定的制约性。

三、电气设备易损性曲线绘制

整个电力系统的构成包含发电系统、输电网络系统以及配电系统等三部分。对于工程上的抗震研究通常讲重点放在发电厂、输电线网络以及变电站方面。我国的电厂数量要比变电站少很多，一般情况下一个地区只需一个或者几个电厂就能满足用电需求。在输电线路技术不断升级、改造的过程中，发电厂的位置选择限制性越来越小，所以，我们可以将电厂建设于没有地震活动的地区，这样就能很好的避免电厂受到地震灾害的影响。另一方面，我国电厂建设时对于抗震性能的标准要求要较变电站建设时的标准要求高出许多，电厂自身的抗震等级高得多，不易受到地震灾害的严重影响。所以，下面我们重点分析变电站以及输电线路在地震灾害中的易损性曲线绘制方法。

（1）要对所研究系统的基本信息数据有较为全面的了解与整理。

（2）把所研究区域发生地震时的烈度图与所研究的电力设施位置图融合在一起，使得两者统一在一个图形布局中。

（3）计算得出各个电气设备的最大峰值加速度（PGA）。

（4）把所计算得到的电气设备PGA进行排序，在大小顺序排完以后，依照电气设备所在区域的地震烈度，把整个图形划分为3个以上区域。

（5）由数学公式计算得出不同区间的最大峰值加速度加权平均值大小。

（6）分别对不同区间内电气设备的损害率进行计算。

（7）把以上所计算的PGA值和电气设备的损坏概率值全部标记到坐标系之中。

（8）采取非线性回归的方法对所得的曲线进行回归分析，得出和实际最为接近的电气设备易损性分析曲线。

四、结语

按照统计分析方法对电气设备的易损性进行分析，并得出相应的易损性曲线，能够得出电气设备在各种地震烈度下更加准确的损坏概率值，为整个电力系统的抗震性能分析提供依据和参考，同时还能对电气设备的抗震性能设计、设备加固以及震后维修等工作提供数据支持，促进电力系统的抗震性能进一步发展。

参考文献：

[1]朱祝兵，卢智成，程永锋，鲁先龙，黄宝莹，李圣.互连高压电气设备抗震设计技术规程详解[J].智能电网.2015（10）.

第11篇

地震次生火灾的主要特点是容易发生场合的多样性，从而也决定了地震次生火灾的易发性。它经常发生在易燃易爆场所，这也是最危险的次生火灾。随着现代工业发展的需要，加工、使用、经营、运输、存储易燃易爆物品的单位和场所越来越多，如石油化工厂、加油站、液化气站等在我们城市里星罗棋布。这些拥有易燃易爆物品的企业不仅在数量上越来越多，而且在规模上也越来越大，这些都使得一旦地震，引发的次生火灾规模越来越大，损失也越来越严重。

1999年的土耳其大地震，引起了该国最大的石油提炼企业蒂普拉什联合炼油公司发生大火，并导致了连锁大爆炸，造成的直接经济损失高达50亿美元，引起该国油料的严重短缺，相关工业陷入瘫痪，其间接损失更是难以估量。资料显示，仅地震次生火灾造成蒂普拉什联合炼油公司的直接经济损失就占了这次大地震全部直接经济损失的1／4强，更不用说还有无法计算的巨大间接经济损失。地震次生火灾的危害之大由此可见斑。在同年发生的台湾大地震中，地震次生火灾给生产绍兴酒和白兰地酒的南投酿酒公司也带来了沉重的打击。该公司厂房因地震起火后，导致存储量约达470多吨的大型酒罐爆炸，大火持续烧了两天两夜，直接经济损失高达60亿新台币。

除了石化公司、酿酒厂等储藏有大量易燃易爆物品的场所外，地震中普通的生活设施也是极易引发次生火灾的。因为强震发生时，建筑物倒塌会使生活用燃气管道破裂泄漏，可燃性气体旦遭遇明火便会引起火灾。即使强震过后的余震期间，由于停电，人们常常使用蜡烛等明火照明，而且暂住的防震棚又大多是用芦席、油毡、竹竿、塑料布等易燃物搭建的，稍不注意也会失火，一旦失火便可能引发“火烧连营”的大灾情。1923年9月1日，日本关东地区发生8.2级地震。震后，在距震中区100余公里的东京城内引发了136起次生火灾，大火很快联成一片，持续燃烧了三天两夜，东京地区至少2／3的房屋被烧毁。这次关东大地震共死亡近10万人，其中绝大部分是被大火活活烧死的。

地震中，汽车、火车、船舶、飞机等交通工具相互碰撞起火也是次生火灾的个重要成因。在地震发生时，汽车、火车等交通工具失控而引发碰撞事故，从而导致交通工具自身起火或所载货物起火，再加上交通工具还有流动性，起火后往往会引燃周围建筑或设施。电线、电器火灾也是地震次生火灾的重要成因。地震时，大地突然强烈震动，建筑物纷纷发生变形甚至倒塌，城乡电网因此受到极大的破坏，极易引起电线短路而出现超负荷电流，从而引起相连电器发生过载火灾。在我国地震记录中，由于地震造成工矿企业的输电线路短路，引起输电变压器火灾，从而造成较大经济损失的案例是很多的。

除了上述种种地震次生火灾外，还有其他些情形的次生火灾。例如，地震产生的裂缝就可能使甲烷等地下可燃气体逸出，这些可燃气体遇到明火便会引发火灾。这类火灾在我国1975年海城地震、1976年唐山地震时都曾出现过。

二、地震次生火灾的特点

(一)地震次生火灾与地震的伴生性

地震时，由于电线短路、煤气泄漏、油管破裂、炉灶倒等原因，往往造成火灾。如：1964年美国阿拉斯加地震，一个大型油罐受震爆炸起火。1 964年日本新泻地震，一个大型油罐受震破裂，爆炸起火导致煤气管线破坏75％。而且强烈地震将使大量房屋倒塌，遇到失控的火源、电源后，同样也将发生火灾。地震发生后，供居民临时避难用的抗震棚也极易引发火灾的发生。唐山大地震仅抗震棚失火，天津就发生了452起。1923年日本东京和横滨地震有38000人被烧死在广场。1975年海城地震，由于抗震棚失火，共烧死424人，比震死的人还多。

(二)地震次生火灾的同时多发性

强烈地震发生后，对地震区的破坏往往是全范围性的，常常使得震区内同时有多处起火，这是地震次生火灾的一大显著特征。1906年美国旧金山8.3级大地震，全城五十多处起火。海城地震发生当天就起火36起。唐山地震和1996年丽江地震，也出现了数处同时起火。在横滨和东京地震中，横滨地区共有208处、东京地区共有136处同时起火，总烧毁447000幢房屋，烧死56000人。

(三)地震次生火灾的难以扑救性

由于地震次生火灾具有易发性和多发性，给消防队扑救工作带来了困难。除此之外，地震往往导致电气线路中断，桥梁隧道等交通干线毁坏，通讯中断，消防站倒塌，消防器材遭到破坏，从而使电厂停电、水厂停水、消火栓内没有水源，消防队不能像往常一样及时出动，到达火场迅速展开灭火救援活动。

三、地震次生火灾的预防措施

(一)地震区的城市总体布局

由于地震和地震次生火灾的广泛破坏性，地震区城市消防规划应考虑在城市的总体布局中。对易燃易爆单位和公众聚集场所应充分考虑风向和安全防火间距，石化企业应布置在河流下流，尽量避开地震断裂带和古河道。地震区内的消防站，应将站内的车库、通讯，值班，值勤位置以及相关的建筑物按当地地震基本裂度提高一度进行抗震设施，并尽可能地留出备用场地和备用出口，以保证抗震救灾的要求。

(二)建筑物的抗震加固设计

地震往往导致大量房屋的倒塌，将增加地震次生火灾发生的可能性。由此，建筑物的抗震加固设计是预防地震次生火灾的一个出发点。建筑物的抗震加固设计，包括基础的抗震加固设计和结构的抗震加固设计。

1　基础一般而言，地震波是通过地层内的不同介质到达地球表现，并通过建筑物场地对建筑物施加影响的。场地的地震反应因场地的类别而异，其影响因素是多方面的，地震时地基液化失效，会造成建筑物下沉、浮升、倾斜、开裂及滑移。为此，在地震设防区，应制定出较为精确的地震基本裂度，对建筑物场地进行周密而细致的勘察，选择地势平坦，较为开阔的场地，避免在陡坡、深沟、峡谷地带以及处于断

层的地段来建筑房屋，采取设置地下连续墙等方式使地基的剪切变形受到约束。

2　建筑结构。建筑结构的抗震设计，应考虑其强度、变形能力、整体性能等诸方面的要素。分别从建筑结构形式、建筑结构体系以及建筑构件和材料上充分考虑抗震强度。

3　抗震棚。抗震棚是地震发生之后供人们临时避难用的场所。由于其多为临时搭建，构造简单，采用的建筑材料多为可燃物，室内物品堆放杂乱，缺少必要的灭火器材。加上火源管理困难，往往容易引起火灾的发生，造成人员伤亡和财产损失。应注意抗震棚的选址、材质、照明设施达到防火安全要求，特别要留心抗震棚周围应有固定的消防水池和天然水源，以利于火灾的扑救。

(三)燃气、煤气管道抗震设计

纵观几次大地震次生火灾，大都由于城市燃气、煤气管道遭到破坏之后发生破裂泄漏引起的。因此，燃气、煤气管道的抗震设计是预防地震次生火灾的关键所在。

城市燃气、煤气管线均应采用钢管，且宜铺设在管沟内，采取相应的防静电措施。并且还要注意与建筑物、构筑物或相邻管道之间保持定的防火间距。

储油罐区，应按当地抗震基本裂度提高一度进行设防。对已建的罐，在罐底圈壁上加二至三圈钢筋箍带进行加固处理，以减轻塑性变形。

油库、油站等建筑物、设备要进行严格的抗震设防和可靠地基的处理，架空管道采取防下滑措施。

(四)地震区的消防水源

强烈地震引起的火灾。往往因为城市供水管道破裂，消火栓内没有水源，消防队无法开展灭火救援活动。因此，在地震区，不仅要对城市供水管道进行抗震设计，而且必须预备一定的消防水源。

1　城市给水设施抗震设计。城市给水输配管应铺设在土质良好的地区，不宜设置在抗液化能力较差的场地。给水管道一般采用钢管、灰口铸铁管、预应力混凝土管和石棉水泥管。管道埋置深度适当。管网应布置成环状。且各环要相互连通。供水区域较大时。可划分为几个小供水区，设置的管道控制阀，每隔100米左右设置1个。

水塔应用钢筋混凝土或钢材料建筑，设法加入斜构件。水塔建筑成圆筒开，并保证水塔附属设施与其紧密连成个整体。

2　应急消防水源及贮配装置。尽管对给水设施进行了抗震设计，但在强烈地震发生之后，最方便、实效的还是应用天然水源，同时。还应设置定的贮水装备，以满足应急需要。

在地震区，要有计划地增加消防水池数量，并充分利用天然水源。在公园、校园、大型公共场所及地下建筑设置一定的消防水池，与此同时，要开掘定数目的水井。给消防队配备补水车以及构筑定数量的贮水槽。

(五)交通道路的抗震设计

地震引起火灾之后，受灾区迫切需要解决的问题是消灾、灭火。交通道路的破坏，将给消防人员带来困难。因此，保证道路畅通是预防地震次生火灾的一个重要条件。

在道路的技术勘察设计过程中，铁路或公路定线必须考虑与局部地震效应有关的全部工程条件。选定路线要尽可能绕避基本裂度大于9度的高裂度地震区，避开地震时可能坍塌而严重中断公路交通的各种构筑物，桥梁宜采用梁式桥梁，优先采用简支桥梁，尽量减少多儿拱桥、弯桥、斜桥，桥墩宜采用低坡台、低档墙、低路堤。

在地震区，还应修建段供震备用的低标准的辅助道路，城市应设置两个或两个以上不在同经纬线上的对外联系的出口，并加强与临近公路的联系。

(六)地震区的消防通讯

强烈地震发生之后，通讯设施往往遭到定程度的破坏，从而影响了火灾报警和火场的指挥调动。因此。须认真做好通信设施的抗震设防和震后应急的通信工作。

城市通信要有幅射成网的通信网络，市话建设采取有线和无线相结合的通信系统，且两者的机房应分开设置。

要对通讯建筑进行加固，推广使用抗震柜、蓄电池抗震框架，采用地下电缆连接通信线路。

消防部门应建立计算机指挥中心，建立无线通讯网络，给消防车装备车载无线电台。以满足火灾扑救的需要。

(七)供电系统抗震设计

强烈地震发生之后，将使电力系统遭到破坏，一方面将会产生大量失控的电源。成为地震次生火灾的点火源；另一方面，将带来系列的负面影响。为此，应对供电系统进行抗震设防。

城市供电，应采用多电源环路供电。变配电所、控制室及调度室等建筑物的设计，应按当地抗震基本裂度提高一度进行抗震设防。电气产品，采用高强度材料或产品自振周期大于或小于地震波卓越周期的产品，选择最佳的减震体系以减小地震引起设备的内力突变，提高设备的抗震能力。

四、地震期间的火灾扑救

尽管采取了一系列的预防措施，但强烈地震旦发生，地震次生火灾便不可避免。消防部门担负着抢险救援的神圣使命，在地震发生期间仍需克服重重困难开展灭火救援活动。因此，做好震前的准备工作，合理运用灭火战术，是扑救地震次生火灾的关键所在。

(一)地震前的准备工作

随着现代科技的发展，科技手段愈来愈先进，当有地震预报通知时，消防部门应着手做好扑救火灾的准备工作。要组织官兵学习有关地震科普知识，掌握地震次生火灾的特点和扑救地震次生火灾的技战术措施；确定出地震区内的消防重点保护单位。绘制出天然水源分布位置图，并估算出贮水量；在便利的场所设置消防器材装备、油料、灭火剂和汽车零配件等物质储备供给点；制订无线电话、电台组网联络方案、应急联络信号和方法。并给各单位配发无线通信器材，除此之外，还要向群众宣传地震知识。使他们掌握预防和扑救地震次生火灾的方法。

(二)抢险救灾过程中的火灾扑救

1　迅速掌握震后灾情。地震发生后。各级消防部队应立即向上级报告灾情。各级消防指挥机关向震区消防部队了解地震破坏情况，如消防队人员伤亡、消防车辆和装备器材的损坏程度等。

2　统一调配灭火力量。在火灾中，各级消防指挥机关应贯彻“先重点，后一般”，“先救人，后救物”，“先市区，后效区”的出动原则，把消防队投入到最急需要的地方。总指挥应统观全局，及时准确地调派、部署灭火力量，依据火场情况，向上级部门报告，请示调派增援力量。

3　合理搭配人员。由于地震引起的破坏是多方面的，消防部队在进行灭火战斗时必须合理搭配人员。组织小分队，配备推车装载手抬机动消防泵、水带和破拆救援工具等奔赴现场作战。

4　组织群众参战。地震次生火灾的同时多发性，决定了消防力量的不足。因此，要向群众宣传防火，灭火常识，立足于自救互救。在地震区成立群众性防火组织，组织群众参战灭火。

5　保证消防救援力量的安全。除对消防站建筑进行抗震设防外，在抢险救援的灭火战斗中，火场指挥员要指定专人负责察看火势。防止消防人员、车辆被火势包围；消防官兵、车辆应距危险场所定的距离，防止因建筑物倒塌、玻璃和高压电的伤害。并及时给消防队补给灭火救援工具，确保灭火救援活动的顺利开展。

第12篇

关键词：抗震设计；新抗震规范；精髓

中图分类号：S611文献标识码： A

0.前言

地震是威胁人类安全的主要自然灾害之一，根据中国地震局的预测，目前我国大陆已进入了第五个地震活跃期。近几年来，一些国家和我国部分地区相继发生了强烈地震，造成很大的损失。地震具有突发性强、破坏性大和比较难预测的特点，目前地震的监测预报还是世界性的难题，很难做出准确的临震预报，而且即使做到了震前预报，如果工程设施的抗震性能薄弱，也难以避免经济损失。因此，实施有效的抗震设防仍然是当前防震减灾的关键性工作，必须继续执行预防为主、平震结合方针。贯彻执行新修订的建筑抗震设计规范就是执行这一方针的重要手段。

国内外的地震经验教训表明，严格执行工程建设强制性标准，搞好新建工程的抗震设计，对原有未经抗震设计工程进行抗震加固等，是减轻地震灾害的最直接、有效的途径和方法。这方面有很多成功的经验，在我国新疆伽师地区，严格按抗震规范设计建造的工程，经历了近几年多次地震均未发生损坏；云南丽江地区经过抗震加固的房屋，美国、日本等发达国家，一直把提高工程结构的抗震能力作为最大限度地减轻地震灾害的基本手段。许多震害分析表明，虽然人类目前尚无法避免地震的发生，但切实可行的抗震措施使人类可以有效地避免或减轻地震造成的灾害。新修订的《建筑抗震设计规范》GB50010-2010就是将一系列的抗震技术措施以技术标准的形式确定下来，作为结构工程师进行建筑工程抗震设计和抗震防灾部门进行抗震设防管理的依据。

1 现行抗震设计规范的主要特点

我国现行《建筑抗震设计规范》GB50010-2010是对近年来我国在建筑物抗震防灾领域的研究成果和经验教训的基础上制定的，和GB50011-2001相比在抗震理论和设计方法的主要变化如下：（1）2010规范对抗震设防依据、场地划分和地基基础设计的规定做了调整和改进。

（2）2010规范对地震作用和抗震验算方法做了较为具体的规定，提出了长周期和不同阻尼比的设计反应谱，并对建筑结构分析适用模型作出了较明确的规定，增加了弹性分析和弹塑性分析的要求，当侧移附加弯矩大于水平力作用下构件弯矩的110时，应考虑重力二阶效应；明确了按楼盖刚度、扭转效应等的区别对待划分平面结构和空间结构分析的要求；对结构分析计算软件的选择和对电算结果的分析判断提出明确要求。

（3）对建筑结构地震作用的取值，从特征周期、最小地震力、偶然偏心和双向水平地震等四个方面来控制建筑结构地震作用。

（4）增加了结构弹塑性变形验算的规定，层间变形可采用静力的弹塑性计算方法，即所谓推覆（push-over）方法予以简化计算。

（5）提出增加各类建筑结构延性的设计和构造要求。

（6）新增了若干类结构的抗震设计原则，如配筋混凝土小砌块房屋、钢筋混凝土筒体结构、高强混凝土和预应力混凝土结构、高层和多层钢结构等。

（7）规定了隔震结构设计的具体要求和技术措

施。

（8）规定了消能减震结构的具体措施。在建筑结构中设置消能器以吸收和耗散地震能量是实现基于性能要求的抗震设计的一种技术措施。

（9）明确了非结构构件抗震设计的要求。

从以上几点可以看出，现行新规范GB50010-2010比GB50011-2001在抗震设计理论和计算方法以及抗震构造等方面做了更详细的规定，并对减震消能设计等均做了规定，使得这些新技术能够得到有依据的推广。

2 新抗震规范对抗震设计的影响

目前各国抗震设计规范中普遍采用的是“小震不坏，中震可修，大震不倒”三水准设防的抗震设计方法，是以保证生命安全为单一设防目标。尽管它可以做到在大震时主体结构可以避免倒塌以保证生命的安全，但是对一些现代建筑，内部设备的价值远远超出结构自身的价值，且由于建筑物功能的不同重要性，如医院、核电站等重要建筑，建筑物破坏所导致的直接经济损失、间接经济损失以及人员伤亡等方面的损失将是巨大的。因而现代建筑不仅要防止结构倒塌还要考虑控制经济损失、保证结构使用功能的延续等问题。正是基于这种情况，美国学者率先提出了基于性能的抗震设计概念(performance-based Design)，引起整个地震工程界极大的兴趣。基于性能设计的理念在于根据灾害荷载的不确定性（发生时间、强度、作用历时等的变化）以及抗力的不确定性的特点对不同风险度水平的灾害荷载作用（地震等），将建筑物设计成满足不同功能要求，保障建筑物在整个运行期充分发挥功能，方便维护和改建，符合经济目的。

结构构件在地震作用下的破坏程度与结构的位移响应和构件的变形能力有关，用位移控制结构在地震作用下的性能更为合理。因此在提出基于性能的结构抗震设计概念时，将地震作用下结构位移（变形）反应作为衡量结构性能的重要指标。

基于性能抗震设计制定的设计规范与基于性能进行工程抗震设计的主要区别是：基于性能制定抗震设计规范，确定其目标性能水平时要充分考虑全社会的经济发展状况，以及所有可能涉及到的结构形式，建筑物的用途，最后综合确定规范抗震性能水平，这也是抗震设计必须达到的最低要求，且在实现基于性能抗震设计时，规范必须要做到明确且简单实用。而基于性能抗震工程为某一工程项目从开始提出，一直到最后包括使用期间维护在内的整个使用寿命的全过程。它包括选择设计标准，恰当的结构形式和布局，结构细部设计和非结构构件的设计，保证和控制施工质量和长时间的维护，使之在使用期间，在可能遭受的不同水平地震作用下，能达到预先确定的不同性能水平。在这里，结构目标性能水平需要业主根据建筑功能、用途和经济条件，以及和结构工程师相互讨论决定。而结构工程师也应该提供初始造价、维护造价、以及在地震后可能的损坏以及修复费用，使结构在整个生命周期内费用达到最小。

3新抗震规范的精髓归纳为以下几点

3.1 建筑选地

选择对建筑抗震有利的场地，宜避开对建筑抗震不利的地段，不应在危险地段建造甲、乙、丙类建筑。对于不利地段，结构工程师应提出避开要求，当无法避开时，应采取有效措施，这就考虑了地震因场地条件间接引起结构破坏的原因，诸如地基土的不均匀沉陷、地震引起的地表错动与地裂。

3.2 建筑的平立面布置

建筑的平立面布置应符合概念设计的要求，不应采用严重不规则的方案。不规则的建筑，在结构设计时要进行水平地震作用计算和内力调整，并应对薄弱部位采取有效的抗震构造措施。借鉴国际的通行做法，参考外国规范，使我们的设计更加完善合理。

3.3 结构材料选择与结构体系的确定应符合抗震结构的要求

采用哪一种结构材料，什么样的结构体系，经技术经济条件比较综合确定。同时力求结构的延性好、强度与重力比值大、匀质性好、正交各向同性，尽量降低房屋重心，充分发挥材料的强度，并提出了结构两个主轴方向的动力特性(周期和振型)相近的抗震概念。

3.4 尽可能设置多道抗震防线

地震有一定的持续时间，而且可能多次往复作用，根据地震后倒塌的建筑物的分析，我们知道地震的往复作用使结构遭到严重破坏，而最后倒塌则是结构因破坏而丧失了承受重力荷载的能力。适当处理构件的强弱关系，使其形成多道防线，是增加结构抗震能力的重要措施。例如单一的框架结构，框架就成为唯一的抗侧力构件，那么采用“强柱弱梁”型延性框架，在水平地震作用下，梁的屈服先于柱的屈服，就可以做到利用梁的变形消耗地震能量，使框架柱退居到第二道防线的位置。

3.5 具有合理的刚度和承载力分布以及与之匹配的延性

提高结构的抗侧移刚度，往往是以提高工程造价及降低结构延性指标为代价的。要使建筑物在遭受强烈地震时，具有很强的抗倒塌能力，最理想的是使结构中的所有构件及构件中的所有杆件都具有较高的延性，然而实际工程中很难做到。有选择地提高结构中的重要构件以及关键杆作的延性是比较经济有效的办法。例如上刚下柔的框支墙结构，应重点提高转换层以下的各层的构件延性。对于框架和框架简体，应优先提高柱的延性。在工程设计中另一种提高结构延性的办法是结构承载力无明显降低的前提下，控制构件的破坏形态，减小受压构件的轴压比(同时还应注意适当降低剪压比)，提高柱的延性。

3.6 确保结构的整体性

各构件之间的连接必须可靠，符合下列要求：① 构件节点的承载力不应低于其连接构件的承载力，当构件屈服、刚度退化时，节点应保持承载力和刚度不变。② 预埋件的锚固承载力不应低于连接件的承载力。③ 装配式的连接应保证结构的整体性，各抗侧力构件必须有可靠的措施以确保空问协同工作。④ 结构应具有连续性，注重施工质量，避免施工不当使结构的连续性遭到削弱甚至破坏。

3.7 规范与设计新抗震规范已将设计中常出现的问题做出了具体规定

① 体形复杂的建筑不一概提倡设防震缝。②对规则结构与不规则结构做出了定量的划分。并用强制性条文对建筑师的建筑设计方案提出了限制。如规范规定，“建筑设计应符合抗震概念设计的要求，不应采用严重不规则的方案”。③ 预应力混凝土的抗侧力构件，应配有足够的非予应力钢筋。④非结构构件与其结构主体的连接，应进行抗震设计，如幕墙、附属机械、电气设备系统支座和连接等需符合地震时对使用功能的要求。⑤ 投资方愿意通过增加投资来提高安全要求的抗震建筑，采用隔震和消能减震设计。⑥ 结构材料的选用应减少材料的脆性，优先采用延性、韧性和可焊性较好的钢筋和规定强度等级范围内的混凝土。通过执行新抗震规范中的各项规定，来保证抗震概念设计的完成通过遵循抗震概念设计的原则，使建筑物具有可靠的抗震性能。概念设计决定建筑物的抗震性能，如果概念设计不适宜于抗震 那么不管多“精密”的计算也无济于事。当然，在做好概念设计的基础上也要认真计算做好定量分析。新抗震规范对于各构件在抗震计算中的作用及各项参数的选取作了详尽的规定，并且提出了在建筑物内设置地震反应观测系统的要求，这标志我国建筑工程抗震科学的发展进步。

3.8 钢筋混凝土结构是常用的结构形式

目前城市中正在建设和拟建的多层、高层建筑物大都是钢筋混凝土结构，地震是一种自然现象，为避免它给人类带来大的灾难，要求结构工程师根据新抗震规范运用好抗震概念设计。做到：① 结构功能与外部条件一致；② 充分发展先进的设计理念；③ 发挥结构的功能并取得与经济的协调；④ 更好地解决构造处理；⑤利用定量的计算进行抗震分析；⑥ 用概念来判断计算的合理性。

第13篇

关键词 ：电容器框架 有限元分析 机械强度

0、前言

随着现代社会政治、经济和文化生活的发展，人们对于电力的依赖越来越重，电力系统的安全性关系到社会和经济的各个方面，成为现代文明的重要支柱。电力系统在地震中一旦遭到破坏，不仅会造成巨额的直接或间接地经济损失，还会引发火灾等次生灾害，给人们的正常生活造成很大影响。

电容器装置结构具有质量大、重心高等特点，不利于结构抗震。《电力设施抗震设计规范》规定：对高压电器、高压电瓷、管型母线、封闭母线及串联补偿装置等构成的电气设施应采用动力设计法，对其机械强度、抗震性能进行分析，因而电容器框架的机械强度计算也至关重要。

有限元方法，就是将被分析结构离散为一定数量的小单元等价系统，这些小单元的集合体就代表原来的结构。建立每个组成单元的平衡公式，然后集成起来，再引入边界条件，求解这种整体的平衡方程组，就可以求到原来结构的离散点处的未知量（位移或应力）。

本次计算利用有限元方法来计算钢板折弯焊接式框架的机械强度。

1、框架相关参数以及环境条件

钢板折弯焊接式框架是由电容器、框架结构、底座、放电线圈以及瓷瓶等组成。其中电容器分为3层，每层放置4个电容器单元;框架结构、底座均是由钢板折弯件组成，为全焊结构。

本次计算主要是校核钢板折弯焊接式框架的机械强度。

电容器单元及相关组件基本参数、框架使用材料的相关参数如下表1、表2所示。下表数据均为查机械设计手册以及相关手册或资料获得。电容器框架所使用的环境条件为用户提供，如下表3所示。

2、钢板折弯焊接式框架有限元模型建立

根据电容器结构设计图纸及相关参数，采用一定的简化处理方法，利用Ansys建立钢板折弯焊接式框架的有限元模型如下图所示。

该有限元模型的框架结构、瓷瓶、放电线圈以及电容器结构分别采用beam188单元表示，总共单元1360个。

3、钢板折弯焊接式框架计算与分析

静力计算主要是考察电容器结构在重力、覆冰、活载荷以及风载的作用下，钢板折弯焊接式框架的变形大小与强度极限，以验证结构在上述载荷条件下是否满足安全性能要求。

对模型进行风载荷、覆冰载荷以及活载荷的加载，并对支柱底部采取全约束，通过Ansys求解计算以及后处理，得到钢板折弯焊接式框架在重力、覆冰、活载荷和风载荷作用下结构的应力位移变形。

从图1以及图2可以清楚的看到，钢板折弯焊接式框架的最大应力为47.0Mpa，出现在第一层钢板折弯件处。

4 、强度验算

根据《材料力学》，一般静载荷下，对塑性材料的安全系数可以选取安全系数n=1.2～2.5;对脆性材料科选取安全系数n=2～5。安全系数定义按下述公式计算。

n=σs/σmax

根据1.2表1、表2以及计算结果，钢最大应力为35.6Mpa，则其安全系数为6.60，满足强度要求。并且存在很大余度，材料利用率很低。

5、框架最大承重分析

根据2.3强度验算结果体现，钢板折弯框架安全系数很高，材料利用率还可以进一步提高。因而现分析此钢板折弯框架的最大承重。分析方法是增大电容器质量，其余重量布置以及加载方式均不变。根据安全系数的选取原则以及考虑到结构抗震分析计算，在估算框架最大承重时，安全系数最小可选取1.6。计算结果如下表所示。

根据表4，可知钢板折弯框架最大承重约7888kg，此时安全系数为1.62。

6、结论

本文利用ansys软件对电容器装置钢板折弯框架进行有限元分析，表明此装置机械强度设计裕度很大，材料利用率很低，可以在设计方面进行优化改进，减少成本。

参考文献：

[1]GB 50260-2013，电力设施抗震设计规范. 北京：中国计划出版社.

[2] GB 50011-2010，建筑抗震设计规范. 北京：中国计划出版社.

[3] ANSYS工程结构数值分析. 北京：人民交通出版社.

作者简介

李伦（1987 -），女，湖北天门人，西安交通大学硕士研究生，主要从事机械结构方面分析。

孙晓凤（1984 -），女，陕西合阳人，助理工程师，从事电力电容器及无功补偿的技术研究工作。

解冲（1991 -），男，助理工程师，从事电力电容器及无功补偿的技术研究工作。

第14篇

关键词:建筑;结构;设计;问题

中图分类号:TU

文献标识码:A

文章编号:1672-3198(2010)07-0316-01

1 有关建筑结构设计

(1)建筑结构设计基本内容。结构设计简而言之就是用结构语言来表达建筑师及其它专业工程师所要表达的东西。结构语言就是结构师从建筑及其它专业图纸中所提炼简化出来的结构元素。包括基础,墙,柱,梁,板,楼梯,大样细部等等。然后用这些结构元素来构成建筑物或构筑物的结构体系,包括竖向和水平的承重及抗力体系。把各种情况产生的荷载以最简洁的方式传递至基础。结构设计的内容由上可知为:基础的设计上部结构的设计和下部设计。

(2)建筑结构设计基本原则。工程结构可靠度设计统一标准,该标准为统一工程结构可靠度设计的基本原则和方法,使设计符合技术先进、经济合理、安全适用、确保质量的要求,制定本标准。本标准是制定房屋建筑、铁路、公路、港口、水利水电工程结构可靠度设计统一标准应遵守的准则。在各类工程结构的统一标准中尚应制定相应的具体规定。本标准适用于整个结构、组成整个结构的构件以及地基基础,适用于结构的施工阶段和使用阶段。工程结构必须满足下列功能要求:①在正常施工和正常使用时,能承受可能出现的各种作用;②在正常使用时,具有良好的工作性能;③在正常维护下,具有足够的耐久性能;④在设计规定的偶然事件发生时和发生后,能保持必需的整体稳定性。结构在规定的时间内,在规定的条件下,对完成其预定功能应具有足够的可靠度,可靠度一般可用概率度量。确定结构可靠度及其有关设计参数时,应结合结构使用期选定适当的设计基准期作为结构可靠度设计所依据的时间参数。工程结构设计宜采用分项系数表达的以概率理论为基础的极限状态设计方法。工程结构设计时,应根据结构破坏可能产生的后果(危及人的生命,造成经济损失,产生社会影响等)的严重性。

(3)建筑结构设计的基本方法。结构设计的阶段大体可以分为三个阶段:结构方案阶段、结构计算阶段和施工图设计阶段。以方案阶段为例,方案阶段的内容为:根据建筑的重要性,建筑所在地的抗震设防烈度、工程地质勘查报告、建筑场地的类别及建筑的高度和层数来确定建筑的结构形式(例如,砖混结构、框架结构、框剪结构、剪力墙结构、筒体结构、混合结构等等,以及由这些结构来组合而成的结构形式)。确定了结构的形式之后就要根据不同结构形式的特点和要求来布置结构的承重体系和受力构件。

2 我国建筑结构设计应该注意的问题

2.1 切实提高设计质量

(1)提高设计质量保证结构安全。中央多次强调同时也制定了一些重要的法规,第68号令和质量条例,对各方责任主体的违法违纪行为作出了具体的规定。质量责任制重在责任追究,从设计行业来看,在有些方面还需继续完善。①制定合理设计周期。②建立工程设计各级行政和技术人员责任制。③工程设计签字制度统一规定。(2)推行工程设计咨询和强化设计审查。设计院对某些已建成工程进行回访时,甲方反映在工程开始阶段对发展趋势不了解,建成后在使用功能和内部设施方面感到滞后,留下不少遗憾,希望设计单位在工程前期多介绍一些超前的设计思想。可以预见,开展设计咨询的必要性将会逐步被认识。设计审查有利于政府对设计质量实行监督。设计是工程建设的龙头,抓好设计审查对保证结构安全,节约投资将起到重要作用。

2.2 建筑结构设计与电气专业设计的协调

电气专业的室内敷线,原则上应以导线在金属管中沿墙及楼板暗设,这对于预制装配整体框架、框架一剪力墙结构是很困难的。穿梁的垂直管道要在预制梁制作时预留孔道,并且梁宽和墙厚尽量一致,如不一致则要求墙的一侧与梁的侧面平齐,使穿梁管不露墙外。高层建筑平面电梯井道的位置确定后,电梯机房位置也就确定下来,电梯机房内孔洞、预埋件较多,电梯机房荷载也比较大,因此应详细了解所选型号电梯土建条件并注意单台布置和多台布置的差别。由于电梯井道一般作为钢筋混凝土剪力墙,除承受竖向荷载外,还承受水平力作用,因此应校核洞口削弱后的强度。

2.3 在多高层结构设计时,应尽可能避免短柱

其主要的目的是使同层各柱在相同的水平位移时,能同时达到最大承载能力,但随着建筑物的高度与层数的加大,巨大的竖向和水平荷载使底层柱截面越来越大,从而造成高层建筑的底部数层出现大量短柱,为了避免这种现象的出现,对于大截面柱,可以通过对柱截面开竖槽,使矩形柱成为田形柱,从而增大长细比,避免短柱的出现,这样就能使同层的抗侧力结构在相近的水平位移下,达到最大的水平承载力。

3 今后建筑结构设计的发展展望

(1)概念设计将发挥越来越大的作用。概念设计是指正确地解决总体方案、材料使用和细部构造的问题,以达到合理抗震设计的目的。概念设计是根据抗震设计的复杂胜、难以精确计算而提出来的一种从宏观上实现合理抗震,避免不必要的繁琐计算,同时为抗震设计创造有利条件,使计算分析结果更能反映地震时结构反应的实际情况的设计方法。

(2)采用先进的计算理论。空间受力分析,非弹性变形分析,塑性内力分析,由加载到破坏的全过程受力分析,时程分析,最优化设计,方案优化等先进科学的设计方法、设计理论将得到越来越多的应用。

(3)采用主动设计,使设计更合理、更经济。今后的设计除了提高结构抗力,还应考虑尽可育跳咧氏作用效应。因为阳氏作用效应,对增加结构安全性,阳氏造价,节约投资意义重大。

参考文献

第15篇

抗震设计中的非结构构件通常包括建筑非结构构件和固定于建筑结构的建筑附属机电设备的支架。建筑非结构构件指建筑中除承重骨架体系以外的固定构件和部件，主要包括非承重墙体，附着于楼面和屋面结构的构件、装饰构件和部件、固定于楼面的大型储物架等；建筑附属机电设备指与建筑使用功能有关的附属机械、电气构件、部件和系统，主要包括电梯，照明和应急电源、通信设备，管道系统，空气调节系统，烟火监测和消防系统，公用天线等。

关键词 抗震设计 电梯 通信设备

中图分类号：U452.2+8 文献标识码：A 文章编号：

一、抗震设防目标

非结构的抗震设计所涉及的设计领域较多，一般由相应的建筑设计、室内装修设计、建筑设备专业等有关工种的设计人员分别完成。目前已有玻璃幕墙、电梯等的设计规程，一些相关专业的设计标准也将陆续编制和。因此，在建筑抗震设计规范中，主要规定了主体结构体系设计中与非结构有关的要求。

非结构构件的抗震设防目标，要与主体结构体系的三水准设防目标相协调，容许非结构构件的损坏程度略大于主体结构，但不得危及生命。其抗震设防分类，各国的抗震规范、标准有不同的规定，我国新规范将采用不同的计算系数和抗震措施来表征，把非结构构件的抗震设防要求，大致分为高、中、低三个层次：

高要求时，外观可能损坏而不影响使用功能和防火能力，安全玻璃可能裂缝；

中等要求时，使用功能基本正常或可很快恢复，耐火时间减少1／4，强化玻璃破碎，其它玻璃无下落；

一般要求，多数构件基本处于原位，但系统可能损坏，需修理才能恢复功能，耐火时间明显降低，容许玻璃破碎下落。

二、基本计算要求

世界各国的抗震规范、规定中，有60％规定了要对非结构的地震作用进行计算，而仅有28％对非结构的构造做出规定。

我国现行抗震规范（GB50011-2010）主要对出屋面女儿墙、长悬臂附属构件（雨棚等）的抗震计算做了规定。新规范明确结构体系计算时如何计入非结构的影响，以及非结构构件地震作用的基本计算方法。

1．非结构对结构整体计算的影响

在结构体系抗震计算时，与非结构有关的规定是：

1）结构体系计算地震作用时，应计入支承于结构构件的建筑构件和建筑附属机电设备的重力。

2）对柔性连接的建筑构件，可不计入其刚度对结构体系的影响；对嵌入抗侧力构件平面内的刚性建筑构件，可采用周期调整系数等简化方法计入其刚度影响；当有专门的构造措施时，尚可按规定计入其抗震承载力。

3）对需要采用楼面谱计算的建筑附属机电设备，应采用合适的简化计算模型计入设备与结构体系的相互作用。

4）支承非结构构件的部位，应计入非结构构件地震作用效应所产生的附加作用。

2．非结构自身计算要求

对于非结构自身设计时，有关的计算规定是：

1）非结构构件自身的地震力应施加于其重心，水平地震力应沿任一水平方向。

2）非结构构件自身重力产生的地震作用，一般只考虑水平方向，采用等效侧力法；当建筑附属设备（含支架）的体系自振周期大于0．1s，且其重力超过所在楼层重力的1％，或建筑附属设备的重力超过所在楼层重力的10％时，如巨大的高位水箱、出屋面的大型塔架等，则采用楼面反应谱方法。

3）非结构构件的地震作用，除了自身质量产生的惯性力外，还有地震时支座间相对位移产生的附加作用，二者需同时组合计算。

3．关于等效侧力法计算

当采用等效侧力法时，非结构的水平地震作用标准值按下列公式计算：

F＝γηζ1ζ2αmaxG

式中F ─沿最不利方向施加于非结构构件重心处的水平地震作用标准值；

γ─非结构构件功能系数，取决于建筑抗震设防类别和使用要求，由相关标准根据建筑设防类别和使用要求等确定；一般分为1.4、1.0、0.6三档；

η─非结构构件类别系数，取决于构件材料性能等因素，由相关标准根据构件材料性能等因素确定；一般0.6~1.2范围内取值；

ζ1─状态系数；对预制建筑构件、悬臂类构件、支承点低于质心的任何设备和柔性体系宜取2.0，其余情况可取1.0；

ζ2─位置系数，建筑的顶点宜取2.0，底部宜取1.0，沿高度线性分布；对新规范要求采用时程分析法补充计算的结构，应按其计算结果调整；

αmax─地震影响系数最大值；可按多遇地震的规定采用；

G ─非结构构件的重力，应包括运行时有关的人员、容器和管道中的介质及储物柜中物品的重力。

4．关于楼面谱计算

“楼面谱”对应于结构设计所用“地面反应措”，即反映支承非结构构件的结构自身动力特性、非结构构件所在楼层位置，以及结构和非结构阻尼特性对地面地震运动的放大作用。当采用楼面反应谱法时，非结构通常采用单质点模型，其水平地震作用标准值按下列公式计算：

F＝γηβsG

式中βs─非结构构件的楼面反应谱值，取决于设防烈度、场地条件、非结构构件与结构体系之间的周期比、质量比和阻尼，以及非结构构件在结构的支承位置、数量和连接性质。

对支座间有相对位移的非结构构件则采用多支点体系，按专门方法计算。

5．非结构构件地震作用效应组合

非结构构件的地震作用效应(包括自身重力产生的效应和支座相对位移产生的效应)和其它荷载效应的基本组合，一般应按结构构件的规定计算；幕墙需计算地震作用效应与风荷载效应的组合；容器类尚应计及设备运转时的温度、工作压力等产生的作用效应。

非结构构件抗震验算时，摩擦力不得作为抵抗地震作用的抗力；承载力抗震调整系数，连接件可采用1.0，其余可按相关标准的规定采用。

三、建筑非结构构件的基本抗震措施

新规范对建筑非结构构件的布置和选型做了基本规定，并将89规范各章中有关建筑非结构构件的构造要求汇总在一起，包括：

1．结构体系中，设置连接建筑构件的预埋件、锚固件的部位，应采取加强措施，以承受建筑构件传给结构体系的地震作用。

2．非承重墙体的材料、选型和布置，应根据设防烈度、房屋高度、建筑体型、结构层间变形、墙体抗侧力性能的利用等因素，经综合分析后确定。应优先采用轻质墙体材料，刚性非承重墙体的布置，应避免使结构形成刚度和强度分布上的突变。

3．墙体与结构体系应有可靠的拉结，应能适应不同方向的层间位移；8、9度时应有满足层间变位的变形能力或转动能力。

4楼梯间和公共建筑的人流通道，其墙体的饰面材料要有限制，避免地震时塌落堵塞通道。天然的或人造的石料和石板，仅当嵌砌于墙体或用钢锚件固定于墙体，才可作为外墙体的饰面。

5．砌体墙（包括砌体结构的后砌隔墙。框架结构中的砌体填充墙、单层钢筋混凝土柱厂房的砌体围护墙和隔墙、多层钢结构房屋的砌体隔墙等）应采取措施（如柔性连接等）减少对结构体系的不利影响，并按要求设置拉结筋、水平系梁、圈梁、构造柱等加强自身的稳定性和与结构体系的可靠拉结。

6．玻璃幕墙、预制墙板等的抗震构造，应符合专门的规定。

四、建筑附属机电设备支架的基本抗震措施

附属于建筑的机电设备和设施与结构体系的连接构件和部件，在地震时造成破坏的原因主要是：①电梯配重脱离导轨；②支架间相对位移导致管道接头损坏；③后浇基础与主体结构连接不牢或固定螺栓强度不足造成设备移位或从支架上脱落；④悬挂构件强度不足导致电气灯具坠落；⑤不必要的隔振装置，加大了设备的振动或发生共振，反而降低了抗震性能等。

上述机电设备和设施的抗震措施，应根据设防烈度、建筑使用功能、房屋的高度、结构类型和变形特征、附属设备所处的位置和运转要求等，经综合分析后确定。