不同烈度下换流站阀厅结构的整体扭转分析及结构选型.docVIP

不同烈度下换流站阀厅结构的整体扭转分析及结构选型 　　摘要：本文通过对不同烈度下高端阀厅分别采用全抗震墙方案和短肢墙框架方案进行整体有限元计算。根据计算的位移比和周期比结果，分析两种方案在不同烈度下的整体扭转规则性及结构本身的抗扭转能力，提出了不同烈度下换流站高端阀厅结构选型的推荐方案，为换流站高端阀厅进行初步设计结构选型的过程中提供参考。 　　关键词：换流站阀厅 扭转位移比 周期比 　　0 引言 　　阀厅是换流站核心功能区域，是整个换流站土建设计中最为关键的部分之一。一般±800kV换流站设有高端阀厅和低端阀厅各2座，平面采用“面对面”布置方案。高端阀厅与辅控楼相邻，低端阀厅与主控楼相邻，两低端阀厅采用背靠背布置，整体呈对称平行布置。 　　阀厅屋架采用梯形钢屋架，阀厅纵向一侧与换流变相邻，由于防火要求，一般都需采用全混凝土墙结构或者混凝土框架+填充墙结构。因此阀厅结构一边是钢结构柱，另一边由于设备要求为剪力墙（ 防火墙） ，两边的抗侧刚度差距很大，造成结构整体扭转，对结构抗震非常不利，因此需对不同地震烈度及不同结构型式的阀厅的扭转效应进行计算研究，以实现阀厅经济，可靠设计目标。 　　1 计算说明及模型假定 　　1.1 关于扭转的规范说明 　　位移比：主要是说明结构本身存在的扭转效应情况，并不绝对反映结构的抗扭转能力。根据抗震规范3.4.3的第1条规定：在规定的水平力作用下，楼层的最大弹性水平位移或（层间位移），大于该楼层两端弹性水平位移（或层间位移）平均值的1.2倍即属于结构扭转不规则。由于阀厅属于单层结构，无楼层概念。因此规定水平力采用相应地震烈度下的地震剪力。位移按纵向抗震墙顶部的弹性水平位移考虑。 　　根据抗震规范3.4.4的第1条规定：对于扭转比大于1.2的平面不规则结构，应采用空间结构计算模型，位移比不宜大于1.5，最大不应大于1.6（朱炳寅《建筑抗震设计规范应用与分析》）。 　　周期比：可以反映结构的抗扭转能力情况。参照高规4.3.5条规定：结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期T1之比，混合结构高层建筑不应大于0.9。周期比可以不作为阀厅建筑的控制指标，可以作为结构抗扭转能力的一个参考指标。 　　1.2 基本假定及计算模型 　　高烈度区（8度以上）一般采用全钢结构方案，属于规则结构，可以满足扭转位移比要求，因此不再进行专门计算。本文根据阀厅与换流变侧之间纵墙的结构形式分为全抗震墙方案和短肢墙框架方案，对两种方案在7度0.1g，0.15g及8度0.2g地震作用下的结构的整体扭转情况进行计算。 　　采用同济大学有限元软件3D3SV11.00进行整体结构计算。剪力墙采用板壳单元模拟刚度，其余杆件采用框架单元。钢柱柱脚刚接；排架柱与钢屋架铰接，钢山墙柱与钢屋架铰接并释放轴力；钢屋架弦杆通长，腹杆与弦杆铰接；吊梁与钢屋架下弦的连接，计算整体结构时按刚接。支撑系统均为铰接；不考虑压型钢板围护体系对主结构的影响。 　　2 计算结果 　　2.1 扭转位移比 　　对于全抗震墙方案，通过调整墙体厚度以及钢柱侧的支撑强度，来调整两侧刚度差异，但不管怎么调整，由于混凝土与钢结构的刚度差异。调整过程只能减少钢柱侧的最大弹性绝对位移，但抗震墙侧的弹性位移变化很小（0.1mm，接近于0），只有将最大弹性位移控制在0.4mm，才能满足位移比要求（按最大允许位移比1.6控制），通过调整钢柱及支撑，是不可能实现绝对位移小于0.4mm。因此全抗震墙方案是无法满足规范对于扭转规则性的要求。 　　对于短肢墙框架方案，可以调整框架梁及短肢墙尺寸以及钢柱侧的支撑强度，来调整两侧刚度差异，结果三个烈度下的位移比均可以满足小于1.3，采取必要抗震措施后，就可以满足规范要求。 　　下表1均是两种方案在不同烈度条件下，通过刚度调整后的最小位移比计算结果。 　　对于7度以上需要进行抗震计算的阀厅结构，采用全抗震墙结构方案均不能满足抗震规范对位移比限制要求。对于短肢墙框架方案，可以通过调整框架梁及短肢墙尺寸以及钢柱侧的支撑强度，来调整两侧刚度差异，8度及以下结构的计算位移比均可以满足小于1.3，采取必要抗震措施后，就可以满足规范要求。 　　2.2 周期比 　　周期比可以定性反映结构的抗扭转能力，全抗震墙方案的周期比为0.74，短肢墙方案的周期比为0.8，满足小于0.9的要求，表明两种结构本身的抗扭转能力都较好，由于阀厅本身属于轻型钢结构，地震作用下绝对地震力较小，同时钢结构本身抗震能力较好，因此对于通过相应的抗震构造措施，低烈度下结构整体扭转不会对阀厅结构带来破坏性影响。 　　3 不同烈度下的高端阀厅结构选型 　　根据上述分析结果，不同烈度下阀厅选型推荐方案如下： 　　6度及以下采用全抗震墙方案：