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近年来,化工工业发展得非常迅速,高层化工厂房大量涌现,这类厂房的抗震问题越来越受到人们的关注。由于化工厂房自身的特殊性,如设备荷重大、结构布置不对称、刚度不均匀,尤其是侧向刚度较弱、厂房的附属结构及设备对其动力特性的影响显著等,而且过去对这类厂房结构震害的专门分析较少,相应的针对性抗震研究也较少。因此,高层厂房结构的动力特性需要有一个全面的分析,同时这方面抗震设计理论也急待完善。
工程实践经验证明,地震中高层结构的破坏和倒塌,不少是因为结构的布置或方案违背了抗震设计的基本原则。所以,为了保证结构抗震设计的安全性和合理性,提高结构的抗震可靠度,从根本上改善结构的抗震性能,结构的方案选择将是解决结构抗震问题的关键。目前在抗震设计中确立选择方案的原则已经有许多,标准规范中也有要求,但这中间有些是定性的,如要求结构平面均匀对称,竖向刚度连续等;有些虽然有定量要求,但带有一定的经验性,如周期的控制、层刚度比的限制、振型分布的要求、位移比的确定等,而且这些控制要求相互之间比较独立,缺乏关联,不能空间地反映结构的整体抗震性能。
本文详细地介绍了抗震理论的发展历程,系统地阐述了抗震设计的基本原理,特别是对目前使用最为广泛的抗震反应谱理论做了详尽的推演,并在抗震规范的反应谱方法基础上,引入势能的表达公式,推导出一个能量判据,即通过计算地震时经地面输入到结构体的势能大小,作为评判结构抗震性能的一种依据,以期有效地减少地震能量的输入,提高结构的抗震性能。
通过对典型煤气化厂房动力特性的分析,揭示了这类复杂高层化工厂房抗震设计的特殊性。为了解决这类厂房在抗震设计中的问题,将本文提出的基于反应谱理论的能量判据应用到实际工程中,作为方案的比选和优化的工具,收到了较好的效果。实践证明这种方法既可用作结构方案的优选,又可用为场地对结构影响的评估,简捷明了,易于实现。