关于水泥窑尾塔架钢结构抗震性能相关思考

关于水泥窑尾塔架钢结构抗震性能相关思考

叶晖

江苏新世纪江南环保股份有限公司 江苏南京 210000

摘要：水泥厂窑尾塔架钢结构主要指具有较高的弹性和稳定性的建筑体，在施工建设的过程中，要充分考虑工艺条件和负荷关系的影响因素。目前对水泥厂窑尾塔架钢结构的研究包括水泥厂窑尾塔架钢结构体系及钢-混凝土复合水泥厂窑尾塔架钢结构体系两种类型。本文分析我国水泥厂窑尾塔架钢结构抗震性能的现状，并对其体系抗震性能作了具体分析。

关键词：水泥窑尾塔架；钢结构；抗震性能

一、水泥厂窑尾塔架钢结构抗震性能分析的必要性

随着我国住宅及基础设施建设的发展，水泥生产技术的不断进步和生产规模的不断扩大，我国水泥厂窑尾塔架钢结构开始增多，对水泥厂窑尾塔架钢结构的功能要求越来越高。因此，水泥厂窑尾塔架钢结构受地震影响的稳定性和设备的安全性成为我国水泥制造企业共同关注的问题。我国大多数水泥企业开始采用新型干法水泥生产工艺，水泥厂窑尾塔架钢结构工程是核心工程，也是重载的特殊塔架钢结构。钢管混凝土窑尾塔架在地震作用下的假动态试验、假静态试验和弹塑性地震反应分析。在此基础上，建立了钢管混凝土窑尾塔架闭合尾端的弹性特性模型。结果表明，与无支承水泥厂窑尾塔架钢结构相比，支承水泥厂窑尾塔架钢结构的抗震性能明显优于无支承水泥厂窑尾塔架钢结构，且具有良好的延性。经水平重复加载试验，得到了较好的抗震性能的柱形框架水泥厂窑尾塔架钢结构。以地震为背景，对水泥厂窑尾塔架钢结构进行抗震分析，研究不同支承形式下钢框架的动力特性和地震响应。

二、水泥厂窑尾塔架钢结构系统介绍

水泥厂窑尾塔架钢结构是一种新型干式水泥厂的核心建筑，随着我国水泥厂建设规模的不断扩大，窑尾架的高度也不断提高。一般的钢筋混凝土水泥厂窑尾塔架很难保证封闭式水泥厂窑尾塔架的设计要求。此外，考虑到设备安装、施工费用，目前我国水泥厂水泥厂窑尾塔架钢结构的选择主要是采用钢结构塔架。水泥厂窑尾塔架钢结构框架又能有效保证设备的安装与同步。而且钢结构窑尾塔架也能有效地降低建设费用。所以，钢结构塔架目前主要作为水泥厂窑尾支架的第一选择。

三、水泥厂窑尾塔架钢结构抗震性能分析

（一）建立模型

要想分析水泥窑尾塔架的抗震性能，首先主要采用有限元分析方法，具体分析过程依赖于相关软件及测量数据。所推算的窑尾塔主平面尺寸为15.5x16m。塔身高度为87.6m。装备安装后，总高度将达到97.6 m。在水泥厂窑尾塔架钢结构上，窑尾塔架1层为钢筋混凝土框架，其余各层为塔架钢结构，共7层。塔架钢结构所有柱子均为钢管混凝土，如图1所示：

图1：钢材线型动态模型

（二）地震波选取

本试验依据《建筑物抗震设计规范》和其他国家标准进行。事实上，地震波的类型主要取决于窑尾塔架的位置和位置类型。因试验采用有限元方法，实施时需根据场地类型和地震分组设置人工模拟加速时间历史线，并比较两组曲线。本文中地震波的选取方法如下。第一，根据场地的类型，选取具有相似特征周期的地震波；因为建筑水泥厂窑尾塔架钢结构属于第二类场地，地震将被归入第一类，地震现场持续时间确定为0.35秒。在罕见地震作用下的实验中，应将地震周期延长至0.4 e。试验中，根据现场实际情况，设定场地特性周期0.4 S，然后选取地震波。在选取地震波时，应根据有关标准进行调幅。在此实验中，结合实际情况，对时间进行了分析，以控制地震波长为25 S，以获得良好的实验记录。利用模型，找出缺陷和存在的问题，明确具体的设计计划，加强建筑水泥厂窑尾塔架钢结构中的薄弱环节，提高水泥厂窑尾塔架钢结构的整体抗震性能，采取切实有效的方法和措施满足稳定安全的要求。

四、水泥厂窑尾塔架钢结构抗震的加强措施

（一）加固窑尾的弱点

对于直接与连接体相连的梁和柱，抗震等级必须按照原设计提升一级，钢筋混凝土应按以下方式扩展。顶棚、井筒必须严格按照有关规范进行校准。压力比得到控制。与主体相连的钢梁可直接进入窑尾中，继续延伸至第二跨，然后连接到抗震墙或柱上。为确保地震时连接体和窑尾可靠连接，需要适当加固。通过对连接件第二跨梁的端部进行相应的弯剪设计，为了提高剪力墙水平加固的强度，需要加厚箍筋，使其致密化。对于连接体层，楼板厚度必须适当增厚。通过延长与连接体直接连接的梁的一个跨距，使直接连接的梁的抗震性能提高1级，符合规范要求。连接塔体的钢梁必须延伸至塔身并延伸至第二跨距。如果要安装防震墙，需要连接抗震墙，如果没有抗震墙，就需要连接柱子。为使连接体和窑尾在地震中稳定地连接，必须加强连接体以及墙或柱的固定。另外，这些楼层的混凝土强度等级没有变化。一般的柱和墙，不改变这些层的混凝土强度等级。底板、第三层和连接体的厚度保持不变。该层楼采用钢筋混凝土楼板，采用双层双向钢筋网。各层面的板配筋率在0.30%以上。

（二）消能减震加固

水泥厂窑尾塔架钢结构的衰减与地震作用成反比。因此，增大水泥厂窑尾塔架钢结构阻尼比可以有效地减小地震作用，降低水泥厂窑尾塔架钢结构对地震的反应。工程实践中，在水泥厂窑尾塔架钢结构变形较大的地方设置阻尼器，以降低地震能量为目的，主要采用耗能减震等方法。减振器的存在，在一定程度上加剧了水泥厂窑尾塔架钢结构的整体衰减，降低了水平水泥厂窑尾塔架钢结构和垂直水泥厂窑尾塔架钢结构的地震作用，有效地控制了地震作用下可能发生的水泥厂窑尾塔架钢结构变形，使建筑物受到较大的震动，但不会造成严重的破坏。在抗震加固中，水泥厂窑尾塔架钢结构与地震作用之间存在相互作用，水泥厂窑尾塔架钢结构整体周期变长，刚性变弱，抗震性能变弱。当前建筑施工中，针对这一情况，主要采取延长工期作为抗震加固的目的。其中最有代表性的是铅芯橡胶支座。该法主要包括引线芯及橡胶衰减值高，横向方向大，能吸收大量振动能量。通过这种方法，在地震时基础部分能有效地与上部分离，从而吸收大量振动能量，建筑物整体应力较弱，上下稳定性较好。建筑材料，以改善建筑物的整体抗震性能。在水泥厂窑尾塔架钢结构变形较大的部位，采用减震器是主要原因。采用能量耗散和减震方法，减振器可使建筑物整体的衰减增大，消耗地震振动能量，使建筑水泥厂窑尾塔架钢结构在水平和垂直方向的地震作用降低。减振器是用来控制水泥厂窑尾塔架钢结构在地震作用下变形的。以确定建筑物在地震作用下，不会造成严重破坏。

结束语：

水泥厂水泥厂窑尾塔架钢结构系统比较复杂，因此需要严格按照规范要求，考虑有多少要素制定包含连接的水泥厂窑尾塔架钢结构计划。强化高层建筑的概念设计，从水泥厂窑尾塔架钢结构整体上调整水泥厂窑尾塔架钢结构对策，有效地强化薄弱环节，提高水泥厂窑尾塔架钢结构的整体抗震性能。为保证建筑物的安全，必须进行相应的抗震设计，并通过相应的计算模型对其力学特性进行分析。

参考文献：

[1]周锐. 水泥厂窑尾钢塔架及预热器安装作业防护措施探讨[J]. 建材发展导向, 2017(12):25-27.

[2]伍云天, 唐欢, 何飞,等. 越南谅山红峰水泥厂窑尾塔架钢结构设计[J]. 建筑结构, 2014, 044(021):47-50.

[3]张建忠. 水泥厂窑尾塔架及预热器安装施工技术[J]. 建材与装饰, 2019, 000(001):233-234.

[4]地震作用下窑尾框架结构框架梁局部稳定及节点性能分析[D]. 何晨.天津大学 2014

[5]含偏心支撑窑尾结构抗震性能分析及常规窑尾检测[D]. 陈军.武汉理工大学 2013

[6]单层柱面网壳抗震性能试验及水泥厂窑尾框架结构抗震性能分析[D]. 刘碧文.天津大学 2012

[7]地上与地下钢筋混凝土框架结构抗震性能对比及试验研究[D]. 兰兴欢.清华大学 2017

[8]楼梯间对框架结构抗震性能的影响分析[D]. 彭倩.河北工程大学 2018

[9]带转换层的高层框支剪力墙结构抗震性能研究[D]. 杨孟斐.西安工业大学 2016