6.2 设计方法

6.2.1 电气设施的抗震设计宜采用下列方法：
    1 对于基频高于33Hz 的刚性电气设施，可采用静力法。
    2 对于以剪切变形为主或近似于单质点体系的电气设施，可采用底部剪力法。
    3 除以上款外的电气设施，宜采用振型分解反应谱法。
    4 对于特别不规则或有特殊要求的电气设施，可采用时程分析法进行补充抗震设计。

6.2.2 当采用静力设计法进行抗震设计时，地震作用产生的弯矩或剪力可分别按下列公式计算：
    1 地震作用产生的弯矩可按下式计算：

式中:M——地震作用产生的弯矩(kN·m)；
    a_o——设计地震加速度值；
    G_eq——结构等效总重力荷载代表值(kN)；
    H₀——电气设施体系重心高度(m)；
    h——计算断面处距底部高度(m)；
    g——重力加速度。
    2 地震作用产生的剪力可按下式计算:

式中：V——地震作用产生的剪力(kN) 。

6.2.3 当采用底部剪力法进行抗震设计或采用振型分解反应谱法进行抗震设计时，应符合本规范第5 章的有关规定。

6.2.4 当采用动力时程分析法进行抗震设计时，可采用实际强震记录或人工合成地震动时程作为地震动输入时程。输入地震动时程不应少于三条，其中至少应有一条人工合成地震动时程。时程的总持续时间不应少于30s，其中强震动部分不应小于6s。计算结果宜取时程法计算结果的包络值和振型分解反应谱法计算结果的较大值。

6.2.5 当需进行竖向地震作用的时程分析时，地面运动最大竖向加速度a_v可取最大水平加速度a_s的65%。

6.2.6 当电气设备有支承结构时，应充分考虑支承结构的动力放大作用；若仅作电气设施本体的抗震设计时，地震输入加速度应乘以支承结构动力反应放大系数，并应符合下列规定:
    1 当支架设计参数确定时，应将支架与电气设施作为一个整体进行抗震设计。
    2 当支架设计参数缺乏时，对于预期安装在室外、室内底层、地下洞内、地下变电站底层地面上或低矮支架上的电气设施，其支架的动力反应放大系数的取值不宜小于1.2，且支架设计应保证其动力反应放大系数不大于所取值。
    3 安装在室内二、三层楼板上的电气设备和电气装置，建筑物的动力反应放大系数应取2.0。对于更高楼层上的电气设备和电气装置，应专门研究。
    4 安装在变压器、电抗器的本体上的部件，动力反应放大系数应取2.0。

6.2.7 电气设施抗震设计地震作用计算应包括体系的总重力(含端子板、金具及导线的重量)、内部压力、端子拉力及0.25 倍设计风载等产生的荷载，可不计算地震作用与短路电动力的组合。

条文说明

6.2.1～6.2.3 电气设施的结构形式不同，其动力特性不同，动力反应也就不同。根据震害调查及破坏几率研究，对不同电气设施规定了不同设计方法。其中，静力法、底部剪力法和振型分解反应谱法是基本方法，时程分析法作为补充方法，对于特别不规则或有特殊要求的电气设备才被要求采用。所谓“补充”，主要指对结构的底部剪力、最大位移等进行比较，当时程分析法大于振型分解反应谱法时，相关部位的构造或设计应做相应的调整。
    当采用振型分解反应谱法进行抗震分析时，除可按照第5 章有关要求进行计算外，也可采用如下的计算方法:
    (1)求出结构的固有频率及振型。
    (2) 求出振型的个数，应满足X、Y、Z三个方向的地震载荷参与质量大于90%的要求。每阶振型{φ_j}应关于质量[M]归一：{φ_j}^T[M]{φ_j}=1。
    (3) 对每阶振型{φ_j} ，根据对应的固有频率f_j和阻尼，从地震影响系数曲线(条文图5. O. 5)求出其地震动力放大系数β_j＝α_j/设计基本地震加速度a₀。
    (4) 求出第j阶振型D方向地震反应位移{u_j}^D:

式中：a₀——设计基本地震加速度(ms^-2 )；
    {φ_j}^T——第j阶振型的转置；
    [M]——结构有限元质量矩阵(kg)；
    {E}——单位地震矢量。地震方向对应的线位移自由度对应行上的值为1，其余行上的值为0。
    (5) 将所有振型D方向地震反应位移用平方和的平方根叠加：

式中: i——结构位移矢量的第i个分量。
    (6) 将水平(X或Y) 与竖直Z 方向地震反应位移用平方和的平方根组合:

式中:D——指X和Z或Y和Z。
    (7) 应力计算。
用第j阶振型在D 方向的地震反应位移{u_j}^D，求出对应的应为 ，其中N为某个结点， K为某个应力分量。用平方和的平方根叠加所有振型的应力:

    最后，将水平(X 或Y) 与竖直Z 方向的地震应力用平方和的平方根组合总应力 :

式中：D——指X和Z或Y和Z。
    (8) (X，Z)和(Y，Z)两种情况分别与其他载荷(如内压、风载、导线拉力等)产生的应力按绝对值求和组合应力，找出最大应力设计校核。

6.2.4 正确选择输入的地震加速度时程曲线，要满足地震动三要素的要求，即频谱特性、有效峰值和持续时间均要符合规定。

6.2.5 本条规定的"需进行竖向地震作用的时程分析"的电气设施，主要指220kV及以上电压等级的横向安装的穿墙套管和水平悬臂对地震竖向分力反应较大的设备。

6.2.6 由于建筑物或构筑物对地面运动加速度值都有一定程度的放大作用，因此仅对电气设备和电气装置本体进行抗震设计时，必须乘以支承结构动力响应放大系数。但也不得不指出，根据中国电力科学研究院、国网北京经济技术研究院、同济大学、西北电力设计院和郑州机械研究所等单位的相关研究结果均显示，支架的动力放大系数比较复杂，与场地土类别、设备重量和刚度、支架材料与形式等都密切相关，且变化幅度较大。因此:
    1 原则上，有支架且支架设计参数已确定时，应将支架与设备作为一个整体进行抗震设计。
    2 当支架设计参数未知，而又需要对电气设备和电气装置本体进行单独抗震设计或校核时，通过在振动台上对电气设备有无支架的对比试验和计算分析结果，建议根据支架刚度与高度选择支架动力放大系数，原则上支架刚度越小、高度越大，支架动力放大系数越大，反之亦然。因此，原则上对有支架的电气装置本体单独进行校核时，所输入的地震加速度应根据实际情况至少乘以1.2的放大系数，且支架的设计应保证其动力放大系数不超过此取值要求。
    3 日本通过实测和动力响应分析的结果，取建筑物二、三层的动力放大系数在2倍以下。
    为研究建筑物的抗震性能，西北电力设计院与同济大学联合进行了发电厂及变电站主控制楼和110kV屋内配电装置楼的模型房屋在振动台上的模拟地震试验，试验结果表明：建筑物各层楼动力放大系数为楼层越高，β越大，并随输入加速度增加而减小。当输入加速度值为0.5g及以下时，二、三层楼动力反应放大系数为1.5～2.5。
    根据国内、外研究结果，为简化电气设备的抗震计算，建议取建筑物二、三层的动力放大系数为2.0。
    4 变压器、高压电抗器的出线套管抗震设计应考虑变压器和高压电抗器基础及本体的动力响应放大系数。
    日本根据实验研究结果，提出变压器基础及本体的动力响应放大系数为2.0。
    燕山石油化工公司的“变压器抗震鉴定标准编写组”在振动台上进行了4台6kV～10kV、1000kV·A及以下电力变压器的模拟地震试验，测得变压器本体上部加速度值时振动台输入加速度值的1.2倍～2.0倍，其中动力反应较大的一台变压器振动试验各部位的动力反应加速度实测值如表1 所示。