型钢混凝土结构核电厂常规岛主厂房的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种型钢混凝土结构核电厂常规岛主厂房，包括汽机房排架、除氧间框架以及辅助跨框架三部分组成。其中，汽机房排架和除氧间框架采用内置H型钢的型钢混凝土支柱，辅助跨部分采用钢筋混凝土支柱；主厂房的纵向主梁采用钢筋混凝土梁，横向主梁采用内置H型钢的型钢混凝土梁。本实用新型具有良好的抗震性能，并且可以满足各种复杂工艺布置的要求。相对于钢筋混凝土结构体系而言，具有结构性能优良、梁和柱截面减小、空间更便于工艺布置等优点；相对于钢结构体系而言，具有造价相对低廉、抗腐蚀性强、耐火性能好以及后期维护成本低等优点。
【专利说明】型钢混凝土结构核电厂常规岛主厂房
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于建筑领域，具体涉及一种型钢混凝土（SRC)结构核电厂常规岛主 厂房。
【背景技术】
[0002] 核能具有稳定性好、清洁等优点，是目前公认的唯一可以大规模取代化石燃料的 洁净能源，也是我国解决能源与环境问题最现实的途径。积极推进核电建设，将有助于满足 我国不断增长的能源需求，保障能源供应与安全，保护环境，实现电力工业结构优化和可持 续发展，提升我国综合经济实力、工业技术水平和国际地位。
[0003] 核电厂常规岛主厂房作为重要的生命线工程，在地震作用下，一旦破坏，会造成巨 大的财产损失、人员伤亡以及不可挽回的环境破坏。但是由于核电厂生产工艺的要求限制， 设备种类繁多，运行参数复杂，导致常规岛主厂房结构整体布置不规则，空间整体性能较 差，荷载传递路径不够明确。
[0004] 目前在建及现役的核电厂常规岛主厂房结构体系主要采用钢筋混凝土结构或钢 结构。
[0005] 对于钢筋混凝土核电厂常规岛主厂房结构体系而言，框排架主厂房全部采用钢筋 混凝土梁和柱。由于钢筋混凝土结构体系本身的不足，其整体抗震性能差、抗震能力偏低， 存在较多的薄弱环节，结构安全储备偏低，不宜在高烈度地区使用；框排梁、柱截面大，结构 自重也大、占据空间；混凝土结构需埋设工艺专业的预埋件，埋件的品种多、数量大，施工时 易漏埋、错埋。
[0006] 对于钢结构核电厂常规岛主厂房结构体系而言，框排架主厂房全部采用钢结构梁 和柱，同时加设钢支撑。虽然钢结构自重轻、强度高、延性好，对地震有较好的适应性，但是 钢结构主厂房刚度小、整体和局部稳性差；钢结构的造价高、耐火性能差；而且核电厂在运 行过程中要产生巨大的热量，需要用水作为载体进行散热，同时考虑到大件设备的运输问 题，核电厂在选址时一般靠海，钢结构的耐腐蚀性能也较差。
[0007] 因此，寻求一种抗震性能优良、耐久性好、经济技术综合性好的常规规岛主厂房结 构形式具有重大的意义。
【发明内容】
[0008] 针对现有的常规岛主厂房结构体系存在的缺陷或不足，本实用新型的目的在于， 提供一种适用于核电厂常规岛主厂房的结构体系，采用此种体系，能够有效改善核电厂常 规岛主厂房的抗震性能、抗腐蚀性，保证核电厂常规岛主厂房的安全运行、降低后期维护费 用，使得该种结构的综合经济和技术性能同时得到提高。
[0009] 为了完成上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
[0010] 一种型钢混凝土结构核电厂常规岛主厂房，包括依次相接的汽机房、除氧间和辅 助跨；其特征在于，所述汽机房排架采用内置H型钢的型钢混凝土柱；所述汽机房排架横向 的梁采用内置H型钢的型钢混凝土梁；所述汽机房排架纵向的梁采用钢筋混凝土梁；所述 除氧间框架采用内置H型钢的型钢混凝土柱；所述除氧间框架横向的梁采用内置H型钢的 型钢混凝土梁；所述除氧间框架纵向的梁采用钢筋混凝土梁。
[0011] 进一步的，所述辅助跨框架的柱采用钢筋混凝土柱；辅助跨框架的梁采用钢筋混 凝土梁。
[0012] 进一步的，所述框排架部分的结构采用混合结构。
[0013] 进一步的，所述主厂房总长度125m，由11个开间组成，共12条轴线，宽70米，分 3跨；其中，汽机房宽42. 5m，除氧间宽13m，辅助跨宽14. 5m;主厂房总高度为52.9m ;T. A? T. E为汽机房，T. E?T. F为除氧间，T. F?T. G为辅助跨；各构件截面尺寸如下：
[0014] A 列柱：Λ 28. 6m 以下：bXh :800Χ1600 ;型钢：Η1200Χ500Χ20Χ30，
[0015] Λ 28. 6m 以上：b Xh :800 X 1200 ;型钢：Η900 X 500 X 20 X 30 ;
[0016] B、D 列柱：轴线（1)、（12) :bXh :1000X1200 ;型钢：H800X500X20X30，
[0017] 轴线（2)?（11) :b Xh :800 X 800 ;型钢：H500 X 500 X 20 X 30 ;
[0018] 1/B，1/C 列柱：轴线（12) :bXh :1000X1200 ;型钢：H800X500X20X30，
[0019] 轴线（10)、（11) :b Xh :800 X 800 ;型钢：H500 X 500 X 20 X 30 ;
[0020] C 列柱：轴线（I) :bXh :1000X 1200 ;型钢：H800X500X20X30，
[0021] 轴线（2)、（3)山父11:800\800;型钢 ：!1500\500\20\30;
[0022] E 列柱：Λ 28. 6m 以下：bXh :900X1700 ;型钢：H1300X600X20X30，
[0023] Λ 28. 6m 以上：b Xh :900 X 1300 ;型钢：H900 X 600 X 20 X 30 ;
[0024] F 列柱：Λ 19. 24m 以下：bXh :800X1600 ;型钢：H1200X500X20X30，
[0025] Λ 19. 24m 以上：b Xh :800 X 1200 ;型钢：H900 X 500 X 20 X 30 ;
[0026] G列柱：钢筋混凝土柱800 X 1000。
[0027] 上述型钢混凝土柱截面及内置型钢尺寸单位为_。
[0028] 与目前在建以及现役核电厂常规岛主厂房结构相比，本实用新型具有以下有益效 果：
[0029] 相较于钢筋混凝土结构体系而言，型钢混凝土结构体系具有整体工作性能好、承 载能力高、变形能力和延性好、截面尺寸小、使用性能好等优点。
[0030] 相较于钢结构体系而言，型钢混凝土结具有刚度大、整体和局部稳定性能好、造价 相对低廉、抗腐蚀性强、耐火性能好以及后期维护成本低等优点。
[0031] 综上，核电厂常规岛主厂房采用型钢混凝土结构体系，能够有效现有结构体系的 缺陷，在满足高烈度地区大容量机组主厂房对于抗震的要求的同时，达到抗震性能、抗腐蚀 性与经济性等几个方面的综合平衡。
【专利附图】
【附图说明】
[0032] 图1是本实用新型的型钢混凝土结构体系的主视图。
[0033] 图2是本实用新型的型钢混凝土结构体系的平面布置示意图。
【具体实施方式】
[0034] 遵循本实用新型的技术方案，本实施例的核电厂常规岛主厂房如图1、2所示。为 了方便说明，将核电厂常规岛主厂房的长度方向称为纵向，宽度方向称为横向。
[0035] 本实施例的主厂房结构体系的总长度125m，由11个开间组成，共12条轴线，宽70 米，分3跨。其中，汽机房1宽42. 5m，除氧间2宽13m，辅助跨3宽14. 5m ;结构体系总高度 为52. 9m。T. A?T. E为汽机房1，T. E?T. F为除氧间2, T. F?T. G为辅助跨3。
[0036] 运转层标高为10. 50m，地下室顶板标高为0. 00m(中间层），除氧间2中除氧器层 的标高为19. 50m。其中，除氧间2和辅助跨3为多层框架结构，汽机房1采用排架形式。 [0037] 汽机房排架4和除氧间框架7采用内置H型钢的型钢混凝土柱；辅助跨部分采用 钢筋混凝土柱。主厂房纵向的梁采用钢筋混凝土梁，横向的梁采用内置H型钢的型钢混凝 土梁。
[0038] 以下通过具体实施例及计算分析对本实用新型做进一步的说明。
[0039] 以CAP1400型钢混凝土（SRC)结构核电厂常规岛主厂房为原型，采用SAP2000有 限元软件进行分析。
[0040] 本实施例采用型钢混凝土（SRC)结构框排架体系，为单框架、单排架和辅助跨组 成的三列式结构形式。按7度（0.15g) III类场地设计，构造按8度考虑。结构长125m，由 11个开间组成，柱距有IOm和13m两种；宽70米，共3跨（其中汽机房宽42. 5m，除氧间宽 13m，辅助跨宽14. 5m)。
[0041] 汽机房1顶部布置钢桁架，下弦标高为38. lm，上弦两端标高为41. 7m，中间标高为 40. 6m。汽机房1屋面采用IOOmm厚复合压型钢板轻型屋面，其他屋面采用IOOmm厚压型钢 板（70mm高）做底模的组合楼板，10. 5m层和夹层楼板采用150mm厚的混凝土楼板，19. 5m 层楼板采用120mm厚的混凝土楼板，其他楼板采用150mm混凝土楼板，结构中所用混凝土均 采用C45强度的混凝土。
[0042] 本实施例中，常规岛主厂房的主要构件截面尺寸如下：
[0043] A 列柱：Λ 28. 6m 以下：bXh :800X1600 ;型钢：H1200X500X20X30，
[0044] Λ 28. 6m 以上：b Xh :800 X 1200 ;型钢：H900 X 500 X 20 X 30 ;
[0045] B、D 列柱：轴线（I)、（12) :bXh :1000X 1200 ;型钢：H800X 500X 20X 30，
[0046] 轴线（2)?（11) :b Xh :800 X 800 ;型钢：H500 X 500 X 20 X 30 ;
[0047] 1/B，1/C 列柱：轴线（12) :bXh :1000X1200 ;型钢：H800X500X20X30，
[0048] 轴线（10)、（11) :b Xh :800 X 800 ;型钢：H500 X 500 X 20 X 30 ;
[0049] C 列柱：轴线（I) :bXh :1000X 1200 ;型钢：H800X500X20X30，
[0050] 轴线（2)、（3)山父11:800\800;型钢 ：!1500\500\20\30;
[0051] E 列柱：Λ 28. 6m 以下：bXh :900X1700 ;型钢：H1300X600X20X30，
[0052] Λ 28. 6m 以上：b Xh :900 X 1300 ;型钢：H900 X 600 X 20 X 30 ;
[0053] F 列柱：Λ 19. 24m 以下：bXh :800X1600 ;型钢：H1200X500X20X30，
[0054] Λ 19. 24m 以上：b Xh :800 X 1200 ;型钢：H900 X 500 X 20 X 30 ;
[0055] G列柱：钢筋混凝土柱800 X 1000。
[0056] 上述型钢混凝土柱截面及内置型钢尺寸单位为mm。例如，bXh :800X 1600表示该 型钢混凝土柱截面宽度为800mm，高度为1600mm;H800X500X20X30,表示H型钢高度X 宽度X腹板厚度X翼缘厚度，即该H型钢高800mm，宽500mm，腹板厚度20mm，翼缘厚度 30mm 〇
[0057] 汽机房1布置两台吊车，需要在Λ 28. 6m处搁置吊车梁，因此，A、E两列柱为变截 面柱，上下截面及内置型钢尺寸均不同。
[0058] 横向梁为型钢混凝土梁，纵向梁为钢筋混凝土梁，数目以及截面种类较多。在进行 型钢混凝土结构核电厂常规岛主厂房的型钢混凝土梁设计时，参考《型钢混凝土组合结构 技术规程（JGJ 138-2001)》、《型钢混凝土组合结构构造与计算手册》、《型钢混凝土钢筋排 布及构造详图（12SG904-1)》等相关规程与资料。
[0059] 为了说明本实用新型结构体系的性能，以下给出对上述实施例的结构体系的荷载 分析。
[0060] 本实施例的荷载条件如下：
[0061] 1、恒载：本实用新型的恒载主要包含结构自重及外加恒载，计算分析时所有构件 的自重可以过SAP有限元软件根据其截面及构件长度自动求得，经统计该结构恒载约为 654323kN。
[0062] 2、活载：本实用新型的活载主要包括楼地面活载、屋面活载、管道荷载、检修荷载、 区域荷载等。
[0063] 3、风荷载：风荷载标准值按照《建筑结构荷载规范》进行计算。地面粗糙度类别取 A级。基本风压取为60年一遇0.73kN/m2。由于结构的高宽比小于1.5,故不考虑风振对结 构的影响，即风振系数取为1。
[0064] 4、重力荷载代表值：计算结构的地震作用时，重力荷载代表值应取结构、设备、管 道等重力荷载标准值和可变荷载组合值之和。
[0065] 一、动力特性分析
[0066] SAP2000中的模态分析是线性分析。SAP2000中通过生成一个分析工况，并将其设 置为Modal来进行振型分析。本实施例为半地下室结构，厂址区不存在影响地基稳定性的 地质构造和不良地质作用，厂址区均为强度较高的硬质岩类，不存在软弱层及其夹层，地基 不存在倾覆、滑移的可能。地面以下按粉土考虑，容重为20kN/m 3,由于厂房地处沿海，地下 水位取为〇m，在计算侧土压力时候，取土的浮容重为10kN/m3。计算提取该种结构前130阶 模态。
[0067] 二、单向地震作用反应谱分析
[0068] 反应谱理论是以单质点弹性体系在实际地震过程中的反应为基础来进行结构反 应分析的，反应谱理论要求从现有的地震记录中寻找有代表意义的标准反应谱。反应谱 理论理论考虑了结构动力特性与地震动特性之间的动力关系，还保持了原有静力理论的形 式。该理论计算简单、概念合理，所以目前很多国家都采用这一计算理论。但反应谱理论的 概念中没有很好的反映地震持时的影响。
[0069] 由于核电厂汽机厂房框排架结构刚度和质量沿坚向分布严重不均匀，扭转效应明 显，结构前几阶振型耦合作用明显。底部剪力法不适用于该类结构的地震作用计算。采用 考虑扭转耦联作用的振型分解反应谱法对其分析，同时进行单向和双向水平地震作用效应 对比分析。
[0070] 三、双向地震作用反应谱分析
[0071] 对于核电厂常规岛主厂房这种水平和坚向的刚度、质量都不规则的结构，结构的 扭转变形较为明显，因此，考虑双向水平地震动输入是必要的。
[0072] 地震作用下不规则结构不同于规则结构的表现在于其所发生的平扭耦联反应，结 构沿某轴的水平振动和绕某轴的扭转振动均不再单独出现，而是在耦联在一起。双向地震 作用下，结构构件还存在着强度和刚度相互影响，这些相互影响会使结构在双向地震作用 下的反应增大。
[0073] 《建筑抗震设计规范（GB 50011)》关于结构考虑双向水平地震作用的规定体现在 三个方面，一是要求内力分析采用空间模型，二是计算单向水平地震作用效应时要采用计 及扭转耦联效应的扭转耦联振型分解反应谱法，三是对两个方向地震作用所产生的同向地 震作用效应进行组合。即双向水平地震作用的扭转效应通过在结构的两个主轴方向分别计 算水平地震作用及其效应，然后对两个方向地震作用引起的效应进行组合，予以考虑。
[0074] 根据强震观测记录的统计分析，两个方向地震加速度的最大值不相等，二者之比 约为1 :0. 85 ;而且两个方向的最大值不一定同时发生。为此将地震地面加速度作用在X、Y 向，振型组合采用CQC法，方向组合采用修正的SRSS法。
[0075] 按下列公式的较大值确定双向水平地震作用的扭转效应Sek :
【权利要求】
1. 一种型钢混凝土结构核电厂常规岛主厂房，包括依次相接的汽机房（1)、除氧间（2) 和辅助跨（3);其特征在于，所述汽机房排架（4)采用内置H型钢的型钢混凝土柱；所述汽 机房排架横向的梁（5)采用内置H型钢的型钢混凝土梁；所述汽机房排架纵向的梁（6)采 用钢筋混凝土梁；所述除氧间框架（7)采用内置H型钢的型钢混凝土柱；所述除氧间框架 横向的梁（8)采用内置H型钢的型钢混凝土梁；所述除氧间框架纵向的梁（9)采用钢筋混 凝土梁。
2. 根据权利要求1所述的型钢混凝土结构核电厂常规岛主厂房，其特征在于，所述辅 助跨框架的柱（10)采用钢筋混凝土柱；辅助跨框架的梁（11)采用钢筋混凝土梁。
3. 根据权利要求1所述的型钢混凝土结构核电厂常规岛主厂房，其特征在于，所述主 厂房的总长度125m，由11个开间组成，共12条轴线，宽70米，分3跨；其中，汽机房（1)宽 42. 5m，除氧间（2)宽13m，辅助跨（3)宽14. 5m ;主厂房总高度为52. 9m ;T. A?T. E为汽机 房（1)，T. E?T. F为除氧间（2)，T. F?T. G为辅助跨（3);各构件截面尺寸如下： A 列柱：A 28. 6m 以下：bXh :800X1600 ;型钢：H1200X500X20X30， 厶28.6111以上山\11:800\1200;型钢：11900\500\20\30 ; B、D 列柱：轴线（1)、（12) :bXh :1000X1200 ;型钢：H800X500X20X30， 轴线（2)?（11)山父11:800\800;型钢：册00\500\20\30 ; 1/B，1/C 列柱：轴线（12) :bXh :1000X1200 ;型钢：H800X500X20X30， 轴线（10)、（11)山父11:800\800;型钢：册00\500\20\30 ; C 列柱：轴线（1) :bXh :1000X1200 ;型钢：H800X500X20X30， 轴线（2)、（3)山父11:800\800;型钢：册00\500\20\30 ; E 列柱：A 28. 6m 以下：bXh :900X1700 ;型钢：H1300X600X20X30， A 28. 6m 以上：b X h :900 X 1300 ;型钢：H900 X 600 X 20 X 30 ; F 列柱：A 19. 24m 以下：bXh :800X1600 ;型钢：H1200X500X20X30， A 19. 24m 以上：bXh :800 X 1200 ;型钢：H900X 500X20 X 30 ; G列柱：钢筋混凝土柱800 X 1000， 上述型钢混凝土柱截面及内置型钢尺寸单位为_。
【文档编号】E04B1/98GK204139666SQ201420607798
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年10月20日 优先权日:2014年10月20日
【发明者】白国良, 杜宁军, 赵金全, 赵欣刚, 程思渊, 王梦杰, 谢波, 高涵 申请人:西安建筑科技大学