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1、10申请公布号CN104295129A43申请公布日20150121CN104295129A21申请号201410558573622申请日20141020E04H5/02200601E04B1/9820060171申请人西安建筑科技大学地址710055陕西省西安市雁塔路13号72发明人白国良杜宁军赵金全赵欣刚程思渊王梦杰谢波高涵74专利代理机构西安恒泰知识产权代理事务所61216代理人李郑建王芳54发明名称型钢混凝土结构核电厂常规岛主厂房57摘要本发明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。
2、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。本发明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。51INTCL权利要求书1页说明书7页附图1页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书7页附图1页10申请公布号CN104295129ACN104295129A1/1页21一种型钢混凝土结构核电厂常规岛主厂房，包括依次。
3、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。
4、线，宽70米，分3跨；其中，汽机房1宽425M，除氧间2宽13M，辅助跨3宽145M；主厂房总高度为529M；TATE为汽机房1，TETF为除氧间2，TFTG为辅助跨3；各构件截面尺寸如下A列柱286M以下BH8001600；型钢H12005002030，286M以上BH8001200；型钢H9005002030；B、D列柱轴线1、12BH10001200；型钢H8005002030，轴线211BH800800；型钢H5005002030；1/B，1/C列柱轴线12BH10001200；型钢H8005002030，轴线10、11BH800800；型钢H5005002030；C列柱轴线1BH10。
5、001200；型钢H8005002030，轴线2、3BH800800；型钢H5005002030；E列柱286M以下BH9001700；型钢H13006002030，286M以上BH9001300；型钢H9006002030；F列柱1924M以下BH8001600；型钢H12005002030，1924M以上BH8001200；型钢H9005002030；G列柱钢筋混凝土柱8001000。上述型钢混凝土柱截面及内置型钢尺寸单位为MM。权利要求书CN104295129A1/7页3型钢混凝土结构核电厂常规岛主厂房技术领域0001本发明属于建筑领域，具体涉及一种型钢混凝土SRC结构核电厂常规岛主厂房。
6、。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。
7、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。
8、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，本发明的目的在于，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，本发明采用如下技术方案00。
9、10一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说明书CN104295129A2/7页4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。
10、成，共12条轴线，宽70米，分3跨；其中，汽机房宽425M，除氧间宽13M，辅助跨宽145M；主厂房总高度为529M；TATE为汽机房，TETF为除氧间，TFTG为辅助跨；各构件截面尺寸如下0014A列柱286M以下BH8001600；型钢H12005002030，0015286M以上BH8001200；型钢H9005002030；0016B、D列柱轴线1、12BH10001200；型钢H8005002030，0017轴线211BH800800；型钢H5005002030；00181/B，1/C列柱轴线12BH10001200；型钢H8005002030，0019轴线10、11BH800800。
11、；型钢H5005002030；0020C列柱轴线1BH10001200；型钢H8005002030，0021轴线2、3BH800800；型钢H5005002030；0022E列柱286M以下BH9001700；型钢H13006002030，0023286M以上BH9001300；型钢H9006002030；0024F列柱1924M以下BH8001600；型钢H12005002030，00251924M以上BH8001200；型钢H9005002030；0026G列柱钢筋混凝土柱8001000。0027上述型钢混凝土柱截面及内置型钢尺寸单位为MM。0028与目前在建以及现役核电厂常规岛主厂房结构。
12、相比，本发明具有以下有益效果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。附图说明0032图1是本发明的型钢混凝土结构体系的主视图。0033图2是本发明的型钢混凝土结构体系的平面布置。
13、示意图。具体实施方式0034遵循本发明的技术方案，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。说明书CN104295129A3/7页50035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425M，除氧间2宽13M，辅助跨3宽145M；结构体系总高度为529M。TATE为汽机房1，TETF为除氧间2，TFTG为辅助跨3。0036运转层标高为1050M，地下室顶板标高为000M中间层，除氧间2中除氧器层的标高为1950M。其中，除氧间2和辅助跨3为多层框架结构，汽。
14、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发明做进一步的说明。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015G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10M和13M两种；宽70米，共3跨其中汽机房宽425M，除氧间宽13。
15、M，辅助跨宽145M。0041汽机房1顶部布置钢桁架，下弦标高为381M，上弦两端标高为417M，中间标高为406M。汽机房1屋面采用100MM厚复合压型钢板轻型屋面，其他屋面采用100MM厚压型钢板70MM高做底模的组合楼板，105M层和夹层楼板采用150MM厚的混凝土楼板，195M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0043A列柱286M以下BH8001600；型钢H12005002030，0044286M以上BH8001200；型钢H9005002030；00。
16、45B、D列柱轴线1、12BH10001200；型钢H8005002030，0046轴线211BH800800；型钢H5005002030；00471/B，1/C列柱轴线12BH10001200；型钢H8005002030，0048轴线10、11BH800800；型钢H5005002030；0049C列柱轴线1BH10001200；型钢H8005002030，0050轴线2、3BH800800；型钢H5005002030；0051E列柱286M以下BH9001700；型钢H13006002030，0052286M以上BH9001300；型钢H9006002030；0053F列柱1924M以下B。
17、H8001600；型钢H12005002030，00541924M以上BH8001200；型钢H9005002030；0055G列柱钢筋混凝土柱8001000。0056上述型钢混凝土柱截面及内置型钢尺寸单位为MM。例如，BH8001600表示该型钢混凝土柱截面宽度为800MM，高度为1600MM；H8005002030，表示H型钢高度宽度腹板厚度翼缘厚度，即该H型钢高800MM，宽500MM，腹板厚度20MM，翼缘厚度30MM。0057汽机房1布置两台吊车，需要在286M处搁置吊车梁，因此，A、E两列柱为变截说明书CN104295129A4/7页6面柱，上下截面及内置型钢尺寸均不同。0058横。
18、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JGJ1382001、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12SG9041等相关规程与资料。0059为了说明本发明结构体系的性能，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00611、恒载本发明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。00622、活载本发明的活载主要包括楼地面活载、。
19、屋面活载、管道荷载、检修荷载、区域荷载等。00633、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073KN/M2。由于结构的高宽比小于15，故不考虑风振对结构的影响，即风振系数取为1。00644、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0066SAP2000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。
20、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/M3，由于厂房地处沿海，地下水位取为0M，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。00。
21、69由于核电厂汽机厂房框排架结构刚度和质量沿竖向分布严重不均匀，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竖向的刚度、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，结说明书CN104295129A5/7页7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。
22、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GB50011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1085；而且两个方向的最大值不一。
23、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SEK00760077式中，SX、SY分别为X向、Y向单向水平地震作用下按计及扭转效应的CQC组合法则的振型分解反应谱计算的单向扭转效应。0078四、弹性时程分析0079选取了三条地震波两条天然波LWD_DELAMOBLVD波、TH1TG055波和一条人工RH2TG045波对型钢混凝土SRC结构核电厂常规岛主厂房进行弹性时程分析。结果表明，本发明的型钢混凝土结构主厂房结构弹性时程分析结果满足建筑抗震设计规范中对时程分析法的规定，即每条时程曲。
24、线计算所得的结构底部剪力不小于振型分解反应谱法求得的底部剪力的65，多条时程曲线计算所得的结构底部剪力的平均值不应小于振型分解反应谱法求得的底部剪力的80的规定。在结构的弹性阶段，时程分析法的结果满足规范的相关规定，可以采用反应谱分析法对结构进行弹性阶段的设计、分析。0080五、结论00811模态分析中，型钢混凝土结构主厂房的振动以前三阶振型为主，第一振型为纵向平动，基本无扭转，第二振型为横向平动，基本无扭转，第三振型以扭转为主，其扭转周期与第一振型时平动的周期之比为078。00822反应谱分析中，结构受横向地震作用时，层间位移角的最大值出现在381M层，达到1/685，结构最大位移为294M。
25、M；纵向地震作用时，层间位移角最大值出现在381M层，达到1/714，结构最大位移为304MM，满足规范对于层间位移间限值的要求。00833单向地震作用下型钢混凝土结构主厂房结构变形呈弯剪型，结构下部变形以弯曲变形为主，上部变形接近剪切变形。00844双向地震反应谱分析与单向地震作用的计算结果相比，双向地震比单向地震下剪力平均增加04，增加量很小，说明结构扭转很小；双向输入地震作用，结构个别列柱的平均位移与单向地震作用下结构的位移略有增大，总体与单向上位移值基本一致。00855地震作用下，结构的扭转效应较小。在双向地震力作用下，结构的内力比单向作用略有增大。说明书CN104295129A6/7。
26、页800866型钢混凝土结构主厂房结构弹性时程分析结果满足建筑抗震设计规范中对时程分析法的规定，即每条时程曲线计算所得的结构底部剪力不小于振型分解反应谱法求得的底部剪力的65，多条时程曲线计算所得的结构底部剪力的平均值不应小于振型分解反应谱法求得的底部剪力的80的规定。其中，横向基底纵剪力为反应谱分析结果的1007左右，纵向约为918。在结构的弹性阶段，时程分析法的结果满足规范的相关规定，可以采用反应谱分析法对结构进行弹性阶段的设计、分析。00877采用有限元软件SAP对型钢混凝土SRC结构核电厂常规岛主厂房进行了模态分析、反应谱分析和弹性时程分析。计算分析结果表明本发明的结构体系抗震及使用性。
27、能优良，延性好，具有较大的安全储备，符合生命线工程的基本要求。0088六、与钢筋混凝土结构核电厂常规岛主厂房的计算分析对比0089为了与型钢混凝土结构对比，通过SAP2000建立了钢筋混凝土结构核电厂常规岛主厂房有限元计算模型。汽机房平面布置参考上述型钢混凝土结构汽机厂房设计方案，主要构件尺寸及其配筋根据PKPM前期计算结果及型钢混凝土结构核电厂常规岛主厂房主要构件尺寸确定。按7度III类场地设计，结构长125M，由11个开间组成，柱距有10M和13M两种；宽70米，共3跨其中汽机房宽425M，除氧间宽13M，辅助跨宽145M，结构总高度为4170M。0090所施加的荷载与本发明实施例的型钢混。
28、凝土结构核电厂常规岛主厂房相同。0091有限元模型建立完成后，进行结构的动力特性分析、单向地震反应谱分析、双向地震反应谱分析以及弹性时程分析。0092通过计算分析，得出了以下结论00931模态分析中，钢筋混凝土结构核电厂汽机厂房的基本周期在125S左右，第二振型与第一振型周期之比为0975，第三振型周期第一扭转周期与第一振型周期第一平动周期之比为081。结构扭转效应比较明显，前两阶振型为平动中带扭转，第三阶振型以扭转为主。0094与型钢混凝土结构相比，钢筋混凝土结构的扭转作用较为明显，对抗震不利。00952单向地震反应谱分析中，结构受横向地震作用时，层间位移角的最大值出现在3445M，达到1/。
29、571，结构最大位移为373MM；纵向地震作用时，层间位移角最大值出现在381M层，达到1/708，结构最大位移为354MM。0096与型钢混凝土结构相比，在核电厂常规岛主厂房梁、柱截面基本相同的条件下，钢筋混凝土结构在单向地震作用下，结构的位移较大，最大层间位移也更接近规范的限值。因此，和钢筋混凝土结构相比，型钢混凝土结构的变形能力更强，抗震性能更好。00973钢筋混凝土结构核电厂常规岛主厂房质量、刚度分布不均匀，排架跨下面布置密集，上面空旷，并且由于柱上梁在纵向和横向布置存在标高差，或者纵向布置的梁和横向布置的梁存在标高差，都会造成局部短柱，产生剪力突变。地震作用下，这些短柱柱承受了较大的。
30、剪力、弯矩，在设计中应给予重视。0098七、与钢结构核电厂常规岛主厂房的分析对比0099核电厂在选址时一般靠海。海洋腐蚀对于钢结构核电厂常规岛主厂房的腐蚀属于电化学腐蚀。海洋大气环境中的盐尘、盐雾在钢结构表面上产生吸湿潮解作用，使暴露在空中的钢结构构件表面液膜的电导增大，加之氯离子本身具有很强的浸蚀性，因而会加剧腐说明书CN104295129A7/7页9蚀。型钢混凝土结构由于有外包的混凝土，阻碍了型钢、钢筋与外部侵蚀性环境的直接接触，因此，可以看出，相比于型钢混凝土结构，钢结构核电厂常规岛主厂房的抗腐蚀性和耐久性差，后期维护的成本较高。0100综上，型钢混凝土结构核电厂常规岛主厂房结构体系，能够有效克服钢结构和钢筋混凝土结构的缺陷缺点，满足高烈度地区大容量机组主厂房对于抗震的要求，达到抗震性能、抗腐蚀性与经济性等几个方面的综合平衡。说明书CN104295129A1/1页10图1图2说明书附图CN104295129A10。