浅谈某核电工程钢结构设计.doc

浅谈某核电工程钢结构设计 摘要：随着科技的进步，核电技术已经发展到第三代，本文作者结合自己多年的实际工作经验，结合某第三代核电工程具体实例，对核电站常规岛主厂房的结构设计相关问题进行探讨分析，仅供参考。 　　关键词：核电站；厂房；结构；设计 　　 　　目前核电技术已经发展到第三代“欧洲压水堆（European pressurized water reactor，EPR）”，它是这一种改进型产品，它是以被验证的技术为基准，由法马通和西门子根据欧洲用户要求联合开发，以提高安全性和经济性。 　　 　　1工程概况 　　某核电工程采用第三代核电机组，装机容量为2×1750MW，常规岛厂房纵向长度109.85m，共10排柱，最大柱距14.5m，其他柱距8-13.5m，横向仅一跨，跨度57.2m，厂房柱柱脚标高-14.5m，零米层以下除-7.5m作为中间层外，某些局部还有一些夹层作为设备平台，厂房零米层仅南端的局部有楼板，其余位开空，零米以上的主要楼层为标高10.9m的运转层，在零米和运转层间有局部设备夹层，运转层以上直到标高约为42.3m的屋架下弦为空旷空间，汽轮机纵向布置在常规岛厂房中央，与汽轮机基座柱连接的各平台采用滑动支座，汽水分离再热器(MSR)采用立式布置，底部球绞支座支撑在混凝土立柱上，中部在10.9m与结构楼层连接，传递水平作用力，HM厂房设置有一台额定起重量300t/100t的主行车和一台额定起重量20t的辅助行车，另有一台悬挂于主行车大车上，额定起重量100t的MSR安装及检修吊车。在四台电动给水泵上方还有一台额定起重量40t的起吊给水泵的吊车，悬挂标高约在-2.5m处，用于MSR安装及检修吊车的拆装。 　　 　　2 常规岛厂房结构布置特点 　　该核电工程常规岛厂房采用钢框架架构，周边框架柱采用带支撑的架构体系，柱脚与基础固接；各层钢平台采用柱脚固接的框架结构体系，平台钢梁通过刚接方式与平台柱连接；平台钢梁与汽机基础的连接采用滑动支座的方式，屋盖采用双坡梯形钢屋架，屋架上下弦杆均与框架柱连接，形成钢屋架与钢柱间刚接结构体系，以减小柱的计算长度。框架柱截面为上下小、中间大的型式，充分考虑构建的受力需求。 　　 　　3厂房结构分析 　　3.1 设计荷载及组合 　　3.1.1 荷载工况 　　第三代核电常规岛主厂房设计主要荷载：恒荷载、工艺荷载、活荷载、吊车荷载、风荷载、地震作用。 　　3.1.2 荷载组合 　　第三代核电常规岛主厂房结构构件设计时主要考虑以下几种荷载工况组合，各工况的组合值系数根据相应规范合理选取：抗震工况组合；安装工况组合；正常运行工况组合；试水工况组合；无风荷载、无地震，吊车空载工况组合；无风荷载、无地震，吊车满载工况组合；有风荷载、无地震，吊车满载工况组合。 　　3.2 自振特性 　　常规岛主厂房的主要设备如MSR、高低加热器、除氧器等都集中在靠近1轴线一侧，而10轴一侧因设备少，荷载相应也小很多。因此，荷载的合力中心偏向于1轴线，结构布置上充分考虑荷载合力中心与结构刚度中心的重合问题，将1轴一侧的框架、支撑截面适当加大，以避免过早出现扭转振型。调整后结构的前三阶段振型分别为横向平动、纵向平动及转动；周期分别为1.065、1.046、0.820 s，两个平动周期相近，且大于转动周期较多，自振特性是合理的。与常规火电项目主厂房相比，第三代核电常规岛主厂房的自振周期较小，其主要原因为核电厂主厂房的设备及管道荷载较大，从而要求结构的构建截面比常规火电项目要大，所以核电厂主厂房结构刚度大于常规火电，核电厂主厂房自振周期较小。 　　3.3 抗震设计 　　根据中国地震局地质研究所提供的相关报告，该核电工程常规岛主厂房框架结构弹性分析按7度，地震动峰值加速度0.1g，场地类别为I类，特征周期0.25s。 　　对于HM厂房，结构弹性阶段地震作用按上述报告中提供的常规岛地面加速度反应谱计算，并补充进行SSE级地震下的弹塑性变形验算，以保证结构在SSE级地震下不会倒塌。 　　 　　抗震分析采用振型分解反应谱法并按CQC组合方式计算横向和纵向地震作用，计算中钢结构阻尼比按多层钢结构考虑取0.035，计算重力荷载代表值的组合值系数ψi (也用作模态分析时各参振质点质量的折减系数)按表1取用。 　　抗震分析时按主行车停靠在1轴一侧（主行车的停车位置）进行质量源计算，不考虑主行车运行在其他位置上的地震作用。 　　表1 重力荷载代表值的组合值系数 　　荷载类别 组合值系数ψi 　　恒荷载 1.0 　　一般设备荷载 1.0 　　MSR 0.8 　　除氧器和加热器 0.8 　　吊车 1.0 　　计算框架用的楼面活荷载 0.5 　　汽机房屋面荷载 0