核电厂房风管支架生根辅助梁设计研究.pdf

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1、建筑设计核电厂房风管支架生根辅助梁设计研究李磊上海核工程研究设计院上海市200233摘要：某压水堆核电厂核岛厂房采用了钢梁、压型钢板与混凝土板的组合楼盖设计，导致风管支架难以直接生根在楼板底部，因此在设计中采用了辅助梁的方案。本文概述了辅助梁的结构布置要点，提出了满足核电结构抗震设计要求的三种辅助结构布置方案及构件设计方法。关键词：核电厂房；风管支架；辅助梁一、工程概况本文所述项目核岛厂房因空间跨度较大，楼盖系统采用了钢图1辅助梁受扭有限元模型及应力云图梁上覆压型钢板支撑的钢混组合楼板。压型钢板底部肋型结构导致风管支架无法采用螺栓或锚栓方式与楼板连接。同时由于厂房部

2、分区域风管密集，无法利用结构梁生根，因此本项目采用在结构梁间（或是梁与墙体间）架设辅助梁的方案，形成支架到辅助梁再到结构梁的传力体系。由于核电通风系统需满足严格的安全审评要求，而结构抗震性能被视为一项重要的安全指标，因此支架设计需要充分考虑结构的抗震性能要求。本项目地震荷载采用等效静力法计算，各方向的地震加速度基于楼面反应谱峰值获得，并乘以1.5的系数以考图2相邻辅助梁及连梁有限元模型及应力云图虑多模态效应的影响，支架与生根结构一般采用刚接节点连接。计算得到的最大应力为51.89MPa，相对于单根辅助梁的应力二、支架生根辅助梁的布置要点简析水平有大幅降低，由此可见，

3、刚接连梁对辅助梁的抗扭性能提升明在明确风管敷设路径及支架布置间距原则的基础上，首先要显。但在工程应用中，辅助梁上的支架生根情况以及受力状态会判断是否可利用已有结构梁或墙体生根支架，当已有结构无法满较为复杂，连梁的具体布置方式应由工程师依据经验和实际情况足支架生根需求时，需要增设辅助梁。决定。本项目压型钢板最大无支撑铺置跨度为2m，楼盖结构梁的布3.采用抗扭转性能良好的矩形钢管作为辅助梁构件置间距多为2m以内，此间距一般可满足风管支架的布置要求。当上文提到，国标规范并无针对开口截面抗扭承载力验算的条风管路径垂直于结构梁跨向时，可直接利用结构梁生根。对于平文，为保证辅助

4、梁的抗扭性能，对不具备增设连梁条件的辅助梁，行于结构梁跨向的风管路径，需通过增设辅助梁来生根支架。同建议采用矩形钢管作为辅助梁构件。对于此类截面，美国规范时，考虑到布置简洁、抗扭性能及连接需要，辅助梁应与风管路径AISC360-10版有如下条文：相垂直，每榀支架对应一根辅助梁。对矩形管截面构件三、支架生根辅助梁的设计标称抗扭转强度Tn=FcrC，除自重外，辅助梁主要承担风管支架传递来的荷载，包括支其中C为截面扭转常数，对于矩形管截面，C=2(B-t)(H-t)t-4.5(4-π)t3，此处B为截面宽，H为截面高，t为管架、风管自重及地震作用下产生的等效静力荷载。由于

5、本项目风管支架与生根结构为刚性连接且风管的水平地震力相对辅助梁有壁厚。一定力臂，因此在辅助梁内部存在较大的扭转作用力。在钢结构Fcr为临界应力，对辅助梁常用的矩形管截面，由于其腹板高h设计中，梁构件通常采用H型钢等开口截面，与抗弯和抗剪承载力与壁厚t的比值小于2.45EFy（E为钢材弹性模量，Fy为钢材屈相比，其抗扭性能很弱，因此，抗扭是辅助梁的设计关键。服强度），根据AISC360-10版H3-3式规定，Fcr=0.6Fy。1.将辅助梁设计为与楼板相连接当矩形管辅助梁承受组合扭转、剪切、弯曲及轴向应力作用本项目中，当风管支架生根结构为H型钢梁时，对应生根点的时，如

6、其所需扭转强度小于等于根据上式计算所得的容许扭转强梁腹板两侧会设有横向加劲肋，支架对钢梁产生的扭力可通过加度的20%，可忽略其扭转效应。当大于容许扭转强度的20%时，其劲肋由下翼缘传递至上翼缘，对于顶部铺有楼板的结构梁来说，由应力作用必须满足下式要求。于上翼缘受到楼板约束，钢梁抗扭能力会大大提高，设计时可忽略2æPrMröæVrTrö扭力对钢梁的影响。因此当辅助梁与结构梁设计为顶平且与压型ç+÷+ç+÷≤1.0钢板楼板通过剪力钉有效连接时，可忽略支架对辅助梁产生的扭èPcMcøèVcTcø转作用而仅计算辅助梁的抗弯和抗剪承载力。但此类辅助梁一旦其中Pr、Mr、Vr与

7、Tr分别为根据ASD或LRFD方法计算得到安装完毕无法修改，会限制风管布置的调整，且由于与楼板连接，的构件所需轴向、弯曲、剪切及扭转强度，Pc、Mc、Vc与Tc分别为此设计不适用于楼板混凝土浇筑后新增设的风管支架生根。根据ASD或LRFD方法计算得到的截面容许轴向、弯曲、剪切及扭2.合理布置，增设连梁转强度。本文第2节提到，辅助梁通常垂直于风管路径布置，其优点在矩形管虽然抗扭承载力高，验算有据可循，但也有着与H型结于当受到沿风管路径的地震作用时，单个支架产生的地震力因受构钢梁连接复杂的缺点。厂房实际建造时，部分区域还曾在H型到前后联通的风管约束，对辅助梁产生的扭