核电BOP厂房混凝土排架结构设计总结

文/李二航、尤培华、李方 中国核电工程有限公司郑州分公司 河南郑州 450052

核电BOP厂房混凝土排架结构设计总结

文/李二航、尤培华、李方 中国核电工程有限公司郑州分公司 河南郑州 450052

核电BOP厂房一般为单层工业厂房，需要较高净空、较大跨度和较重起重设备，一般采用混凝土排架结构。本文总结了排架厂房的组成和布置、基本的计算模型以及排架各构件的设计，对类似厂房的设计有一定的参考价值。

核电BOP厂房；混凝土排架结构

核电BOP厂房一般为单层工业厂房，需要较高净空、较大跨度和较重起重设备。主要有以下特点：由于厂房的跨度和净高都很大，因此构件的截面尺寸较大；作用于厂房的吊车荷载，是一种不同于民用建筑的动力荷载；由于使用需要，厂房内部一般无隔墙，仅四周有围护墙体，因此厂房结构是一种空旷结构；厂房柱是一种既要承受竖向荷载，又要承受水平荷载的主要结构构件。对于柱高＞12m且设有起重量超过20t桥式吊车的单层工业房屋一般采用混凝土排架结构。

1、排架结构的组成和布置

1.1 排架结构的组成

排架结构由屋盖结构、横向平面排架、纵向平面排架、围护结构四大部分组成。

屋盖结构的主要作用是承受屋面荷载并将荷载传给排架柱，起采光、通风、隔热等围护作用。横向平面排架是厂房的基本承重结构。厂房的竖向荷载及横向水平荷载主要由横向平面排架承担并将其传至基础，再由基础传至地基。纵向平面排架由纵向柱列、基础、联系梁、吊车梁、柱间支撑等构件组成，其作用是保证厂房结构纵向刚度和稳定性，承受纵向水平作用（纵向风荷载、吊车纵向刹车力、温度应力等）。由纵墙、横墙（山墙）及抗风柱、基础梁、墙梁等组成的围护结构，主要起围护作用，并承受墙体和构件的自重及作用于墙面上的风荷载。

1.2 结构布置

排架结构在平面上的布置称为结构布置，其内容包括柱网布置、变形缝设置、支撑体系布置、抗风柱及围护结构构件布置等。

1）柱网的布置应符合生产和使用要求，经济合理，结构形式和施工方法上具有先进性和合理性，并符合厂房建筑统一化基本规则。厂房跨度在18m以下时，应采用3m的倍数；在18m以上时，应采用6m的倍数。厂房柱距应采用6m或6m的倍数。

2）变形缝包括伸缩缝、沉降缝和防震缝三种。伸缩缝的作用是减小厂房的温度应力。沉降缝的作用是避免不均匀沉降的产生的影响，一般在单层厂房中不需设置。

3）支撑体系的作用是：加强厂房结构的空间刚度，使厂房结构形成整体；保证结构构件在安装和使用阶段的稳定和安全；传递风荷载、吊车刹车力等水平荷载。支撑体系包括屋盖支撑和柱间支撑。

4）单层厂房的端墙（山墙）受风面积较大，一般须设置抗风柱将山墙分成几个区格，以使墙面受到的风荷载，一部分直接传给纵向柱列，另一部分则经抗风柱上端通过屋盖结构传给纵向柱列和经抗风柱下端传给基础。

5）当单层厂房的维护结构采用砌体墙时，须在墙上适当位置设置钢筋混凝土圈梁、联系梁、过梁、基础梁等结构构件。

2、 基本的计算模型

单层厂房排架结构虽为空间受力结构，但一般可按纵向平面结构和横向平面结构分别计算。

横向：二维平面排架模型。计算内容包括计算简图的确定、荷载计算、内力分析和内力组合等，必要时还应验算排架的侧移。根据排架构件的连接和实际受力状况，计算的基本假定有如下两点：其一，柱下端固接于基础顶面，柱上端铰接于横梁；其二，横梁为无轴向变形的刚性杆。

纵向：通常情况下，纵向平面排架柱较多，水平刚度较大，每柱承受的水平力较小，因此当纵向柱列柱多于7根时，可不必进行纵向平面排架的计算。

3、排架各构件的设计

3.1 排架柱

单层厂房排架柱属于偏心受压构件，其设计主要内容包括柱截面配筋设计及柱上牛腿设计。

1）排架柱一般采用预制构件，柱的配筋设计包括使用阶段计算和施工阶段计算。施工阶段验算主要是吊装验算。

2）设有A7、A8级吊车的厂房柱和设有中级和重级工作制吊车的露天栈桥柱，在吊车梁或吊车桁架的顶标高处，由一台最大吊车水平荷载所产生的侧向变形值，不应超过《混凝土结构构造手册》[1]表4.1.5所规定的水平位移允许值。对于一般厂房柱，可控制柱顶位移角不大于1/550。

3） 牛腿主要承受集中荷载。当集中荷载至柱边缘距离a较大，a/h0≥1时称为长牛腿，可按悬臂梁进行设计；当a/h0＜1时，称为短牛腿，属于变截面的悬臂深梁。

3.2 抗风柱

抗风柱上柱截面高度不得小于300mm，下柱截面高度不得小于下柱高度的1/25；上、下柱截面宽度不得小于Hb/40（抗风柱仅承受风荷载及柱自重时）或Hb/30（同时承受连系梁传来的墙重时），其中Hb为抗风柱从基础顶面至柱平面外支点的距离。满足上述要求时，可不必进行水平位移验算。

在进行内力计算时，抗风柱底部固定于基础顶面，视为固定支座，顶部支承于端屋架的上弦节点，可视为不动铰支座；当屋架下弦设置了横向水平支撑时，也可将抗风柱与屋架下弦连接，作为抗风柱的不动铰支座。

当山墙重量由基础梁承受是，抗风柱可视为只受风荷载的竖向受弯构件，柱自重可忽略。当山墙自重由联系梁承受时，抗风柱还承受由联系梁传来的墙体自重，应按偏心受压构件计算。

3.3 钢梁、钢屋架

热轧H型钢按照《热轧H型钢和部分T型钢》GB/T 11263-2010选取，构件宽厚比无需验算，需验算钢梁的强度应力比、稳定应力比、挠度。焊接H型钢的翼缘、腹板的长度及厚度可以根据需要自行选择，此时除验算钢梁的强度应力比、稳定应力比、挠度外，还需验算翼缘、腹板的宽厚比。

钢屋架在标准跨度时一般选用图集。当屋面材料为压型钢板、夹芯板、发泡水泥复合大型屋面板时选择图集《轻型屋面梯形钢屋架》05G515[2]，当屋面材料为大型预应力混凝土屋面板时选择图集《梯形钢屋架》05G511。

根据屋面荷载选择屋架类型，但因屋架详图中下弦杆截面未考虑屋面风荷载吸力作用，，此时应验算屋架在永久荷载标准值和风吸力荷载设计值共同作用下，下弦杆截面是否会出现压力，其长细比λ是否超过250，是否需加大下弦截面或加密系杆。

总结：

核电BOP厂房一般为单层工业厂房，需要较高净空、较大跨度和较重起重设备，一般采用混凝土排架结构。本文总结了排架厂房的组成和布置、基本的计算模型以及排架各构件的设计，对类似厂房的设计有一定的参考价值。

[1]中国有色工程有限公司，混凝土结构构造手册（第四版）。北京：中国建筑工业出版社，2012.

[2]国家建筑标准图集05G515，轻型屋面梯形钢屋架.