核電BOP廠房混凝土排架結構設計總結

文/李二航、尤培華、李方 中國核電工程有限公司鄭州分公司 河南鄭州 450052

核電BOP廠房混凝土排架結構設計總結

文/李二航、尤培華、李方 中國核電工程有限公司鄭州分公司 河南鄭州 450052

核電BOP廠房一般為單層工業廠房，需要較高凈空、較大跨度和較重起重設備，一般采用混凝土排架結構。本文總結了排架廠房的組成和布置、基本的計算模型以及排架各構件的設計，對類似廠房的設計有一定的參考價值。

核電BOP廠房；混凝土排架結構

核電BOP廠房一般為單層工業廠房，需要較高凈空、較大跨度和較重起重設備。主要有以下特點：由于廠房的跨度和凈高都很大，因此構件的截面尺寸較大；作用于廠房的吊車荷載，是一種不同于民用建筑的動力荷載；由于使用需要，廠房內部一般無隔墻，僅四周有圍護墻體，因此廠房結構是一種空曠結構；廠房柱是一種既要承受豎向荷載，又要承受水平荷載的主要結構構件。對于柱高＞12m且設有起重量超過20t橋式吊車的單層工業房屋一般采用混凝土排架結構。

1、排架結構的組成和布置

1.1 排架結構的組成

排架結構由屋蓋結構、橫向平面排架、縱向平面排架、圍護結構四大部分組成。

屋蓋結構的主要作用是承受屋面荷載并將荷載傳給排架柱，起采光、通風、隔熱等圍護作用。橫向平面排架是廠房的基本承重結構。廠房的豎向荷載及橫向水平荷載主要由橫向平面排架承擔并將其傳至基礎，再由基礎傳至地基。縱向平面排架由縱向柱列、基礎、聯系梁、吊車梁、柱間支撐等構件組成，其作用是保證廠房結構縱向剛度和穩定性，承受縱向水平作用（縱向風荷載、吊車縱向剎車力、溫度應力等）。由縱墻、橫墻（山墻）及抗風柱、基礎梁、墻梁等組成的圍護結構，主要起圍護作用，并承受墻體和構件的自重及作用于墻面上的風荷載。

1.2 結構布置

排架結構在平面上的布置稱為結構布置，其內容包括柱網布置、變形縫設置、支撐體系布置、抗風柱及圍護結構構件布置等。

1）柱網的布置應符合生產和使用要求，經濟合理，結構形式和施工方法上具有先進性和合理性，并符合廠房建筑統一化基本規則。廠房跨度在18m以下時，應采用3m的倍數；在18m以上時，應采用6m的倍數。廠房柱距應采用6m或6m的倍數。

2）變形縫包括伸縮縫、沉降縫和防震縫三種。伸縮縫的作用是減小廠房的溫度應力。沉降縫的作用是避免不均勻沉降的產生的影響，一般在單層廠房中不需設置。

3）支撐體系的作用是：加強廠房結構的空間剛度，使廠房結構形成整體；保證結構構件在安裝和使用階段的穩定和安全；傳遞風荷載、吊車剎車力等水平荷載。支撐體系包括屋蓋支撐和柱間支撐。

4）單層廠房的端墻（山墻）受風面積較大，一般須設置抗風柱將山墻分成幾個區格，以使墻面受到的風荷載，一部分直接傳給縱向柱列，另一部分則經抗風柱上端通過屋蓋結構傳給縱向柱列和經抗風柱下端傳給基礎。

5）當單層廠房的維護結構采用砌體墻時，須在墻上適當位置設置鋼筋混凝土圈梁、聯系梁、過梁、基礎梁等結構構件。

2、 基本的計算模型

單層廠房排架結構雖為空間受力結構，但一般可按縱向平面結構和橫向平面結構分別計算。

橫向：二維平面排架模型。計算內容包括計算簡圖的確定、荷載計算、內力分析和內力組合等，必要時還應驗算排架的側移。根據排架構件的連接和實際受力狀況，計算的基本假定有如下兩點：其一，柱下端固接于基礎頂面，柱上端鉸接于橫梁；其二，橫梁為無軸向變形的剛性桿。

縱向：通常情況下，縱向平面排架柱較多，水平剛度較大，每柱承受的水平力較小，因此當縱向柱列柱多于7根時，可不必進行縱向平面排架的計算。

3、排架各構件的設計

3.1 排架柱

單層廠房排架柱屬于偏心受壓構件，其設計主要內容包括柱截面配筋設計及柱上牛腿設計。

1）排架柱一般采用預制構件，柱的配筋設計包括使用階段計算和施工階段計算。施工階段驗算主要是吊裝驗算。

2）設有A7、A8級吊車的廠房柱和設有中級和重級工作制吊車的露天棧橋柱，在吊車梁或吊車桁架的頂標高處，由一臺最大吊車水平荷載所產生的側向變形值，不應超過《混凝土結構構造手冊》[1]表4.1.5所規定的水平位移允許值。對于一般廠房柱，可控制柱頂位移角不大于1/550。

3） 牛腿主要承受集中荷載。當集中荷載至柱邊緣距離a較大，a/h0≥1時稱為長牛腿，可按懸臂梁進行設計；當a/h0＜1時，稱為短牛腿，屬于變截面的懸臂深梁。

3.2 抗風柱

抗風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、下柱截面寬度不得小于Hb/40（抗風柱僅承受風荷載及柱自重時）或Hb/30（同時承受連系梁傳來的墻重時），其中Hb為抗風柱從基礎頂面至柱平面外支點的距離。滿足上述要求時，可不必進行水平位移驗算。

在進行內力計算時，抗風柱底部固定于基礎頂面，視為固定支座，頂部支承于端屋架的上弦節點，可視為不動鉸支座；當屋架下弦設置了橫向水平支撐時，也可將抗風柱與屋架下弦連接，作為抗風柱的不動鉸支座。

當山墻重量由基礎梁承受是，抗風柱可視為只受風荷載的豎向受彎構件，柱自重可忽略。當山墻自重由聯系梁承受時，抗風柱還承受由聯系梁傳來的墻體自重，應按偏心受壓構件計算。

3.3 鋼梁、鋼屋架

熱軋H型鋼按照《熱軋H型鋼和部分T型鋼》GB/T 11263-2010選取，構件寬厚比無需驗算，需驗算鋼梁的強度應力比、穩定應力比、撓度。焊接H型鋼的翼緣、腹板的長度及厚度可以根據需要自行選擇，此時除驗算鋼梁的強度應力比、穩定應力比、撓度外，還需驗算翼緣、腹板的寬厚比。

鋼屋架在標準跨度時一般選用圖集。當屋面材料為壓型鋼板、夾芯板、發泡水泥復合大型屋面板時選擇圖集《輕型屋面梯形鋼屋架》05G515[2]，當屋面材料為大型預應力混凝土屋面板時選擇圖集《梯形鋼屋架》05G511。

根據屋面荷載選擇屋架類型，但因屋架詳圖中下弦桿截面未考慮屋面風荷載吸力作用，，此時應驗算屋架在永久荷載標準值和風吸力荷載設計值共同作用下，下弦桿截面是否會出現壓力，其長細比λ是否超過250，是否需加大下弦截面或加密系桿。

總結：

核電BOP廠房一般為單層工業廠房，需要較高凈空、較大跨度和較重起重設備，一般采用混凝土排架結構。本文總結了排架廠房的組成和布置、基本的計算模型以及排架各構件的設計，對類似廠房的設計有一定的參考價值。

[1]中國有色工程有限公司，混凝土結構構造手冊（第四版）。北京：中國建筑工業出版社，2012.

[2]國家建筑標準圖集05G515，輕型屋面梯形鋼屋架.