配筋砌體結(jié)構(gòu)在核電工程中的應(yīng)用

包金龍

摘要：砌體因容易就地取材、施工方便，具有較好的耐久性和良好的耐火性、保溫隔熱性和節(jié)能效果而被廣泛應(yīng)用。在三代核電工程項目中部分核島廠房大量使用砌體結(jié)構(gòu)作為建筑物外側(cè)維護、分隔室內(nèi)房間。本文介紹了配筋砌體結(jié)構(gòu)的構(gòu)件類型、設(shè)計方法和驗收準(zhǔn)則，并介紹了配筋砌體結(jié)構(gòu)在三代核電工程項目中的應(yīng)用情況。

關(guān)鍵詞：核島廠房，砌體結(jié)構(gòu)，許用應(yīng)力法

1 引言

配筋混凝土砌體在三代核電工程項目中的附屬廠房、放射性廢物廠房和柴油發(fā)電機廠房中廣泛使用，作為建筑物的外側(cè)維護或室內(nèi)房間分隔。位于建筑物內(nèi)的砌體墻在設(shè)計時要考慮承受自重荷載、活荷載和地震荷載，位于建筑物外圍的還要考慮風(fēng)荷載作用。常用的砌體結(jié)構(gòu)類型包括配筋砌體墻和扶壁柱，本文對這兩種結(jié)構(gòu)類型的計算模型、假定條件、設(shè)計方法和驗收準(zhǔn)則進行介紹和分析，并對配筋砌體結(jié)構(gòu)在三代核電工程項目中的應(yīng)用情況進行思考與總結(jié)。

2 設(shè)計方法

2.1許用應(yīng)力法

雖然結(jié)構(gòu)設(shè)計的現(xiàn)行趨勢是以強度設(shè)計理論方向發(fā)展，但是，美國砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計多年來一直采用許用應(yīng)力法。所謂許用應(yīng)力法，是結(jié)構(gòu)構(gòu)件在荷載組合作用下的計算應(yīng)力不能超過規(guī)定的容許應(yīng)力值，該值采用按安全系數(shù)降低的破壞應(yīng)力表示。

在《統(tǒng)一建筑規(guī)范》（UBC，1997）的砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范中，許用應(yīng)力設(shè)計方法考慮的主要荷載包括恒荷載、活荷載、風(fēng)荷載和地震荷載，相應(yīng)的主要荷載組合如下：

LC1： 1.0D+1.0L

LC2： 1.0D+0.71E

LC3： 0.9D+0.71E

LC4： 1.0D+0.75L+0.54E

LC5： 1.0D+0.75L+0.75W

LC6： 1.0D+1.0W

其中，D為自重荷載；L為活荷載；W為風(fēng)荷載；E為地震荷載。

采用許用應(yīng)力方法設(shè)計時，對包括風(fēng)荷載或地震荷載等短期荷載的任何荷載組合，《統(tǒng)一建筑規(guī)范》（UBC，1997）規(guī)定許用應(yīng)力可提高1/3考慮。采用許用應(yīng)力法進行砌體結(jié)構(gòu)的抗彎承載力計算時，無筋砌體取毛截面，配筋砌體取開裂后的截面。許用應(yīng)力設(shè)計方法以線性應(yīng)力-應(yīng)變分布為基礎(chǔ)，且所有的應(yīng)力處于彈性范圍內(nèi)。無筋砌體和配筋混凝土砌體的計算假定如下：

1） 構(gòu)件彎曲前后砌體截面始終保持為平面

2） 砌體材料能很好粘結(jié)在一起從而形成均質(zhì)砌體構(gòu)件

3） 砌體應(yīng)力與應(yīng)變成正比關(guān)系

4） 砌體截面力矩與彎曲應(yīng)力平衡

2.2 分析模型

砌體結(jié)構(gòu)構(gòu)件進行設(shè)計時，通常選取單位寬度的砌體構(gòu)件進行計算，根據(jù)構(gòu)件兩端的支撐連接情況，可分為四種計算模型。假定地震荷載或風(fēng)荷載等水平作用為均布荷載作用在結(jié)構(gòu)構(gòu)件上。

3 砌體結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計

3.1 梁的抗彎設(shè)計

若已知截面特性如梁的尺寸、鋼筋的位置和面積，配筋混凝土砌體考慮受拉鋼筋作用的矩形截面構(gòu)件抗彎設(shè)計公式如下：

其中：

3.2 構(gòu)件抗剪設(shè)計

砌體構(gòu)件抗剪設(shè)計是將無系數(shù)荷載方法計算所得砌體或鋼筋內(nèi)的剪應(yīng)力與規(guī)范規(guī)定的許用應(yīng)力相比較。通常認(rèn)為剪力首先由砌體獨自承擔(dān)，如果計算所得剪應(yīng)力超過相對較低的許用剪應(yīng)力值時，則認(rèn)為剪力由抗剪鋼筋獨自承擔(dān)。此外，計算所得砌體的剪應(yīng)力大于第一步中所用的較低應(yīng)力時，不能超過規(guī)定的第二個應(yīng)力值。在許用應(yīng)力法中，剪力或者由砌體單獨承擔(dān)，或者由鋼筋單獨承擔(dān)，而不是靠兩者組合共同承擔(dān)。

3.3墻、柱構(gòu)件設(shè)計

《統(tǒng)一建筑規(guī)范》（UBC，1997）規(guī)定當(dāng)豎向砌體構(gòu)件的水平長度與厚度之比大于3時為砌體墻；當(dāng)水平長度與厚度之比小于3，且構(gòu)件的高厚比大于4時為砌體柱。許用應(yīng)力法中，豎向砌體構(gòu)件受風(fēng)荷載或地震荷載作用時，需考慮承受壓彎共同作用，且其合拉應(yīng)力不應(yīng)超過許用彎曲拉應(yīng)力。《統(tǒng)一建筑規(guī)范》（UBC，1997）規(guī)定許用壓應(yīng)力在短期荷載（風(fēng)荷載或地震荷載）作用時可按增加1/3考慮。

平面外承受側(cè)向荷載的配筋混凝土砌體，構(gòu)件壓彎設(shè)計時且應(yīng)滿足：

配筋混凝土砌體墻通常有兩點以上的支撐，在荷載作用下表現(xiàn)出平板特征，而不是梁的特征，即雙向彎曲而不是單向彎曲，可按平板模型進行設(shè)計。

4 結(jié)論

經(jīng)大量計算表明，采用許用應(yīng)力法對砌體墻進行配筋計算是可行的，與其它計算方法相比，許用應(yīng)力法計算過程簡單易懂，具有較高的應(yīng)用價值。同時應(yīng)注意的是，在核電工程中水平地震系數(shù)較大，砌體結(jié)構(gòu)中配筋結(jié)果也較大，應(yīng)謹(jǐn)慎評估水平地震系數(shù)，以期得到合理的結(jié)果，降低工程造價成本。

在核電工程廠房中，由于工藝管道敷設(shè)的影響，需要直穿墻體或預(yù)留貫穿件，墻體需考慮復(fù)雜的補強措施；由于支架生根的需要，砌塊的特點決定了不能放置預(yù)埋件，只能采取后錨固板的支撐方式；由于灌漿養(yǎng)護的要求，砌塊施工高度受到限制，整體施工周期加長。因此，配筋砌體結(jié)構(gòu)在核電工程項目中的適用性不高，并未發(fā)揮其優(yōu)點，在核島廠房應(yīng)采用配筋混凝土結(jié)構(gòu)形式。

參考文獻(xiàn)：

[1]UBC Uniform Building Code（1997版 [S]

[2]ACI-530 Building Code Requirements for Masonry Structures（2005版）[S]