配筋砌體結構在核電工程中的應用

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、保溫隔熱性和節能效果而被廣泛應用。在三代核電工程項目中部分核島廠房大量使用砌體結構作為建筑物外側維護、分隔室內房間。本文介紹了配筋砌體結構的構件類型、設計方法和驗收準則，并介紹了配筋砌體結構在三代核電工程項目中的應用情況。

關鍵詞：核島廠房，砌體結構，許用應力法

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電機廠房中廣泛使用，作為建筑物的外側維護或室內房間分隔。位于建筑物內的砌體墻在設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荷載作用。常用的砌體結構類型包括配筋砌體墻和扶壁柱，本文對這兩種結構類型的計算模型、假定條件、設計方法和驗收準則進行介紹和分析，并對配筋砌體結構在三代核電工程項目中的應用情況進行思考與總結。

2 設計方法

2.1許用應力法

雖然結構設計的現行趨勢是以強度設計理論方向發展，但是，美國砌體結構設計多年來一直采用許用應力法。所謂許用應力法，是結構構件在荷載組合作用下的計算應力不能超過規定的容許應力值，該值采用按安全系數降低的破壞應力表示。

在《統一建筑規范》（UBC，1997）的砌體結構設計規范中，許用應力設計方法考慮的主要荷載包括恒荷載、活荷載、風荷載和地震荷載，相應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為風荷載；E為地震荷載。

采用許用應力方法設計時，對包括風荷載或地震荷載等短期荷載的任何荷載組合，《統一建筑規范》（UBC，1997）規定許用應力可提高1/3考慮。采用許用應力法進行砌體結構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。許用應力設計方法以線性應力-應變分布為基礎，且所有的應力處于彈性范圍內。無筋砌體和配筋混凝土砌體的計算假定如下：

1） 構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在一起從而形成均質砌體構件

3） 砌體應力與應變成正比關系

4） 砌體截面力矩與彎曲應力平衡

2.2 分析模型

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

3 砌體結構構件設計

3.1 梁的抗彎設計

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件抗彎設計公式如下：

其中：

3.2 構件抗剪設計

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

3.3墻、柱構件設計

《統一建筑規范》（UBC，1997）規定當豎向砌體構件的水平長度與厚度之比大于3時為砌體墻；當水平長度與厚度之比小于3，且構件的高厚比大于4時為砌體柱。許用應力法中，豎向砌體構件受風荷載或地震荷載作用時，需考慮承受壓彎共同作用，且其合拉應力不應超過許用彎曲拉應力。《統一建筑規范》（UBC，1997）規定許用壓應力在短期荷載（風荷載或地震荷載）作用時可按增加1/3考慮。

平面外承受側向荷載的配筋混凝土砌體，構件壓彎設計時且應滿足：

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計。

4 結論

經大量計算表明，采用許用應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，許用應力法計算過程簡單易懂，具有較高的應用價值。同時應注意的是，在核電工程中水平地震系數較大，砌體結構中配筋結果也較大，應謹慎評估水平地震系數，以期得到合理的結果，降低工程造價成本。

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

參考文獻：

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

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