核电厂应急指挥中心抗震性能分析_王芳

设计过程中，我们采用中国建筑科学研究院 PKPM CAD 工程
部开发的 SATWE 软件进行结构中震弹性计算。在中震弹性设计
时，结构处于弹性状态，没有内力调整系数，但保留了荷载分项系
数，材料强度按设计强度取值。PKPM 分析方法过程简单，而且可
以直接求得配筋结果。
现用有限元软件 ANSYS 做谱分析，进一步对该结构的动力
表 5 Y 方向地震作用下的楼层最大位移和平均位移 mm
软件结果 第一层最大位移 第二层最大位移 第一层平均位移 第二层平均位移
PKPM 结果 0． 35 0． 52 0． 32 0． 49
ANSYS 结果 0． 40 0． 49 0． 28 0． 43
4 结语
通过以上论述，可 以 得 出 结 论，尽 管 民 用 建 筑 抗 震 设 计 和 核
日本福岛事故以前，已建或在建（ 包括现有设计） 的应急指挥 中心属于与核安全无关的Ⅲ类物项，即核电厂中与核安全无关的 物项。根据 GB 50223-2008 建筑工程抗震设防分类标准设施属于 标准设防类，即除 了 特 殊 设 防、重 点 设 防 和 适 度 设 防 外 按 标 准 要 求进行设防的建 筑，为 丙 类 建 筑。日 本 福 岛 事 故 后，国 家 对 于 核 电厂的核安全以及核应急提出了更高要求。国家核安全 2012 年 发布了《福岛核事故后核电厂改进行动通用技术要求》（ 以下简称 《通用技术要求》） ，根据此规定，应急控制中心按厂址所在地区地 震基本烈度提高 1 度进行抗震设计，并按照设计基准地震动 SL2 （ 相当的地面加速度） 进行校核。
特性和抗震性能进行分析，并将计算结果与 PKPM 计算的结果进
行对比。
2． 2 地震反应谱数值取值
根据《通用技术要求》，应急指挥中心在民用规范体系下，结
构设计按照建筑结构抗震设计规范的基本烈度增加 1 度即按照
8 度进行抗震设计，本场地的极限安全地震动 SL2 的水平地面加
速度峰值 0． 2g，所以按 8 度（ 0． 2g） 进行结构的中震弹性设计。当
坐标原点设置在①轴线和?轴线的交点，X 方向为结构的长 边方向； Y 方向为结构的短边方向； Z 方向为结构的高度方向。该 模型划分单元网格 0． 6 m，共有 12 217 个节点，13 337 个单元。三 维有限元模型见图 3。
分析 Y 方向的变形和内力。
PKPM 和 ANSYS 软件的模态分析结果如表 2 所示，在 PKPM
表 1 频率反应谱的相关参数
周期 / Hz 0 0． 1 0． 35 0． 7 1． 05 1． 4 1． 75 4
6
频率 / s 1 000 10 2． 857 1． 408 0． 952 0． 714 0． 571 0． 25 0． 167
地震影 0． 2 0． 444 4 0． 444 4 0． 238 2 0． 165 3 0． 127 6 0． 104 4 0． 084 4 0． 066 7 响系数
［1］ ANSYS 土木工程应用实例［M］． 北京： 中国水利水电出版
ANSYS 提供的模态提取方法有子空间法、分块 Lanczos 法，
社，2005．
Power Dynamics 法和缩减法，本文采用子空间法提取前 20 阶模 ［2］ GB 50011-2010，建筑抗震设计规范［S］．
态。振型组合采用“平方和的平方根法”（ SＲSS） 法。由于结构 X ［3］ GB 50267-97，核电厂抗震设计规范［S］．
方向尺寸远大于 Y 方向，Y 方向的地震力起控制作用，为了更清楚 ［4］ 周 颖，吕西林． 中震弹性设计与中震不屈服设计的理解及
地分析地震作用下结构的性能，计算时，输入 Y 方向的地震作用
实施［J］． 结构工程师，2008（ 6） ： 73．
Analysis of aseismic properties of emergency management center
计算需要考虑楼梯对刚度的贡献。从表 3 可以看出，两种软件计
算的结构质量相当。但 ANSYS 计算的频率稍微比 PKPM 大一点，
说明 ANSYS 建立的三维模型刚度略大。
表 2 结构主频
Hz
软件结果 X 方向主频 Y 方向主频
PKPM 结果 20． 24 14． 67
ANSYS 结果 22． 30 16． 13
0.5
0.45
0.4
0.35
0.3
α
0.25
0.2
0.15
0.1
0.05
0
2
4
6
8
T/s
图 2 ANSYS 谱分析中输入的谱值
3 整体模型分析
3． 1 结构模型
按实际结构布置建立有限元分析模型，墙、板用 Shell63 单元 模拟，梁用 Beam4 单元模拟，设备基础用 Mass21 单元模拟，将恒 载和活载以折合密度的形式弥散到相应的楼板上，屋面活荷载不 计入，楼面活荷载组合系数取 0． 5。
WANG Fang LIN Hai （ China Nuclear Power Engineering Co． ，Ltd，Beijing 100840，China） Abstract： In order to meet emergent anti-seismic demand of nuclear power plant，it carries out structural design according to the seismic elastic performance in civil project，taking a specific engineering as an example，the structural analysis model is established by program of ANSYS and the spectrum analysis is done，the calculation result are close to the result by PKPM soft through comparison． Key words： nuclear power plant，elastic design，response spectrum anaysis
利用 PKPM 进行中震弹性分析时，需要修改水平地震影响系数
αmax = 0． 444。 当 T = 0 时，α = 0． 45αmax ； 令 0． 45αmax = 0． 2，得 αmax = 0． 444。
收稿日期： 2014-05-20 作者简介： 王 芳（ 1977- ） ，女，高级工程师； 林 海（ 1980- ） ，男，高级工程师
表 3 结构质量
t
软件结果 第一层质量 第二层质量 结构总质量
PKPM 结果 2 510 2 485 4 995
ANSYS 结果 2 402 2 461 4 863
3． 3 层剪力
PKPM 和 ANSYS 软件的振型分解反应谱方法计算的层剪力
结果见表 4。ANSYS 计算的第二层剪力结果和 PKPM 的结果很接
本建筑物按使用年限 50 年设计，建筑场地类别为Ⅰ1 类，设计 地震分组为第三组，特征周期为 0． 35 s，结构安全等级为一级，抗 震设防烈度为 7 度（ 0． 10g） ，建筑抗震设防类别为甲类。平面图 见图 1。此类建筑的特点是只有墙、板和梁，没有柱子。
D
17 400 7 500 2 400 7 500
近，第一层的 ANSYS 层剪力结果是 PKPM 结果的 85% ，主要是因
为 ANSYS 模型中第一层的洞口和楼梯与 PKPM 有所不同。
表 4 Y 方向基底剪力
kN
层剪力 第二层 第一层
PKPM 结果 10 521 17 208
ANSYS 结果 10 239 14 631
3． 4 结构位移
楼层的最大位移和平均位移见表 5，可以看出，ANSYS 计算的 位移结果和 PKPM 计算的位移结果比较接近。
2． 1 工程概况
某核电厂应急指挥中心为现浇钢筋混凝土抗震墙结构，平面 尺寸为 56． 1 m × 17． 4 m，地上 2 层，底层层高 6． 55 m，第二层层高 4． 35 m，墙厚均为 300 mm，第一层板厚按跨度和工艺的要求分为 150 mm，200 mm，300 mm，顶层板厚 300 mm。混凝土采用 C35 混 凝土。基础采用混凝土墙下条形基础。
1 核电厂与民用建筑抗震设计的区别
核电厂建筑抗震标准与一般民用建筑抗震标准有所不同： 1） 建筑物分类不同。核电厂中的建筑根据其对核安全的重 要性划分为Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ类物项，民用建筑根据其功能的重要性分为 甲、乙、丙、丁四个类别。 2） 抗震设计原则不同。民用建筑的抗震设防目标是“三水 准，两阶段设计”。核电厂中核安全有关的厂房抗震设计是按照 厂址的运行安全地震震动（ SL1） 和极限安全地震震动的加速度 （ SL2） 进行计算。 3） 设计反应谱不同。核电厂抗震设计一般采用美国 ＲG1． 60 谱或场地地震相 关 反 应 谱，民 用 建 筑 抗 震 按 地 震 影 响 曲 线 计 算。 此曲线相当于地面反应谱。 4） 地面加速度取值不同。民用建筑抗震设计时根据建筑物所 在厂址的抗震设防烈度进行设计的，基本地震加速度是按 50 年的 设计基准期超越概率 10% （ 重现期 475 年） 的地震加速度作为设 计取值。SL1 的加速度是设计基准期中年超越概率为 2‰的地震 震动。SL2 加速度是按在设计基准期中年超逾概率为 0． 1‰（ 重 现期为 10 000 年） 的地震加速度作为设计取值。 若用核电厂抗震设计规范规定的反应谱对应急指挥中心进 行设计会高于《通用技术要求》的标准，按“三水准、两阶段”的小 震作用进行抗震设计则没有满足其要求，因此按 SL2 相当的地面 加速度进行弹性设计是合适的。
C B
A
6 600
4 500×5
6 600 6 900 56 100
4 500×3
①
②③④ ⑤⑥⑦
⑧
⑨ ⑩ 11 12
图 1 平面图
楼面活荷载 2． 5 kN / m2 ，屋面恒荷载按 6 kN / m2 考虑，活荷载 0． 5 kN / m2 ，基本风压 1． 00 kN / m2 ，地面粗糙度类别 A 类。
第 40 卷 第 23 期
·42· 2 0 1 4 年 8 月
山西建筑
SHANXI AＲCHITECTUＲE
Vol． 40 No． 23 Aug． 2014
文章编号： 1009-6825（ 2014） 23-0042-02
核电厂应急指挥中心抗震性能分析
王芳 林海
（ 中国核电工程有限公司，北京 100840）
第 40 卷 第 23 期 2014 年8 月
王 芳等： 核电厂应急指挥中心抗震性能分析
·43·
在用 ANSYS 采用反应谱法进行地震作用的响应分析时，按 照 GB 50011-2010 建筑抗震设计规范定义频率反应谱曲线，具体 数值见表 1。计算采用混凝土结构的阻尼比为 0． 05，ANSYS 谱分 析输入的谱值如图 2 所示。
摘 要： 为满足核电厂应急指挥中心的抗震要求，按民用项目中震弹性进行结构设计，针对一个具体的应急指挥中心结构，采用 AN-
SYS 软件建立三维模型，进行反应谱分析，并与专用软件 PKPM 的计算结果进行对比分析，计算表明，两种软件的计算结果接近。
关键词： 核电厂，弹性设计，反应谱分析
中图分类号： TU352． 1 DOI:10.13719/j.cnki.cn14-1279/tu.2014.23.035
文献标识码： A
0 引言
2 应急指挥中心抗震设计
核电厂应急指挥中心是核电厂营运单位应急响应的指挥、管 理和协调中 枢，是 应 急 期 间 应 急 响 应 指 挥 部 的 工 作 场 所。 根 据 《核动力厂设计安全规定》，每个核电厂必须设置一个与核电厂控 制室相分离的厂 内 应 急 控 制 中 心，作 为 应 急 事 故 发 生 时，应 急 指 挥人员工作、生活的场所，并且可以长时间保护在场人员，以便防 止严重事故对他们的危害。
安全相关物项进行抗震设计的规范要求有所不同，但是做到对规
范条文的深刻理 解，合 理 的 设 置 计 算 参 数，对 于 非 框 架 的 墙 板 结
构，用 PKPM 软件也是可以代替 ANSYS 进行中震弹性计算的，二
者计算结果相近，可以满足工程设计的需要。
图 3 三维有限元模型
参考文献：
3． 2 模态分析Leabharlann Baidu