摘要：本文主要对某核电厂电动泵的设备基础进行计算分析，并对锚栓间距和边距进行复核，除考虑设备运行时的振动外，还要考虑地震和大飞机撞击导致的振动，明确了核电泵类设备基础的设计方法和思路，为后续类似工程提供了经验指导。
关键词：设备基础；锚栓；承载力
1.引言
核电厂设计中，设备基础设计除需要考虑设备运行时的振动外，还要考虑地震和大飞机撞击导致的振动，需要对承载设备的结构及设备基础进行承载力复核。本文通过设备更换时，对结构承载力的分析及设备基础的验算，梳理了设备基础的结构设计方法，以期对同类工程的设计提供参考。
2.工程概况
根据工艺提资，由于之前厂家的电动泵厂内性能试验时功率超标，无法满足规格书要求，需要用另一厂家的泵进行替换，新泵的泵体重量、设备基础重量均有所增加，需要复核原有厂房结构的承载力，并复核设备基础的承载力。图1为新的设备基础布置图。
2.1材料
设备基础及楼板的混凝土强度等级为C35。根据《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）4.1.4条，其轴心抗拉强度设计值为：ft=1.57N/mm2。
2.2荷载
力学专业提资《电动泵对土建结构的反力》，提供了设备自重及在OBE和SSE地震工况下泵对基础的反力，控制工况为SSE，后续使用SSE数据进行分析。提资见表1。
图1 泵基础布置图
表1 电动泵对土建结构的反力
3.验算方案
为保证新的设备能够正常使用，需要复核楼板及设备基础的承载能力。楼板的承载力通过整体模型进行复核。本文主要阐述设备基础的承载能力分析，设备基础的承载能力包括固定设备的螺栓及混凝土基础的承载能力两方面内容，根据规范公式复核。
4.验算过程
4.1设备基础在拉弯作用下的承载力复核
4.1.1设备基础顶面拉弯作用下锚栓所承受的拉力
设备基础地脚锚栓在地震作用下产生反力，分析设备基础的承载能力是否满足要求。
根据《压水堆核电厂核安全有关的混凝土结构设计要求》（NB/T 20012-2010），第5.2条中表1的规定，选取正常运行加极端环境工况的荷载效应组合，由于锚栓反力方向向上，设备重量为有利荷载，其荷载效应的分项系数取0.9。
设备基础在SSE作用下向上的反力N＝157.30KN；
设备重量为向下的作用力G＝0.9×115＝103.5KN；
设备基础在SSE作用下顶面弯矩M=267.30KN•M。
按照《混凝土结构加固设计规范》（GB50367-2013）附录F—螺栓连接受力分析方法，第F.1.2条计算设备基础上锚栓最大拉力，条文如下：
F.1.2在轴向力拉力与外力矩共同作用下，应按下列公司计算确定锚板中受力最大锚栓的拉力设计值Nh:
1当N/n-My1/Σyi2≥0时
Nh=N/n+(My1/Σyi2) （F.1.2-1）
2当N/n-My1/Σyi2<0时
Nh=(M+N•l)y1′/Σ(yi′)2 （F.1.2-2）
式中N和M—分别为轴向拉力(kN)和弯矩(kN•m)的设计值；
y1、yi—锚栓1及i至群锚形心的距离(mm)；
y1′、yi′—锚栓1及i至最外排受压锚栓的距离(mm)；
l—轴力N至最外排受压锚栓的距离(mm)；
n—锚栓个数。
a）沿基础长方向：
图2 锚栓沿长向形心布置图
(N-G)/n－My1/∑yi2
＝(157.30－103.5)/8－267.30×1.84/[(0.562+1.762+0.492+1.842)×2]
＝6.73-491.83/14.07
＝-28.23
应按照公式F.1.2-2计算最大锚栓的拉力：
Nh＝(267.30+53.82×1.76)×3.6/[(1.22+2.252+3.62)×2]
＝362.00×3.6/38.92
＝33.5KN
b）沿基础短方向：
图3 锚栓沿短向形心布置图
(N-G)/n－My1/∑yi2
＝(157.30－103.5)/8－267.30×0.55/[(0.552+0.552)×4]
＝6.73－60.75
＝-54.02
应按照公式M.1.2-2计算最大锚栓的拉力：
Nh＝(267.30+53.82×0.55)×1.1/(1.12×4)
=67.5KN
4.1.2设备基础基材混凝土的承载力复核
设备基础地脚锚栓锚入楼板内的长度如图4所示：
图4 锚栓锚固示意图
根据《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）第6.5.1条，计算在锚栓拉力的作用下，板的受冲切承载力。条文如下：
6.5.1在局部荷载或集中反力作用下，不配置箍筋或弯起钢筋的板的受冲切承载力应符合下列规定：
设备地脚锚栓处，板混凝土的冲切承载力满足要求。
4.2设备基础在水平剪力作用下的承载力复核
根据表1，水平剪力设计值V=422.20KN。
设备基础面积为4700×1630，根据《混凝土结构设计规范》（GB50010 -2010）第6.3.3条计算受剪承载力，条文如下：
6.3.3不配置箍筋和弯起钢筋的一般板类受弯构件，其斜截面受剪承载
最小抗剪承载力为6553KN>V=422.20KN，设备基础的抗剪承载力满足要求。
4.3锚栓间距、边距复核
4.3.1构造规定
根据图1，锚栓间距最小为1050mm。根据图4，锚栓间距大于500，即可保证各锚栓承担竖向荷载时不会相互影响。因此锚栓间距1050可以保证其有效锚固。
根据图1，锚栓边距最小为265mm。参考《混凝土结构设计规范》第9.7.4条的规定：对受剪预埋件，锚筋至构件边缘的距离不小于6d（6x30＝180mm）和70mm。本工程锚栓边距265mm>180mm，满足构造要求。
4.3.2设备基础锚栓外侧边缘混凝土的剪切承载力
在外侧锚栓水平力作用下，设备基础外边缘混凝土承受剪切作用，其作用破坏面如图5所示。两个方向的水平力作用下，竖向作用时剪切承载力较薄弱，取该方向验算。保守设计，仅考虑一半的锚栓发挥作用，则每个锚栓作用在混凝土上的力为：F＝422.20÷4＝105.55KN。
图5 外侧锚栓剪切破坏面示意
根据《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）第6.3.3条，计算在外侧锚栓水平力作用下，设备基础混凝土的剪切承载力。每个锚栓处混凝土剪切面为两个，每个面剪切承载力为：
每个锚栓处混凝土剪切承载力为2×72.8=145.6KN。
混凝土剪切承载力145.6KN>F=105.55KN。在外侧锚栓水平力作用下，设备基础混凝土的剪切承载力满足要求。
5.结论
本文通过楼板承载力复核，设备基础承载力复核，明确了核电泵类设备基础的设计方法和思路，重点论述应用规范对设备基础进行设计的工作，为后续类似工程提供了经验指导，并对规范的应用作出示例。
参考文献
[1]《混凝土结构设计规范（2015年版）》(GB50010-2010)
[2]《混凝土结构加固设计规范》(GB50367-2013)
[3]《压水堆核电厂核安全有关的混凝土结构设计要求》（NB/T20012 -2010）
作者简介
薛卫，男，高级工程师，从事结构设计工作。
论文作者:薛卫,王俊峰
论文发表刊物:《基层建设》2019年第23期
论文发表时间:2019/11/11
标签：设备论文; 承载力论文; 基础论文; 混凝土论文; 拉力论文; 荷载论文; 核电厂论文; 《基层建设》2019年第23期论文;