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摘要：根据《建筑抗震设计规范》规定的弹塑性变形简化计算方法，采用国标罕遇反应谱包络极限安全地震SL-2反应谱，用计算程序PKPM进行核电常规岛主厂房在SL-2地震作用下的弹塑性变形验算。
关键词：核电常规岛主厂房；极限安全地震；弹塑性变形验算；
中图分类号：[TL48] 文献标识码：A
概述
核电工程的常规岛主厂房，是核安全无关物项（抗震Ⅲ类物项），但它往往与核安全有关的重要物项（抗震Ⅰ类物项）相邻。为了确保抗震Ⅰ类物项的安全，一般保证在极限安全地震SL-2作用下，常规岛主厂房能够保持结构的完整性（不倒塌）。
本文提出并论述说明对于常规岛主厂房，利用民用规范的抗震计算方法和计算程序进行在SL-2地震作用下结构完整性的简单校核计算方法。
常规民用工程与核电厂的抗震设计要求
2.1常规民用工程的抗震要求
《建筑抗震设计规范》是以“三个水准”为抗震设防目标的，即“小震不坏，中震可修，大震不倒”。在设计中采用两阶段设计实现上述的设防目标，即：第一阶段设计是承载力验算、第二阶段设计是弹塑性变形验算。
2.2核电厂的抗震设计要求
在HAD102/02《核电厂抗震设计与鉴定》中规定，与核安全有关的重要物项要考虑：SL-1（运行安全地震）和SL-2（极限安全地震）。在SL-1地震水平下，与核安全有关的重要物项应保持正常運行状态，要求结构处于弹性范围。在SL-2地震水平下，对于与核安全有关的重要物项而言，验收准则要比SL-1时有所降低，一般允许进入弹塑性范围。
2.3常规民用工程与核电厂的抗震设计要求对比
（1）二者的所考虑的地震水平的超越概率不同。例如根据《建筑抗震设叶规范》，当抗震设防烈度为8度时所对应的设计基本地震加速度值为0.2g，此值与SL-2地震峰值加速度0.2g的含义是不同的，前者对应的是475年一遇的地震，而后者对应的是10000年一遇的地震。
（2）《建筑抗震设计规范》和核电厂所使用的设计反应谱不同。核电厂设计中使用较多的是美国NRC的RG1.60反应谱或厂址特定反应谱。《建筑抗震设计规范》给出了地震标准反应谱。
以8度区、第二组、Ⅱ类场地为例（基本加速度值为0.2，阻尼比为0.05），根据《建筑抗震设计规范》给出的计算公式可得水平方向加速度如表1所示。
表1 8度地震区、Ⅱ类场地标定的加速度反应谱 g
地震影响 周期
0 s 0.1s 0.4s 2s 6s
多遇地震 0.07 0.16 0.16 0.035 0.025
相应地，用0.2g标定的RG1.60反应谱（阻尼比取为0.05）所得到的结果如表2所示。
表20.20g标定的RG1.60反应谱g
阻尼比 控制点放大系数
0.03s 0.11s 0.4s 4s
0.05 0.20 0.522 0.626 0.094
二者的对比曲线图，见图1所示。
图18度地震区标定的加速度反应谱与RG1.60反应谱对比曲线
通过对比可以看出，RG1.60反应谱远大于《建筑抗震设计规范》的标定的反应谱。《建筑抗震设计规范》的设计基本地震加速度O.2g，与核电厂设计基准地震动O.2g的含义是不同的：一方面是超越概率有所不同，另一方面，对于相同的设计地震加速度0.2g，核电厂的抗震设计安全要求高于《建筑抗震设计规范》的安全要求。
简化计算方法的基本思路
常规岛主厂房作为抗震Ⅲ类物项，抗震设计一般按国家民用规范进行设计。为了保证在SL-2地震作用下结构的完整性，在建和已建常规岛主厂房设计方法有：采取将抗震设防烈度提高度1度的方法；也有采取中震弹性的计算方法。均提高了厂房的抗震设计要求。但给厂房结构带来多大的安全性与保守性没有一个量化的概念，能否说明厂房在SL-2地震作用不倒塌呢？这就需要从以下两个方面进行论证说明。
首先，应保证在进行结构弹塑性变形验算时采用的罕遇地震作用水平应与SL-2地震作用水平相当（或者说前者不低于后者）。
其次，在罕遇地震作用不低于核电厂SL-2地震作用水平的基础上，利用民用规范的结构抗震计算方法和工具进行结构完整性校核计算（结构弹塑性变形验算）。
简化计算方法的主要步骤
用《建筑抗震设计规范》的计算方法和工具进行常规岛主厂房在SL-2地震作用下的完整性验算的主要过程可以归纳如下：
（1）根据《建筑抗震设计规范》，确定特征周期Tg、确定结构的阻尼比；
（2）将厂房的抗震设防烈度按《建筑抗震设计规范》规定的抗震设防烈度提高一度；
（3）将以设计基准地震SL-2峰值加速度标定的反应谱与以抗震设防烈度提高后的罕遇地震标定的《建筑抗震设计规范》反应谱进行对比，确认在周期0s至主厂房结构第一自振周期（最大周期—T1）范围内前者被后者所包络；
如果出现不能包络的情况，还需要进一步提高抗震设防烈度，重复上述步骤，直至确定包络关系。
（4）确认包络关系后，利用民用规范的结构抗震计算方法和工具进行罕遇地震下弹塑性变形验算，校核结构的完整性，以层间位移是否满足《建筑抗震设计规范》要求作为判断标准。
简化计算方法的应用实例
以某工程为例，结构按中震弹性进行抗震计算，对常规岛主厂房在SL-2地震作用下厂房保持完整性的校核计算方法进行论述说明。
（1）厂址与核安全无关的抗震设计参数：
抗震设防烈度为6度；基本地震加速度值为0.05g；设计地震分组为第三组；场地土类别I1类；场地特征周期为0.40s（罕遇地震作用时）。
（2）极限安全地震（SL-2级）：
厂址特定SL-2级基岩水平向峰值加速度值为0.12g。水平向和竖直向加速度反应谱（5%阻尼比）参数值见表3所示。
表 3厂址特定SL-2级基岩加速度反应谱参数（5%阻尼比）
周期值(sec) 0.03 0.16 0.40 1.20 4.00
水平向加速度反应谱(g) 0.12 0.36 0.24 0.12 0.033
（3）厂址SL-2级地震反应谱与不同烈度的罕遇地震反应谱的对比：
厂址SL-2级地震反应谱与7度、8度的罕遇地震的反应谱进行对比分析，见表4及图2所示。
表4 厂址SL-2与7度的罕遇地震反应谱值（5%阻尼比） g
周期（s） 0.00 0.03 0.11 0.16 0.40 0.80 1.20 2.00 4.00
厂址特定SL-2 0.12 0.268 0.360 0.240 0.180 0.120 0.098 0.033
7度大震 0.225 0.308 0.500 0.500 0.500 0.268 0.186 0.117 0.097
图2厂址SL-2与7度的罕遇地震反应谱值对比曲线图（5%阻尼比）
通过上表可知：7度的罕遇地震能将厂址特定SL-2级反应谱完全包络。
（5）计算程序的计算步骤：
结构计算采用的计算程序PMSAP。在PMSAP参数修改菜单中输入：按中震弹性设计、指定地震影响系数最大值为0.12g，地震设防烈度定义为7度。此时程序会按照6度中震弹性进行结构抗震计算，同时按照7度大震进行结构的弹塑性变形验算。
从输入地震参数的角度看，设防烈度提高后罕遇地震的加速度峰值和反应谱曲线都可以包络SL-2地震的相应参数，并且具有一定的保守性。在此基础上进行罕遇地震下弹塑性变形验算，如果结构的弹塑性层间位移满足《建筑抗震设计规范》的相关要求，就可以判定在厂址SL-2地震作用下，被验算结构不会倒塌。
几点说明
（1）简化计算方法的出发点是为了充分利用常规民用设计规范的计算方法和工具进行常规岛主厂房在SL-2地震作用下的结构完整性校核计算，并不能说明计算中所用的提高设防烈度后的罕遇地震与SL-2之间在地震安全性上的对应关系。
（2）设防烈度后提高后的罕遇地震与SL-2相比，不论在峰值上和反应谱形状上都具有保守性，如果计算结果不能满足层间位移的限值要求，并不能说明被验算厂房在SL-2下一定不满足完整性的要求。
（3）如果计算程序采用SATEW，就可以认为定义罕遇地震的水平地震影响系数最大值，使其与SL-2级地震反应谱尽量的吻合，不至于有较大包络。
总之，本专题所述的简化论证方法完全是为了充分利用常规抗震设计方法而提出的，应用时必须依据厂址的具体情况进行地震输入的包络性判断。
参考文献：
[1] 《建筑抗震设计规范》 GB 50011-2010
[2] 《核电厂抗震设计与鉴定》 HAD102/02
关键词：核电常规岛主厂房；极限安全地震；弹塑性变形验算；
中图分类号：[TL48] 文献标识码：A
概述
核电工程的常规岛主厂房，是核安全无关物项（抗震Ⅲ类物项），但它往往与核安全有关的重要物项（抗震Ⅰ类物项）相邻。为了确保抗震Ⅰ类物项的安全，一般保证在极限安全地震SL-2作用下，常规岛主厂房能够保持结构的完整性（不倒塌）。
本文提出并论述说明对于常规岛主厂房，利用民用规范的抗震计算方法和计算程序进行在SL-2地震作用下结构完整性的简单校核计算方法。
常规民用工程与核电厂的抗震设计要求
2.1常规民用工程的抗震要求
《建筑抗震设计规范》是以“三个水准”为抗震设防目标的，即“小震不坏，中震可修，大震不倒”。在设计中采用两阶段设计实现上述的设防目标，即：第一阶段设计是承载力验算、第二阶段设计是弹塑性变形验算。
2.2核电厂的抗震设计要求
在HAD102/02《核电厂抗震设计与鉴定》中规定，与核安全有关的重要物项要考虑：SL-1（运行安全地震）和SL-2（极限安全地震）。在SL-1地震水平下，与核安全有关的重要物项应保持正常運行状态，要求结构处于弹性范围。在SL-2地震水平下，对于与核安全有关的重要物项而言，验收准则要比SL-1时有所降低，一般允许进入弹塑性范围。
2.3常规民用工程与核电厂的抗震设计要求对比
（1）二者的所考虑的地震水平的超越概率不同。例如根据《建筑抗震设叶规范》，当抗震设防烈度为8度时所对应的设计基本地震加速度值为0.2g，此值与SL-2地震峰值加速度0.2g的含义是不同的，前者对应的是475年一遇的地震，而后者对应的是10000年一遇的地震。
（2）《建筑抗震设计规范》和核电厂所使用的设计反应谱不同。核电厂设计中使用较多的是美国NRC的RG1.60反应谱或厂址特定反应谱。《建筑抗震设计规范》给出了地震标准反应谱。
以8度区、第二组、Ⅱ类场地为例（基本加速度值为0.2，阻尼比为0.05），根据《建筑抗震设计规范》给出的计算公式可得水平方向加速度如表1所示。
表1 8度地震区、Ⅱ类场地标定的加速度反应谱 g
地震影响 周期
0 s 0.1s 0.4s 2s 6s
多遇地震 0.07 0.16 0.16 0.035 0.025
相应地，用0.2g标定的RG1.60反应谱（阻尼比取为0.05）所得到的结果如表2所示。
表20.20g标定的RG1.60反应谱g
阻尼比 控制点放大系数
0.03s 0.11s 0.4s 4s
0.05 0.20 0.522 0.626 0.094
二者的对比曲线图，见图1所示。
图18度地震区标定的加速度反应谱与RG1.60反应谱对比曲线
通过对比可以看出，RG1.60反应谱远大于《建筑抗震设计规范》的标定的反应谱。《建筑抗震设计规范》的设计基本地震加速度O.2g，与核电厂设计基准地震动O.2g的含义是不同的：一方面是超越概率有所不同，另一方面，对于相同的设计地震加速度0.2g，核电厂的抗震设计安全要求高于《建筑抗震设计规范》的安全要求。
简化计算方法的基本思路
常规岛主厂房作为抗震Ⅲ类物项，抗震设计一般按国家民用规范进行设计。为了保证在SL-2地震作用下结构的完整性，在建和已建常规岛主厂房设计方法有：采取将抗震设防烈度提高度1度的方法；也有采取中震弹性的计算方法。均提高了厂房的抗震设计要求。但给厂房结构带来多大的安全性与保守性没有一个量化的概念，能否说明厂房在SL-2地震作用不倒塌呢？这就需要从以下两个方面进行论证说明。
首先，应保证在进行结构弹塑性变形验算时采用的罕遇地震作用水平应与SL-2地震作用水平相当（或者说前者不低于后者）。
其次，在罕遇地震作用不低于核电厂SL-2地震作用水平的基础上，利用民用规范的结构抗震计算方法和工具进行结构完整性校核计算（结构弹塑性变形验算）。
简化计算方法的主要步骤
用《建筑抗震设计规范》的计算方法和工具进行常规岛主厂房在SL-2地震作用下的完整性验算的主要过程可以归纳如下：
（1）根据《建筑抗震设计规范》，确定特征周期Tg、确定结构的阻尼比；
（2）将厂房的抗震设防烈度按《建筑抗震设计规范》规定的抗震设防烈度提高一度；
（3）将以设计基准地震SL-2峰值加速度标定的反应谱与以抗震设防烈度提高后的罕遇地震标定的《建筑抗震设计规范》反应谱进行对比，确认在周期0s至主厂房结构第一自振周期（最大周期—T1）范围内前者被后者所包络；
如果出现不能包络的情况，还需要进一步提高抗震设防烈度，重复上述步骤，直至确定包络关系。
（4）确认包络关系后，利用民用规范的结构抗震计算方法和工具进行罕遇地震下弹塑性变形验算，校核结构的完整性，以层间位移是否满足《建筑抗震设计规范》要求作为判断标准。
简化计算方法的应用实例
以某工程为例，结构按中震弹性进行抗震计算，对常规岛主厂房在SL-2地震作用下厂房保持完整性的校核计算方法进行论述说明。
（1）厂址与核安全无关的抗震设计参数：
抗震设防烈度为6度；基本地震加速度值为0.05g；设计地震分组为第三组；场地土类别I1类；场地特征周期为0.40s（罕遇地震作用时）。
（2）极限安全地震（SL-2级）：
厂址特定SL-2级基岩水平向峰值加速度值为0.12g。水平向和竖直向加速度反应谱（5%阻尼比）参数值见表3所示。
表 3厂址特定SL-2级基岩加速度反应谱参数（5%阻尼比）
周期值(sec) 0.03 0.16 0.40 1.20 4.00
水平向加速度反应谱(g) 0.12 0.36 0.24 0.12 0.033
（3）厂址SL-2级地震反应谱与不同烈度的罕遇地震反应谱的对比：
厂址SL-2级地震反应谱与7度、8度的罕遇地震的反应谱进行对比分析，见表4及图2所示。
表4 厂址SL-2与7度的罕遇地震反应谱值（5%阻尼比） g
周期（s） 0.00 0.03 0.11 0.16 0.40 0.80 1.20 2.00 4.00
厂址特定SL-2 0.12 0.268 0.360 0.240 0.180 0.120 0.098 0.033
7度大震 0.225 0.308 0.500 0.500 0.500 0.268 0.186 0.117 0.097
图2厂址SL-2与7度的罕遇地震反应谱值对比曲线图（5%阻尼比）
通过上表可知：7度的罕遇地震能将厂址特定SL-2级反应谱完全包络。
（5）计算程序的计算步骤：
结构计算采用的计算程序PMSAP。在PMSAP参数修改菜单中输入：按中震弹性设计、指定地震影响系数最大值为0.12g，地震设防烈度定义为7度。此时程序会按照6度中震弹性进行结构抗震计算，同时按照7度大震进行结构的弹塑性变形验算。
从输入地震参数的角度看，设防烈度提高后罕遇地震的加速度峰值和反应谱曲线都可以包络SL-2地震的相应参数，并且具有一定的保守性。在此基础上进行罕遇地震下弹塑性变形验算，如果结构的弹塑性层间位移满足《建筑抗震设计规范》的相关要求，就可以判定在厂址SL-2地震作用下，被验算结构不会倒塌。
几点说明
（1）简化计算方法的出发点是为了充分利用常规民用设计规范的计算方法和工具进行常规岛主厂房在SL-2地震作用下的结构完整性校核计算，并不能说明计算中所用的提高设防烈度后的罕遇地震与SL-2之间在地震安全性上的对应关系。
（2）设防烈度后提高后的罕遇地震与SL-2相比，不论在峰值上和反应谱形状上都具有保守性，如果计算结果不能满足层间位移的限值要求，并不能说明被验算厂房在SL-2下一定不满足完整性的要求。
（3）如果计算程序采用SATEW，就可以认为定义罕遇地震的水平地震影响系数最大值，使其与SL-2级地震反应谱尽量的吻合，不至于有较大包络。
总之，本专题所述的简化论证方法完全是为了充分利用常规抗震设计方法而提出的，应用时必须依据厂址的具体情况进行地震输入的包络性判断。
参考文献：
[1] 《建筑抗震设计规范》 GB 50011-2010
[2] 《核电厂抗震设计与鉴定》 HAD102/02