CN115434353A - 一种装配式核岛筏板基础配筋桁架结构设计与施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及核岛筏板技术领域，特别涉及一种装配式核岛筏板基础配筋桁架结构设计与施工方法，包括根据核岛底板的形状以及受力特性，将底板分割形成若干单元体；以筏板部分顶部配筋作为上弦杆，部分底部配筋作为下弦杆，抗剪钢筋作为腹杆，形成每个单元体主桁架结构；根据施工阶段所承受的施工荷载以及人员通行的需求，确定主桁架结构中每榀桁架之间的间距；经过优化计算获得承载能力满足要求同时钢筋使用量最少的主桁架结构；预制各单元体，现场装配施工；本发明钢筋桁架将竖向抗剪钢筋与水平钢筋设计成为在施工过程中可单独承载的桁架结构，可大量减少施工过程中支架钢筋的使用、增大了钢筋之间的间隙、方便施工人员在上下层钢筋之间穿行。
Description
技术领域
本发明涉及核岛筏板技术领域，特别涉及一种装配式核岛筏板基础配筋桁架结构设计与施工方法。
背景技术
为了满足结构承载力以及辐射屏蔽的要求，现有多数核岛基础采用大厚度筏板的结构形式，与普通民用结构基础相比，核岛结构筏板基础具有以下特征：(1)除了传递荷载，还发挥着电厂在正常运行工况下作为辐射屏蔽边界以及事故工况下阻止堆芯熔融物向环境释放的最后一道屏障的作用；(2)底板厚度大，受力复杂，各方向薄膜内力以及弯曲内力均不可忽略，因此配筋密集，除了水平受力钢筋之外，经常配有面外抗剪钢筋。
为了满足施工的需要，现场通常在底板上下层钢筋之间设置各类支架钢筋(马镫)，而过多的支架钢筋会造成筏板上下层钢筋之间的空间狭窄，导致人员无法通行，给预埋管道以及埋件等物项的安装、底板浇筑前的清洁、底板侧壁防水卷材的铺设与修复、底板侧壁模板的支设、底板混凝土浇筑过程中的振捣以及混凝土泌水的吸附等工作带来很大的困难。
发明内容
本发明的目的是提供一种装配式核岛筏板基础配筋桁架结构设计与施工方法，以解决过多的支架钢筋造成筏板上下层钢筋之间的空间狭窄导致人员无法通行、施工困难及效率低下、钢筋材料浪费、整个建造过程炭排放量高等问题。为了实现上述目的，本发明通过如下的技术方案来解决：
本发明提供了一种装配式核岛筏板基础配筋桁架结构设计与施工方法，包括：
根据核岛底板的形状以及受力特性，将底板分割形成若干单元体；
以筏板部分顶部配筋作为上弦杆，部分底部配筋作为下弦杆，抗剪钢筋作为腹杆，形成每个单元体主桁架结构；
根据施工阶段所承受的施工荷载以及人员通行的需求，确定主桁架结构中每榀桁架之间的间距；
经过优化计算获得承载能力满足要求同时钢筋使用量最少的主桁架结构；
预制各单元体，现场装配施工。
作为进一步的技术方案，优化计算过程中需考虑荷载工况，同时将主桁架结构之间的配筋以及其他预埋物项采用等效质量的方式施加。
作为进一步的技术方案，若计算结果无法满足承载力与变形要求，增大上、下弦杆以及腹杆钢筋的直径，同时减小主桁架结构之间配筋的面积，保证总配筋面积不发生变化。
作为进一步的技术方案，在主桁架结构之间布置配筋，保证桁架弦杆面积与桁架间配筋面积之和满足筏板计算配筋总面积要求。
作为进一步的技术方案，主桁架结构钢筋采用节点进行连接。
作为进一步的技术方案，对于上、下弦杆钢筋，在节点区域穿过无需断开。
作为进一步的技术方案，在一榀桁架范围内，至少有一个节点通过螺纹与钢筋连接。
作为进一步的技术方案，部分节点上设有用于起吊的吊耳。
作为进一步的技术方案，部分单榀桁架设置斜杆，使得钢筋桁架由空腹桁架结构变为桁架结构。
作为进一步的技术方案，单元体预制时，首先，拼装单方向单榀桁架；其次，对单方向单榀桁架进行组装，形成空间桁架结构；最后，安装桁架间受力钢筋。
上述本发明的有益效果如下：
(1)本发明钢筋桁架将竖向抗剪钢筋与水平钢筋设计成为在施工过程中可单独承载的桁架结构，可大量减少施工过程中支架钢筋(马镫)的使用、增大了钢筋之间的间隙、可为筏型基础底板施工预留更多空间、方便施工人员在上下层钢筋之间穿行、完成底板预埋物项安装、防水卷材修复、施工垃圾清理等工作。
(2)本发明竖向抗剪钢筋在施工阶段发挥钢筋支架的作用，在使用阶段发挥面外抗剪的作用，实现一筋两用。
(3)本发明筏板结构基础底板钢筋采用特殊节点进行连接，使得面外抗剪钢筋与主筋连接更加牢固，可提高结构的承载能力。
(4)本发明采用桁架单元体工厂化预制、现场装配的建造方式，保证了构件的加工质量、减少了现场的作业量，能够有效提高施工效率并降低对环境的污染，同时，还可在一定程度缓解劳动力紧张局面、缩短施工工期，降低核电厂建造过程中的碳排放量。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的限定。还应当理解，这些附图是为了简化和清楚而示出的，并且不一定按比例绘制。现在将通过使用附图以附加的特征和细节来描述和解释本发明，其中：
图1示出了本发明实施例中钢筋桁架单元体分块示意图；
图2示出了本发明实施例中典型钢筋桁架轴侧图；
图3示出了本发明实施例中典型钢筋桁架俯视图；
图4示出了本发明实施例中典型钢筋单榀桁架(有斜杆)结构示意图；
图5示出了本发明实施例中典型钢筋单榀桁架(无斜杆)结构示意图；
图6示出了本发明实施例中节点区域钢筋连接结构示意图；
图7示出了本发明实施例中第一节点(带吊耳)结构示意图；
图8示出了本发明实施例中第二节点结构示意图；
图9示出了本发明实施例中桁架优化计算流程图。
图中：1、顶部配筋；2、底部配筋；3、抗剪钢筋；4、第一节点；5、第二节点。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明典型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
本实施例提供了一种装配式核岛筏板基础配筋桁架结构设计与施工方法，包括：
按照传统钢筋混凝土核岛结构设计方法，考虑承载以及屏蔽的需求，计算确定筏板基础的尺寸与配筋信息。
根据核岛底板的形状以及受力特性，将底板分割形成若干单元体；单元体形状与个数由底板形状、运输能力、施工可行性等因素确定，可为一个或多个，形状可选择简单的方形或圆形等形状。
本实施例中，根据核岛底板的形状、底板结构形式以及运输能力、拼装方式等要求，将底板划分为八个单元体，如图1所示。不难理解，在其他一些实施例中，不局限于本实施例的划分数量。
确定单元体分割方案之后，对每个单元体内配筋桁架进行主体结构布置。以筏板部分顶部配筋1作为上弦杆，部分底部配筋2作为下弦杆，抗剪钢筋3作为腹杆，布置空间桁架或空间空腹桁架结构，形成每个单元体主桁架结构；根据施工阶段所承受的施工荷载以及人员通行的需求，确定每榀桁架之间的间距，通常不小于800mm。
钢筋桁架将竖向的抗剪钢筋3与水平钢筋设计成为在施工过程中可单独承载的桁架结构，可大量减少施工过程中支架钢筋(马镫)的使用、增大了钢筋之间的间隙、方便施工人员在上下层钢筋之间穿行、完成底板预埋物项安装、防水卷材修复、施工垃圾清理等工作。
经过优化计算获得承载能力满足要求同时钢筋使用量最少的主桁架结构。
具体的采用钢结构设计方法对已布置好的空间钢筋桁架结构进行优化计算。计算过程需考虑桁架吊装与施工阶段桁架顶部人员与设备通行等荷载工况，同时应将主桁架结构之间的配筋以及其他预埋物项采用等效质量的方式进行施加。
若钢筋桁架计算结果无法满足承载力与变形要求，可适当增大桁架上、下弦杆以及腹杆钢筋的直径，同时减小主桁架之间钢筋的面积，保证总配筋面积不变。通过多次迭代优化求解，得到承载能力满足要求同时钢筋使用量最少的主桁架结构，优化流程如图9所示。
在已设计好的主桁架结构之间布置配筋，保证桁架弦杆面积与桁架间配筋面积之和满足筏板计算配筋总面积要求。
主桁架结构钢筋采用节点进行连接。本实施例中采用铸钢节点进行连接，如图4和图5中的第一节点4和第二节点5，第一节点4和第二节点5的具体结构如图7和图8所示。在其他一些实施例中，也可以采用搭扣(脚手架连接节点)等方式进行连接，不仅能够保证较强的承载力同时降低桁架整体重量。可以理解的是，对于节点的连接方式不局限于上述结构形式。
铸钢节点形式根据钢筋连接的需要进行确定。对于上下弦杆钢筋而言，在铸钢节点区域无需断开，因此钢筋只需穿过节点即可，如图6所示。但是对于面外抗剪钢筋3而言，无论施工阶段还是使用阶段，均需与主筋拉结组成钢筋桁架结构受力，因此，铸钢节点需发挥弯钩或锚固块的作用，在进行节点设计时需单独考虑此种受力形式。
为保证任意分块桁架的整体稳定性和受力性能，我们采用平行式拼装法，按照下弦杆、腹杆、上弦杆的顺序进行安装如图4和图5所示。可以每隔两榀桁架增加适量斜杆，如图3所示，增加桁架的整体刚度，使受力可以由整榀桁架共同承担。斜杆的安装顺序放置在最后部分。运输至现场后，吊机通过吊耳将分块模板放置指定位置，分块模板通过特制的机械套筒进行连接(铸钢节点也可通过焊接连接)，也可采用挤压式套筒连接方式。
为保证吊机的顺利施工，边跨铸钢节点处可以适量安装吊耳，每隔两根钢筋放置一个铸钢节点，其余钢筋仍使用绑扎钢筋的方法进行施工。
主体结构设计完成之后，根据桁架吊装的需求进行吊耳布置。吊耳可与铸钢节点进行整体设计与制作。在吊装完成之后，根据需要对吊耳进行切除。
主桁架结构设计完成之后，桁架之间上下层配筋采用绑扎的方式进行安装。在满足承载力要求的前提下，尽可能采用绑扎方式进行连接，减少铸钢节点钢材用量，降低桁架整体重量。
预制各单元体，现场装配施工。将已划分好的单元体钢筋桁架进行工厂预制，图2和图3为典型钢筋桁架单元体示意图。采用桁架单元体工厂化预制、现场装配的建造方式，保证了构件的加工质量、减少了现场的作业量，能够有效提高施工效率并降低对环境的污染，同时，还可在一定程度缓解劳动力紧张局面、缩短施工工期，降低核电厂建造过程中的碳排放量。
预制时，首先，根据上述设计方案，拼装单方向单榀桁架。
单方向桁架拼装过程中，若上、下弦杆钢筋在节点处需要进行机械连接，则应该提前在铸钢节点内部加工好螺纹，以便钢筋在对应节点的地方实现机械连接与固定。在一榀桁架范围内，为了满足钢筋的固定需求而不产生滑动，应该至少保证有一个以上的铸钢节点通过螺纹与钢筋连接，在其他节点区域，弦杆钢筋可直接穿过节点，铸钢节点内部无需设置螺纹。而面外抗剪钢筋3与铸钢节点必须通过螺纹固定。
为了增加桁架的面内刚度，可选择部分单榀桁架设置斜杆，使得钢筋桁架由空腹桁架结构变为桁架结构。斜杆布置方案应综合考虑施工过程桁架间人员通行等需求。
其次，对单方向单榀桁架进行组装，形成空间桁架结构。
将已经预制好的单榀桁架进行组装，形成水平两个方向均可承载的空间桁架结构。两个方向桁架设计方法相同。
最后，安装桁架间受力钢筋。
根据配筋计算结果，安装桁架间受力钢筋。为了节约钢材的使用，桁架间受力钢筋可采用绑扎的形式进行连接，在钢筋接头部位可选择焊接或机械接头进行连接。每个空间桁架单元体周边钢筋需与其他单元体进行现场拼接，所以在工厂预制的过程中需加工好螺纹。桁架钢筋的接头布置需满足GB 50010《混凝土结构设计规范》中相关条文的要求。若桁架腹杆面积或间距小于面外抗剪钢筋3的计算结果，则在桁架间还需布置面外抗剪钢筋3。抗剪可选择弯钩或锚固块形式与主筋进行连接。
现场吊装可按照以下流程实施：
首先，清理基坑，在上垫层表面布置混凝土垫块。垫块的作用主要为了使得钢筋桁架底部满足保护层厚度的要求。
其次，吊装各单元体钢筋桁架。确保钢筋桁架坐落于垫块表面。
最后，完成各单元体桁架之间的连接。可采用套筒或焊接的方式完成桁架单元体之间的拼装。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (10)
1.一种装配式核岛筏板基础配筋桁架结构设计与施工方法，其特征在于，包括：
根据核岛底板的形状以及受力特性，将底板分割形成若干单元体；
以筏板部分顶部配筋作为上弦杆，部分底部配筋作为下弦杆，抗剪钢筋作为腹杆，形成每个单元体主桁架结构；
根据施工阶段所承受的施工荷载以及人员通行的需求，确定主桁架结构中每榀桁架之间的间距；
经过优化计算获得承载能力满足要求同时钢筋使用量最少的主桁架结构；
预制各单元体，现场装配施工。
2.如权利要求1所述的一种装配式核岛筏板基础配筋桁架结构设计与施工方法，其特征在于，优化计算过程中需考虑荷载工况，同时将主桁架结构之间的配筋以及其他预埋物项采用等效质量的方式施加。
3.如权利要求2所述的一种装配式核岛筏板基础配筋桁架结构设计与施工方法，其特征在于，若计算结果无法满足承载力与变形要求，增大上、下弦杆以及腹杆钢筋的直径，同时减小主桁架结构之间配筋的面积，保证总配筋面积不发生变化。
4.如权利要求1所述的一种装配式核岛筏板基础配筋桁架结构设计与施工方法，其特征在于，在主桁架结构之间布置配筋，保证桁架弦杆面积与桁架间配筋面积之和满足筏板计算配筋总面积要求。
5.如权利要求1所述的一种装配式核岛筏板基础配筋桁架结构设计与施工方法，其特征在于，主桁架结构钢筋采用节点进行连接。
6.如权利要求5所述的一种装配式核岛筏板基础配筋桁架结构设计与施工方法，其特征在于，对于上、下弦杆钢筋，在节点区域穿过无需断开。
7.如权利要求6所述的一种装配式核岛筏板基础配筋桁架结构设计与施工方法，其特征在于，在一榀桁架范围内，至少有一个节点通过螺纹与钢筋连接。
8.如权利要求5所述的一种装配式核岛筏板基础配筋桁架结构设计与施工方法，其特征在于，部分节点上设有用于起吊的吊耳。
9.如权利要求1所述的一种装配式核岛筏板基础配筋桁架结构设计与施工方法，其特征在于，部分单榀桁架设置斜杆，使得钢筋桁架由空腹桁架结构变为桁架结构。
10.如权利要求1所述的一种装配式核岛筏板基础配筋桁架结构设计与施工方法，其特征在于，单元体预制时，首先，拼装单方向单榀桁架；其次，对单方向单榀桁架进行组装，形成空间桁架结构；最后，安装桁架间受力钢筋。
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| CB02 | Change of applicant information | ||
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Address after: No. 29 Hong Cao Road, Xuhui District, Shanghai Applicant after: Shanghai Nuclear Engineering Research and Design Institute Co.,Ltd. Address before: No. 29 Hong Cao Road, Xuhui District, Shanghai Applicant before: SHANGHAI NUCLEAR ENGINEERING RESEARCH & DESIGN INSTITUTE Co.,Ltd. |