Фундаменты основных зданий и сооружений атомных и тепловых электрост
..pdfЛЕНИНГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
А. К. БУГРОВ
ФУНДАМЕНТЫ ОСНОВНЫХ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ АТОМНЫХ И ТЕПЛОВЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ
Учебное пособие
ЛЕНИНГРАД 1991
Фундаменты основных зданий и сооружений атомных и тепловых элек тростанций:., Учеб, пособие / Бугров А. К.; Ленингр. гос. техн. ун-т. 1991. 88 с.
Данное учебное пособие предназначено для студентов спе циальности «Строительство АЭС и ТЭС» при разработке кур совых и дипломных проектов.
В пособии приводятся конструктивные схемы фундаментов неглубокого заложения и свайных, наиболее'широко применя емых под основные сооружения и оборудование АЭС и ТЭС (главные корпуса, реакторные отделения, градирни, вентиля ционные и дымовые трубы, турбо- и котлоагрегаты). Изло жены основные принципы проектирования и подходы к расчету указанных фундаментов на базе действующих норм. Отмеча ются особенности проектирования и расчета фундаментов рас сматриваемых зданий и сооружений, приводятся необходимые расчетные зависимости и вспомогательные таблицы, дополня ющие материал норм. В развитие действующих норм проекти рования приводится новая методика расчета деформаций ос нований с развитыми областями предельного напряженного состояния, обеспечивающая однозначное проектирование фун даментов по деформациям без привлечения дополнительных условий.
Табл. 6. Ил. 22. Библиогр.: 33 назв.
Печатается по решению ред.-изд. совета Ленинградского государственного технического университета.
Ре ц е н з е н т ы: д-р техн. наук А. Л. Гольдин, д-р. техн.
.наук Р. М. Нарвут.
Бугров Александр Константинович
Фундаменты основных зданий и сооружений атомных и тепловых электростанций
Учебное пособие
Редактор И. А. Лебедева
. Технический редактор А. И. Колодяоюная
Корректоры Н. Д. Баримова, М. Н. Стремилова
Св. темплан |
1990 г. |
Сдано в набор 14.05.90. |
Подписано к печати 25.06.91. |
Формат бумаги бОХЭО1/^. Бумага тип. № 3. Гарнитура литературная. Печать высокая. Уел. печ. л. 5,5. Уч.-изд. л. 5. Тираж 400. Заказ 128. Цена 35 коп.
Ленинградский государственный технический университет Типография Ленинградского государственного технического университета Адрес университета и типографии: 195251, Ленинград, Политехническая, 29.
©Ленинградский государственный технический университет, 1991_
В состав комплексов АЭС и ТЭС входят здания и соору жения, выполняющие различные функции и имеющие суще ственно разное конструктивное исполнение. Многие из них, относящиеся к зданиям и сооружениям подсобно-производА ственного или вспомогательного назначения, по конструкциям наземной и фундаментной частей практически ничем не от личаются от зданий и сооружений промышленного и граж данского строительства. Фундаменты этих сооружений на естественном основании обычно проектируются в виде от дельных (столбчатых) фундаментов под колонны, стойки и опоры, в виде ленточных фундаментов под ряды колонн или стены зданий. При необходимости вместо фундаментов мел кого заложения применяются свайные фундаменты широко используемых для промышленных зданий конструкций. Со ответствующие примеры конструкций тех и других фунда ментов имеются в [33].
Одновременно с указанными в состав комплексов АЭС и ТЭС входят «крупные, имеющие важное значение для функ ционирования комплексов, здания и сооружения основного производственного назначения, называемые .далее основ ными. Они имеют определенные особенности в конструкциях фундаментной (в большинстве случаев и наземной) части,
атакже в методах расчета фундаментов.
Вкомплексах АЭС и ТЭС к основным сооружениям в общем случае могут быть отнесены главный корпус с вен тиляционной (АЭС) или дымовой (ТЭС) трубой, спецкорпус, сооружения технического водоснабжения (блочные на сосные станции, брызгальные бассейны, градирни) и соору жения электрической части (различные здания распредели тельных устройств, порталы, перемычки и опоры ЛЭП на
площадках открытых |
распределительных устройств — ОРУ). |
В данном пособии |
ввиду ограниченного объема приво |
дятся сведения о конструкциях и особенностях расчета фун- 1* 3
даментов лишь части из указанных зданий и сооружений ос новного производственного назначения, в частности, рас сматриваются фундаменты колонн главных корпусов АЭС и ТЭС, реакторных отделений АЭС, градирен, вентиляцион ных и дымовых труб, турбоагрегатов и котлоагрегатов. Фун даменты этих сооружений отличаются определенной, часто существенной, спецификой конструкций, имеют, как правило* значительные размеры и объемы, а их проектирование свя зано часто с достаточно трудоемкими и нестандартными расчетами в условиях повышенных требований /к надежно сти проектируемых фундаментов.
Помимо расчетов на основе требований действующих СНиП, в пособии изложена методика расчета деформаций оснований с развитыми областями предельного напряжен ного состояния, обеспечивающая проектирование фундамен тов по деформациям без привлечения условий, которыми в нормах ограничиваются напряжения по подошве фунда ментов.
1. ФУНДАМЕНТЫ под колонны ГЛАВНЫХ КОРПУСОВ АЭС И ТЭС
Основным сооружением промплощадки АЭС или ТЭС является главный корпус, в котором сосредоточено основ ное и вспомогательное оборудование, обеспечивающее выра ботку электроэнергии. Главный корпус АЭС состоит из ре акторного, турбинного (машинного) и деаэраторного отде лений, а та<кже из отделения электроустройств [2, И, 15]. В состав реакторного отделения в первую очередь входит оборудование первого герметичного контура (реактор, паро генераторы, ГЦН1И др.), размещаемое в соответствующих герметичных помещениях.
В турбинном отделении основным элементом оборудова ния является турбоагрегат, состоящий из турбины, генера тора и возбудителя и имеющий собственный фундамент. Здесь же расположено вспомогательное оборудование кон денсационно-питательного тракта и быстродействующих ре гулирующих устройств.
В главном корпусе ТЭС, состоящем из котельного, тур бинного, деаэраторного (или бункерно-деаэраторного) отде лений [13], размещается основное и вспомогательное обо рудование. В главный корпус подаются топливо, холодная вода; из корпуса отводится теплая вода после конденсато ров турбины, дымовые газы, шлак и зола. В котельном от делении располагаются котлоагрегаты, имеющие либо соб ственные опорные конструкции, либо подвесного типа [2, 13], а также оборудование для обслуживания и функциони рования котлоагрегата. В турбинном отделении размеща ются турбоагрегат и вспомогательное оборудование.
Главный корпус АЭС и ТЭС имеет подземную часть (под земное хозяйство), включающее фундаменты под элементы здания (колонны, стены, стойки и т. п.), турбоагрегаты, кот лоагрегаты, различное вспомогательное оборудование (на-
сосы, мельницы, вентиляторы и др.). Сюда же входят под валы, различного рода каналы и туннели для коммуникаций.
В настоящее время в турбинных отделениях АЭС и ТЭС устраивается сплошной конденсационный подвал, в котором размещаются необходимые коммуникации. При устройстве подвала обычно на отметке 0,00 м выполняется перекрытие,, на котором размещается оборудование, а пол подвала при нимается на отметке от — 3,0 до —3,6 м.
Главные корпуса практически всех ТЭС являются зда ниями каркасного типа. Главный корпус АЭС сложнее и: представляет собой систему сооружений, образованных в об щем случае и каркасными конструкциями (турбинное отде ление, этажерка электроустройств, деаэраторная этажерка) и массивом реакторного отделения. Длина отделений глав ного корпуса может достигать нескольких сотен, а высота — нескольких десятков метров. Основными элементами каркас ной части главного корпуса являются колонны, ригели междуэтажных перекрытий и фермы покрытий, образующие основу несущего каркаса в виде плоских поперечных рам„ расположенных вдоль здания с шагом 12 м [2]. Каркасы могут выполняться в железобетоне или металлическими. Железобетонные каркасы обычно проектируются сборными. Железобетонные колонны каркаса главного корпуса выпол няются либо двутавровыми, либо прямоугольными. В на стоящее время принимаются следующие унифицированные сечения колонн: ширина (размер сечения колонны вдоль здания)— 600 мм; высота (размер сечения колонны в пло скости поперечной рамы) — 600, 800, 1000, 1200, 1500, 1800, 2000, 2400 мм. Форма и размеры сечения колонн как железо бетонных, так и металлических каркасов зданий главных корпусов приводятся в [2].
Колонны каркаса главного корпуса (машзала) опира ются на фундаменты и передают на них часто значительные вертикальные V, горизонтальные (поперечные) Н нагрузки и изгибающие моменты М. Например, в случае колонн глав ного корпуса ТЭС нагрузка V может достигать 30 000 кН (3000 тс), что требует соответственно принятия значитель ных размеров фундаментов в плане (например, площадь по дошвы отдельных фундаментов мелкого заложения может доходить до 60—75 м2).
Поскольку для возведения АЭС и ТЭС выбираются пло щадки с относительно «хорошими» грунтами, в большинстве случаев для сооружений АЭС и ТЭС применяются фунда менты мелкого заложения. Глубина заложения фундаментов под колонны определяется обычно конструктивным реше нием подземного хозяйства, а также глубиной промерзания грунта и геологическими условиями. При наличии в главном
6
корпусе лодвала и устройстве под него железобетонного днища фундаменты устанавливаются на днище. В этом слу чае глубина заложения подошвы фундаментов от отметки планировки составляет от 3,5 до 4,5 м. Если подвал поднят выше отметки планировки, то глубина заложения фунда ментов /колонна может быть принята несколько меньшей — 2,5—3,0 м.
Фундаменты колонн главного корпуса АЭС, ТЭС выпол няются как в монолитном, так и сборном варианте. В моно литном варианте в зависимости от грунтовых условий, ве личин нагрузок и других факторов фундаменты могут при ниматься как отдельными — столбчатыми, так и ленточными. Сборные фундаменты под колонны выполняются только столбчатыми.
В настоящее время для сокращения трудозатрат на стро ительство фундаментов все более широкое распространение при сооружении ТЭС и АЭС получают типовые сборные фундаменты мелкого заложения [13, 15]. Эти фундаменты могут быть выполнены из одного или нескольких (сборные составные фундаменты) элементов. Типовой сборный фун дамент под колонну из одного элемента имеет размер в пло
скости |
поперечного |
сечения |
здания |
а = 3—6 |
м, ширину |
||
полки |
тавра |
(размер |
в плоскости |
продольного сечения зда |
|||
ния) |
3 м, |
ширину |
ребра 0,9 |
м |
и |
высоту А = |
1,2; 1,5 м |
(рис. 1, а, табл. 1). В верхней |
плоскости предусмотрены вы |
пуски арматуры, свариваемые с арматурой колонн. При не
обходимости увеличения |
площади |
подошвы фундамента |
|||||
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а 1 |
||
|
Характеристики сплошных фундаментов (рис. 1, а) |
|
|||||
|
Размеры, мм |
Расход материалов |
Масса |
||||
Марка |
а |
h |
Марка |
на фундамент |
фундамента, |
||
фундамента |
бетона |
|
м3 сталь, кг |
т |
|||
|
|
|
бетон, |
|
|||
ФЖ-8-3 |
3000 |
1200 |
400 |
5,6 |
332 |
14,0 |
|
ФЖ-8-4 |
|
|
|
|
452 |
|
|
ФЖ-9-3 |
4000 |
1200 |
400 |
7,2 |
749 |
18,0 |
|
ФЖ-9-5 |
|
|
|
|
1069 |
|
|
ФЖ-Ю-4 |
5000 |
1200 |
400 |
8,7 |
881 |
21,8 |
|
ФЖ-Ю-5 |
|
|
|
|
1593 |
|
|
ФЖ-П-З |
6000 |
1200 |
400 |
10,1 |
1117 |
25,3 |
|
ФЖ-11-5 |
1813 |
||||||
|
|
|
|
|
|||
ФЖ-12-3 |
6000 |
1500 |
500 |
11,4 |
2410 |
28,5 |
применяются подкладные плиты (рис. 1,6). Подкладные плиты соединяются между собой петлевыми стыками с по следующим замоноличиванием, а между плитами 2 и верх ним элементом 1 предусматривается цементная стяжка тол щиной 30 мм. В зависимости от нагрузки для увеличения
Рис. 1. Сборный фундамент под каркас
главного |
корпуса: |
а — фундамент |
без |
подкладных плит; |
б — фундамент с |
под |
|
кладными |
плитами; |
в — фундамент состав |
ной; 1— фундамент, 2 — подкладная плита, 3 — колонна, 4 — плита фундамента, 5 — ребро фундамента, 6 — замоноличивание
площади подошвы фундамента число рядов подкладных плит может быть от одного до трех. При нагрузках до 16000 кН (1600 тс) укладывают обычно Два ряда плит, свыше 16000 кН (1600 т с ) — три ряда. Под подошвой фун дамента устраивают песчаную подготовку толщиной 100 мм.
8
Институтом «Атомэнергопроект» (АЭП) разработаны конструкции составных сборных фундаментов на вертикаль ные нагрузки до 30000 кН (3000 тс) (рис. 1,в). Фундамент собирается из плит трапецеидального сечения 4, имеющих паз, в который укладывается бал«а (ребро) 5 с последую щим замоноличиванием. Размер b (вдоль здания) этих фун даментов принят 4000, 5000, 6000 и 7500 мм, размер с = == 1400, 2000, 2400 мм (табл. 2 и 3). Площадь подошвы
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а |
2 |
|
|
|
Характеристики плит составного фундамента (рис. 1,в) |
|
|
|||||
Марка |
Размеры, |
мм |
<• |
Расход материалов |
Масса |
|
|||
|
|
|
Марка |
на фундамент |
|
||||
плиты |
Ь |
с |
d |
бетона |
бетон, м3 сталь, кг |
плиты, т |
|||
|
|
|
|
|
|||||
•ФП-1 |
|
4000 |
1400 |
600 |
400 |
2,0 |
288—550 |
5,0 |
|
ФП-2 |
4000 |
2400 |
600 |
400 |
3,5 |
366—972 |
8,8 |
|
|
ФП-3 |
5000 |
1400 |
750 |
400 |
3,0 |
378—732 |
7,5 |
|
|
ФП-4 |
5000 |
2400 |
750 |
400 |
5,1 |
534—1220 |
12,8 |
|
|
ФП-5 |
6000 |
1400 |
900 |
400 |
4,3 |
541—987 |
10,8 |
|
|
ФП-6 |
6000 |
2000 |
900 |
400 |
6,2 |
689— 1157 |
15,5 |
|
|
ФП-7 |
6000 |
2400 |
900 |
400 |
7,4 |
898—1693 |
18,5 |
|
|
ФП-8 |
7500 |
1400 |
900 |
400 |
5,5 |
929—1116 |
13,8 |
|
|
ФП-9 |
7500 |
2000 |
900 |
400 |
7,9 |
1330—1674 |
19,8 |
|
|
ФП-10 |
7500 |
2400 |
900 |
400 |
9,5 |
1459—2105 |
23,8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а |
3 |
|
|
|
Характеристики ребер составного фундамента (рис. 1,в) |
|
|
|||||
Марка |
ребра |
Размеры, мм |
Марка |
Расход[ материалов |
Масса |
|
|||
|
вы |
бетон, |
|
|
|||||
длина |
бетона |
сталь, кг |
ребра, т |
|
|||||
|
|
|
сота |
|
м3 |
|
|
||
ФР-8-1 |
— ФР-8-5 |
5000 |
1250 |
400 |
5,8 |
559—1346 |
14,5 |
|
|
ФР-9-1 |
— ФР-9-6 |
6000 |
1550 |
400 |
8,8 |
1120—1675 |
22,0 |
|
|
ФР-10-1— ФР-10-3 |
6000 |
1850 |
400 |
10,3 |
1315—1656 |
25,8 |
|
||
ФР-11-1— ФР-11-6 |
7000 |
1550 |
400 |
10,0 |
1599—2299 |
25,0 |
|
||
ФР-12-1— ФР-12-3 |
7000 |
2150 |
400 |
14,3 |
1652—1985 |
35,8 |
|
||
ФР-13-1— ФР-13-4 |
8000 |
1850 |
400 |
13,1 |
2012—2974 |
32,8 |
|
||
ФР-14-1— ФР-14-4 |
8000 |
2150 |
400 |
14,9 |
2289—3312 |
37,3 |
|
фундамента может достигать 75 м2. Следует отметить, что конструкция составного фундамента неизбежно вызывает перерасход материалов по сравнению с цельным фундамен том. Подсчеты показывают, что если для шага колонн глав ного корпуса 6 м составные фундаменты рациональны, то при переходе на шаг 12 м и увеличении нагрузок с 16 000i
до 27 000 кН и более эти фундаменты становятся неэконо мичными.
Т а б л и ц а 4
|
Характеристики фундаментов стаканного типа |
|
||||||
Марка |
Размеры, мм |
Марка |
Расход материалов |
Масса |
||||
|
|
|
|
|
|
|||
фундамента |
а |
Ь |
h |
бетона |
бетон, м3 сталь, «г |
фунда- |
||
1 мента, т |
||||||||
ФЖ-1М |
900 |
900 |
1100 |
200 |
0,72 |
26 |
1,80 |
|
ФЖ-15М |
2100 |
2100 |
1750 |
200 |
2,68 |
112; |
144 |
6,70 |
ФЖ-16М |
1700 |
1700 |
1750 |
20(7 |
1,95 |
65; |
81 |
4,88 |
ФЖ-17М |
1900 |
2500 |
1750 |
200 |
3,22 |
132; |
162 |
8,05 |
ФЖ-18М |
2500 |
2500 |
1750 |
200 |
3,78 |
188; |
245 |
9,45 |
Ф-13-4 |
1300 |
1300 |
1050 |
200 |
1,22 |
23 |
3,05 |
|
Ф-17-4 |
1700 |
1700 |
1050 |
200 |
1,62 |
36 |
4,04 |
|
Ф-21-4 |
2100 |
2100 |
1050 |
30 |
2,14 |
49 |
5,35 |
В главных корпусах под некоторые элементы, например, под стойки перекрытия подвала, а также во вспомогатель-
А - А
Рис. 2. Сборный фундамент стаканного типа
ных зданиях и сооружениях часто применяются сборные фундаменты стаканного типа, представленные всего одним элементом (рис. 2, табл. 4). Стык колонны с фундаментом предусмотрен в виде заделки колонны в стакан фундамента. Такая заделка применяется при колоннах относительно не большого размера (до 600X1200 мм).
При колоннах большого сечения, а также в случае лен точных фундаментов, имеющих в верхней зоне арматуру, ко лонна устанавливается на фундамент опорные зубом. После рихтов«и выпуски арматуры фундамента и колонны свари