【其他行业标准】 压水堆核电厂核安全有关的钢结构设计要求

ICS 27.120.20
备案号：29109-2010
中华人民共和国能源行业标准
NB/T20011—2010
代替EJ/T1062—1998
压水堆核电厂核安全有关的钢结构设计要求
Design requirements for nuclear safety related steel structure for pressure waterreactor nuclear power plant
2010-05-01发布
国家能源局
2010-10-01实施
1范围
2规范性引用文件
3术语和定义
5承重钢结构设计
6水池和房间钢衬里及锚固系统的设计7预埋件的设计
附录A（资料性附录）
附录B
（资料性附录）
（资料性附录）
附录C
参考文献
常用钢材性能表.
常用焊接材料性能表.
高强螺栓性能表
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NB/T20011—2010
NB/T20011—2010
本标准按照GB/T1.1—2009给出的规则起草。本标准代替EJ/T1062一1998《压水堆核电厂核安全有关的钢结构设计规范》，与EJ/T1062一1998相比主要有以下变化：
第1章增加了标准不适用的范围；修改了第2章，增加了一些相关的国家标准及美国钢结构规范，并修订了原有引用标准的版本。修改了总则的内容：
重新定义了5.1.1.4的异常荷载；修改了5.2.1，对于5.2.2、5.2.3涉及的钢铸件和连接材料的选用给出了新的采用标准；对5.3的设计指标，给出了新的相关标准的要求；修改了5.4.5并增加示意图；
根据现有国家标准，对6.2.1提出了新的材料要求，并增加了不锈钢的材质要求；对6.3的设计要求给出了更为详细的具体要求；对6.4.2的异常状态下的水温给出了衰变水池及其他水池的具体要求；对7.3.2受剪埋入件给出了更为详细的描述，并增加了示意图；增加了资料性附录A～附录C。
本标准由核工业标准化研究所归口。本标准起草单位：中国核电工程有限公司。本标准主要起草人：阮给安、杨建华、张超琦、陈矛、吕飞、苟在文。EJ/T1062于1998年3月首次发布。II
1范围
压水堆核电厂核安全有关的钢结构设计要求
本标准规定了压水堆核电厂核安全相关的钢结构设计要求。NB/T20011—2010
本标准适用于压水堆核电厂核安全有关的钢结构的设计，其他核设施可参照执行。本标准不适用于核设施中维持压力的部件，如安全壳钢衬里、压力容器、阀门、泵、管道和支吊架等。也不包括钢-混凝土组合结构中的钢结构。规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T 700-—1988
GB/T 15911994
GB/T 3811-—2008
GB/T5313
GB/T11352
碳素结构钢
低合金高强度结构钢
起重机设计规范
厚度方向性能钢板
般工程用铸造碳钢件
GB50017—2003
GB50205—2001
HAF003
钢结构设计规范
钢结构工程施工质量验收规范
核电厂质量保证安全规定
HAD003/06
术语和定义
核电厂设计中的质量保证
下列术语和定义适用于本文件。3.1
荷载和作用
loadandaction
作用在结构上的一组集中力或分布力，以及能使结构产生效应（结构或构件的内力、应力、位移、应变、裂缝等）的各种原因的总称。3.2
荷载效应组合
loadeffectcombination
按极限状态设计时，为保证结构的可靠性而对同时出现的各种荷载效应设计值规定的组合。3.3
Jload-carryingcapacity
承载能力
结构或构件不会因强度、稳定或疲势等因索破坏所能承受的最大内力：或塑性分析形成破坏机构时的最大内力；或达到不适应于继续承载的变形时的内力。3.4
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强度strength
构件截面材料或连接抵抗破坏的能力。强度计算是防止结构构件或连接因材料强度被超过而破坏的计算。
4总则
4.1本标准除疲劳计算外，采用以概率理论为基础的极限状态设计方法，用分项系数设计表达式进行计算。
4.2本标准所指的钢结构为支承、围护或保护核安全系统或部件的钢结构或结构构件，或作为核安全系统的组成部分的钢结构，包括核电厂锚固于钢筋混凝土结构内的钢构件、水池钢衬里及埋入件等。4.3核安全有关的钢结构设计应具有设计质量保证大纲，质量保证大纲的原则和目标应符合国家核安全法规HAF003和HAD003/06的规定。4.4在钢结构设计时，应根据工程的实际情况，合理选用材料、结构方案和连接构造措施，满足结构构件在运输、安装和使用过程中强度、稳定性和刚度要求。宜优先采用通用的和标准化的结构构件，为制作和安装提供方便。
4.5在钢结构设计文件中，应注明建筑结构的设计使用年限、钢材牌号、连接材料的型号（或钢号）和对钢材所要求的力学性能、化学成分及其他的附加保证项目。此外，还应注明所要求的焊缝形式、焊缝质量等级、端面创平顶紧部位及对施工的要求。4.6当结构采用高强度螺栓连接或组装的接头和要求抗扭剪的连接接头时，在设计图纸文件中应注明所用高强度螺栓连接件的性能等级、螺栓规格、连接型式、螺栓的预拉力、摩擦面的抗滑移系数以及连接后的防护要求。
4.7钢结构设计（除选用国家的标准图外）应有计算书，包括对引用的设计准则的说明。4.8核安全有关的钢结构设计、制造和安装，除符合本标准的相关规定外，尚应符合GB50017一2003的要求。制作材料应符合GB50205一2001的相关要求。4.9钢结构构件应选择与环境条件和材料相匹配的防锈、防腐措施，具体实施办法可参考ASTMD514400。
5承重钢结构设计
5.1荷载和荷载效应组合
5.1.1荷载和作用
所有与核安全有关的承重钢结构应按所承受的下列各项荷载和作用进行设计。5.1.1.2正常荷载
正常荷载是核电厂在正常启动、运行或停堆期间需要承受的荷载和作用，包括：a）D一永久荷载，包括结构自重、液体静水压力以及固定的设备荷载等；L一活荷载，包括可移动的设备荷载、吊车荷载及其他可变荷载（如操作人员的重量、维修荷b
载、临时设备搁置等）。
对于引起动力效应的活荷载，其计算活荷载应有所增加，如无其他规定，增加值应为：电梯支承结构：100%；
带驾驶室的桥式吊车支承梁及连接件：25%：2）
在地面操作的电动葫芦吊车支承大梁及连接件：10%；3）
由传动轴驱动或电动机驱动的轻型机械的支承结构：不少于20%；对于往复式机械或动力驱动机组的支承结构：不少于50%；5）
6）支承楼板和阳台、雨蓬的支吊架：33%。NB/T20011—2010
吊车横向水平荷载应取横行小车重量与额定起重量之和的20%，并乘以重力加速度且作用于轨顶，其方向与轨道垂直，并考虑正反两个方向的刹车情况。该水平荷载按支承轨道的结构的横向刚度分配于吊车桥架的两端车轮处。
吊车的纵向水平荷载应按作用在一边轨道上所有刹车轮的最大轮压之和的10%采用，且该荷载作用于刹车轮与轨道的接触点，其方向与轨道一致。对于重级工作制（按GB/T3811一2008之（A7，A6）的吊车梁），吊车横向水平荷载的增大系数应符合GB50017—2003中3.2.2的规定。c）Ro一在正常运行或停堆期间，管道和设备的反力；d）T一在正常运行或停堆期间，工作环境温度作用。5.1.1.3严重环境荷载
严重环境荷载指核电厂在服役期内，偶然遇到的环境荷载和作用，包括W一厂址的基本风压荷载，应根据100年一遇的3s的最大风速V（m/s）确定；a)
E一由运行安全地震震动（SL-1）产生的地震作用，包括由运行安全地震动引起的管道和设备b)
的地震作用。计算地震作用时仅考虑永久荷载和实有的活荷载。5.1.1.4极端环境荷载
极端环境荷载指极少可能发生的环境荷载和作用，包括：W一由规定的设计龙卷风产生的荷载，包括龙卷风风压、龙卷风引起的风压差和龙卷风产生的a)
飞射物等造成的荷载；
E一由极限安全地震震动（SL-2）产生的地震作用，包括由极限安全地震动引起的管道和设备b)
的地震作用。计算地震作用时仅考虑永久荷载和实有的活荷载。5.1.1.5异常荷载
异常荷载是指作为一种设计基准事故，高能管道破裂事故产生的荷载，包括：a）P。一由设计基准事故产生的最大压差荷载：R一由设计基准事故产生的管道和设备的反作用力（含R）；b)
T。由设计基准事故产生的温度荷载（含T。）；c)
R一由设计基准事故产生的荷载和作用，包括d)
1）R一在设计基准事故状态，由破裂的高能管道反作用力产生的作用在结构上的荷载；2)
Rr由设计基准事故产生的喷射冲击荷载：R.一由设计基准事故或在假想事故中产生的管道甩击引起的飞射物撞击荷载。3）
5.1.1.6事故作用
事故作用荷载包括：
a）A一内部飞射物或外部人为事件引起的荷载，组合时只考虑其中的一种；b）C一由环形吊车梁支承牛腿的高差引起的荷载，考虑最大相对高差为50mm；c）F一由环形吊车轴线最近的-一个支承牛腿的承载力丧失所引起的荷载。3
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5.1.2工况及荷载效应组合
见表1。
正常运行
正常运行加严重环境
正常运行加极端环境
正常运行加事故作用
异常运行
异常运行加严重环境
异常运行加极端环境
表1工况及荷载效应组合
1.5D+1.5L
荷载效应组合
1.15D+1.15L+1.15R+1.15T。
1.5D+1.5L+1.5W
1.5D+1.5L+1.5E
1.15D+1.15L+1.15W+1.15Re+1.15To1. 15D+1.15L+1.15E1+1.15R+1. 15T。D+L+Ro+To+W
D+L+Ro+Ta+Ea
D+L+Ro+A
D+L+Ro+C
D+L+Ro+F
D+L+R,+T,+P,
D+L+R+T,+P,+R.+E
D+L+R.+T.+P.+R.+E2
以上荷载效应组合中的符号，代表与之相对应的荷载的荷裁效应。符号前的系数为荷载的分项系数。
在各种荷载效应组合中任何一种荷载足以减小其他荷载的效应时（如该荷载经常出现或与其他荷载背定同时发生），则此项荷载效应的荷载分项系数应取为0.9，否则为0，不参加组合。
R,应取最大效应值并包括一适当的动力系数，除非经时程分析确认可组合时，P.、R、
取较低的值。
本标准对构件变形限值的要求与GB50017一2003一致。当某种效应对结构有利时，分项系数取1.0。5.2材料的选用
承重钢结构材料
5.2.1.1对于承重钢结构材料的选用，为保证承重结构的承载能力和防止在一定条件下出现脆性破坏，应根据结构的重要性、荷载特征、结构形式、应力状态、连接方法、钢材厚度和工作环境等因素综合考虑，选用合适的钢材牌号和材质。承重钢结构的钢材宜采用Q235、Q345、Q390、Q420钢，其质量应分别符合GB/T700—1988和GB/T1591一1994的规定。当采用其他牌号的钢材时，尚应符合相应有关标准的规定和要求。一般钢材性能参见附录A。
承重结构采用的钢材应具有抗拉强度、伸长率、屈服强度和硫、磷含量的合格保证。对于焊接结构尚应具有碳含量的合格保证。焊接的承重结构以及重要的非焊接承重结构采用的钢材，还应具有冷弯试验的合格保证。
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5.2.1.2对于可能承受冲击荷载的结构，如射流护屏、管道约束支承、管道的防甩击屏障等，对钢材的技术要求应增加如表2所示的V型缺口冲击试验的要求。试验时的温度应比结构构件材料使用环境温度低17℃，其验收标准见表2。
表2V形缺口试验能量值
钢材最小届服应力
fy/（N/mm2）
≤250
250<.fy<300
≥300
三个试件冲击功平均值
≥>27
三个试件冲击功最小值
≥>14
5.2.1.3某些结构构件，由于所采用的焊接方式和构造形式（如一形，十形一形）且翼缘板的厚度等于或大于40mm时，在某些部位可能存在焊接引起的焊接应力和受高度约束或在厚度方向存在较大的拉力，从而发生层状撕裂。对这类构件的材料应选用GB/T5313要求的钢材，同时加工前应对材料进行超声检验，并附加厚度方向的抗拉试验要求。其验收准则为：厚度方向的断面收缩率不得低于钢板在轧制方向做抗拉试验时材料轧制方向断面收缩率的90%。5.2.1.4如无其他规定，钢材使用温度在38℃以下时，可不考虑E（弹性模量）、f，（钢材最小屈服应力）和f（抗拉强度）的折减。当钢材使用温度超过38℃时，每增加56℃，则f和f应折减5%。5.2.2
2钢铸件的材料
钢铸件的材料应符合GB/T11352的规定。5.2.3
钢结构的连接材料
钢结构的连接材料应符合下列要求：对于焊接连接的结构，其焊接材料应按照GB50017一2003中3.3.8的1、2款的要求进行设计。a
常用焊接材料的性能参见附录B：对于采用螺栓连接的结构，其螺栓的性能等级应按照GB50017-2003中3.3.8的3、4款的要b)
求进行设计。常用高强螺栓性能参见附录C。5.3设计指标
钢材、钢铸件和连接材料的强度设计值应符合GB50017一2003表3.4.1-1至表3.4.1-5，并按GB50017—2003中3.4.2的规定对强度设计值乘以相应的折减系数。2钢材和钢铸件的物理性能指标应符合GB50017—2003中的表3.4.3。5.3.2
设计原则
本标准除疲劳计算外，承重钢结构应按下列承载能力极限状态和正常使用极限状态进行设计：承载能力极限状态是结构或构件的连接达到最大承载能力或达到不适于继续承载的变形，结构和构件丧失稳定，结构转为机动体系或结构倾覆：正常使用极限状态是结构或构件达到正常使用的某项规定限值时的极限状态。5
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5.4.2核安全有关的钢结构或构件应按5.1.2.1至5.1.2.7所列的荷载效应组合进行承载能力的计算。如果存在符合特定厂址条件的其他任何荷载和作用，则设计时尚需考虑这类荷载和作用。不属于核安全有关的钢结构，应评定其在极端环境工况下，不会导致核安全有关的结构和部件丧失安全功能。5.4.3计算疲劳和计算正常使用极限状态的变形时，5.1.2.1至5.1.2.7中所列的各种工况的荷载效应组合中的荷载分项系数均应取为1.0。5.4.4按异常运行加极端环境工况的荷载效应组合进行承载能力计算时，钢材的强度可采用其强度标准值。
对于极端和异常荷载工况，如果是进行结构的变形计算，其总变形不超过以下规定的容许延性5.4.5
系数μ时，则不必考虑次应力：a)
轴心受拉构件：
≤0.25eu/≤0.1/
式中：
u一与抗拉强度f.相应的应变率：对应于钢材屈服强度f,时的应变；μ一容许延性系数，等于构件的容许变形（应变）与屈服时的变形（应变）之比。对受弯的钢构件：
1）对工字形、宽翼缘H形、T形等开口截面：u≤10...
对圆管、箱形等闭口截面：
A≤20
当由剪力控制设计时：
对弯曲时产生均勾受压的板件：）
1）工字形截面的受压翼缘b与t之比，应符合下式的要求br/t≤13
式中：
bl一工字形截面受压翼缘板悬出长度t一工字形截面受压翼缘板厚度，见图1235
工字形截面示意图
式中：
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箱形截面的受压翼缘；在两腹板之间的无支承宽度（b）与其厚度（t）之比应符合下式：bo/ti≤40
b一两腹板间的受压翼缘板宽度：t一两腹板间的受压翼缘板厚度，如图2。D
轴心受压钢柱：
箱形截面示意图
=0.225/≤10
式中：
元·i
入一钢柱的最大长细比：
&st一对应于应变硬化刚开始时的应变；i一受压钢柱的回转半径；
且est/ey≥10.
1一在平面内产生最大比值1k/i时，柱的有效长度。(6)
对于受弯构件和轴心受压钢柱，为保证其达到规定的延性，其板件的宽厚比限值和必要的横向支撑（即加劲肋）的要求，应符合GB50017一2003第5章的有关规定。在对极端和异常工况计算总变形时，T、R或R可用非弹性分析确定。分析时将延性系数限制在开始塑性失稳时的延性系数的一半，且不超过上述规定值。5.5钢构件承载能力的计算
5.5.1受弯构件的计算应按GB50017—2003第4章的规定执行。5.5.2轴心受力构件和拉弯、压弯构件的计算，应按GB50017--2003第5章的规定执行。5.6钢构件的疲劳计算
对承受动力荷载重复作用的钢结构构件及其连接节点的疲劳计算，应按GB50017一2003第6章的规定执行。
5.7钢结构连接计算
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核安全有关的钢结构的连接计算应按GB50017—2003第7章的相关规定进行。5.8钢结构的变形
在验算结构的正常使用极限状态时，结构的变形应符合GB50017一2003中3.5的规定。5.9构造要求
核安全有关的承重钢结构的构造要求应按GB50017一2003第8章的构造措施执行。6水池和房间钢衬里及锚固系统的设计6.1荷载和荷载效应组合
6.1.1荷载和作用
6.1.1.1概述
核安全有关的水池和房间钢衬里及其锚固系统，应按所承受的下列各项荷载和作用进行设计。6.1.1.2正常荷载
正常荷载包括：
D一静荷载，包括液体静水压力、钢筋混凝士的变形（特别是收缩和徐变）和固定的设备荷载等：L一活荷载，包括可移动的设备荷载、可变的静水压力等；T。一水的正常温度作用。
6.1.1.3异常荷载
异常荷载包括：
Ta一水的异常温度作用：
E一运行安全地震动（SL-1）作用下设备及水的反力。6.1.1.4事故荷载
事故荷载包括：免费标准bzxz.net
Te一水的事故温度作用：
E2一极限安全地震动（SL-2）作用下设备及水的反力6.1.2设计工况及荷载效应组合
见表3。
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