GB5026797核电厂抗震设计规范.docx

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GB5026797核电厂抗震设计规范

中华人民共和国国家标准

核电厂抗震设计规范

Codeforseismicdesignofnuclearpowerplants

GB50267-97

主编部门:

国家地震局批准部门:

中华人民共和国建设部施行日期:

1998年2月1日

关于发布国家标准《核电厂抗震设计规范》的通知

建标[1997]198号

根据国家计委计综（1986）2630号文的要求，由国家地震局会同有关部门共同制订的《核电厂抗震设计规范》已经有关部门会审，现批准《核电厂抗震设计规范》GB50267-97为强制性国家标准，自1998年2月1日起施行。

本标准由国家地震局负责管理，具体解释等工作由国家地震局工程力学研究所负责，出版发行由建设部标准定额研究所负责组织。

中华人民共和国建设部

一九九七年七月三十一日

1总则

1.0.1为贯彻地震工作以预防为主、民用核设施安全第一的方针，使核电厂安全运行、确保质量、技术先进、经济合理，制订本规范。

1.0.2本规范适用于极限安全地震震动的峰值加速度不大于0.5g地区的压水堆核电厂中与核安全相关物项的抗震设计。

按本规范设计核电厂，当遭受相当于运行安全地震震动的地震影响时，应能正常运行，当遭受相当于极限安全地震震动的影响时，应能确保反应堆冷却剂压力边界完整、反应堆安全停堆并维持安全停堆状态，且放射性物质的外逸不超过国家规定限值。

注：

①本规范所称的物项是指安全壳、建筑物、构筑物、地下结构、管道、设备及有关部件。

②g为重力加速度，取值为9.81m/s2。

1.0.3核电厂的物项应根据其对核安全的重要性划分为下列三类：

（１）Ⅰ类物项：

核电厂中与核安全有关的重要物项，包括损坏后会直接或间接造成事故的物项；保证反应堆安全停堆并维持停堆状态及排出余热所需的物项；地震时和地震后为减轻核事故破坏后果所需的物项以及损坏或丧失功能后会危及上述物项的其他物项。

（２）Ⅱ类物项：

核电厂中除Ⅰ类物项外与核安全有关的物项，以及损坏或丧失功能后会危及上述物项的与核安全无关的物项。

（３）Ⅲ类物项：

核电厂中与核安全无关的物项。

注：

Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类物项可按本规范附录A的举例划分。

1.0.4各类物项的抗震设计应采用下列抗震设防标准：

（１）Ⅰ类物项应同时采用运行安全地震震动和极限安全地震震动进行抗震设计；

（２）Ⅱ类物项应采用运行安全地震震动进行抗震设计；

（３）Ⅲ类物项应按国家现行的有关抗震设计规范进行抗震设计。

1.0.5核电厂抗震设计时，除应符合本规范的规定外，尚应符合国家现行的有关标准规范的规定。

2术语和符号

2.1术语

2.1.1地震震动groundmotion

由地震引起的岩土层震动。

2.1.2运行安全地震震动operationalsafetygroundmotion

在设计基准期中年超越概率为2‰的地震震动，其峰值加速度不小于0.075g。

通常为核电厂能正常运行的地震震动。

2.1.3极限安全地震震动ultimatesafetygroundmotion

在设计基准期中年超越概率为0.1‰的地震震动，其峰值加速度不小于0.15g。

通常为核电厂区可能遭遇的最大地震震动。

2.1.4能动断层capablefault

在地表或接近地表很可能产生相对位移的断层。

2.1.5地震活动断层seismo-active（seismotectonic）fault

可能发生破坏性地震的断层。

2.1.6断层活动段faultingsegment

活动断层中活动状态及特性一致的一段。

2.1.7衰减规律attenuationlaw

地区或建设场地的地震震动强度随着震源距离的增大而减小的现象。

2.1.8综合概率法hybirdprobabilisticmethod

综合考虑地质构造因素和地震的时空不均匀性的概率方法。

2.1.9试验反应谱testresponsespectrum

抗震试验中采用的激振加速度时间过程所对应的反应谱。

2.1.10事故工况荷载accidenalload

核电厂运行中对运行工况的严重偏离情况下产生的荷载。

2.2符号

2.2.1地震和地震震动

2.2.2作用和作用效应

2.2.3材料性能和抗力

2.2.4几何参数

2.2.5计算系数

2.2.6其他

3抗震设计的基本要求

3.1计算模型

3.1.1在核电厂的抗震设计中，主体结构可作为主体系；其它被支承的结构、系统和部件可作为子体系，并应符合下列规定：

3.1.1.1通常情况下，主体系和子体系宜进行耦联计算。

3.1.1.2符合下列情况之一时，主体系和子体系可不作耦联计算:

3.1.1.3不进行耦联计算的子体系，其地震输入可由主体系的计算确定，并可利用楼层反应时间过程或楼层反应谱进行。

在进行主体系计算时，当子体系与主体系为刚性连接时，可将其质量包括在主体系质量内；当子体系与主体系为柔性连接时，可不计入子体系的质量和刚度。

3.1.2计算模型的确定应符合下列要求：

（１）对于质量和刚度不对称分布的物项，宜计入平移和扭转的耦联作用；（２）当采用集中质量模型时，集中质量的个数不宜少于所计入振型数的两倍；

（３）当结构计算模型中，对地基土平均剪切波速不大于1100m/s的地基，应计入地基与结构的相互作用，基础埋深与基础底面等效半径之比小于1/3的浅埋结构宜采用集中参数模型，深埋结构宜采用有限元模型，对于基础底面土层平均剪切波速大于1100m/s的地基，可不计入地基与结构的相互作用；

（４）当物项支承构件的刚度明显影响物项的动力作用效应时，应计入其刚度的作用；

（５）应计入物项内液体以及附属部件等的质量；

（６）对于因地震引起内部液体振荡的物项，应计入液体晃动效应和其他液压效应。

3.2抗震计算

3.2.1Ⅰ、Ⅱ类物项应按两个相互垂直的水平方向和一个竖向的地震作用进行计算；水平地震作用的方向应取对物项最不利的方向。

3.2.2核电厂物项的抗震计算可采用线性计算方法。

物项的弱非线性，可采用较大的阻尼来处理；物项的强非线性，计算时必须计入刚度和阻尼的变化。

土体结构的强非线性，可采用等效线性化法进行计算。

3.2.3通常情况下，Ⅰ、Ⅱ类物项的抗震设计应采用反应谱法和时间过程计算法。

当有充分论据能保证安全时也可采用等效静力计算法。

3.2.4当采用反应谱法时，物项的最大反应值可取各振型最大反应值的平方和的平方根。

当两个振型的频率差的绝对值与其中一个较小的频率之比不大于0.1时，应取此两振型最大反应值的绝对值之和与其他振型的最大反应值按平方之和的平方根（SRSS）进行组合；也可采用完全二次型组合（CQC）进行组合。

地震反应值不超过10％的高阶振型可略去不计。

3.2.5当采用时间过程法时，输入地震震动应采用地面或特定楼层平面处的设计加速度时间过程。

3.2.6地震震动的三个分量引起的反应值，当采用反应谱法时，可取每个分量在物项同一方向引起震动的最大反应值，按平方和的平方根法进行组合。

当采用时间过程法时，可求出作为时间函数的反应分量的代数和，并应取组合反应值的最大值。

3.3地震作用

3.3.1场地的设计地震震动参数和设计反应谱应符合本规范第４章的规定。

3.3.2设备抗震设计时，设计楼层反应谱可根据支承体系对设计地震震动在相应楼层或规定高程处的时间过程计算值确定，并应符合下列要求：

3.3.2.1设计楼层反应谱应包括两个相互垂直的水平向分量和一个竖向分量。

对于质量、刚度对称的支承体系，给定位置处每个方向的楼层反应谱可根据该方向的地震反应直接确定；对于质量或刚度不对称的支承体系，每个方向的楼层反应谱，均应根据在两个水平向和一个竖向三个地震震动分量分别作用下沿该方向地板反应按平方和的平方根法组合的结果确定。

3.3.2.2计算楼层反应谱时，其频率增量宜按表3.3.2采用。

3.3.2.3确定设计楼层反应谱时，应按下列要求对计算得到的楼层反应谱进行调整。

（１）应按结构和地基的材料性质、阻尼比值、地基与结构相互作用等技术参数不确定性以及地震计算方法的近似性而产生的结构频率不确定性，对计算确定的楼层反应谱予以修正；

（２）应拓宽与结构频率相关的每一峰值，拓宽量可取该结构频率的0.15倍；拓宽峰值由平行于原谱峰值直线段的直线确定。

3.3.3Ⅰ、Ⅱ类物项的阻尼比应符合下列要求：

3.3.3.1物项阻尼比可按表3.3.3采用。

3.3.3.2对不同材料组成的混合结构，阻尼比宜按能量加权的方法确定。

3.4作用效应组合和截面抗震验算

3.4.1地震作用效应应与核电厂中各种工况下的使用荷载效应进行最不利的组合。

3.4.2混凝土结构的安全壳、建筑物、构筑物、地下结构、地下管道的截面抗震验算应符合下式要求：

3.4.4设备、部件和工艺管道的作用效应取值及其截面抗震验算，应分别符合本规范第8章、第9章的有关规定。

3.5抗震构造措施

3.5.1核电厂的安全壳、建筑物、构筑物，宜坐落在基岩或剪切波速大于400m/s的岩土上。

3.5.2混凝土安全壳、混凝土建筑结构构件的抗震构造措施，应符合现行国家标准《建筑抗震设计规范》对抗震等级为一级的混凝土结构构件的有关要求；其他混凝土结构构件和各种钢结构构件的抗震构造措施，应符合现行国家标准《建筑抗震设计规范》对9度抗震设防时的有关要求。

3.5.3设备、部件和工艺管道的抗震构造措施，应符合现行国家标准《建筑抗震设计规范》对9度抗震设防时的有关要求。

4设计地震震动

4.1一般规定

4.1.1核电厂抗震设计，其物项的地震作用应根据设计地震震动参数确定。

4.1.2核电厂的设计地震震动参数的确定应符合下列要求：

4.1.2.1设计地震震动参数应包括两个水平向和一个竖向的设计加速度峰值、两个水平向和一个竖向的设计反应谱以及不少于三组的三个分量的设计加速度时间过程。

4.1.2.2两个水平向的设计加速度峰值应采用相同数值，竖向设计加速度峰值应采用水平向设计加速度峰值的2/3。

4.1.2.3设计地震震动的加速度时间过程应按本规范第4.4节的方法确定。

4.1.3设计地震震动参数宜采用自由地面的数值；计算覆盖土层的地震震动参数时，应计入土层的刚度和阻尼；计算基岩面可采用剪切波速大于700m/s的土层的顶面，其下应无更低波速的土层。

4.1.4地震震动的加速度峰值应符合下列规定：

4.1.4.1极限安全地震震动的加速度峰值应按本规范第4.2.1条的规定采用。

4.1.4.2运行安全地震震动的加速度峰值的取值不得小于对应的极限安全地震震动加速度峰值的1/2。

4.1.5地震震动资料的搜集、调查和分析应符合下列要求：

4.1.5.1地震震动的资料应包括工作区内的全部地震资料和地震地质资料。

4.1.5.2地震震动现场调查的内容应符合《核电厂厂址选择安全规定》HAF100的要求。

4.1.5.3地震震动分析报告应包括地震活动断层的判定、地震构造图和工作区内发生强震的地震构造条件。

4.2极限安全地震震动的加速度峰值

4.2.1极限安全地震震动应取地震构造法、最大历史地震法和综合概率法确定结果中的最大值，其水平加速度峰值不得低于0.15g。

4.2.2当采用地震构造法确定极限安全地震震动时，应符合下列要求：

4.2.2.1根据工作区内的地震资料，应进行地震活动断层和历史地震的分析，划分地震构造区，并判定其中地震活动断层的空间位置和最大地震震级Mmax。

4.2.2.2根据断层性质及活动状况，应划分可能发生最大地震的断层活动段。

4.2.2.3对每一断层活动段，可能发生的最大地震震级Mmax可根据下述因素综合确定：

该断层段上历史地震的最大震级；与断层活动段密切相关的历史地震的最大震级；断层活动段的长度；断层活动段的第四纪滑移率；断层的延展深度和断层带宽度；断层活动的形式和动力特征。

4.2.2.4在每一断层活动段内，应规定最大震级的地震将发生在该断层段最靠近厂区的部位，并根据本规范规定的地震震动衰减规律计算厂区的地震震动，然后应取所有断层活动段分别引起的厂区地震震动中的最大值。

4.2.2.5在地震构造区内，对与地震活动断层没有明确关系的历史地震，应取其震级最大者，移到距厂址最近处，并计算所引起的厂址的地震震动。

4.2.3采用最大历史地震法确定极限安全地震震动时应符合下列要求：

4.2.3.1根据各次历史地震的震中位置、震中烈度和震级，应按地震震动衰减规律确定各次地震在厂区引起的地震震动，并应取其最大值。

4.2.3.2当历史地震参数不完备时，可按历史地震在厂区或附近场地记录的最高烈度确定地震震动最大值。

4.2.4采用综合概率法确定极限安全地震震动时，应符合下列要求：

4.2.4.1当采用综合概率法时，应首先根据地震地质与地震活动性特征划分地震带，然后根据地震活动性和地震活动断层、地球物理场等地震地质的分析结果，在下列工作成果的基础上确定潜在震源区：

（１）地震带内中、强以上地震活动的时空分布特征；

（２）弱震活动空间分布；

（３）地震活动断层和古地震遗迹的特点和分布；

（４）新构造和现代构造的特点；

（５）地球物理场资料所反映的深部构造；

（６）工作区内已经发生中、强以上地震和具备发生中、强以上地震的构造条件的部位。

4.2.4.2潜在震源区地震活动性参数应包括下列内容：

（１）震级上限；

（２）大小地震发生次数比例关系；

（３）地震年平均发生率；

（４）起算震级可取4级。

4.2.4.3震级上限应根据下列因素确定：

（１）潜在震源区内历史地震的最大震级；

（２）地震活动图象特征；

（３）断层的活动性和断层活动段的规模；

（４）地震构造的特征和规模的类比。

4.2.4.4地震发生次数比例关系系数应根据下列要求确定：

（１）被统计的地震数据及相应的震级有足够的样本量；

（２）被统计的地震数据所覆盖的时间段和震级域有足够的可信度；

（３）被划分的地震带内地震活动的一致性和相关性。

4.2.4.5地震年平均发生率应根据下列因素确定：

（１）一定时间内可能发生的地震活动水平；

（２）地震带内的地震年平均发生率应与各潜在震源区中的该值之和相等；

（３）未来地震活动在时间、强度和地点上的不均匀性；

（４）潜在震源区发生强震的可能性。

4.2.4.6可选用适当的地震发生模型，如泊松模型或修正泊松模型，或经论证可以表示本工作区地震发生时空特征的其他模型，计算所有潜在震源区对厂区地震震动超过某一给定值的概率之和，绘出厂区地震危险性的超越概率曲线，并应进行不确定性校正。

4.2.4.7经过不确定性校正之后，应取对应于年超越概率为10－4的加速度峰值为本法确定的极限安全地震震动值。

4.2.5地震震动的衰减规律应符合下列规定：

4.2.5.1烈度衰减规律应按下列步骤统计计算确定：

（１）收集工作区或在更大范围内的强地震等震线或烈度调查资料以及每一强震的震级、震源深度、震中位置和震中烈度；

（２）统计出本工作区的地震烈度衰减规律，沿等震线长、短轴方向可有不同的衰减关系。

4.2.5.2加速度峰值的衰减规律应分别按下列情况确定：

（１）在有较多强地震加速度记录的地区，可采用统计方法确定加速度衰减规律；

（２）在缺少强地震加速度记录但有足够烈度资料的地区，可利用本地区的烈度衰减规律和外地区的烈度衰减与加速度衰减规律，换算得到适合于本地区的加速度衰减规律；

（３）在既缺少强震加速度记录又缺少烈度资料的地区，经过合理论证可选用地质构造条件相似地区的加速度衰减规律。

4.3设计反应谱

4.3.1设计反应谱宜采用标准反应谱或经有关主管部门批准的场地地震相关反应谱。

4.3.2基岩场地的水平向和竖向标准反应谱应根据阻尼比分别按表4.3.2-1和表4.3.2-2采用（图4.3.2-1和图4.3.2-2）；硬土场地的水平向和竖向标准反应谱，应根据阻尼比分别按表4.3.2-3和表4.3.2-4采用（图4.3.2-3和图4.3.2-4）。

注：

谱系按加速度峰值为1.0g给出的，应用时应按采用的设计地震震动加速度峰值调整。

4.3.3华北地区的基岩地震相关反应谱可按本规范附录C确定。

4.3.4硬土场地的场地地震相关反应谱可根据基岩地震相关反应谱确定，其步骤如下：

（１）根据工作区地震环境确定厂区地震震动的时间过程包络函数；

（２）根据工作区烈度资料确定基岩地震相关反应谱；

（３）根据本规范规定的设计加速度时间过程生成方法确定时间过程包络函数和与基岩地震相关反应谱相符的自由基岩地震震动加速度时间过程；

（４）根据自由基岩地震震动加速度时间过程确定厂区土层下基岩顶面向上的入射波或基岩顶面的地震震动加速度时间过程，计算厂区场地地面的地震震动。

4.4设计加速度时间过程

4.4.1设计加速度时间过程可采用三角级数叠加法或实际地震加速度记录生成。

4.4.2当采用三角级数叠加法生成时，应符合下列要求：

4.4.2.1可采用相当于厂区地震条件的实际加速度记录的相角，也可根据相角在0～2π之内随机均匀分布的相角；

4.4.2.2在满足时间过程包络函数条件下，应调整各谐波的幅值，使设计加速度时间过程的反应谱能包络阻尼比为5％～20％的给定的目标反应谱。

对基岩地震震动，低于目标反应谱的控制点数不得多于五个，其相对误差不得超过10％，且反应谱控制点处纵坐标总和不得低于目标反应谱的相应值。

4.4.2.3调整三角级数谐波幅值时，对基岩地震震动，在0.03～5.00s周期域内，反应谱控制点数不得少于75个，且应大体均匀地分布于周期的对数坐标上，其各频段的频率增量可按表

4.4.2人工生成模拟地震震动控制点的频段及其增量采用。

4.4.3采用实际地震加速度记录生成时，生成的加速度记录的反应谱应符合本规范第4.4.2.2款的要求。

5地基和斜坡5.1一般规定

5.1.1本章适用于Ⅰ、Ⅱ类物项的地基和与Ⅰ、Ⅱ类物项安全有关的斜坡的地震安全性评价。

对基础的稳定性验算应符合本规范第6.4节基础抗震验算的规定。

5.1.2岩土和地基的分类宜符合现行国家标准《建筑地基基础设计规范》和《建筑抗震设计规范》的规定。

5.1.3不应选取在水平方向上由力学性质差异很大的岩土，也不应选取一部分为人工地基而另一部分为天然地基作为同一结构单元的地基。

5.1.4不应选取由软土、液化土或填土等构成物项的地基。

5.2地基的抗滑验算

5.2.1本节适用于静承载力标准值大于0.34MPa或剪切波速大于400m/s的地基。

5.2.2地基的抗震承载力设计值，可按现行国家标准《建筑抗震设计规范》规定的承载力数值的75％采用。

5.2.3地基抗滑验算应依次采用滑动面法、静力有限元法和动力有限元法，直到其中一种方法验证地基为稳定时为止。

验算时应计入自重、水平地震作用、竖向地震作用、结构荷载等的不利组合。

5.2.4当采用滑动面法、静力有限元法时，土层自重产生的地震作用，其水平地震系数应取0.2，其竖向地震系数应取0.1。

5.2.5当采用动力有限元法时，基岩地震震动应根据给定的地面加速度时间过程，按基础底面处的具体地层条件换算成相应的计算基岩的加速度时间过程，或直接采用基岩的加速度时间过程。

5.2.6宜采用安全系数验算地基抗滑，各项作用的分项系数宜采用1.0。

抗滑安全系数宜按表5.2.6采用。

5.3地基液化判别

5.3.1对存在饱和砂土和饱和粉土的地基，应进行液化判别及其危害性计算。

5.3.2地基液化判别可采用现行国家标准《建筑抗震设计规范》规定的标准贯入试验判别法。

其中的标准贯入锤击数基准值宜按下列公式计算：

5.4斜坡抗震稳定性验算

5.4.1对与Ⅰ、Ⅱ类物项工程结构安全有关的斜坡必须进行抗震稳定性验算。

5.4.2斜坡的抗震稳定性计算可依次按滑动面法、静力有限元法和动力有限元法进行，直到其中一种方法已验证斜坡为稳定时为止。

5.4.3斜坡稳定性计算的地震作用应根据极限安全地震震动确定，并应计入水平与竖向地震作用在不利方向的组合。

当采用滑动面法、静力有限元法时，地震作用中的水平地震系数宜取0.3，竖向地震系数宜取0.2。

5.4.4斜坡抗震稳定性验算的安全系数应按表5.4.4采用。

6安全壳、建筑物和构筑物

6.1一般规定

6.1.1本章适用于混凝土安全壳及Ⅰ、Ⅱ类建筑物和构筑物。

6.1.2防震缝的设计宜符合下列要求：

防震缝的宽度应按变形计算确定，并应等于或大于两物项地震变形之和的2倍。

伸缩缝和沉降缝的设计应满足防震缝的要求。

6.2作用和作用效应组合

6.2.1安全壳、建筑物、构筑物的结构抗震设计应考虑下列各类作用或作用组合：

6.2.1.1在正常运行和停堆期间所遇到的作用N，包括下列各项作用标准值效应：

（１）永久荷载标准值效应G，包括自重、静水压力和固定设备荷载；

（２）活荷载标准值效应L，包括任何可活动的设备荷载以及施工前后的临时施工荷载；

（３）施加预应力产生的荷载标准值效应F；

（４）在正常运行或停堆期间的温度作用标准值效应To；

（５）在正常运行或停堆期间的管道和设备反力标准值效应Ro，但不包括永久荷载和地震作用产生的反力标准值效应；

（６）由于安全壳内外压力差而产生的荷载标准值效应Po；

（７）侧向土压力标准值效应（He）。

6.2.1.2严重环境条件下的运行安全地震震动产生的地震作用标准值效应E1，包括运行安全地震震动所引起的管道和设备反力标准值效应。

6.2.1.3极端环境条件下的极限安全地震震动产生的地震作用标准值效应E2，包括极限安全地震震动所引起的管道和设备反力标准值效应。

6.2.1.4在事故条件下产生的作用A，包括下列各项作用标准值效应：

（１）在设计基准事故工况下的压力荷载标准值效应Pa；

（２）在设计基准事故工况下温度作用标准值效应Ta，包括正常运行或停堆期间的温度作用标准值效应To；

（３）在设计基准事故工况下产生的管道和设备反力标准值效应Ra，包括正常运行或停堆期间的管道反力标准值效应Ro；

（４）在设计基准事故工况下产生的局部作用标准值效应Yy，包括：

管道破裂时破裂管道在结构上产生的荷载标准值效应Yr；管道破裂时在结构上产生的喷射冲击荷载标准值效应Yj；管道破裂时在结构上施加的飞射物撞击荷载标准值效应Ym。

6.2.1.5安全壳由于内部溢水而产生的荷载标准值效应Ha。

6.2.2抗震设计应考虑下列作用的作用效应组合：

6.2.2.1包括安全壳在内的Ⅰ类建筑物、构筑物：

（１）正常运行作用与严重环境作用的作用效应组合S1,当作用效应组合中计入温度作用To时为S'1；

（２）正常运行作用与严重环境作用以及事故工况下作用的效应组合S2；

（３）正常运行作用与严重环境作用以及事故工况后的水淹作用的效应组合S3（此组合仅适用于安全壳）；

（４）正常运行作用与极端环境作用的效应组合S4；

（５）正常运行作用与极端环境作用以及事故工况下作用的效应组合S5。

6.2.2.2Ⅱ类建筑物、构筑物仅取与运行安全地震震动产生的地震作用标准值效应E1，有关的各种组合S1，S'1，S2。

6.2.3在进行各种作用效应组合时应符合下列要求：

6.2.3.1当不均匀沉降、徐变或收缩产生的作用效应比较显著时，除第6.2.2.