一种安全壳单元、安全壳及其施工方法

1.一种安全壳单元，用于形成预应力混凝土建筑基体，其特征在于，包括多个柱体(1)，所述柱体(1)具有轴向贯通的预应力钢束的穿装通道(11)；多个所述柱体(1)相互连接构成框架结构，所述框架结构的节点(12)由至少两个所述柱体(1)相互连接构成；
所述穿装通道(11)内设有滚珠(13)，以便辅助所述预应力钢束通过所述穿装通道(11)；
所述滚珠(13)设有夹持部件，所述夹持部件的安装部穿过所述滚珠(13)的轴心，所述夹持部件的夹持部用以夹持所述预应力钢束。
2.如权利要求1所述的安全壳单元，其特征在于所述穿装通道(11)内具有穿装槽(14)，所述滚珠(13)可拆卸的安装在所述穿装槽(14)内。
3.如权利要求1或2所述的安全壳单元，其特征在于，所述安全壳单元包括至少一个节点(12)，每个所述节点(12)处由三个所述柱体(1)相互连接。
4.如权利要求3所述的安全壳单元，其特征在于，三个相互连接的所述柱体(1)中，两个所述柱体(1)构成平面，第三个所述柱体(1)的轴线为直线且所述轴线的方向垂直于所述平面。
5.如权利要求3所述的安全壳单元，其特征在于，三个相互连接的所述柱体(1)的轴线均为直线，三个所述轴线中任两个成60度。
6.如权利要求3所述的安全壳单元，其特征在于，三个相互连接的所述柱体(1)的轴线均为弧线。
7.如权利要求1或2所述的安全壳单元，其特征在于，多个所述安全壳单元相互拼接时，相互平行的所述柱体(1)的端点不共面。
8.如权利要求1或2所述的安全壳单元，其特征在于，所述安全壳单元通过铸造一次成型，所述节点(12)处各所述柱体(1)的所述穿装通道(11)互不贯通。
9.如权利要求1或2所述的安全壳单元，其特征在于，所述安全壳单元的所述柱体(1)通过铸造成型；在所述节点(12)处，通过二次铸造或焊接的方式使各所述柱体(1)相互连接。
10.一种安全壳，其特征在于，所述安全壳的基体由权利要求1至9任一项所述的安全壳单元依次拼接构成。
11.一种权利要求10所述的安全壳的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，将安全壳单元依次拼接形成安全壳基体；
S2，在形成安全壳基体的过程中，对所述安全壳单元的柱体施加预应力；
S3，浇筑混凝土。
12.如权利要求11所述的安全壳的施工方法，其特征在于，步骤S2中对所述柱体施加预应力的步骤包括：
S21，在各穿装通道内穿入预应力钢束；
S22，张紧所述预应力钢束，并对其两端锚锢，使其对所述安全壳单元的柱体施加预应力。

一种安全壳单元、安全壳及其施工方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及工程技术领域，特别是涉及一种安全壳单元。此外，本发明还涉及一种安全壳及其施工方法。\n背景技术\n[0002] 核电站为防止放射性物质泄漏设置了三道屏障，依次为燃料包壳、压力壳和安全壳。其中，安全壳是核电站反应堆的最后一道屏障，需要具备良好的密封性能，能承受极限事故引起的内压和温度剧增，能承受龙卷风、地震等自然灾害。\n[0003] 传统的安全壳抗震设计依赖结构与地基紧固联接，通过增强结构本身的抗震性能(强度、刚度、延性)来抵御地震，即由结构本身来储存和消耗地震能量，这是消极被动的措施，这种方式在较多情况下是有效的。近年来一些大型的核电站频发泄露事故，让我们切实感受到核电站安全的重要性。\n[0004] 目前，在传统的安全壳基础上，改进了一种预应力安全壳，在安全壳的里面敷上钢衬里，并在安全壳的混凝土里嵌进大量纵横交错的钢筋，预先给钢筋施加拉力，然后浇筑混凝土，待混凝土强度达到要求时，松开钢筋，钢筋有一定的回缩，对混凝土构件施加压力。当受压区受到外载荷产生的拉力时，首先抵消混凝土中已有的预压力。施工时要采用钢筋十字交叉绑扎或焊接的方式搭建框架进行浇筑，形成厚达一米的具有一定预应力的钢筋混凝土壳。钢衬里用来保持密封；预应力技术使混凝土安全壳更加坚固。\n[0005] 预应力安全壳的施工过程中，需要现场绑扎或焊接框架，整个过程受操作者技术熟练程度影响，框架中各绑扎或焊接的节点均需要可靠连接，为避免操作失误，需要严苛的质检工序，探伤和检验的工作量很大，施工周期较长。以80万千瓦核电站的安全壳为例，需要混凝土14000立方米，钢束近1000吨，施工期约需2～3年。\n[0006] 因此，如何设计一种既便于施工，又能够保证强度的安全壳，是本领域技术人员目前急需解决的技术问题。\n发明内容\n[0007] 本发明的目的是提供一种安全壳单元，该安全壳单元减少了安全壳施工现场的工作量，缩短了安全壳的施工周期，同时还能够保证安全壳的强度。本发明的另一个目的是提供一种安全壳。本发明的第三个目的是提供一种安全壳的施工方法。\n[0008] 为了实现上述技术目的，本发明提供了一种安全壳单元，用于形成预应力混凝土建筑基体，包括多个柱体，所述柱体具有轴向贯通的预应力钢束的穿装通道；多个所述柱体相互连接构成框架结构，所述框架结构的节点由至少两个所述柱体相互连接构成。\n[0009] 可选地，所述穿装通道内设有滚珠，以便辅助所述预应力钢束通过所述穿装通道。\n[0010] 可选地，所述滚珠设有夹持部件，所述夹持部件的安装部穿过所述滚珠的轴心，所述夹持部件的夹持部用以夹持所述预应力钢束。\n[0011] 可选地，所述穿装通道内具有穿装槽，所述滚珠可拆卸的安装在所述穿装槽内。\n[0012] 可选地，所述安全壳单元包括至少一个节点，每个所述节点处由三个所述柱体相互连接。\n[0013] 可选地，三个相互连接的所述柱体中，两个所述柱体构成平面，第三个所述柱体的轴线为直线且方向为竖直方向。\n[0014] 可选地，三个相互连接的所述柱体的轴线均为直线，三个所述轴线中任两个成60度。\n[0015] 可选地，三个相互连接的所述柱体的轴线均为弧线。\n[0016] 可选地，多个所述安全壳单元相互拼接时，相互平行的所述柱体的端点不共面。\n[0017] 可选地，所述安全壳单元通过铸造一次成型，所述节点处各所述柱体的所述穿装通道互不贯通。\n[0018] 可选地，所述安全壳单元的所述柱体通过铸造成型；在所述节点处，通过二次铸造或焊接的方式使各所述柱体相互连接。\n[0019] 本发明还提供了一种安全壳，所述安全壳的基体由上述任一项所述的安全壳单元依次拼接构成。\n[0020] 本发明还提供了一种上述安全壳的施工方法，包括以下步骤：\n[0021] S1，将安全壳单元依次拼接形成安全壳基体；\n[0022] S2，在形成安全壳基体的过程中，对所述安全壳单元的柱体施加预应力；\n[0023] S3，浇筑混凝土。\n[0024] 可选地，步骤S2中对所述柱体施加预应力的步骤包括：\n[0025] S21，在各穿装通道内穿入预应力钢束；\n[0026] S22，张紧所述预应力钢束，并对其两端锚锢，使其对所述安全壳单元的柱体施加预应力。\n[0027] 本发明提供的安全壳单元，用于形成预应力混凝土建筑基体，包括多个柱体，柱体具有轴向贯通的预应力钢束的穿装通道；多个柱体相互连接构成框架结构，框架结构的节点由至少两个柱体相互连接构成。\n[0028] 使用该安全壳单元建造建筑物基体时，在施工现场将各安全壳单元依次拼接，在拼接过程中，使预应力钢束穿过安全壳单元的柱体的穿装通道，张紧预应力钢束，并锚锢预应力钢束的两端，张紧的预应力钢束会对柱体的两端施加压力，一根预应力钢束可以穿过多个柱体，也可以只穿过一个柱体。上述方式建造一部分建筑物的基体后，浇筑混凝土，混凝土直接与承受预压力的柱体接触，混凝土逐渐凝固并与柱体成为一体，凝固后，混凝土的内部具有预应力，即建成了具有预应力的建筑物。\n[0029] 与现有技术相比，在施工现场，不需要现场绑扎或焊接框架，只需要依次拼接各安全壳单元；不需要检测框架中绑扎或焊接的节点，只需要保证柱体与柱体可靠的连接；也不需要在混凝土凝固过程中在混凝土中穿装钢束。建造预应力建筑的基体时，使用该安全壳单元能够有效的缩短施工现场的施工周期，同时还能够保证建筑物内部的预应力及建筑物的强度。\n[0030] 一种方式中，穿装通道内设有滚珠，以便辅助预应力钢束通过穿装通道。穿装预应力钢束时，滚珠将预应力钢束与穿装通道之间的滑动摩擦变为滚动摩擦，尤其是轨迹不为直线的柱体，穿装预应力钢束的难度较大，设置滚珠能够有效的减小穿装过程中的摩擦力，使穿装更加顺畅，降低穿装难度。\n[0031] 进一步的，安全壳单元包括至少一个节点，每个节点处由三个柱体相互连接。\n[0032] 安全壳单元有多种结构，具体结构需要根据所建建筑物的结构设计，可以包括基本结构单元和特殊结构单元。各单元中，最小的单元结构可以具有一个节点，该节点由至少三个柱体相互连接构成；具有多个节点的单元中，各节点处相互连接的柱体的数量可以不同，其中个别节点处可以由两个柱体相互连接，其他节点由三个或三个以上柱体相互连接。\n[0033] 本发明还提供了一种安全壳，该安全壳的基体由上述任一项所述的安全壳单元依次拼接构成。由于安全壳单元具有上述技术效果，故该安全壳也具有相应的技术效果。\n[0034] 此外，本发明还提供了一种上述安全壳的施工方法，该施工方法能够在保障预应力建筑物强度的同时缩短施工周期。\n附图说明\n[0035] 图1为本发明所提供的安全壳单元第一种具体实施方式的结构示意图；\n[0036] 图2为本发明所提供的安全壳单元的穿装通道一种具体实施方式的结构示意图；\n[0037] 图3为本发明所提供的安全壳单元的穿装通道另一种具体实施方式的结构示意图；\n[0038] 图4为本发明所提供的安全壳单元第二种具体实施方式的结构示意图；\n[0039] 图5为本发明所提供的安全壳单元第三种具体实施方式的结构示意图；\n[0040] 图6为图5所示的安全壳单元的侧视透视图；\n[0041] 图7为本发明所提供的安全壳单元第四种具体实施方式的结构示意图；\n[0042] 图8为本发明所提供的安全壳单元第五种具体实施方式的结构示意图；\n[0043] 图9为本发明所提供的安全壳单元的拼接示意图；\n[0044] 图10为本发明所提供的安全壳的施工方法的流程图；\n[0045] 其中，图1至图9中的附图标记和部件名称之间的对应关系如下：\n[0046] 柱体1；穿装通道11；节点12；滚珠13；穿装槽14。\n具体实施方式\n[0047] 为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。\n[0048] 请参考图1至图3，图1为本发明所提供的安全壳单元第一种具体实施方式的结构示意图，图2为本发明所提供的安全壳单元的穿装通道一种具体实施方式的结构示意图，图\n3为本发明所提供的安全壳单元的穿装通道另一种具体实施方式的结构示意图。\n[0049] 在一种具体的实施方式中，本发明提供了一种安全壳单元，用于形成预应力混凝土建筑基体，包括多个柱体1，柱体1具有轴向贯通的预应力钢束的穿装通道11；多个柱体1相互连接构成框架结构，框架结构的节点12由至少两个柱体1相互连接构成。\n[0050] 使用该安全壳单元建造建筑物时，在施工现场将各安全壳单元拼接成建筑物基体，在拼接过程中，使预应力钢束穿过安全壳单元的柱体1的穿装通道11，张紧预应力钢束，并在柱体1端部锚锢预应力钢束，使张紧的预应力钢束会对柱体1的两端施加压力。\n[0051] 上述方式建造一部分基体后，浇筑混凝土，混凝土直接与承受预应力的柱体1接触，混凝土逐渐凝固并与柱体1成为一体，凝固后，混凝土的内部具有预应力，即建成了具有预应力的建筑物。\n[0052] 框架结构的安全壳单元能够相互拼接构成建筑基体，如图1所示，拼接时，柱体1与柱体1的端部相互连接，安全壳单元的结构可以依据所建建筑物的结构设计，可以为规则的结构，也可以为不规则的结构。\n[0053] 柱体1的轴线的轨迹可以为直线，也可以为弧线，可以根据具体的建筑物的结构设计。一根预应力钢束可以穿装多个柱体1，也可以只穿装一个柱体1，具体情况，可以根据施工现场的情况，或建筑物的结构确定。\n[0054] 与现有技术相比，在施工现场，不需要现场绑扎或焊接框架，只需要将各安全壳单元依次拼接；不需要检测框架中绑扎或焊接的节点，只需要保证柱体1与柱体1可靠的连接；\n也不需要在混凝土凝固过程中在混凝土中穿装钢束，在混凝土凝固后，松开钢束。\n[0055] 建造预应力建筑基体的施工过程中，使用该安全壳单元，减少了施工步骤，降低了施工的复杂程度，有效的缩短预应力建筑物的施工现场的施工周期，同时还能够保证建筑物内部的预应力及建筑物的强度。\n[0056] 进一步具体的实施方式中，穿装通道11内设有滚珠13，以便辅助预应力钢束通过穿装通道11。\n[0057] 为方便穿装预应力钢束，在穿装通道11内设置滚珠13。穿装预应力钢束时，滚珠13将预应力钢束与穿装通道11之间的滑动摩擦转变为滚动摩擦。如不设置滚珠，穿装预应力钢束过程中的摩擦力较大，尤其是轨迹不为直线的柱体1，设置滚珠13能够有效的减小穿装过程中的摩擦力，使穿装更加顺畅，降低穿装难度。\n[0058] 一种优选的实施方式中，滚珠13设有夹持部件，夹持部件的安装部穿过滚珠13的轴心，夹持部件的夹持部用以夹持预应力钢束。\n[0059] 滚珠13在穿装通道11内滚动的过程中，夹持部件夹持预应力钢束，引导预应力钢束的穿装，不但减小穿装过程中的摩擦力，还对预应力钢束具有引导作用，进一步降低了穿装难度。穿装过程中，可以由一个滚珠13在前端引导钢束的穿装；也可以一边穿装，一边安装滚珠13，使滚珠13分布在钢束上，使其在整个穿装的路径上摩擦力均较小。\n[0060] 具体的，穿装通道11内具有穿装槽14，滚珠13可拆卸的安装在穿装槽14内。\n[0061] 穿装槽14可以沿柱体的轴向贯通，如图2所示，穿装槽14沿柱体1的轴向贯通，滚珠\n13能够可拆卸的安装在穿装槽14内，图2中只是示意一下穿装槽14和滚珠13的位置关系，具体的结构并不局限于此。\n[0062] 例如，滚珠13可以具有滚轴，穿装槽14可以卡接滚珠13的滚轴，使滚珠13沿穿装槽\n14滚动。\n[0063] 滚珠13可拆卸，降低了柱体1的制造难度，可以在生产加工之后安装滚珠13，也可以在需要穿装预应力钢束的时候安装滚珠13；穿装完毕后，可以将滚珠13留在穿装槽14内，也可以将滚珠13取出，重复使用。\n[0064] 穿装通道11与滚珠13的位置关系不仅限于此，例如，穿装槽14位于穿装通道11中部，多个滚珠13依次设置在穿装槽14内。\n[0065] 制作柱体1的时候直接将滚珠13设置在柱体1内部，如图3所示，柱体1可以通过铸造的方式制造，则可以在铸造的过程中，直接将滚珠13设置在穿装槽14内，穿装槽14位于穿装通道11中部，滚珠13在穿装槽14内不会脱落，施工过程中不用拆装滚珠13，可以直接穿装预应力钢束。\n[0066] 请参考图4至图9，图4为本发明所提供的安全壳单元第二种具体实施方式的结构示意图，图5为本发明所提供的安全壳单元第三种具体实施方式的结构示意图，图6为图5所示的安全壳单元的侧视透视图，图7为本发明所提供的安全壳单元第四种具体实施方式的结构示意图，图8为本发明所提供的安全壳单元第五种具体实施方式的结构示意图，图9为本发明所提供的安全壳单元的拼接示意图。\n[0067] 上述各实施方式中，安全壳单元可以有多种结构，具体结构需要根据所建建筑物的结构设计，可以包括基本结构单元和特殊结构单元，可以为规则的结构，也可以为不规则的结构。\n[0068] 各结构单元中，最小的单元结构可以只包括一个节点12，该节点12由至少三个柱体1相互连接构成；具有多个节点12的单元中，各节点12处相互连接的柱体1的数量可以不同，其中个别节点12处可以由两个柱体1相互连接，其他节点12由三个或三个以上柱体1相互连接。\n[0069] 一种具体的结构中，安全壳单元包括至少一个节点12，每个节点12处由三个柱体1相互连接。\n[0070] 具体结构如图4所示，该结构包括一个节点12，为安全壳单元的最小结构单元，三个柱体1的轴线的轨迹可以为直线，也可以为弧线，三个柱体1的轴线均为直线时，三个轴线可以相互垂直，构成类似直角坐标系的结构，该结构为安全壳单元最基本的单元，多个该单元相互拼接，可以构成平面墙体的基体，在建筑物的某些位置需要使用此结构较小的基本单元。\n[0071] 进一步具体的结构中，三个相互连接的柱体1中，两个柱体1构成平面，第三个柱体\n1的轴线为直线且方向为竖直方向。\n[0072] 如图5所示，构成平面的两个柱体1的轴线均为直线，该结构包括多个节点12，该结构也为基本单元。当节点12处各柱体1相互垂直时，相当于八个一个节点12的基本单元相互拼接，该结构减少了施工过程中的拼接位置，该结构为安全壳单元的一种最佳结构。\n[0073] 如图8所示，构成平面的两个柱体1中，至少一者的轴线为弧线，同时，该结构包括多个节点12，施工时的拼接位置较少。该结构的安全壳单元相互拼接能够构成圆柱形建筑物的基体，弧形柱体1的弧度根据具体的建筑物的尺寸设定。\n[0074] 另一种具体的结构中，三个相互连接的柱体1的轴线均为直线，三个所述轴线中任两个成60度。\n[0075] 该结构可以包括一个节点12，也可以包括多个节点12，如图7所示，包括四个节点\n12时，该安全壳单元为正四面体结构，该结构为最稳定的安全壳单元，该结构也为安全壳单元的一种最佳结构。\n[0076] 再一种具体的结构中，三个相互连接的柱体1的轴线均为弧线。该结构的安全壳单元相互拼接可以构成球面形建筑或曲面形的建筑的基体。\n[0077] 需要说明的是，上述实施例只是安全壳单元结构的几种示例，安全壳单元的结构并不局限于上述实施方式。具体的，安全壳单元中节点12的数量，柱体1的轴线为直线还是为弧线，柱体1的长度等，均可以根据具体的建筑的结构设计。\n[0078] 上述各实施方式中，多个安全壳单元相互拼接时，相互平行的柱体1的端点不共面。\n[0079] 如图7和图8所示的安全壳单元相互拼接后，相互平行的柱体1的端点到与二者均相交的柱体1的距离均不相同，即相互平行的柱体1的端点不共面，这样，各安全壳单元相互拼接后，各拼接点不会构成面，不会成为建筑的薄弱点，如图9所示，各拼接点不会构成建筑的薄弱面。\n[0080] 上述各实施方式中，安全壳单元可以通过铸造一次成型，节点12处各柱体1的穿装通道11互不贯通。\n[0081] 直接通过铸造的方式使各柱体1在节点12处相互连接，各节点12处，各柱体1的穿装通道11互不相通，如图6所示，在施工过程中，穿装预应力钢束时，各维度的穿装通道11相互独立，可以避免穿装过程中各维度的预应力钢束相互干扰，也能够避免张紧钢束施加预应力时各钢束之间相互干扰。\n[0082] 上述各实施方式中，安全壳单元的柱体1通过铸造成型；在节点12处，通过二次铸造或焊接的方式使各柱体1相互连接。\n[0083] 制造该安全壳单元的过程中，可以先单独制造柱体1，然后将各柱体1连接成安全壳单元。铸造柱体1时，可以使穿装通道11周部的两个分型面不在同一平面内，能够避免两个分型面均通过圆心引起错动，进而规避错动形成薄弱受力部位。\n[0084] 需要说明的是，铸造安全壳单元的材料可以为钢，或其他能够作为建筑物基体的材料，另外，安全壳单元的制造方式并不局限于上述实施例所示的方式，其他能够形成该安全壳单元结构的制造方式也可以在本申请中应用。\n[0085] 除了上述安全壳单元，本发明还提供了一种安全壳，所述安全壳的基体由上述各实施例所述的安全壳单元依次拼接构成。\n[0086] 由于安全壳单元具有上述技术效果，故该安全壳也具有相应的技术效果。该安全壳的其他结构请参考现有技术，本文不在赘述。\n[0087] 请参考图10，图10为本发明所提供的安全壳的施工方法的流程图。\n[0088] 本发明还提供了一种上述安全壳的施工方法，包括以下步骤：\n[0089] 步骤1，将安全壳单元依次拼接形成安全壳基体；\n[0090] 步骤2，在形成安全壳基体的过程中，对所述安全壳单元的柱体施加预应力；\n[0091] 步骤3，浇筑混凝土。\n[0092] 使用该方法建造预应力建筑时，在施工过程中，只需按照上述步骤，先拼接成建筑基体，然后对柱体1施加预应力，然后浇筑混凝土。拼接基体的过程中，可以先拼一部分基体，然后浇筑混凝土，然后再重复上述步骤。\n[0093] 与现有技术相比，在施工现场，不需要现场绑扎或焊接框架；不需要检测框架中绑扎或焊接的节点；也不需要在混凝土中穿装钢束。该施工方法，减少了施工步骤和施工过程中的复杂程度，有效的缩短预应力建筑物的施工现场的施工周期，同时还能够保证建筑物的强度。\n[0094] 一种优选的实施方式中，步骤2中对柱体施加预应力的步骤包括：\n[0095] 步骤21，在各穿装通道内穿入预应力钢束；\n[0096] 步骤22，张紧所述预应力钢束，并对其两端锚锢，使其对所述安全壳单元的柱体施加预应力。\n[0097] 使预应力钢束穿过安全壳单元的柱体1的穿装通道11，张紧预应力钢束，并在柱体\n1的端部锚锢钢束，张紧的预应力钢束会对柱体1的两端施加压力，浇筑混凝土后，混凝土直接与受预应力的柱体1接触并凝固为一体，混凝土凝固后内部具有预应力。\n[0098] 该施加预应力的方式，省去了在混凝土中穿装钢束和混凝土凝固后松开钢束的步骤，简化了预应力的施加方式，减少了施工步骤，降低了施工难度。\n[0099] 当然，对柱体1施加预应力的方式并不局限于上述方式。\n[0100] 如果将现有的钢筋先制造成安全壳单元的结构，然后也可以将其按照上述施加方式建造建筑物，同样也可以节省施工现场的施工时间。\n[0101] 需要说明的是，上述施工方法并不局限用于建造安全壳，也可以用于建造其他的预应力建筑。\n[0102] 以上对本发明所提供的安全壳单元、安全壳及其施工方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。