JP2016211987A - 原子炉建屋 - Google Patents

Abstract

【課題】建屋上部の重量増加を抑制しつつ、壁に衝撃を受けた際に壁から床へ伝わる振動を低減できるようにした原子炉建屋を提供すること。【解決手段】複数階を有する原子炉建屋１は、各階の壁１２と床１４の接合部分のうち、所定の階（Ｈ１）の接合部分に対応する所定領域の床１４の強度を、所定領域以外の床の強度よりも大きくするための補強部１６を備える。補強部１６は、所定領域の床の厚さ寸法を、所定領域以外の床の厚さ寸法よりも大きくすることで形成してもよい。補強部１６は、ウェブが床面と平行になるように、Ｈ形鋼を所定領域の床の内部に埋設することで形成してもよい。【選択図】図１

Description

本発明は、原子炉建屋に関する。

原子炉格納容器などを収容する原子炉建屋は、自然災害などに耐えることができるように鉄筋コンクリートなどを用いて強固に建設される。さらに近年では、航空機などの衝突に対する一層の安全強化も求められている。

航空機が原子炉建屋の屋根に衝突した場合でも原子炉を保護できるようにした技術は知られている（特許文献１，２）。また、施工の容易性のために、コンクリート壁を部分的に厚くして補強する技術も知られている（特許文献３，４）。

特開２００７−２９７８５４号公報 特開２０１１−４３４３９号公報 特開平０６−２９９７１８号公報 特開２００２−３７１６５３号公報

特許文献１，２に記載の従来技術は、航空機の衝突に備えて、主に原子炉建屋の屋根を強化する技術であるが、外壁への航空機の衝突をほとんど考慮していない。原子炉建屋に対する航空機の突入角度が大きくなればなるほど、建物の水平投影面積は小さくなり、航空機が建屋に衝突する確率は低下する。

従って、実際には、建屋の屋根への航空機衝突よりも、水平方向ないし水平よりもやや上方からの航空機突入に備える必要がある。もしも航空機が建屋の外壁に衝突すると、外壁から床へ強い振動が伝わり、この振動が建屋内部の重要な機器にも伝わる可能性がある。従って、外壁から床へ伝わる振動をできるだけ低減する必要がある。

特許文献１は、屋根と建屋本体の間に制振装置を備えるだけであり、建屋の壁に航空機が衝突した際の、外壁から床へと伝わる振動に関して十分な考慮がされていない。特許文献２には、航空機が衝突しても損傷しないように、天井や壁を十分に厚くするための技術が開示されている。外壁を十分に厚くすれば、外壁から床に伝わる振動を低減することができる。しかし、屋根および建屋本体の全体にわたって厚みを増すと、建屋上部の重量が増加し、建屋の転倒モーメントが大きくなる。従って、航空機衝突に対する防御力が高まる代わりに耐震性が低下するおそれがある。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたもので、その目的は、建屋上部の重量増加を抑制しつつ、壁に衝撃を受けた際に壁から床へ伝わる振動を低減することができるようにした原子炉建屋を提供することにある。

上記課題を解決すべく、本発明に従う原子炉建屋は、複数階を有する原子炉建屋であって、各階の壁と床の接合部分のうち、所定の階の接合部分に対応する所定領域の床の強度を、所定領域以外の床の強度よりも大きくするための補強部を備える。

補強部は、所定領域の床の厚さ寸法を、所定領域以外の床の厚さ寸法よりも大きくすることで形成してもよい。補強部は、ウェブが床面と平行になるように、Ｈ形鋼を所定領域の床の内部に埋設することで形成してもよい。

本発明によれば、原子炉建屋の全階床ではなく所定の階において補強部を設けることで、壁と床の接合部分に対応する所定領域の床の強度を部分的に補強するため、建屋上部の重量増加を抑制しつつ、壁から床へ伝わる振動を低減することができる。従って、本発明によれば、壁への衝撃に対する安全性向上と耐震性の向上とを両立できる。

原子炉建屋の縦断面図。 外壁と床の接合部分を拡大して示す断面図。 床の質量増加と壁から床に伝わる最大加速度の低下の関係を示すグラフ。 第２実施例に係り、外壁と床の接合部分の拡大断面図。 第３実施例に係り、（ａ）は原子炉建屋と他の建物との配置関係によって、床の補強範囲が変わることを示す説明図であり、（ｂ）は原子炉建屋と他の建物との高さ関係によって、床の補強範囲が変わることを示す説明図である。 第４実施例に係り、（ａ）は外壁および内壁と床との接続する部分を拡大して示す断面図であり、（ｂ）は床の補強範囲を示す説明図を示す。 第５実施例に係り、（ａ）は外壁と床の接続部分のみにＨ形鋼を埋め込む様子を示す断面図であり、（ｂ）は外壁と床の接続部分と内壁と床の接続部分の両方にそれぞれＨ形鋼を埋め込む様子を示す断面図である。 第６実施例に係り、他の建物で防護されている領域では、内壁と床の接合部分を補強せず、他の建物で防護されていない領域では外壁および内壁それぞれと床の接合部分を強化する様子を示す説明図である。

以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。本実施形態の原子炉建屋１では、所定の地上階の外壁１２と床１４の接合部分Ｊ１の近傍に補強部１６を設ける。例えば、外壁１２と床１４の接合部Ｊ１の近傍における床１４の厚みｔ３を、建屋内部の床１４の厚さｔ１よりも厚くすることで、補強部１６を床１４に一体的に設ける。これにより、建屋上部の質量の増加を抑えつつ、建屋の外壁１２に航空機が衝突した際の外壁から床へと伝わる振動を低減できる。

なお、所定領域の床１４の厚さ寸法ｔ３を床１４の他の領域の厚さ寸法ｔ１よりも大きく設定することに代えて、接合部分Ｊ１の外壁１２の厚さ寸法を他の部分よりも寸法Ｌ１だけ厚くする、と考えることもできる。以下、本発明を詳細に説明する。

図１〜図３を用いて第１実施例を説明する。本実施例では、沸騰水型原子炉の建屋を例に挙げて説明する。原子炉建屋１は、鉄筋コンクリートなどを用いて建設されており、その略半分が地面２よりも下に埋設されている。原子炉建屋１の躯体は、例えば鉄筋コンクリート製の、基礎１１と、外壁１２と、内壁１３と、各階の床１４と、屋根１５とを備えて構成される。

原子炉建屋１の略中央部には、鉄筋コンクリートと鋼製ライナから形成される原子炉格納容器２０が設けられている。原子炉格納容器２０は、航空機が壁１２に衝突した際の振動から保護すべき対象であり、「所定装置」に該当する。原子炉格納容器２０は、例えば鋼鉄製の略円筒状構造物である原子炉圧力容器３０を収容する。原子炉格納容器２０の底部側には、環状のサプレッションチェンバ（不図示）が設けられている。

原子炉建屋１の建物全体のうち、高さ領域Ｈｕｇの部分は地下に埋設されており、高さ領域Ｈａｇの部分は地上に露出している。本実施例において、地上階とは、原子炉建屋１の各階のうち、高さ領域Ｈａｇに含まれる階である。地下階とは、原子炉建屋１の各階のうち、高さ領域Ｈｕｇに含まれる階である。

さらに、領域Ｈａｇに含まれる各地上階のうち、原子炉格納容器２０の設置されている保護対象領域Ｈ１に含まれる階は「所定階」に該当する。各地上階のうち保護対象領域Ｈ１以外の領域は、非保護対象領域Ｈ２である。非保護対象領域Ｈ２は、例えば屋根１５の近傍のように、原子炉格納容器２０などの保護対象装置が設置されていない地上階の属する領域である。非保護対象領域Ｈ２とは、外部の衝撃から保護しないという意味ではなく、本実施例で述べる補強部１６によって保護されない領域である。非保護対象領域Ｈ２に属する地上階（屋根１５を含む）は、鉄筋コンクリートなどから強固に作られており、衝撃などから保護されている。

ここで、「所定装置」としての保護対象装置には、原子炉格納容器２０に限らず、冷却設備などの周辺装置を含めることができる。さらに、保護対象装置には、使用済核燃料を含めてもよい。この場合、周辺装置や使用済核燃料の設置されている階の属する領域が保護対象領域Ｈ１として設定される。

保護対象領域Ｈ１は、地上部分に限定されている。地下部分は露出しておらず、保護の必要性に乏しいためである。航空機衝突では、地面２よりも上部の外壁１２に航空機が衝突する可能性がある。航空機の衝突により外壁１２に作用する力を図中では矢示Ｆで示している。

図２の拡大図を参照する。本実施例では、地上の外壁１２と床１４との接合部分Ｊ１近傍の床１４の厚みを、内部の床１４よりも厚くすることで、補強部１６を床１４に一体的に設けている。内部の床とは、外壁１２との接合部分Ｊ１近傍よりも建屋１の内側に位置する床という意味である。内側の床と呼ぶこともできる。

補強部１６の厚さ寸法ｔ３は、それよりも内側の床１４の厚さ寸法ｔ１よりも寸法ｔ２だけ大きくなるように設定されている。従って、外壁１２と床１４の接合部分Ｊ１の近傍の機械的強度（例えば曲げ剛性）は、肉厚な補強部１６により強化されている。

本実施例によれば、外壁１２と床１４の接合部分Ｊ１の近傍に補強部１６を一体的に形成するため、外壁１２の曲げ剛性が増加する。従って、航空機が外壁１２に衝突して強い衝撃力Ｆが外壁１２に加わった場合でも、接合部分Ｊ１の近傍の変形を抑制できる。これにより、外壁１２から床１４へと伝播する振動を低減することができ、保護すべき装置類（原子炉格納容器２０など）を保護することができ、安全性が向上する。

本実施例では、全階に補強部１６を設けるのではなく、所定の階のみ補強部１６を設けている。さらに、本実施例では、外壁１２や床１４の全体を肉厚にして強度を高めるのではなく、接合部分Ｊ１の近傍のみで床１４を部分的に肉厚とすることで補強部１６を設けている。従って、本実施例では、建屋１の地上部分の質量が増加するのを抑制でき、外壁１２から床１４への振動伝搬を低減できると共に、耐震性を維持することができる。

図３は、本実施例の効果を、有限要素法による数値計算で確かめた結果を示すグラフである。図３のグラフでは、従来構造の場合Ｇｐと本実施例の構造の場合Ｇｉとを比較して示す。

ここでの従来構造とは、航空機の衝突対策として、外壁１２や床１４の厚みを一様に増加させた構造である。図３の横軸は、原子炉建屋１の質量の増加率である。図３の縦軸は、原子炉建屋１の内部の床１４上の加速度の最大値の比である。最大加速度の比は、質量の増加率がゼロの場合、すなわち航空機衝突対策を施していない場合の最大加速度を基準としている。

図３から、床１４へ伝わる最大加速度を約１５%低減しようとする場合、従来構造では質量が約１３%増加するのに対して（Ｇｐ）、本実施例の構造では質量の増加を６%に抑えられることがわかる（Ｇｉ）。すなわち、上述のように、所定の階のみにおいて所定領域Ｌ１の床１４の強度を部分的に高めることで、従来構造の場合に比較して質量増加を抑えつつ最大加速度を低減できる。

図４を用いて第２実施例を説明する。本実施例を含む以下の各実施例は、第１実施例の変形例に該当するため、第１実施例との相違を中心に説明する。

本実施例では、外壁１２と床１４との接合部分Ｊ１の近傍の床１４の厚みｔ３を他の部分の厚みｔ１よりも増加させるだけでなく、その厚みを増した床１４内にＨ形鋼を埋設している。

Ｈ形鋼１８は、平行に向き合って配置され、それぞれが肉厚で長尺な平板状に形成される一対のフランジ１８Ａと、各フランジ１８Ａ間に垂直に設けられて各フランジ１８Ａ間を接続するウェブ１８Ｂとから、断面Ｈ字状に形成されている。

本実施例では、ウェブ１８Ｂが床１４と平行になるようにして、Ｈ形鋼１８を肉厚な鉄筋コンクリート製の補強部１６内に埋設している。

このように構成される本実施例も第１実施例と同様の作用効果を奏する。さらに本実施例では、鉄筋コンクリート製の床１４の厚みを増した上で、その内部にＨ形鋼１８を所定姿勢で配置するため、外壁１２の機械的強度を第１実施例の場合よりも増加させることができる。

図５を用いて第３実施例を説明する。本実施例では、原子炉建屋１の全周にわたって補強部１６を設けるのではなく、所定範囲内に存在する他の建築物３で保護されている範囲では補強部１６を設けていない。換言すれば、本実施例では、他の建築物３を一種の防護壁として利用しており、他の建築物３による防護効果を得にくい範囲のみで、補強部１６を設けている。

図５（ａ）は、原子炉建屋１と他の建築物３の平面上の配置関係を示す。図５（ｂ）は、原子炉建屋１と他の建築物３の配置の高さ関係を示す。他の建築物としては、例えば、タービン建屋がある。ただし、タービン建屋に限らず、一定の強度と大きさを持つ建築物であって、原子炉建屋１から所定範囲Ｗ以内に存在する建築物であれば、防護壁として利用可能である。

図５（ａ）に示すように、原子炉建屋１の４つの面のうち、他の建築物３が存在しない面（図中の上下および左側の面）では、斜線部Ｐ１ｂで示すように、所定の地上階の所定領域に補強部１６が設けられている。

図５の例では原子炉建屋１の４つの面のうち、一つの面（図中の右側の面）では、他の建築物３が所定範囲Ｗ以内で、かつ距離Ａ１離間して隣接している。他の建築物３が隣接する面では、他の建築物３を防御壁として利用できるため、航空機が原子炉建屋１の外壁１２へ直接衝突する可能性は低い。原子炉建屋１が他の建築物３の前面投影面積内に収まっている場合、他の建築物３に対向する面では、所定の地上階に補強部１６を設ける必要はない。

ただし、他の建築物３の高さＨ３が原子炉建屋１の所定の地上階のうちの最上階よりも低い場合、または、原子炉建屋１の幅寸法Ｗ１よりも他の建築物３の幅寸法Ｗ２が短い場合は、他の建築物３の前面投影面積からはみ出している範囲に補強部１６を設けることもできる。

つまり、図５（ｂ）に斜線部で示すように、保護対象の装置（例えば原子炉格納容器２０）を収容する地上階であり、かつ、外壁１２と床１４との接合部分Ｊ１に対応する所定領域（Ｌ１，Ｗ１）の床であり、かつ、他の建築物３の前面投影面積からはみ出ている領域Ｐ１ａに、補強部１６を設ける。

このように構成される本実施例も第１実施例と同様の作用効果を奏する。さらに本実施例では、他の建築物３を防御壁として利用可能な範囲では補強部１６を設けず、他の建築物３を防御壁として利用できない範囲でのみ補強部１６を設ける。従って、補強部１６を設ける範囲を小さくすることができ、第１実施例よりも原子炉建屋１の上部の質量増加を抑制でき、かつ、外壁１２から床１４へ伝搬する振動を低減することができる。

図６を用いて第４実施例を説明する。本実施例では、外壁１２と床１４とが接合する第１接合部分Ｊ１の近傍に第１補強部１６を設けると共に、内壁１３と床１４とが接合する第２接合部分Ｊ２の近傍にも第２補強部１９を設ける。

図６（ａ）は外壁１２および内壁１３と床１４との接続箇所を拡大して示す断面図であり、図６（ｂ）は外壁１２、内壁１３、床１４、各補強部１６，１９の関係を示す断面図である。

ここで、外壁１２と床１４との接合部分Ｊ１の近傍の肉厚部分の長さＬ１（第１補強部１６の奥行き寸法Ｌ１）と、内壁１３と床１４との第２接合部分Ｊ２の近傍の肉厚部分の長さＬ２（第２補強部１９の奥行き寸法Ｌ２）とは同一値に設定してもよいし、異なる値に設定してもよい。外部からの衝撃力Ｆは外壁１２で緩和されるため、第１補強部１６の寸法Ｌ１よりも第２補強部１９の寸法Ｌ２の方を短くしてもよい（Ｌ１＞Ｌ２）。

このように構成される本実施例も第１実施例と同様の作用効果を奏する。さらに本実施例では、内壁１３と床１４との第２接合部分Ｊ２にも補強部１９を設けるため、内壁１３の曲げ剛性を向上でき、内壁１３から床１４へ伝わる振動を低減できる。

図７を用いて第５実施例を説明する。本実施例では、第２実施例と第４実施例を結合させている。

図７（ａ）に示すように、外壁１２と床１４との接合部分Ｊ１の近傍に設ける第１補強部１６内には、ウェブ１８Ｂが床１４と平行になるようにして（換言すれば、ウェブ１８Ｂが外壁１２に対して垂直になるようにして）、Ｈ形鋼１８を埋設してもよい。

図７（ｂ）に示すように、内壁１３と床１４との接合部分Ｊ２の近傍に設ける第２補強部１９内にも、ウェブ１８Ｂが床１４と平行になるようにして（換言すれば、ウェブ１８Ｂが内壁１３に対して垂直になるようにして）、Ｈ形鋼１８を埋設してもよい。

このように構成される本実施例も第１実施例、第２実施例、第４実施例と同様の作用効果を奏する。

図８を用いて第６実施例を説明する。本実施例では、第３実施例と第４実施例を結合させている。範囲Ｐ１は、外壁１２の機械的強度を高めるための第１補強部１６を形成する範囲を示す。範囲Ｐ２は、内壁１３の機械的強度を高めるための第２補強部１９を形成する範囲を示す。符号Ｐ１，Ｐ２に添える小文字”ａ”は、他の建築物３を防御壁として利用できることを示す。同じく符号Ｐ１，Ｐ２に添える小文字”ｂ”は、他の建築物３を防御壁として利用できないことを示す。

本実施例では、隣接する他の建築物３を防御壁として利用できない側では、斜線部Ｐ１ｂ，Ｐ２ｂに示すように、外壁１２および内壁１３と床１４のそれぞれの接合部分に補強部１６，１９を設けている。これに対し、他の建築物３を防御壁として利用できる範囲Ｐ１ａ，Ｐ２ａでは、他の建築物３で守られていない範囲内でのみ、補強部１６，１９を設ける。

このように構成される本実施例も第１実施例、第３実施例、第４実施例と同様の作用効果を奏する。

なお、本発明は上記各実施例に限定されず、様々な変形例が含まれる。例えば、上記各実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１：原子炉建屋、２：地面、３：他の建築物、１２：外壁、１３：内壁、１４：床、１５：屋根、１６：補強部（第１補強部）、１８：Ｈ形鋼、１８Ａ：フランジ、１８Ｂ：ウェブ、１９：補強部（第２補強部）

Claims (8)

1. 複数階を有する原子炉建屋であって、
   前記各階の壁と床の接合部分のうち、所定の階の前記接合部分に対応する所定領域の床の強度を、前記所定領域以外の床の強度よりも大きくするための補強部を備える、
   原子炉建屋。
   
2. 前記補強部は、前記所定領域の床の厚さ寸法を、前記所定領域以外の床の厚さ寸法よりも大きくすることで形成される、
   請求項１に記載の原子炉建屋。
   
3. 前記補強部は、ウェブが床面と平行になるように、Ｈ形鋼を前記所定領域の床の内部に埋設することで形成される、
   請求項３に記載の原子炉建屋。
   
4. 前記所定の階は、前記複数階のうち地上階であって、かつ所定装置の設置されている階である、
   請求項３に記載の原子炉建屋。
   
5. 前記所定の階は、前記複数階のうち地上階であって、かつ所定範囲内に存在する建築物の前面投影面積から外れている階である、
   請求項３に記載の原子炉建屋。
   
6. 前記所定の階は、前記複数階のうち地上階であり、かつ前記所定装置の設置されている階であり、かつ所定範囲内に存在する建築物の前面投影面積から外れている階である、
   請求項３に記載の原子炉建屋。
   
7. 前記複数階の壁には外壁と内壁とが含まれており、
   前記所定領域の床には、前記所定の階の前記外壁と床との第１接合部分に対応する第１所定領域の床と、前記所定の階の前記内壁と床との第２接合部分に対応する第２所定領域の床とが含まれている、
   請求項１に記載の原子炉建屋。
   
8. 前記複数階の壁には外壁と内壁とが含まれており、
   前記各階の外壁と床の第１接合部分のうち、第１所定の階の前記第１接合部分に対応する第１所定領域の床の強度を、前記第１所定領域以外の床の強度よりも大きくするための第１補強部と、
   前記各階の内壁と床の第２接合部分のうち、第２所定の階の前記第２接合部分に対応する第２所定領域の床の強度を、前記第２所定領域以外の床の強度よりも大きくするための第２補強部と、
   を備え、
   前記第１所定の階と前記第２所定の階とは同一または異なって設定される、
   請求項１に記載の原子炉建屋。

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