東海第二発電所 工事計画審査資料
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資料番号

工認-163 改 4

提出年月日

平成 30 年 8 月 23 日

NT2 補② Ⅴ-2-11-2-14 R1

Ｖ-2-11-2-14 使用済燃料乾式貯蔵建屋上屋の耐震性についての計算書

NT2 補② Ⅴ-2-11-2-14 R1

目次
概要

1

基本方針

1

位置

1

構造概要

2

評価方針

5

適用規格・基準等

7

地震応答解析による評価方法

8

応力解析による評価方法

9

評価対象部位及び評価方針

9

荷重及び荷重の組合せ

11

許容限界

15

解析モデル及び諸元

16

評価方法

20

評価結果

22

地震応答解析による評価結果

22

応力解析による評価結果

24

概要
本資料は，添付書類「Ⅴ-2-11-1 波及的影響を及ぼすおそれのある下位クラス施設の耐震評価方針」に基づき，使用済燃料乾式貯蔵建屋上屋が上位クラス施設である使用済燃料乾式貯蔵容器に対して波及的影響を及ぼさないことを説明するものである。その波及的影響の評価は，使用済燃料乾式貯蔵容器の有する機能が保持されることを確認するために，下位クラス施設である使用済燃料乾式貯蔵建屋上屋の構造物全体としての変形性能の評価及び屋根トラスの構造健全性の評価により行う。
基本方針
位置

NT2 補② Ⅴ-2-11-2-14 R0

使用済燃料乾式貯蔵建屋の設置位置を図 2−1 に示す。

図 2−1の設置位置

1

構造概要
使用済燃料乾式貯蔵建屋は，使用済燃料乾式貯蔵容器を 24 基収納する地上１階，平面が南北方向 52.3 m，東西方向 24.25 m，地上高さ 21.2 m の鉄筋コンクリート造（一部鉄骨鉄筋コンクリート造及び鉄骨造）の建物である。
使用済燃料乾式貯蔵建屋の基礎は，平面が南北方向 59.7 m，東西方向 33.0 m，厚さ 2.5 m（一部 2.0 m）で，鋼管杭を介して，砂質泥岩である久米層に岩着している。また，耐震壁には冷却空気取り入れのための開口がある。
使用済燃料乾式貯蔵建屋に加わる地震時の水平力は，外周部に配置した耐震壁と柱及び梁（屋根トラス）からなるフレーム構造で負担する。

NT2 補② Ⅴ-2-11-2-14 R0

使用済燃料乾式貯蔵建屋の杭伏図，概略平面図及び概略断面図を図 2−2〜図 2−4 に示す。

2

33.00m
59.70m

NT2 補② Ⅴ-2-11-2-14 R0（杭伏図：EL.5.8 m）
凡例：杭：建屋外壁位置

図 2−2 使用済燃料乾式貯蔵建屋の杭伏図（１階平面図：EL.8.3 m）

図 2−3 使用済燃料乾式貯蔵建屋の概略平面図

3

NT2 補② Ⅴ-2-11-2-14 R0（NS 方向，A−A 断面）
図 2−4（1／2） 使用済燃料乾式貯蔵建屋の概略断面図（EW 方向，B−B 断面）
図 2−4（2／2） 使用済燃料乾式貯蔵建屋の概略断面図

4

評価方針
使用済燃料乾式貯蔵建屋上屋は，上位クラスである使用済燃料乾式貯蔵容器と同じ運転状態を想定することから，設計基準対象施設に対する波及的影響の評価を行う。
設計基準対象施設に対する波及的影響評価においては，基準地震動Ｓｓによる地震力に対する評価（以下「Ｓｓ地震時に対する評価」という。）を行うこととする。使用済燃料乾式貯蔵建屋上屋の波及的影響評価は，添付書類「Ⅴ-2-11-1 波及的影響を及ぼすおそれのある下位クラス施設の耐震評価方針」に基づき，地震応答解析による評価においては使用済燃料乾式貯蔵建屋上屋の構造物全体としての変形性能の評価を，応力解析による評価においては屋根トラスの構造強度の確認を行うことで，上位クラス施設である使用済燃料乾式貯蔵容器への波及的影響を及ぼさないことの確認を行う。

NT2 補② Ⅴ-2-11-2-14 R0

図 2−2 に使用済燃料乾式貯蔵建屋上屋の評価フローを示す。

5

評価開始

基本方針

＜応力解析による評価＞＜地震応答解析による評価＞＊

NT2 補② Ⅴ-2-11-2-14 R0

応力解析

せん断ひずみの評価

断面の評価■変形性能の評価■構造強度の確認[上位クラス施設[上位クラス施設への影響の確認]への影響の確認]

評価終了＊ ：添付書類「Ⅴ-2-2-4 使用済燃料乾式貯蔵建屋の地震応答計算書」の結果を踏まえた評価を行う

図 2−2 使用済燃料乾式貯蔵建屋上屋の評価フロー

6

適用規格・基準等
使用済燃料乾式貯蔵建屋上屋の評価において，適用する規格・基準等を以下に示す。
・ 原子力発電所耐震設計技術指針 ＪＥＡＧ４６０１−1987（（社）日本電気協会）
・ 原子力発電所耐震設計技術指針 重要度分類・許容応力編 ＪＥＡＧ４６０１・補-1984（（社）日本電気協会）
・ 原子力発電所耐震設計技術指針 ＪＥＡＧ４６０１−1991 追補版（（社）日本電気協会）（以下「ＪＥＡＧ４６０１−1991 追補版」という。）
・ 建築基準法・同施行令
・ 鉄筋コンクリート構造計算規準・同解説−許容応力度設計法−（（社）日本建築学会，1999）
・ 原子力施設鉄筋コンクリート構造計算規準・同解説（（社）日本建築学会，2005）（以下「ＲＣ−Ｎ規準」という。）
・ 鋼構造設計規準 −許容応力度設計法− （（社）日本建築学会，2005）（以下「Ｓ規準」

NT2 補② Ⅴ-2-11-2-14 R0という。）
・ 2015 年版 建築物の構造関係技術基準解説書（国土交通省国土技術政策総合研究所・国立研究開発法人建築研究所）（以下「技術基準解説書」という。）

7

地震応答解析による評価方法
地震応答解析による評価は，添付書類「Ⅴ-2-2-4 使用済燃料乾式貯蔵建屋の地震応答計算書」に基づき，耐震壁の最大せん断ひずみが許容限界を超えないことを確認する。地震応答解析による評価における使用済燃料乾式貯蔵建屋上屋の許容限界は，添付書類「Ⅴ-2-11-1 波及的影響を及ぼすおそれのある下位クラス施設の耐震評価方針」に基づき，表 3−1 のとおり設定する。

表 3−1 地震応答解析による評価における許容限界
要求

機能設計上の機能維持のための地震力

機能部位

許容限界

性能目標

考え方

最大せん断ひずみが波上位クラス施設
基準地震動−に波及的影響をNT2 補② Ⅴ-2-11-2-14 R0及ぼさないこと

耐震壁＊

Ｓｓ

及的影響を及ぼさない

最大せん断ひずみための許容限界を超え

4.0×10−３ないことを確認＊ ：建屋全体としては，地震力を主に耐震壁で負担する構造となっており，柱，梁，間仕切壁等が耐震壁の変形に追従することと，全体に剛性の高い構造となっており，複数の耐震壁間の相対変形が小さく床スラブの面内変形が抑えられるため，各層の耐震壁が最大せん断ひずみの許容限界を満足していれば，建物・構築物に要求される機能は維持される。

8応力解析による評価方法
評価対象部位及び評価方針
使用済燃料乾式貯蔵建屋上屋の応力解析による評価対象部位については，屋根トラスの内，主トラスとし，以下の方針に基づき評価を行う。
Ｓｓ地震時に対する評価は，3 次元ＦＥＭモデルを用いた弾性応力解析及び弾性応答解析によることとし，地震力と地震力以外の荷重の組合せの結果，発生する応力が，Ｓ規準に基づき設定した許容限界を超えないことを確認する。なお，地震荷重については，地盤物性のばらつきを考慮する。

NT2 補② Ⅴ-2-11-2-14 R1

応力解析による評価フローを図 4−1 に示す。

9

添付書類「Ⅴ-2-2-4使用済燃料乾式貯蔵建屋の地震応答計算書」

評価開始

固定荷重，機器荷重，積載荷重，

NT2 補② Ⅴ-2-11-2-14 R0

地震荷重＊

積雪荷重，クレーン荷重

3 次元ＦＥＭモデルによる3 次元ＦＥＭモデルによる

動的解析

静的解析

地震時応力算出

固定荷重，機器荷重，積載荷重，積雪荷重及びクレーン荷重による応力算出

荷重の組合せ

断面の評価

評価終了

＊ ：地震荷重の設定においては，地盤物性のばらつきを考慮する。

図 4−1 応力解析による評価フロー（屋根トラス）

10荷重及び荷重の組合せ
荷重及び荷重の組合せは，添付書類「Ⅴ-2-1-9 機能維持の基本方針」にて設定している荷重及び荷重の組合せを用いる。
荷重
固定荷重（G）
使用済燃料乾式貯蔵建屋上屋に作用する固定荷重は，『既工事計画認可申請書「Ⅳ-2-3使用済燃料乾式貯蔵建屋の耐震性についての計算書」（平成 11・06・2 資第 1 号 平成 11年 9 月 2 日認可）』に基づき，表 4−1 のとおり設定する。
表 4−2 固定荷重（G）
部 材

固定荷重＊（kN/m2）

屋根部

コンクリート厚 0.45 m

10.8

中間床（1）

コンクリート厚 0.30 m

7.2

中間床（2）

コンクリート厚 0.45 m

10.8

基礎版

コンクリート厚 2.5 m

60

NT2 補② Ⅴ-2-11-2-14 R0部＊位：屋根部については，非構造質量として 2（kN/m2）を別途考慮する。

機器荷重（E）
機器荷重は，表 4−3 のとおり設定する。
表 4−3 機器荷重（E）
機器荷重
キャスク重量：計 24 基

1180 kN/基

積載荷重（P）
積載荷重は，表 4−4 のとおり設定する。
表 4−5 積載荷重（P）
荷重及び外力について想定する状態

積載荷重

地震時，一般屋根600 N/m2

地震時，中間床1500 N/m2

地震時，床800 N/m211積雪荷重（S）
積雪荷重は，表 4−6 のとおり設定する。
表 4−7 積雪荷重（S）
荷重及び外力について想定する状態

積雪荷重

地震時，一般屋根

210 N/m2

クレーン荷重（CL）
クレーン荷重は，表 4−8 のとおり設定する。
表 4−8 クレーン荷重（CL）
クレーン荷重
NT2 補② Ⅴ-2-11-2-14 R0

クレーン自重1470 kN

地震荷重（Ks）
水平地震力及び鉛直地震力は，基準地震動Ｓｓに対する 3 次元ＦＥＭモデルを用いた弾性応答解析より算定される動的地震力より設定する。地震荷重は，添付書類「Ⅴ-2-2-4 使用済燃料乾式貯蔵建屋の地震応答計算書」に示すＳｓ地震時の水平方向及び鉛直方向の質点系モデルの入力地震動（時刻歴加速度）とする。検討対象の主トラスは EW 方向に配置されているため，検討方向は EW 方向とする。また，地震荷重については，地盤物性のばらつきを考慮するものとする。地盤物性のばらつき（＋σ）を考慮した基準地震動Ｓｓ−Ｄ１の加速度応答スペクトル及び加速度時刻歴波形を図 4−2 及び図 4−3 に示す。

12

Ss-D1P̲EW
Ss-D1P̲UD

h=0.05加速度(cm/s/s)

3000

2000

1000

00.010.1110

図 4−2 入力地震動の加速度応答スペクトル（Ｓｓ−Ｄ１）

Acceleration(cm/s/s)（地盤物性のばらつきを考慮（＋σ））

Acceleration(cm/s/s)

NT2 補② Ⅴ-2-11-2-14 R0

周期（秒）

800

SsD1P̲EW

MAX = 684.6 cm/s/s

4000-400-800
0800306090Time(sec.)

SsD1P̲UD120

150

MAX = -462.0 cm/s/s

4000-400-800
0306090Time(sec.)120

図 4−3 入力地震動の加速度時刻歴波形（Ｓｓ−Ｄ１）（地盤物性のばらつきを考慮（＋σ））

13150荷重の組合せ
荷重の組合せを表 4−9 に示す。
表 4−9 荷重の組合せ
外力の状態

荷重の組合せＳｓ地震時

G＋E＋P＋S＋CL＋Ks：固定荷重

E：機器荷重P：積載荷重（地震時）

S：積雪荷重（地震時）

CL：クレーン荷重

Ks

：地震荷重

NT2 補② Ⅴ-2-11-2-14 R0G14許容限界
応力解析による評価における使用済燃料乾式貯蔵建屋の屋根トラスの許容限界は，表 4−10のとおり設定する。
また，鋼材の許容応力度を表 4−11 に示す。

表 4−10 応力解析による評価における許容限界
要求

機能設計上の機能性能目標

地震力部位設に波及的影

基準地震動

響を及ぼさなＳｓが構造 強度を確保
屋根トラスするた めの許容限界を超 えないこと

いこと
NT2 補② Ⅴ-2-11-2-14 R0

考え方

許容限界

部材に 生じる応力上位クラス施−機能維持のための「Ｓ規準」に基づ
く弾性限強度*1を確認＊1 ：「Ｓ規準」の短期許容応力度の評価式に，「技術基準解説書」に基づきＦ値に 1.1 倍の割増を考慮する。

表 4−11 鋼材の許容応力度
種
SS400SM400A

短 期（N/mm2）

F値

類

t≦40（mm）（N/mm2）

引 張

圧縮及び曲げせん断

235

235

235＊1135＊1 ：上限値であり，座屈長さ等を勘案して設定する。

15

解析モデル及び諸元モデル化の基本方針
応力解析は，3 次元ＦＥＭモデルを用いた弾性応力解析及び弾性応答解析とする。応力解析における評価対象部位は屋根トラスであり，建屋の荷重伝達を考慮するために，応力解析モデルには使用済燃料乾式貯蔵建屋の基礎とその上屋を一体とした全体モデルを用いる。解析モデルに使用するＦＥＭ要素は，柱，屋根トラスは梁要素，屋根スラブ，壁，基礎スラブはシェル要素，地盤はばね要素とする。また，束材及び斜材端部はピン接合としてモデル化する。図 4−4 に解析モデルを示す。解析モデルの要素数はシェル要素 3576，
梁要素 1425 で，節点数は 4344 である。
解析には，解析コード「ＭＳＣ ＮＡＳＴＲＡＮ Ver.2008r1」を用いる。また，解析コードの検証及び妥当性確認等の概要については，添付書類「Ⅴ-5-1 計算機プログラム（解析コード）の概要・ＭＳＣ ＮＡＳＴＲＡＮ」に示す。

NT2 補② Ⅴ-2-11-2-14 R0

境界条件
3 次元ＦＥＭモデルの基礎底面に，基礎の杭（計 435 本）の分布に応じて離散化したばねを設ける。ばねについては，水平方向は EW の地盤の水平ばね定数，上下方向は EW の地盤の回転ばね定数（上下動のケースでは鉛直ばね定数）に基づき設定する。
解析諸元
使用材料の物性値を表 4−12 に，部材リストを表 4−13 及び図 4−5 に示す。

16

NT2 補② Ⅴ-2-11-2-14 R0（シェル要素）（梁要素）
図 4−4 解析モデル

17表 4−12 使用材料の物性値
使用材料

ヤング係数

せん断弾性係数 減衰定数（×10 N/mm ） （×10３ N/mm2） （％）
３

ｺﾝｸﾘｰﾄ：Fc23.5
鉄 骨：SS400，SM400A

222.5205

9.3879.052

表 4−13 部材リスト

NT2 補② Ⅴ-2-11-2-14 R0部

位部 材

鉄骨部材

上弦材

BH-500×400×16×28

下弦材

BH-500×400×16×28

斜材（a）

BH-250×250×9×14

斜材（b）

BH-300×300×12×16

斜材（c）

BH-350×350×12×19

垂直材（a）

BH-250×250×9×14

垂直材（b ）

H-298×299×9×14

垂直材（c ）

H-344×348×10×16

主トラス

注：特記なき限り鋼材種は SM400A とする。

18

EL+29.20 mc'b'c'b'c'b'ac'b'c'b'c'b'

TG1(BH-500×400 ×16×28)

凡付NT2 補② Ⅴ-2-11-2-14 R0

EL+17.75 m

EL+7.05 m

575

2425
X224252425
Xd2425

2425

2425

Xc

2425
Xb

図 4−5 部材リスト

192425

2425
Xa

2425

525
X1

評価方法
応力解析方法
使用済燃料乾式貯蔵建屋上屋について，Ｓｓ地震時に対して 3 次元ＦＥＭモデルを用いた弾性応答解析を実施する。
荷重ケース
Ｓｓ地震時の応力は，各方向の地震荷重及び地震荷重以外の荷重で解析し，組み合せるべき荷重を全て同時に作用させて断面の評価を行う。

NT2 補② Ⅴ-2-11-2-14 R0

単独荷重の記号を以下に示す。
G

：固定荷重

E

：機器荷重

P

：積載荷重（地震時）

S：積雪荷重（地震時）

CL：クレーン荷重

KsEW：EW 方向Ｓｓ地震荷重

KsUD：鉛直方向Ｓｓ地震荷重

荷重の組合せケース
荷重の組合せケースを表 4−14 に示す。
水平地震力と鉛直地震力は，加速度応答時刻歴波を同時に考慮することにより組み合せる。
表 4−14 荷重の組合せケース
ケース No.

荷重の組合せ1G＋E＋P＋S＋CL＋KsＥＷ＋KsＵＤ

2G＋E＋P＋S＋CL＋KsＥＷ−KsＵＤ

3G＋E＋P＋S＋CL−KsＥＷ＋KsＵＤ

4G＋E＋P＋S＋CL−KsＥＷ−KsＵＤ

荷重の入力方法
地震荷重は，図 4−3 に示す加速度時刻歴波を，3 次元ＦＥＭモデルの基礎底面位置に入力する。

20

断面の評価方法
断面の評価は，「Ｓ規準」に基づき，次式をもとに計算した評価対象部位に生じる軸力及び曲げモーメントによる応力度が表 4−11 に示した鋼材の許容応力度に 1.1 倍の割増しを考慮した弾性限応力度を超えないことを確認する。
圧縮力と曲げモーメントccfcb1fbt

かつbcft1f c ：許容圧縮応力度f b ：許容曲げ応力度
f t ：許容引張応力度

NT2 補② Ⅴ-2-11-2-14 R0c：平均圧縮応力度

cb ：圧縮曲げ応力度tb ：引張曲げ応力度

引張力と曲げモーメントttbftt1かつcbt

1fb：平均引張応力度

せん断力

fs1：せん断応力度

f s ：許容せん断応力度

21

評価結果
地震応答解析による評価結果
鉄筋コンクリート造耐震壁について，Ｓ ｓ 地震時の各層の最大せん断ひずみが許容限界（4.0×10-3）を超えないことを確認する。
地盤物性のばらつきを考慮した最大せん断ひずみは 1.82×10-3（要素番号 BM02，地盤＋ s ケース，NS 方向，Ｓ ｓ −２２）であり，波及的影響を及ぼさないための許容限界（4.0×10−３ ）を超えないことを確認した。地盤物性のばらつきを考慮した各方向の Q-γ関係と最大応答値

NT2 補② Ⅴ-2-11-2-14 R0を図 5−1 及び図 5−2 に示す。

要素番号

図 5−1

Q−γ関係と最大応答値（要素番号 BM02，NS 方向）

22

NT2 補② Ⅴ-2-11-2-14 R0EL.(m)フレーム

壁ND0329.20

要素番号
要素名BM0317.75

ND13SP01
BM13ND02

BM02

ND12BM12BSTP

8.30
7.05
5.80

ND01
BSBMROCK

図 5−2SWAY

Q−γ関係と最大応答値（要素番号 BM02，EW 方向）

23応力解析による評価結果
固有値解析結果「4.4解析モデル及び諸元」に示す 3 次元ＦＥＭモデルの固有値解析結果を表 5−1，固有モード図を図 5−3 に示す。NS 方向の 1 次モードは全体 1 次に現れており，固有振動数は 3.83 Hz である。EW 方向の 1 次モードは全体 1 次に現れており，固有振動数は 3.60Hz である。鉛直方向の 1 次モードは全体 1 次に現れており，固有振動数は 4.78 Hz である。
表 5−1

固有値解析結果（建屋模擬モデル，地盤剛性のばらつきを考慮（+σ））

NT2 補② Ⅴ-2-11-2-14 R0

方向NSEWUD次数

固有周期(s)振動数(Hz)

建屋全体の卓越モード

10.2613.83

NS 方向 1 次モード

20.2384.20

30.206

4.86

40.181

5.53

50.1377.28

60.1297.75

70.126

7.91

80.121

8.28

90.1148.81

100.090

11.12

10.278

3.60

20.1795.59

30.1795.60

40.155

6.43

50.155

6.44

60.155

6.46

70.1546.49

80.153

6.55

NS方 向 2次 モ ー ド

EW 方向 1 次モード

EW 方向 2 次モード

90.1138.84

100.111

9.02

10.2094.78

鉛直方向 1 次モード
鉛直方向 2 次モード

20.1566.3930.1516.6240.1307.67

50.1277.84

60.1158.70

70.1148.74

80.112

8.92

90.1049.66

100.098

10.2524図 5−325

固有モード図NT2 補② Ⅴ-2-11-2-14 R0断面算定結果
検討代表部位は，屋根トラスを構成する主トラスの上弦材，下弦材，垂直材及び斜材において，許容応力度に対する発生応力度の比が最大となる部材とする。
検討結果を表 5−2 及び図 5−4〜図 5−7 に示す。発生応力度が許容応力度以下であることを確認した。
表 5−2

主トラスの断面の検討結果（Ｓ s−Ｄ１，地盤剛性のばらつきを考慮（＋σ））

NT2 補② Ⅴ-2-11-2-14 R0

部材

部材名

通り

最大判定値
σ/f

要素番号

決定ケース
No.

主トラス上弦材

TG1̲上弦材

Y6 通り

0.380

7840

1

主トラス下弦材

TG1̲下弦材

Y6 通り

0.968

7845

3

主トラス斜材TG1(c)̲斜材

Y5 通り

0.664

8067

3

主トラス垂直材

TG1(c')̲垂直材

Y6 通り

0.651

8124

1

表 5−2（1）部材

主トラスの断面の検討結果（要素番号：7840）
符号部材TG1̲上弦材
BH-500×400×16×28
Ss-D1
17840
276
464
105
7080
1360
917

地震波
荷重の組合せケース
要素番号
N (kN)
M (kN・m)Q (kN)
Na =fc ・A (kN)
Ma =fb ・Zp (kN・m)
Qa =fs ・Aw (kN)
断面検討
σbσc＋fcfbτ
fs
判定

260.380--0.115

可可表 5−2（2）NT2 補② Ⅴ-2-11-2-14 R0

部材

主トラスの断面の検討結果（要素番号：7845）
符号部材

TG1̲下弦材
BH-500×400×16×28
Ss-D1
37845
4350
240
225840
1080
831

地震波
荷重の組合せケース
要素番号
N (kN)
M (kN・m)Q (kN)
Na =ft ・A (kN)
Ma =ft ・Zp (kN・m)
Qa =fs ・Aw (kN)
断面検討
σbσt＋ftft
τfs
判定

表 5−2（3）部材

0.968--0.027

可可

主トラスの断面の検討結果（要素番号：8067）
符号部材

TG1(c)̲斜材
BH-350×350×12×19
Ss-D1
38067
29804490地震波
荷重の組合せケース
要素番号N (kN)Na =ft ・A (kN)
断面検討
σtft判定0.664
可27表 5−2（4）部材

主トラスの断面の検討結果（要素番号：8124）
符号部材

TG1(c')̲垂直材
H-344×348×10×16
Ss-D1
18124
23303580

地震波
荷重の組合せケース
要素番号
N (kN)
Na =fc ・A (kN)
σc
断面検討
fc判定

0.651
可

NT2 補② Ⅴ-2-11-2-14 R07840

図 5−4

主トラス上弦材の結果を記載する要素の位置（要素番号 7840）

28

7845

NT2 補② Ⅴ-2-11-2-14 R0

図 5−5

主トラス下弦材の結果を記載する要素の位置（要素番号 7845）

8067

図 5−6

主トラス斜材の結果を記載する要素の位置（要素番号 8067）

29

8124

主トラス垂直材の結果を記載する要素の位置（要素番号 8124）

NT2 補② Ⅴ-2-11-2-14 R0E

図 5−730