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石油化工生产装置控制室前墙抗暴结构设计分析对比

发表时间：2021/8/9 来源：《探索科学》2021年6月作者：王招招1 张硕1 陈晓云1 王彦红2

[导读] 为了提高石油化工生产装置控制室前墙抗暴结构设计质量，在同等条件下混凝土强度等级、配筋面积（配筋率）对前墙延性的影响进行了对比分析。

中国五洲工程设计集团有限公司1 王招招1 张硕1 陈晓云1
中机国能电力工程有限公司2 王彦红2

摘要：为了提高石油化工生产装置控制室前墙抗暴结构设计质量，在同等条件下混凝土强度等级、配筋面积（配筋率）对前墙延性的影响进行了对比分析。
关键词：前墙，延性，弹塑性移位
        众所周知，石油化工生产装置的原材料或产品中大部分为易燃易爆品，且在生产或运输过程需要高温、高压等条件，因此存在发生爆炸的可能性。石油化工生产装置控制室作为生产装置的生产控制、过程控制、设备仪表安全保护中心，在安全生产中起着至关重要的作用。当发生爆炸事故时，控制室必须确保设备的正常运行及人员的生命安全，不会因为爆炸作用而破坏丧失其功能。由此可见，控制室抗爆设计就成为重中之重。其中结构分析尤为重要。
        结合国标《石油化工控制室抗爆设计规范》（GB 50779-2012）、美标Design of Blast Resistant Buildings in Petrochemical FaciIities对控制室进行抗爆结构分析。本文主要研究在同等条件下混凝土强度等级、配筋面积（配筋率）对前墙延性和弹塑性移位的影响。
        1 爆炸荷载的基本概念
        石油化工行业中所说的爆炸荷载仅仅是蒸汽云爆炸，爆炸荷载属于偶然荷载，其特点是作用时间短、释放能量大。主要以冲击波的形式作用于建筑表面。
        2 爆炸冲击波的选取
        1）根据石油化工装置性质及平面布置图等因素进行安全综合评估确定。
        2）未评估时，可按照国标《石油化工控制室抗爆设计规范》进行选取（冲击波峰入射超压最大值可取21kPa,正压作用时间为100ms;冲击波峰入射超压最大值可取69kPa,正压作用时间为20ms）。
       本文选取冲击波峰入射超压最大值可取21kPa,正压作用时间为100ms的爆炸冲击波。
        3 计算方法
        本文所述前墙的计算方法采用单自由度体系动力分析方法。取两端铰接的单位板带计算。
        4 设计案例
        调查发现，常见的控制室一般为一层，层高约6米左右，外圈为钢筋混凝土抗爆墙，内为框架结构，抗爆墙内侧与框架柱间留100mm的变形缝（大于前墙的弹塑性变位）。本文选取前墙的基本概况详表一；冲击波各参数详（根据GB 50779-2012）表二。

        5 结论
        1）.由图一可以看出，弹塑性变位随着前墙单面配筋率（规范要求：0.25%≤ρ≤1.5%）的增加而变小；弹塑性变位随着前墙混凝土等级的增大而变小；相比可知，如要减小弹塑性变位，提高配筋率比提高混凝土等级效果好。
        2）由图二可以看出，延性随着前墙单面配筋率的增加而变小；延性随着前墙混凝土等级的增大而增大。
        3）本设计案例中，由图二可知当配筋率小于某一值时，前墙的延性（规范要求：受弯[u]≤3.0）是不满足规范要求的。结构的延性也不是越小越好，太小结构耗能的能力就越小。对于本案例来说抗爆墙单面配筋率为0.741%左右更为合适。
        由此可见，抗爆结构构件的计算是一个复杂的过程，不可同日而语，故每一个抗爆构件均应通过计算确定，不可类比。规范条纹也指出：抗爆结构构件的钢筋强度等级及配筋面积，应通过计算确定，不得任意提高钢筋强度等级和加大配筋面积。
参考文献
1.GB 50779-2012，石油化工控制室抗爆设计规范。
2.ASCE，Design of Blast Resistant Buildings in Petrochemical FaciIities。
3.SHT 3160-2009 ，石油化工控制室抗暴设计规范
4.GB 50010-2010，混凝土结构设计规范。