石油化工生產(chǎn)裝置高溫高壓，易燃易爆的特點使得裝置內(nèi)控制室的抗爆性能顯得尤為重要。本文依據(jù)GB50779-2012《石油化工控制室抗爆設(shè)計規(guī)范》，并結(jié)合自己最近設(shè)計的幾個抗爆控制室，對抗爆控制室抗爆結(jié)構(gòu)的爆炸荷載、結(jié)構(gòu)型式、設(shè)計方法及設(shè)計內(nèi)容進行討論和介紹。

　　關(guān)鍵詞：石油化工;控制室;抗爆;結(jié)構(gòu)設(shè)計;延性

　　1荷載

　　抗爆控制室除了受到常規(guī)荷載的作用以外，還要抵抗爆炸荷載的作用。爆炸產(chǎn)生的沖擊波是一種瞬時荷載，其特點是荷載大，作用時間短，且荷載大小隨時間變化。當(dāng)有專業(yè)機構(gòu)提供的安全分析評估報告時，抗爆控制室的爆炸荷載應(yīng)按安全分析評估報告采用。如沒有安全分析評估報告，也可按GB50779-2012《石油化工控制室抗爆設(shè)計規(guī)范》第5.3.1條采用，所采用的爆炸荷載應(yīng)在設(shè)計文件中加以說明。

　　2抗爆控制室設(shè)計基本規(guī)定

　　2.1設(shè)計原則

　　按照規(guī)范的設(shè)計水準，允許在爆炸事故發(fā)生后，結(jié)構(gòu)處于非彈性狀態(tài)而不至于倒塌。即建筑物在遭受爆炸荷載作用后允許發(fā)生一定程度的損壞，但修復(fù)后仍可繼續(xù)使用。計算在爆炸荷載作用下結(jié)構(gòu)的變形，將延性比和支座轉(zhuǎn)角等變形指標控制在規(guī)范允許的范圍內(nèi)。由于爆炸荷載屬偶然作用，具有較大的不確定性，因此概念設(shè)計在抗爆設(shè)計過程中應(yīng)引起足夠的重視，同時應(yīng)選取合適的計算模型、采取與模型一致的構(gòu)造措施。

　　2.2設(shè)計方法

　　單自由度體系動力分析或等效靜荷載分析方法是在爆炸荷載工況下，規(guī)范推薦的抗爆控制室常用的動力分析方法。

　　2.3抗爆控制室的結(jié)構(gòu)選型及作用原理

　　(1)結(jié)構(gòu)選型抗爆控制室一般采用單層框-剪抗爆結(jié)構(gòu)，外圍抗爆剪力墻與內(nèi)部框架柱脫開布置，實現(xiàn)爆炸水平荷載由外圍抗爆墻屈服耗能而內(nèi)部框架不承受爆炸水平荷載(只承受垂直荷載)的目的，保證了主要結(jié)構(gòu)的安全性。抗爆墻與框架柱之間保持距離d=tanθ×H/2(d為抗爆墻與框架柱的距離;θ為抗爆墻彈塑性轉(zhuǎn)角;H為墻板計算跨度)(2)爆炸力的傳遞過程當(dāng)爆炸發(fā)生時，正對爆炸源的抗爆墻將爆炸力傳給上部的屋面板和下部的基礎(chǔ)，由于屋面板平面內(nèi)剛度很大，屋面板又將荷載傳給側(cè)面及后面的抗爆墻，側(cè)面及后面的抗爆墻再將荷載傳給基礎(chǔ)，而內(nèi)部的框架只承受豎向荷載。

　　2.4荷載組合

　　荷載效應(yīng)組合按國標規(guī)范5.5.條執(zhí)行。

　　2.5變形控制

　　在爆炸荷載參與作用下，結(jié)構(gòu)抗爆構(gòu)件宜按彈塑性工作階段設(shè)計。結(jié)構(gòu)構(gòu)件的延性比和彈塑性轉(zhuǎn)角應(yīng)在規(guī)范允許的范圍內(nèi)。

　　2.6材料的特性及強度取值

　　不同等級材料的平均屈服強度高于規(guī)范中給定的材料強度值，抗爆設(shè)計中采用系數(shù)rsif考慮這種情況。當(dāng)考慮材料特性與應(yīng)變速率變化的影響時，采用rdif的系數(shù)。rdif隨應(yīng)變速率的增大而增大;在爆炸荷載參與作用的情況下，材料的動力強度比正常使用情況有所提高，采用鋼筋和混凝土的強度乘以以上兩項系數(shù)，對此國標規(guī)范5.7條有詳細規(guī)定。

　　3設(shè)計流程

　　3.1前期準備階段

　　根據(jù)建筑專業(yè)提供的條件，確定抗爆墻的平面位置及結(jié)構(gòu)的抗爆性能目標。根據(jù)相關(guān)專業(yè)條件及規(guī)范確定前墻的爆炸荷載。

　　3.2確定計算模型及構(gòu)件試算

　　抗爆構(gòu)件的設(shè)計過程為試算的過程。首先依據(jù)安評報告或規(guī)范給出的爆炸力，計算爆炸荷載各項參數(shù)。選擇結(jié)構(gòu)構(gòu)件材料、設(shè)定外墻參數(shù)后，進行各個構(gòu)件的單自由度體系動力計算，根據(jù)計算得出的變形結(jié)果(延性比、彈塑性轉(zhuǎn)角)來調(diào)整構(gòu)件的材料和參數(shù)，直至符合規(guī)范要求。通常的做法是先假定構(gòu)件的配筋A(yù)s，核算構(gòu)件的延性比、轉(zhuǎn)角是否滿足要求。對結(jié)構(gòu)裂縫可不進行驗算。

　　3.3無爆炸荷載參與時的結(jié)構(gòu)計算

　　不考慮爆炸荷載作用時，結(jié)構(gòu)計算按正常使用情況設(shè)計，使用PKPM或其它結(jié)構(gòu)計算軟件進行計算，對外圍抗爆剪力墻以外的框架結(jié)構(gòu)進行恒、活、風(fēng)、地震等荷載效應(yīng)組合下的承載力和正常使用分析。

　　3.4施工圖繪制

　　在計算完成后進行施工圖繪制時，應(yīng)按正常使用情況結(jié)構(gòu)計算和爆炸荷載參與作用彈塑性計算兩種工況的不利結(jié)果進行取值。爆炸荷載參與作用下的彈塑性計算結(jié)果是抗爆墻的控制工況，抗爆墻的截面大小、材料的強度等級及配筋量均應(yīng)按此工況的結(jié)果進行設(shè)計;框架柱、梁及屋面板的設(shè)計應(yīng)按兩種工況進行包絡(luò)設(shè)計，按兩種工況的不利結(jié)果進行配筋。應(yīng)當(dāng)注意的是，爆炸荷載的大小與抗爆構(gòu)件的剛度密切相關(guān)，抗爆墻的截面大小、混凝土及鋼筋的強度等級、配筋量均應(yīng)按計算結(jié)果進行設(shè)計，不得隨意更改。因為配筋率對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的延性影響較大，隨意加大鋼筋面積將削弱構(gòu)件的變形能力和耗能性能，結(jié)構(gòu)將承受更大的爆炸力，反而會引起安全隱患。

　　4工程實例

　　某化工區(qū)中央控制室建筑平面尺寸31.46m×21.46m，單層，計算高度7.8m(層高6.3m)。按規(guī)范算法，前墻抗爆計算過程如下：本項目業(yè)主未請專業(yè)機構(gòu)做安全評價，故爆炸荷載按規(guī)范5.3.1條進行取值進行分析，按Pso=21kPa，td=100ms計算前墻的爆炸力。另外，前墻的水平分布鋼筋可通過側(cè)墻傳來的水平剪力計算墻板平面內(nèi)的抗剪承載力得到此時，應(yīng)假設(shè)爆炸力正對側(cè)墻方向，即側(cè)墻轉(zhuǎn)為前墻，而計算前墻作為側(cè)墻。側(cè)墻(轉(zhuǎn)為前墻)峰值反射壓力:根據(jù)國標規(guī)范附錄B查得墻板每延米動力反應(yīng)假設(shè)側(cè)墻材料、厚度、配筋同前墻，故取計算前墻受到的水平力墻板平面內(nèi)抗剪承載能力：墻板平面內(nèi)抗剪滿足要求。故水平分布鋼筋僅需滿足最小配筋率0.25%。配水平分布鋼筋，配筋率0.45%。側(cè)墻、屋面板、后墻的計算步驟與以上步驟類似，而極限抗力-延性比關(guān)系圖不同。見國標附錄A.0.3圖。

　　5結(jié)語

　　(1)石油化工控制室的抗爆結(jié)構(gòu)設(shè)計不同于一般結(jié)構(gòu)設(shè)計，對抗爆構(gòu)件采用的是彈塑性設(shè)計方法，允許構(gòu)件在爆炸荷載作用下發(fā)生變形，通過變形吸收并消耗爆炸能量，應(yīng)將變形控制在規(guī)范要求范圍內(nèi)。隨意加大截面及配筋有時反而不安全，這一點與常規(guī)設(shè)計時不一樣。(2)要注重構(gòu)造措施，保證節(jié)點做法與計算模型一致。如抗爆墻底部墻體鋼筋不伸入到基礎(chǔ)里面，而是通過交叉斜筋形成鉸接。

　　參考文獻：

　　[1]國家標準.石油化工控制室抗爆設(shè)計規(guī)范GB50779-2012.

　　作者：黃思遠 單位：北京燕山玉龍石化工程股份有限公司土建室