石油化工建筑物抗爆设计结构计算理论、方法及典型设计案例剖析【1...
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发布时间：2024-10-12 01:45
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石油化工建筑抗爆设计是目前结构计算中的难点问题，本文参照中国与美国规范相关条文说明，以及有关爆炸理论的计算方法，详述了爆炸荷载的成因与传递形式，给出了相应的设计流程与注意要点。文章后半节通过对国内部分设计单位已有案例的剖析，给出了部分抗爆构造做法，对设计此类建筑物提供一定参考。
石油化工装置具有易燃、易爆的特点，一旦发生事故，可能会引起火灾和爆炸事故。尽管其发生的概率较小，但后果却十分严重，将对人员、财产、环境、公共安全等产生极大影响。控制室是保障装置正常运行的中枢，同时也是临时避难的人员聚集场所。在实际中，要求当厂区内发生爆炸事故时，控制室不应发生损坏，以避免因装置失控造成更大规模的次生灾害和人员伤亡。
近年来，石油化工结构抗爆设计在石化行业中被广泛应用。抗爆设计具有区别于传统静力结构设计的特点，同时爆炸响应属于冲击荷载作用，这使得它与往复作用的地震动力分析存在较大差别。考虑到其作用和响应的特殊性，抗爆设计应按弹塑性状态进行计算较为恰当。在规范颁布以前，国内抗爆设计无规范可以遵循时，工程设计人员大都依赖国外相关的参考资料进行设计计算。2022年实施的《石油化工建筑物抗爆设计标准》，很大程度上借鉴了美国土木工程协会（ASCE）所编写的《Design of Blast Resistant Buildings in Petrochemical Facilities》，美国规范里相关的设计方法和计算理论也被一直沿用至今。
抗爆设计需要特别注意的是尽量避免内部形成单跨框架，这个在方案阶段应予以回避。抗爆建筑的造价随建筑高度的增加变化较为显著，高宽比小的低矮体型结构更有利于抵抗爆炸荷载和倾覆作用。现行的抗爆设计规范不建议层数超过两层，基本规定里描述以一层为宜。对于在行政办公区，远离爆炸危险源时是否还需要抗爆设计仍存在争议，新规范的颁布实施并不是告诉设计人什么情况需要进行抗爆设计，而更多的是告诉设计人如何进行抗爆设计。判断一个建筑是否进行抗爆设计没有明显标准，目前比较主流的认知是以安全评估所得的冲击波超压大小来衡量是否进行抗爆计算。
爆炸荷载作用于石油化工行业建筑物采用的是蒸汽云爆炸模型。蒸汽云爆炸是指在一个开敞空间内，爆炸产生的冲击波对周围一定距离范围内的建筑物造成直接伤害。蒸汽云爆炸的爆炸中心并不一定在可燃物泄露处或点火处，计算时应当加以注意。爆炸荷载作用于各个位置墙体的运行轨迹是根据爆炸源的方位来确定的，计算时应根据墙体特点进行计算。地基基础抗爆设计的思路主要是计算出侧墙与顶板传来的爆炸荷载，对基础进行地基承载力、抗倾覆、抗滑移的验算。
抗爆构造措施主要包括内部框架和抗爆墙弱连接，以及抗爆墙底部和基础弱连接。在设计时，内部框架与抗爆墙衔接位置进行弱连接处理，以减轻基础设计的困难同时实现塑性屈服耗能的作用。本节内容介绍了石油化工建筑物抗爆设计的背景、原理、设计方法和诸多注意事项。下节将针对国内目前建成的几个抗爆建筑物进行剖析，学习一些规范之外的新做法，拓宽思路。
