控制室的抗爆设计

1、2012.02.10 SH/T 3160-2009 石油化工控制室抗爆设计规范 Design of Blast Resistant Buildings in Petrochemical Facilities. -ASCE,1997 石油化工抗爆建筑物结构设计应用 -赵建敏、徐珂 基于单自由度体系的钢筋混凝土抗爆墙设计 浅谈石化装置建筑物的抗爆设计 -孙成龙 蒸汽云爆炸 (Vapor Cloud Explosions) 压力容器爆炸 (Pressure Vessel Explosions) 浓缩相物质爆炸 (Condensed Phase Explosions) 粉尘爆炸 (Dust Explo

2、sions) 爆炸下限爆炸下限：可燃蒸气、气体或粉尘与空气组成的 混合物遇火源即能发生爆炸的最低浓度（可燃蒸 气、气体的浓度，按体积比计算） 爆炸上限爆炸上限：可燃蒸气、气体或粉尘与空气组成的 混合物遇火源能发生爆炸的最高浓度（可燃蒸气、 气体的浓度，按体积比计算） 爆炸极限爆炸极限：可燃蒸气、气体或粉尘与空气组成 的混合物遇火源能燃烧并发生爆炸的浓度范围 （可燃蒸气、气体的浓度，按体积比计算） 冲击波 关键词：突然的、瞬时的、负压力波 压力波 关键词：逐渐、负压力波 一般情况下，爆炸在临近区域形成冲击波形式，在远离区域 形成压力波形式。 事故控制 流程控制：储存、生产、运输、操作 要素控制：

3、浓度、温度、火源、震动 防爆 总平规划、建筑防爆措施、泄爆 结构抗爆 允许局部破坏，避免连续倒塌 脆性材料：砖或者无筋混凝土块不能用于抵抗爆 炸荷载。因为砌块之间抗拉强度低，材料的坠落 可能危及室内人员 . 半柔性材料：通常的结构构件如，配筋混凝土砌 体、翼缘无连结的钢结构托梁以及压型钢板上浇 筑混凝土的组合楼板，其延性非常有限。这些结 构构件只能应用于超压在2 psi 以下的情况。 柔性材料：因为钢筋混凝土结构和钢结构可以设 计成适应大的塑性变形，因此一般被推荐在抗爆 建筑物使用。压型钢板同样可以抵抗冲击荷载， 但在防止爆炸残骸穿入方面能力较小。 SH/T 3160-2009 6.1.1 当

4、遭受相当于设计取定的爆炸荷载作用时， 可能局部损坏，经一般修理应可以继续使用。 SH/T 3160-2009 条文说明 a、按照作用效应的偶然组合进行设计或采取 防护措施，使主要承重结构不致因出现设计规定 的偶然事件而丧失承载能力。 b、允许主要承重结构因出现设计规定的偶然 事件而局部破坏，但其剩余部分具有在一段时间 内不发生连续倒塌的可靠度。 宜采用钢筋混凝土框架-剪力墙结构体系。 对于控制室，一般采用单层现浇钢筋混凝 土框结构。 材料 混凝土等级：不应低于C30。 钢筋：宜采用HRB400和HRB335。 抗爆结构构件的钢筋强度等级以及配筋面积应 按计算确定，不得任意提高钢筋强度等级和加大

5、 配筋面积。 构件初始加载时，抗力随挠度理想的线性增加，直 到达到钢筋屈服为止 随着构件继续挠曲，全部钢筋屈服，抗力不再随挠 度的增加而增大，而是保持常数 在屈服阶段内，在挠度相当于2o支座转角时，受压 混凝土被压碎 对于无抗剪钢筋的钢筋混凝土构件，混凝土压碎即 导致构件破坏 对于有抗剪钢筋（单肢箍筋或拉筋）的钢筋混凝土 构件，抗剪钢筋适当拉住抗弯钢筋，混凝土压碎导 致承载能力稍许降低，因为压力被传递到受压钢筋 上 随着构件进一步挠曲，钢筋进入硬化阶段，抗力 随着变形的增加而增加 单肢箍筋在钢筋进入应变硬化阶段后的短时间内 能约束产生受压钢筋，支座转角为4o时，构件丧 失其结构完整性而破坏 而

6、拉筋通过其桁架作用在整个应变硬化阶段都能 约束钢筋，直到支座转角为12o左右钢筋被拉坏 为止 混凝土或混凝土与抗剪钢筋联合，必须提供足够 的抗剪能力，这样才能发挥构件的抗弯能力，如 果抗弯能力超过构件的抗剪能力，则在弯曲响应 期间的任一时刻都可能发生突然的剪切破坏 剪力墙两端和门框墙应设暗柱加强。 屋面板及外墙应双面配筋，单面配筋率不应小于 0.25%，且不大于1.5%。屋面板的最小厚度不 小于125mm，墙体的最小厚度不小于200mm。 框架顶层端节点处，宜采用框架梁钢筋伸入框架 柱中的锚固方式。 钢筋接头不宜采用焊接接头。 独立基础应设系梁。 确定建筑前墙体所受到的爆炸荷载。 根据结构的重

7、要性，确定结构的抗爆性能目标。 确定设计所采用材料的特性。 确定计算模型。 估算截面大小和配筋。 动力计算及校核。 基本概念 (1) 超压：冲击波通过时产生的超过大气压的 空气压力。 (2)反射压：冲击波在传播方向上遇到障碍物 时反射的超压增量。 (3) 正压作用时间：超压（或反射压）作用在 建筑物上的时间。作用时间越长，建筑物反应越 大。 爆炸冲击波峰值入射超压 (Pso )和正压作用时 间(td) 通常由他人确定。这个过程包括化学工 程原理、工艺危害分析和工业风险评价。 业主的标准有时也确定一个冲击波荷载。业主 的抗爆标准不同，但是很多业主的爆炸荷载是 根据装置包含的工艺方案以及平面布置研

8、究确 定的。 业主完成的现场布置分析，外部咨询商，或者 设计单位工艺安全组可以确定合理的冲击波超 压。业主的保险提供者也需要被咨询。 如果没有进行评估，也可采用SH/T 3160-2009 6.3.1确定，并在设计文件中说明： l冲击波峰值入射超压21kpa，正压作用时间 100ms l冲击波峰值入射超压69kpa，正压作用时间 20ms 抗侧力构件 外墙 屋面板 抗垂直力构件 基础 波速 峰值动压 冲击波的波长 作用在封闭矩 形建筑物前墙、 侧墙、屋面以 及后墙上的爆 炸荷载简化图 形： 作用在前墙上的三角型等效冲击波荷载： 作用在侧墙上以及平屋顶建筑物屋面上的有效冲 击波超压及其升压时间。

9、 作用在后墙上的有效冲击波超压及其作用时间 不考虑风、雪荷载、地震作用参与组合。 承载力极限状态： 正常使用极限状态： 抗爆所用材料强度设计值要用材料的动力设计强 度代替。 材料的动力设计强度应考虑荷载的瞬时和动力效 应： 等效静力分析等效静力分析 用动力系数乘以动荷载峰值得到等效静荷载。 等效静荷载法规定结构在等效静荷载作用下的各 项内力(如弯矩、剪力、轴力)就是动荷载下相应 内力的最大值,这样就可以把动荷载视为静荷载。 动力分析动力分析 单自由度体系的动力计算模型单自由度体系的动力计算模型 等效质量的运动方程 弹塑性动力分析时，等效质量和振动周期： 构件截面惯性矩应考虑混凝土构件开裂的影响： 构件延性比： 构件弹塑性转角： 对于受弯构件，其抗剪承载力应比抗弯承载力提 高20%。 混凝土的弹性模量可取静荷载作用时的1.2倍。 钢材的弹性模量及钢材和混凝土材料的泊松比， 可不考虑动荷载的影响。 地基土承载力验算 爆炸荷载下地基土允许承载力取其特征值的 1.6倍。 基础抗倾覆验算 基础抗不平衡测向动力荷载的倾覆安全系 数取1.2，不考虑活荷载影响。 基础抗滑移验算 抗滑移安全系数取1.05。基础的被动土压 力取不平衡荷载的1.5倍，不平衡荷载取总动水 平荷载减去摩擦阻力