石油化工控制室抗爆设计规范在工程中的应用

1、石油化工控制室抗爆设计规范 SH/T 3160-2009 在工程中的应用在工程中的应用 2012年年3月月30日日 目录目录 国标报批稿的主要变化国标报批稿的主要变化 抗爆结构设计中的基本概念抗爆结构设计中的基本概念 爆炸荷载取值问题爆炸荷载取值问题 石油化工控制室抗爆设计规范的定位石油化工控制室抗爆设计规范的定位 抗爆结构设计问题的提出抗爆结构设计问题的提出 抗爆结构设计抗爆结构设计 3 抗爆结构设计问题的提出抗爆结构设计问题的提出 炼油及化工厂中许多生产装置均具有易燃、易爆的特性，随着石 油化工工艺变得越来越复杂，装置的尺寸也在加大，从而也大大 增加了发生爆炸事故的风险。爆炸事故不仅毁坏了

2、装置建构筑物 ，而且在有些案例中还造成人员伤亡和经济损失。 做为最重要的生产环节之一的控制系统，在石油加工的过程中 ，面临着易燃、易爆的生产环境，必须能够为操作人员和控制设 备提供足够的保护措施，以便在发生灾害时能够采取应急措施， 抑制灾害的蔓延，避免发生次生灾害。为了达到上述目的，集中 控制室本身必须具备一定的承受装置爆炸的能力而不被爆炸首先 摧毁，同时控制室内的操作人员也得到保护。 。 本规范与 炼油及化工厂中许多生产装置均具有易燃、易爆的特性，随着石 油化工工艺变得越来越复杂，装置的尺寸也在加大，从而也大大 增加了发生爆炸事故的风险。爆炸事故不仅毁坏了装置建构筑物 ，而且在有些案例中还造

3、成人员伤亡和经济损失。 做为最重要的生产环节之一的控制系统，在石油加工的过程中 ，面临着易燃、易爆的生产环境，必须能够为操作人员和控制设 备提供足够的保护措施，以便在发生灾害时能够采取应急措施， 抑制灾害的蔓延，避免发生次生灾害。为了达到上述目的，集中 控制室本身必须具备一定的承受装置爆炸的能力而不被爆炸首先 摧毁，同时控制室内的操作人员也得到保护。 。 本规范与SH3006-1999石油化工控制室和自动分析器室设计 规范提出的在 石油化工控制室和自动分析器室设计 规范提出的在“存在爆炸危险性的炼油、石油化工、化纤等工艺 装置 存在爆炸危险性的炼油、石油化工、化纤等工艺 装置”中的中的“中央控

4、制室建筑物中央控制室建筑物”应采用应采用“抗爆结构设计抗爆结构设计”相对应，是 一本独立编制的建筑结构设计规范。 相对应，是 一本独立编制的建筑结构设计规范。 4 石油化工控制室抗爆设计规范的定位石油化工控制室抗爆设计规范的定位 石油化工控制室抗爆设计规范解决的是在主体专业提出建 筑物的抗爆要求之后，建筑、结构、采通专业如何做抗爆设计， 规定了总平面布置、建筑设计、结构设计、通风与空调等几方面 的内容，是一本独立编制的建筑结构设计规范。 按照本规范进行设计的控制室，当遭受相当于设计取定的爆 炸荷载作用时，可能局部损坏，但经一般修理应可以继续使用。 石油化工控制室抗爆设计规范解决的是在主体专业提

5、出建 筑物的抗爆要求之后，建筑、结构、采通专业如何做抗爆设计， 规定了总平面布置、建筑设计、结构设计、通风与空调等几方面 的内容，是一本独立编制的建筑结构设计规范。 按照本规范进行设计的控制室，当遭受相当于设计取定的爆 炸荷载作用时，可能局部损坏，但经一般修理应可以继续使用。 5 石油化工控制室抗爆设计规范的定位石油化工控制室抗爆设计规范的定位 本规范编制中参考的主要文献：本规范编制中参考的主要文献： 1）Design of Blast Resistant Buildings in Petrochemical Facilities石 油化工行业建筑抗爆设计，由美国土木工程师协会能源部石油化工委

6、员 会抗爆设计任务委员会编制 石 油化工行业建筑抗爆设计，由美国土木工程师协会能源部石油化工委员 会抗爆设计任务委员会编制, ASCE美国土木工程师协会 出版美国土木工程师协会 出版 2）Structures to Resist the Effects of Accidental Explosions （TM5-1300）抗偶然爆炸结构（设计手册）抗偶然爆炸结构（设计手册） 3）ASCE Manual 42 美国抵抗核爆炸建筑物设计规范美国抵抗核爆炸建筑物设计规范 4）Siting and Construction of New Control Houses for Chemical Manu

7、facturing Plants, (SG-22), Chemical Manufacturing Association.化工生产协会的化工生产装置新建控制室的现场布置和 施工 化工生产协会的化工生产装置新建控制室的现场布置和 施工 5）Code Requirments for Nuclear Safety Related Concrete Structures(ACI349-01) 核安全相关混凝土结构规范核安全相关混凝土结构规范 6）Process Plant Harzard and Control Building Design（CIA 1992） ， ） ，Chemical Indu

8、stries Association化学工业协会出版的工艺装置危 险性分析及控制室设计 化学工业协会出版的工艺装置危 险性分析及控制室设计, 7）人民防空工程设计规范）人民防空工程设计规范GB50225 8）人民防空地下室设计规范）人民防空地下室设计规范GB50038 9）一些国际知名工程公司的相关标准等。）一些国际知名工程公司的相关标准等。 6 爆炸荷载取值问题爆炸荷载取值问题 石油化工行业中的爆炸可分为四个基本形式： 1) 气云爆炸; 2) 压力容器爆炸; 3) 凝液相爆炸; 4) 粉尘爆炸。 尽管爆炸形式有各种各样，但是，气云爆炸在石油化工行业中 是需要首要考虑关注的。 对于抗爆设计，最

9、为重要的爆炸特性是向大气中瞬间释放的能 量，导致压力瞬变，或导致爆炸冲击波。爆炸冲击波以超声波或声 波速度由爆炸源向所有方向向外传播。爆炸冲击波的量级和形态取 决于能量释放的特性和距爆炸中心的距离。 石油化工行业中的爆炸可分为四个基本形式： 1) 气云爆炸; 2) 压力容器爆炸; 3) 凝液相爆炸; 4) 粉尘爆炸。 尽管爆炸形式有各种各样，但是，气云爆炸在石油化工行业中 是需要首要考虑关注的。 对于抗爆设计，最为重要的爆炸特性是向大气中瞬间释放的能 量，导致压力瞬变，或导致爆炸冲击波。爆炸冲击波以超声波或声 波速度由爆炸源向所有方向向外传播。爆炸冲击波的量级和形态取 决于能量释放的特性和距爆

10、炸中心的距离。 7 爆炸荷载取值问题爆炸荷载取值问题 人体直接暴露于爆炸超压可能受到的损害情况人体直接暴露于爆炸超压可能受到的损害情况 1bar=100kPa 来源：来源： Loss Prevention in the Process Industries,Frank P lees, Vol.2, 2nd Edition 生命威胁生命威胁3 致命的身体受损致命的身体受损0.76 严重的肺部受损严重的肺部受损0.7 致命的脑部受损致命的脑部受损0.55 耳膜受损耳膜受损0.35 安全安全0.02 人体受害程度压力(bar)人体受害程度压力(bar) 8 爆炸荷载取值问题爆炸荷载取值问题 破坏了标

11、准住宅木板的牢固破坏了标准住宅木板的牢固, 导致木板被吹掉 破坏了波纹状的钢或铝板的牢固 导致木板被吹掉 破坏了波纹状的钢或铝板的牢固, 它们跟着被弯曲 波纹状的石棉被粉碎 它们跟着被弯曲 波纹状的石棉被粉碎 0.069-0.138 房屋部分毁坏，无法居住房屋部分毁坏，无法居住 0.069 对房屋的结构造成较小的破坏对房屋的结构造成较小的破坏 0.048 大小窗户通常会被粉碎大小窗户通常会被粉碎 0.034-0.069 有限的较小结构损坏有限的较小结构损坏0.028 “安全距离安全距离”（有（有0.95 的可能性，超过这个值就不会造成严 重的破坏）发射物限度对房屋的天花板造成一些破坏， 的可能

12、性，超过这个值就不会造成严 重的破坏）发射物限度对房屋的天花板造成一些破坏， 10% 的窗户玻璃破碎的窗户玻璃破碎 0.021 典型玻璃破碎的压力典型玻璃破碎的压力0.01 震破受压的小窗户震破受压的小窗户0.007 高噪音高噪音 (143 dB)，声音震破玻璃，声音震破玻璃0.003 偶尔震破受压的大玻璃窗户偶尔震破受压的大玻璃窗户0.002 讨厌的噪音讨厌的噪音 (137 dB)，低频，低频 (10-15 Hz)0.001 设施破坏程度压力设施破坏程度压力(bar) 9 爆炸荷载取值问题爆炸荷载取值问题 轻工业厂房的复合钢结构破裂轻工业厂房的复合钢结构破裂 0.276 储油罐破裂 无结构的

13、钢板建筑物被破坏 储油罐破裂 无结构的钢板建筑物被破坏 0.207-0.276 钢结构的建设物被扭曲并脱离地基 工厂厂房里的大型机器 钢结构的建设物被扭曲并脱离地基 工厂厂房里的大型机器 (3000 lb) 遭到少许的损坏遭到少许的损坏 0.207 砖砌的房屋受到砖砌的房屋受到50% 的破坏的破坏 0.172 严重结构损坏的最低限度严重结构损坏的最低限度 0.159 没有加固的混凝土或空心砖的墙壁被粉碎没有加固的混凝土或空心砖的墙壁被粉碎 0.138-0.207 房屋墙和屋顶部分坍塌房屋墙和屋顶部分坍塌 0.138 造成建设物架的钢结构轻微地扭曲造成建设物架的钢结构轻微地扭曲 0.09 设施破

14、坏程度压力设施破坏程度压力(bar) 10 爆炸荷载取值问题爆炸荷载取值问题 弹坑边的极限弹坑边的极限20.68 特大机床特大机床 (12,000 lb) 幸免 大型机床 幸免 大型机床 (7000 lb) 被移动并遭严重损坏 房屋可能完全损坏 被移动并遭严重损坏 房屋可能完全损坏 0.689 装货的货车车箱完全被毁坏装货的货车车箱完全被毁坏0.621 没有被加固、没有被加固、8-12厚的砖块因扭曲厚的砖块因扭曲/弯曲而失效弯曲而失效 0.483-0.552 装货的货车箱倾覆装货的货车箱倾覆0.483 房屋几乎完全被毁坏房屋几乎完全被毁坏0.345-0.483 在建筑物里的大型水压机在建筑物里

15、的大型水压机 (40,000 lb) 轻微损坏 木杆被折断 轻微损坏 木杆被折断 0.345 设施破坏程度压力设施破坏程度压力(bar) 11 爆炸荷载取值问题爆炸荷载取值问题 爆炸超压对受到冲击的部分炼油设施的影响（Stepgens 1970年） 裂化反应器倒0.82 再生器倒0.51 管架框架倒塌、管线破裂0.41 再生器框架变形0.37 加热炉翻倒破坏0.34 裂化反应器电线切断；管架框架 变形 0.24 再生器电线切断0.20 加热炉结构移动、管线破裂0.17 破坏程度压力 (bar) 爆炸超压对受到冲击的部分炼油设施的影响（Stepgens 1970年） 裂化反应器倒0.82 再生器

16、倒0.51 管架框架倒塌、管线破裂0.41 再生器框架变形0.37 加热炉翻倒破坏0.34 裂化反应器电线切断；管架框架 变形 0.24 再生器电线切断0.20 加热炉结构移动、管线破裂0.17 破坏程度压力 (bar) 12 爆炸荷载取值问题爆炸荷载取值问题 超压值及不同建筑形式的反应超压值及不同建筑形式的反应:（见（见API RP*752） Total destruction完全坍塌。完全坍塌。3.0 psi (20.7kPa) Complete collapse完全倒塌。完全倒塌。1.5 psi (10.4kPa) Walls and roof partially collapse 墙体

17、及屋面部分毁坏。墙体及屋面部分毁坏。1.25 psi (8.6kPa) Partial collapse of walls that have no breakable windows没有易碎窗户的墙 体部分倒塌 没有易碎窗户的墙 体部分倒塌 1.0 psi (6.9kPa) Unreinforced masonry bearing wall building 未配筋砌体墙建筑物未配筋砌体墙建筑物 Total destruction全部毁坏全部毁坏5.0 psi (34.5kPa) Building frame stands, but cladding and internal walls a

18、re destroyed as frame distorts建筑物框架存在但有变形，维护结构及内部墙体毁坏。建筑物框架存在但有变形，维护结构及内部墙体毁坏。 2.5 psi (17.3kPa) Sheeting ripped off and internal walls damaged. Danger from falling objects 维护结构板材被撕裂，内部墙体毁坏。存在坠落物造成的危险。维护结构板材被撕裂，内部墙体毁坏。存在坠落物造成的危险。 1.5 psi (10.4kPa) Steel-frame/metal siding pre-engineered building钢框架钢

19、框架/金属维 护预制结构建筑物 金属维 护预制结构建筑物 Total destruction全部毁坏全部毁坏5.0 psi (34.5kPa) Complete collapse完全倒塌完全倒塌2.0 psi (13.8kPa) Isolated buildings overturn. Roofs and walls collapse.独立的建筑物倾覆， 屋面及墙体倒塌 独立的建筑物倾覆， 屋面及墙体倒塌 1.0 psi (6.9kPa) Wood-frame trailer or shack木框架活动房、棚 屋 建筑物的响应峰值超压 木框架活动房、棚 屋 建筑物的响应峰值超压(psi)建筑物

20、类型建筑物类型 13 爆炸荷载取值问题爆炸荷载取值问题 Total destruction建筑物完全坍塌建筑物完全坍塌 12.0 psi (82.8kPa) Building has major damage and collapses建筑物主要构件破坏、倒 塌 建筑物主要构件破坏、倒 塌 6.0 psi (41.4kPa) Roof and wall deflect under loading .Internal walls damaged在荷载 作用下屋面及墙体变形，内部墙体破坏 在荷载 作用下屋面及墙体变形，内部墙体破坏 4.0 psi (27.6kPa) Reinforced conc

21、rete or masonry shear wall building钢筋混 凝土或配筋砌体剪力 墙建筑 钢筋混 凝土或配筋砌体剪力 墙建筑 Total destruction完全坍塌完全坍塌 5.0 psi (34.5kPa) Complete frame collapse整个框架倒塌整个框架倒塌 2.5 psi (17.3kPa) Roof slab collapses 屋面板倒塌屋面板倒塌 2.0 psi (13.8kPa) Walls blow in墙体被吹进墙体被吹进 1.5 psi (10.4kPa) Steel or concrete frame w/unreinforced m

22、asonry infill or cladding 钢结构或混 凝土框架，未配筋砌 体填充墙或未配筋屋 面。 建筑物的响应峰值超压 钢结构或混 凝土框架，未配筋砌 体填充墙或未配筋屋 面。 建筑物的响应峰值超压(psi)建筑物类型建筑物类型 由以上数据可以看出，每一种类型的建筑物都具有一定的抗爆等级， 而提供一个绝对的 由以上数据可以看出，每一种类型的建筑物都具有一定的抗爆等级， 而提供一个绝对的抗抗爆等级是不现实的。换句话说，设计基础被突破的 可能性总是存在的。 爆等级是不现实的。换句话说，设计基础被突破的 可能性总是存在的。 14 爆炸荷载取值问题爆炸荷载取值问题 爆炸冲击波产生的超压值对

23、于各生产企业、各种不同的工艺和现场都 是不同的，即使在一套装置内，位置不同，所产生的爆炸冲击波超压也 不同。因此，量化一个统一的最小或最大爆炸冲击波产生的超压值是不 切合实际的。 一项在美国行业内对某些生产企业和承包商抗爆设计的实际调查情 况显示，在抗爆设计时考虑的建筑物距离气云爆炸危险的距离为50至 1200英尺(15至365米)。但是，大多数行业标准规定建筑物距离爆炸危 险在100至400英尺(30至120米)范围。规定的抗爆载荷根据装置的形式 、空间以及所承受的不同的爆炸量化不同而变化。 通常，间隔距离越大，受到的超压和冲击越小，但是，爆炸载荷的 持续时间越长。 爆炸冲击波产生的超压值对

24、于各生产企业、各种不同的工艺和现场都 是不同的，即使在一套装置内，位置不同，所产生的爆炸冲击波超压也 不同。因此，量化一个统一的最小或最大爆炸冲击波产生的超压值是不 切合实际的。 一项在美国行业内对某些生产企业和承包商抗爆设计的实际调查情 况显示，在抗爆设计时考虑的建筑物距离气云爆炸危险的距离为50至 1200英尺(15至365米)。但是，大多数行业标准规定建筑物距离爆炸危 险在100至400英尺(30至120米)范围。规定的抗爆载荷根据装置的形式 、空间以及所承受的不同的爆炸量化不同而变化。 通常，间隔距离越大，受到的超压和冲击越小，但是，爆炸载荷的 持续时间越长。 15 爆炸荷载取值问题爆

25、炸荷载取值问题 ? 在国外，一般由业主提供爆炸冲击波荷载。该参数需由业主的保险 提供者或相关专业咨询公司根据石油化工装置性质（包含的工艺方 案、物料性质等）及平面布置等因素通过计算机程序模拟，进行综 合评估确定。当前已建的很多合资项目也都进行了专项爆炸危险性 评估。评估结论中冲击波荷载参数的确定，将直接涉及建筑工程成 本并对建筑物的平面布置、结构形式和规模形成制约。 在国外，一般由业主提供爆炸冲击波荷载。该参数需由业主的保险 提供者或相关专业咨询公司根据石油化工装置性质（包含的工艺方 案、物料性质等）及平面布置等因素通过计算机程序模拟，进行综 合评估确定。当前已建的很多合资项目也都进行了专项爆

26、炸危险性 评估。评估结论中冲击波荷载参数的确定，将直接涉及建筑工程成 本并对建筑物的平面布置、结构形式和规模形成制约。 ? 目前正在改编的石油化工控制室和自动分析器室设计规范已经 将相关问题提出，指出建筑物是否抗爆应由安全评估确定，而不是 自控专业确定。 目前正在改编的石油化工控制室和自动分析器室设计规范已经 将相关问题提出，指出建筑物是否抗爆应由安全评估确定，而不是 自控专业确定。 ? 不管采用何种方法确定设计爆炸荷载，在详细设计前该数值都应该 得到业主的确认。 不管采用何种方法确定设计爆炸荷载，在详细设计前该数值都应该 得到业主的确认。 16 爆炸荷载取值问题爆炸荷载取值问题 目前，国内尚

27、无国家、行业层面强制性的法律、法规要求进行爆炸危险性评估。在本规 范的编制过程中，对于抗爆建筑物设计输入最为关键性数据 目前，国内尚无国家、行业层面强制性的法律、法规要求进行爆炸危险性评估。在本规 范的编制过程中，对于抗爆建筑物设计输入最为关键性数据-爆炸荷载的取值，是否列入本 规范一直争议很大。 但基于国内石油化工装置设计的现状，主要从规范的可操作性方面考虑，在定稿的石 油化工控制室抗爆设计规范国标、行标中均给出了未进行评估时的荷载取值参考值，具 体如下（参考 爆炸荷载的取值，是否列入本 规范一直争议很大。 但基于国内石油化工装置设计的现状，主要从规范的可操作性方面考虑，在定稿的石 油化工控

28、制室抗爆设计规范国标、行标中均给出了未进行评估时的荷载取值参考值，具 体如下（参考ASCE manual 及及SG-22）：）： a.峰值超压峰值超压3 psi (21kPa)，作用时间，作用时间100ms; 它近似相当于直径它近似相当于直径60m，高，高4 m包含包含6%乙烷的气体爆炸，距中心距离乙烷的气体爆炸，距中心距离75 m处产生的 冲击波超压。 处产生的 冲击波超压。 b.峰值超压峰值超压10 psi (69kPa)，作用时间，作用时间20ms; 这大概相当于一个球体在自由空气中爆炸这大概相当于一个球体在自由空气中爆炸1US ton TNT在距中心距离在距中心距离30.5m(100f

29、t) 处所产生的冲击波超压。 一般情况下，控制室抗爆只考虑气云爆炸，即第一种荷载的情况，而对于像压力设备 爆炸、液体爆炸等的影响一般不予考虑。 随着国家法律法规制度的健全，人们安全意识的不断提高，在后续规范升版过程 中，现行规范给出未进行评估时的荷载取值参考值的做法必将取消，而直接采用各项 目爆炸危险性评估报告的结论。 处所产生的冲击波超压。 一般情况下，控制室抗爆只考虑气云爆炸，即第一种荷载的情况，而对于像压力设备 爆炸、液体爆炸等的影响一般不予考虑。 随着国家法律法规制度的健全，人们安全意识的不断提高，在后续规范升版过程 中，现行规范给出未进行评估时的荷载取值参考值的做法必将取消，而直接采

30、用各项 目爆炸危险性评估报告的结论。 17 爆炸荷载取值问题爆炸荷载取值问题 某石油化工项目，对应业主标 准项目 某石油化工项目，对应业主标 准项目HSE风险可接受标准风险可接受标准 SDEP-SPT-SH2006 中中1X10-4/年 累积概率的灾难事故情况下，建 筑物爆炸危险性评估的结论如右 表所示。从表中可以看出，规范 推荐的数值对有的建筑物偏大（ 过于保守），对有的建筑物却偏 小（不安全）。 年 累积概率的灾难事故情况下，建 筑物爆炸危险性评估的结论如右 表所示。从表中可以看出，规范 推荐的数值对有的建筑物偏大（ 过于保守），对有的建筑物却偏 小（不安全）。 140 xx 联合装置外操

31、室12 315xx 联合装置外操室11 105xx 联合装置外操室10 210 xx 联合装置外操室9 20厂区仓库8 140 xx装置区分析小屋37 315xx装置区分析小屋26 315xx装置区分析小屋15 20维修站4 70中心化验室及环保监测中心3 70中心控制室2 30综合办公楼1 建筑物爆炸超压 设计值不低于 (mbar) 建筑物名称 序 号 140 xx 联合装置外操室12 315xx 联合装置外操室11 105xx 联合装置外操室10 210 xx 联合装置外操室9 20厂区仓库8 140 xx装置区分析小屋37 315xx装置区分析小屋26 315xx装置区分析小屋15 20

32、维修站4 70中心化验室及环保监测中心3 70中心控制室2 30综合办公楼1 建筑物爆炸超压 设计值不低于 (mbar) 建筑物名称 序 号 18 爆炸荷载取值问题爆炸荷载取值问题 建筑物所面临的危险程度、暴露情况、今后的扩建和空间距 离都是选址的构成要素。保持足够的空间距离，远离危险隐患在 抗爆设计中应是基本的选择。 当建筑物选址时，还应考虑以下因素： 建筑物所面临的危险程度、暴露情况、今后的扩建和空间距 离都是选址的构成要素。保持足够的空间距离，远离危险隐患在 抗爆设计中应是基本的选择。 当建筑物选址时，还应考虑以下因素： ? 建筑物应该是较窄的面朝向最有可能产生爆炸源的方向。建筑物应该是

33、较窄的面朝向最有可能产生爆炸源的方向。 ? 不参与装置单元实际操作的人员办公建筑物应离装置尽可能远。不参与装置单元实际操作的人员办公建筑物应离装置尽可能远。 ? 建筑物应避开会导致爆炸加剧的拥挤和受限区域。建筑物应避开会导致爆炸加剧的拥挤和受限区域。 ? 建筑物不应设置在可能泄放比空气重的气体源的下坡处。建筑物不应设置在可能泄放比空气重的气体源的下坡处。 ? 建筑物不应设置在可能泄放气体源主导风向的下风处。建筑物不应设置在可能泄放气体源主导风向的下风处。 19 抗爆结构设计中的基本概念抗爆结构设计中的基本概念 1超压： 冲击波压缩区内超过周围大气压的压力值，是气体被压缩后产生的压力， 它不具有

34、方向性，处于被冲击波包围的物体，不论冲击波的传播方向如何，超 压总是呈法向作用在物体各个表面。通常都将其简化为典型的按照直线规律变 化的荷载。 2动压： 在整个超压作用过程中，地面结构还将承受波阵面后由空气质点的高速运 动引起的动压作用。动压的作用机理类似风压，但这是一股高速运动，有被压 密了的气流，其强度可比飓风大千百倍。动压的变化规律与超压相似，都是随 时间变化的压力，波阵面上具有最大动压。动压值（一般指动压最大值）取决 于超压值，具有明确的方向性。只有当地面上的物体阻碍空气质点的高速运动 时，物体除了受到超压作用外，还将受到动压作用。 3 负压： 稀疏区内压力低于正常大气压那部分压力称为

35、冲击波负压。由于负压升压 时间较长，故其动力作用较弱，可近似地看做静压。 4. 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。 1超压： 冲击波压缩区内超过周围大气压的压力值，是气体被压缩后产生的压力， 它不具有方向性，处于被冲击波包围的物体，不论冲击波的传播方向如何，超 压总是呈法向作用在物体各个表面。通常都将其简化为典型的按照直线规律变 化的荷载。 2动压： 在整个超压作用过程中，地面结构还将承受波阵面后由空气质点的高速运 动引起的动压作用。动压的作用机理类似风压，但这是一股高速运动，有被压 密了的气流，其强度可比飓风大千百倍。动压的变化规律与超压相似，都是随 时间变化的压力，波阵

36、面上具有最大动压。动压值（一般指动压最大值）取决 于超压值，具有明确的方向性。只有当地面上的物体阻碍空气质点的高速运动 时，物体除了受到超压作用外，还将受到动压作用。 3 负压： 稀疏区内压力低于正常大气压那部分压力称为冲击波负压。由于负压升压 时间较长，故其动力作用较弱，可近似地看做静压。 4. 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。 20 抗爆结构设计中的基本概念抗爆结构设计中的基本概念 5. 爆炸冲击波的传播：5. 爆炸冲击波的传播： 当一个爆炸冲击波冲击一个建 筑物时，该建筑物将承受冲击波超 压和爆炸冲击波的阻力。爆炸冲击 波和结构间的交互作用非常复杂， 参见右图所示。

37、该图显示了爆炸冲 击波由左向右水平移动的情况。但 是，根据有关建筑物现场布置存在 的爆炸危险位置隐患，爆炸可从任 何方向冲击建筑物，并且，如果爆 炸源来自上方，可能从上方倾斜向 下冲击建筑物。 当一个爆炸冲击波冲击一个建 筑物时，该建筑物将承受冲击波超 压和爆炸冲击波的阻力。爆炸冲击 波和结构间的交互作用非常复杂， 参见右图所示。该图显示了爆炸冲 击波由左向右水平移动的情况。但 是，根据有关建筑物现场布置存在 的爆炸危险位置隐患，爆炸可从任 何方向冲击建筑物，并且，如果爆 炸源来自上方，可能从上方倾斜向 下冲击建筑物。 21 抗爆结构设计中的基本概念抗爆结构设计中的基本概念 22 建筑物抗爆设

38、计建筑物抗爆设计 为了设计抗爆建筑物，设计工程师首先必须要根据自由场爆炸冲 击波产生的超压值(通常由设施的业主方提供)将建筑物所有载荷作为 一个整体载荷确定，并且确定每个独立结构构件的载荷，如墙壁、屋 面、框架等。 国外炼油厂抗爆建筑物设计的方法有一个演变的过程。从最初的 等效静荷载及传统的静力分析方法(Bradford and Culbertson)，到 建立在等效TNT爆炸荷载(Forbes 1982)基础上，考虑结构动力特性及 延性的简化动力分析方法，到最终更为复杂及合理的方法，即根据气 云爆炸模型来区分爆炸荷载的特点，采用非线性多自由度的动力计算 模型对建筑物进行动力分析。目前炼厂中使

39、用的包括所有这些近似的 分析方法。 为了设计抗爆建筑物，设计工程师首先必须要根据自由场爆炸冲 击波产生的超压值(通常由设施的业主方提供)将建筑物所有载荷作为 一个整体载荷确定，并且确定每个独立结构构件的载荷，如墙壁、屋 面、框架等。 国外炼油厂抗爆建筑物设计的方法有一个演变的过程。从最初的 等效静荷载及传统的静力分析方法(Bradford and Culbertson)，到 建立在等效TNT爆炸荷载(Forbes 1982)基础上，考虑结构动力特性及 延性的简化动力分析方法，到最终更为复杂及合理的方法，即根据气 云爆炸模型来区分爆炸荷载的特点，采用非线性多自由度的动力计算 模型对建筑物进行动力

40、分析。目前炼厂中使用的包括所有这些近似的 分析方法。 23 建筑物抗爆设计建筑物抗爆设计 建筑物抗爆设计原则建筑物抗爆设计原则 在爆炸动荷载作用下在爆炸动荷载作用下, 允许结构构件进入弹塑性状态。允许结构构件进入弹塑性状态。 抗爆动力分析的目的是要确定建筑物的变形，其变形的计算包 含延性比、支座转角的计算。 抗爆动力分析的目的是要确定建筑物的变形，其变形的计算包 含延性比、支座转角的计算。 由于装置爆炸所产生的冲击波超压其性质和破坏力具有不确定 性的特征，因此在力学计算的基础上，抗爆设计过程中更应该重 视概念设计，从建筑布局、结构选型、材料选择、结构的整体性 、刚度、超静定等多方面综合考虑。

41、由于装置爆炸所产生的冲击波超压其性质和破坏力具有不确定 性的特征，因此在力学计算的基础上，抗爆设计过程中更应该重 视概念设计，从建筑布局、结构选型、材料选择、结构的整体性 、刚度、超静定等多方面综合考虑。 24 业主规定和标准 建筑物要求：重要程度、位置、布置、场地情况等 爆炸危害性分析 标准做法选址分析新的建筑物现有建筑物 空旷场地爆炸参数建筑物功能要求 构件荷载取值选择材料和结构体系材料特性 初步假定构件尺寸变形限值分析方法 等效静态 7 109 86 54 3 2 1 11 SDOFMDOF 结构分析 变形极限计算结果 是否满意？ 12 基础设计附属物设计 构造和详细设计文件 1314

42、15 不满意 满意 业主 负责 设计 工程 师负 责 业主规定和标准 建筑物要求：重要程度、位置、布置、场地情况等 爆炸危害性分析 标准做法选址分析新的建筑物现有建筑物 空旷场地爆炸参数建筑物功能要求 构件荷载取值选择材料和结构体系材料特性 初步假定构件尺寸变形限值分析方法 等效静态 7 109 86 54 3 2 1 11 SDOFMDOF 结构分析 变形极限计算结果 是否满意？ 12 基础设计附属物设计 构造和详细设计文件 1314 15 不满意 满意 业主 负责 设计 工程 师负 责 建筑物抗爆设计建筑物抗爆设计 25 （一）收集设计基本资料： 了解建筑物在总平面的布置及方位，建筑资料、

43、设计基本条件、爆炸危害 性报告提供的爆炸荷载取值。 （二）设计简图： 对于封闭建筑物，爆炸载荷主要作用于外墙和屋顶，并通过各个结构构件传至 基础。爆炸能量通过结构的弹性变形，更为重要的是结构的塑性变形而被吸收 。没有被结构吸收的爆炸能量部分传至基础。 抗爆结构设计中只限于外围结构构件直接承受爆炸动荷载作用，对内墙、与外 围结构脱开的柱及中间楼板等一般不考虑由于结构振动引起的动力作用，仅在 构造上予以适当加强（规范条文5.7.4）。 在设计过程中，通常的做法是根据荷载的传递途径，逐个构件进行分析。 建筑物抗爆设计建筑物抗爆设计 26 建筑物抗爆设计建筑物抗爆设计 27 建筑物抗爆设计建筑物抗爆设

44、计 （三） 爆炸荷载分析 1.给出建筑物的体型特征参数； 2.根据评估报告提供的超压Pso及作用时间td，按照规范给出的公式计算爆炸冲击 波参数，即波速、峰值动压、波长。(规范公式5.3.2-15.3.2-3) 28 3. 计算作用在建筑物上的爆炸荷 载： 前墙：峰值反射压力Pr，前墙正压 等效作用时间te(规范公式5.4.2- 15.4.2-5) 侧墙及屋面：有效冲击波超压Pa ， 有效冲击波超压升压时间tr (规范公式5.4.3-15.4.3-2) 后墙：有效冲击波超压Pb、冲击波到 达后墙时间ta、有效冲击波超压升压 时间trb(规范公式5.4.3-15.4.3- 2) 建筑物抗爆设计建

45、筑物抗爆设计 29 （四）材料的选择： （五）抗爆构件的试算 1. 设定外墙参数： 2. 前墙核算 3. 侧墙核算: 4. 后墙核算: 5. 屋面板的计算 6. 框架梁、柱及次梁计算 （六）基础设计：基础设计： 1. 建筑物抗倾覆验算； 2. 建筑物滑移验算； 3. 基础承载力验算 建筑物抗爆设计建筑物抗爆设计 30 国标报批稿的主要变化国标报批稿的主要变化 1.基本规定：基本规定： 行标规定：行标规定： 6.1.1按照本规范进行设计的控制室，当遭受相当于设计取定的爆炸荷载 作用时，可能局部损坏，但经一般修理应可以继续使用。 国标报批稿规定： 按照本规范进行设计的控制室，当遭受相当于设计取定的

46、爆炸荷载 作用时，可能局部损坏，但经一般修理应可以继续使用。 国标报批稿规定： 3.0.2 按本规范进行设计的控制室，当遭受按本规范进行设计的控制室，当遭受一次一次爆炸荷载作用时，可能 局部损坏，但经一般修理应能继续使用。 爆炸荷载作用时，可能 局部损坏，但经一般修理应能继续使用。 本条强调了按照本规范设计的建筑物不考虑承受连续多次爆炸的情况。本条强调了按照本规范设计的建筑物不考虑承受连续多次爆炸的情况。 31 国标报批稿的主要变化国标报批稿的主要变化 2.电缆进线洞口的要求：电缆进线洞口的要求： 1) 行标中相关规定：行标中相关规定： 5.1.8 室外电缆进入室内应采用电缆沟 进线的方式（构造参见附录 室外电缆进入室内应采用电缆沟 进线的方式（构造参见附录C），基 础墙体洞口采用防火材料封闭，沟 内充砂。不得在室内地面以上的外 墙上开设电缆进线洞口。 ），基 础墙体洞口采用防火材料封闭，沟 内充砂。不得在室内地面以上的外 墙上开设电缆进线洞口。 2）国标报批稿规定：）国标报批稿规定： 4.1.6活动地板下地面以上的外墙上不得 开设电缆进线洞口。基础墙体洞口 应采取封堵措施，并应满足抗爆要 求。 条文说明 活动地板下地面以上的外墙上不得 开设电缆进