石油化工构筑物抗震设计规范讲座

1、石油化工构筑物抗震设计规范讲座石油化工构筑物抗震设计规范讲座 石油化工构筑物抗震规范（石油化工构筑物抗震规范（SH/T3147-2004）编制是）编制是根据国标建筑抗震设计规范（根据国标建筑抗震设计规范（GB50011-2001）和）和构筑物抗震设计规范（构筑物抗震设计规范（GB191-1993）有关章节，结）有关章节，结合石油化工构筑物的特殊性编制的，随着近几年来世界各合石油化工构筑物的特殊性编制的，随着近几年来世界各地发生地震的情况，特别是汶川地震后对构筑物的破坏情地发生地震的情况，特别是汶川地震后对构筑物的破坏情况的调查，必将对现有规范作一些调整，补充。况的调查，必将对现有规范作一些调整

2、，补充。一、一、构筑物分类构筑物分类 原规范按原规范按S43069分类，现在应按国标石油化工建构筑分类，现在应按国标石油化工建构筑物抗震设防分类标准（物抗震设防分类标准（GB50453-2008），这本规范划），这本规范划分比较详细，把原有建筑物和构筑物二本规范进行了合并、分比较详细，把原有建筑物和构筑物二本规范进行了合并、具体化，即区分不同装置内的各类建筑物、构筑物，还补具体化，即区分不同装置内的各类建筑物、构筑物，还补充了化工生产装置，化纤生产装置，辅助生产及公用工程充了化工生产装置，化纤生产装置，辅助生产及公用工程等设施的内容，各类建筑物可划分为甲、乙、丙、丁类，等设施的内容，各类建筑物

3、可划分为甲、乙、丙、丁类，目前石油化工企业均无甲类建（构）筑物。目前石油化工企业均无甲类建（构）筑物。 建筑物分类是按重要性，生产介质来划分，如主控室、压建筑物分类是按重要性，生产介质来划分，如主控室、压缩机厂房、轻油泵房等划为乙类，其余大多数划分为丙类，缩机厂房、轻油泵房等划为乙类，其余大多数划分为丙类，主风机厂房虽然生产中没有可燃气体，但由于其重要性，主风机厂房虽然生产中没有可燃气体，但由于其重要性，仍划为乙类，轻油泵房虽然厂房规模不大，但由于生产过仍划为乙类，轻油泵房虽然厂房规模不大，但由于生产过程中使用可燃易爆介质，仍划分为乙类。构筑物的划分，程中使用可燃易爆介质，仍划分为乙类。构筑物

4、的划分，主要根据设备重要性，生产介质和设备高度综合考虑，以主要根据设备重要性，生产介质和设备高度综合考虑，以炼油生产装置为例，分成炼油生产装置为例，分成9类：类：1.框架类：两器，三旋，加氢反应器框架、重整反应器框架、重整再生框架，框架类：两器，三旋，加氢反应器框架、重整反应器框架、重整再生框架，焦碳塔架，其它高悬重心框架划分为乙类，其它均为丙类。焦碳塔架，其它高悬重心框架划分为乙类，其它均为丙类。2.塔炉设备基础：塔炉设备基础： 构架式塔基础构架式塔基础 乙类乙类 落地式塔基础（塔高落地式塔基础（塔高H80m） 乙类乙类 （塔高（塔高H80m） 丙类丙类3.钢筋混凝土烟囱（钢筋混凝土烟囱（H

5、100m） 乙类乙类 （H100m） 丙类丙类4.动力机器基础：动力机器基础： 构架式构架式 乙类乙类 大块式、墙式大块式、墙式 丙类丙类 其它动力基础（含泵）其它动力基础（含泵） 丙类丙类5.卧式设备基础及容器卧式设备基础及容器 高压冷换设备基础高压冷换设备基础 乙类乙类 一般冷换设备基础、构架式容器一般冷换设备基础、构架式容器 丙类丙类 容器基础容器基础 丙类丙类6.压力容器基础：压力容器基础： 球罐基础球罐基础 乙类乙类 压力储罐基础压力储罐基础 乙类乙类7、池类、池类 丙类丙类8、管墩、管墩 丙类丙类9、其它（管沟、井、过桥、地下井类）、其它（管沟、井、过桥、地下井类） 丁类丁类从上看

6、既有合理从上看既有合理性，亦有不合理性，亦有不合理处，例塔炉基础处，例塔炉基础只要是构架式塔只要是构架式塔基础，不论塔的基础，不论塔的高度，均为乙类。高度，均为乙类。二、二、地震作用计算地震作用计算 目前抗震计算主要有三种方法，即振型分解反应谱法，底目前抗震计算主要有三种方法，即振型分解反应谱法，底部剪力法和时程分析法。部剪力法和时程分析法。 振型分解法：适用于多位点体系，计算较精确，但工作量振型分解法：适用于多位点体系，计算较精确，但工作量大，需计算结构的自振频率和振型。大，需计算结构的自振频率和振型。 底部剪力法：单层或多层等建构筑物在地震作用下仅发生底部剪力法：单层或多层等建构筑物在地震

7、作用下仅发生基本振型振动，或者发生以基本振型为主的振动，或者侧基本振型振动，或者发生以基本振型为主的振动，或者侧移形态可以采用一个既定曲线图形或某一规律来代表，这移形态可以采用一个既定曲线图形或某一规律来代表，这些仅按唯一形态挠曲的结构，由于各部位相对位移的比值些仅按唯一形态挠曲的结构，由于各部位相对位移的比值在任何时刻是相同的，不同时刻结构各点位移以同一比例在任何时刻是相同的，不同时刻结构各点位移以同一比例放大或缩小，宛如一个刚体作单自由度运动，从而使原来放大或缩小，宛如一个刚体作单自由度运动，从而使原来的多自由度体系简化为广义单自由度运动。任何时刻，只的多自由度体系简化为广义单自由度运动。

8、任何时刻，只要知道结构上某一点位移，其它各点位移就能确定。因此要知道结构上某一点位移，其它各点位移就能确定。因此这类结构在地震作用下的强迫振动只有一个位移未知量，这类结构在地震作用下的强迫振动只有一个位移未知量，作用于构筑物上各个部位上的地震作用将因一个数值的确作用于构筑物上各个部位上的地震作用将因一个数值的确定而整个地被确定，这样减少了计算工作量。定而整个地被确定，这样减少了计算工作量。 时程分析法：由于反应谱法不能很好符合不时程分析法：由于反应谱法不能很好符合不同工程地点的实际地质环境，场地条件及地同工程地点的实际地质环境，场地条件及地基土特征，从而引起计算地震荷载可能偏差基土特征，从而引

9、起计算地震荷载可能偏差较大，也不能很好反应场地各个土层的动力较大，也不能很好反应场地各个土层的动力影响，且反应谱法仅是最大值的包络图，有影响，且反应谱法仅是最大值的包络图，有时不能找出结构薄弱部位，当结构进入弹塑时不能找出结构薄弱部位，当结构进入弹塑性阶段时，此法误差较大，从而引出时程分性阶段时，此法误差较大，从而引出时程分析法，在数学上亦称步步积分法，或直接动析法，在数学上亦称步步积分法，或直接动力法。力法。抗震计算方法的选用：抗震计算方法的选用： 底部剪力法：高度（含支承设备的高度）不底部剪力法：高度（含支承设备的高度）不超过超过65mm，且质量和刚度分布比较均匀的，且质量和刚度分布比较均

10、匀的结构，以及近似单质点体系。例如：塔基础、结构，以及近似单质点体系。例如：塔基础、两器框架等，抗震规范（国标）为不超过两器框架等，抗震规范（国标）为不超过40m，以剪切变形为主，且质量和刚度、高，以剪切变形为主，且质量和刚度、高度分布较均匀的结构，以及近似单质点体系度分布较均匀的结构，以及近似单质点体系的结构。的结构。 振型分解反应谱法：除上述外的结构。振型分解反应谱法：除上述外的结构。 时程分析法：甲类构筑物或规范另有规定的时程分析法：甲类构筑物或规范另有规定的构筑物，除应用底部剪力法或振型分解反应构筑物，除应用底部剪力法或振型分解反应谱法外，尚应用此法进行补充计算。谱法外，尚应用此法进行

11、补充计算。三、三、钢筋混凝土框架设计钢筋混凝土框架设计应在结构单元的二个互轴方向分别计算水平地震作用，并进行抗震验算，各方向的的水平地震作用，应全部由该方向的抗侧移构件承担。因此，框架设计应做到：a.二个方向均应为刚接，过去做法一般为横向刚接，纵向框架为铰接或连续二个方向均应为刚接，过去做法一般为横向刚接，纵向框架为铰接或连续梁，今后均应做成刚接，因为超静定结构有利于抗震。梁，今后均应做成刚接，因为超静定结构有利于抗震。b.断面是决定因素，较大断面有利于抗剪和防止位移超值，相对于配筋而言，断面是决定因素，较大断面有利于抗剪和防止位移超值，相对于配筋而言，断面增加比钢筋增加起作用更大。断面增加比

12、钢筋增加起作用更大。c.应考虑角柱双向偏心受压，尤其是二个方向均为单跨的结构，更应注意，应考虑角柱双向偏心受压，尤其是二个方向均为单跨的结构，更应注意，例如两器框架，当计算一个方向的地震作用内力时，尚应考虑另一方向由于例如两器框架，当计算一个方向的地震作用内力时，尚应考虑另一方向由于设备自重，外加偏心荷载作用下引起的内力，因此角柱存在双向弯矩，轴力设备自重，外加偏心荷载作用下引起的内力，因此角柱存在双向弯矩，轴力和水平力，即应按混凝土结构设计规范中第和水平力，即应按混凝土结构设计规范中第7.3.14条验算。否则可能留下隐条验算。否则可能留下隐患，不能因为计算麻烦而取消计算，还应树立这样一个概念

13、，即许多框架投患，不能因为计算麻烦而取消计算，还应树立这样一个概念，即许多框架投产后，未经历过地震，现在不出事，不等于将来不出事。产后，未经历过地震，现在不出事，不等于将来不出事。d.抗震结构中的钢筋使用，根据抗震规范抗震结构中的钢筋使用，根据抗震规范3.9.3条，纵向受力钢筋宜选用符合条，纵向受力钢筋宜选用符合抗震性能指标的抗震性能指标的HRB400级热轧钢筋，也可采用符合抗震性能指标的级热轧钢筋，也可采用符合抗震性能指标的HRB335级热轧钢筋，这种钢筋可按（级热轧钢筋，这种钢筋可按（GB1499.2-2007），钢筋混凝土用），钢筋混凝土用钢第钢第2部分：热轧带肋钢筋中部分：热轧带肋钢筋

14、中7.3.3条，有较高的抗震结构适用牌号为表条，有较高的抗震结构适用牌号为表1中中钢筋已有牌号后加钢筋已有牌号后加E，如，如HRB400E，HRBF400E表1钢筋牌号及构成（GB1499.2-2007）类别类别牌号牌号牌号构成牌号构成英文字母含义英文字母含义普通热轧钢筋HRB335由HRB+屈服强度特征值构成HRB-热轧带肋钢筋的英文（Hot rolled Rib-bed Bars）缩写HRB400HRB500细晶粒热轧钢筋HRBF335由HRBF+屈服强度特征值构成HRBF-在热轧带肋钢筋的英文缩写后加“细”的英文（Fine）首位字母HRBF400HRBF500表2钢筋力学指标牌号牌号Re

15、L/MPaRm/MPaA/%Agt/% 不小于HRB335HRBF33533545517 7.5HRB400HRBF40040054016HRB500HRBF50050063015 直径28mm40mm各牌号钢筋的断后伸长率A可降低1%；直径大于40mm各牌号钢筋的断后伸长率A可降低2%。 有较高要求的抗震结构适用牌号为：在表1中已有牌号后加E（例如：HRB400E、HRBF400E）的钢筋。该类钢筋除应满足以下a)、b)、C）的要求外，其他要求与相对应的已有牌号钢筋相同。 钢筋实测抗拉强度与实测屈服强度之比Rom/RoeL不小于1.25。 钢筋实测屈服强度与表6规定的屈服强度特征值之比Roe

16、L/ReL不大于1.30。 钢筋的最大力总伸长率Agt不小于9%。 注：Rom为钢筋实测抗拉强度；RoeL为钢筋实测屈服强度。 今后在高烈度区，如八度、重要结构如两器框架，可考虑选用。四、四、地震作用分项系数地震作用分项系数 原国标抗震规范中地震作用分项系数，当同时计算水平与竖向地震作用时VEh1.3，VEV0.5，当用于构筑物时，应分成二项。 当水平地震作用为主时VEh1.3，VEV0.5 当竖向地震作用为主时VEh0.5，VEV1.3 这是因为对大跨度，大悬臂结构，震害表明，竖向地震作用比较显著，这在新编国标建筑抗震规范工作修改。五、五、现浇钢筋混凝土框架抗震等级，对六度区已作局部调现浇钢

17、筋混凝土框架抗震等级，对六度区已作局部调整，见表整，见表3烈度烈度框架结构框架结构框架框架-抗震墙结构抗震墙结构高度高度抗震等级抗震等级高度高度框架部分抗震等级框架部分抗震等级抗震墙部分抗震等抗震墙部分抗震等级级6 6度度25（30）四级四级50（60）四级四级三级三级2525（30）三级三级50(60)50(60)三级三级7 7度度30三级三级60三级三级二级二级3030二级二级6060二级二级8 8度度30二级二级60二级二级二级二级3030一级一级6060一级一级二级二级9 9度度25一级一级50一级一级二级二级注：接近或等于高度分界时，结合框架不规则程度及场地、地基条件确定抗震等级。注

18、：接近或等于高度分界时，结合框架不规则程度及场地、地基条件确定抗震等级。表表3现浇钢筋混凝土框架结构抗震等级现浇钢筋混凝土框架结构抗震等级表中数值为原国标抗震规范。表中数值为原国标抗震规范。新编抗震规范则更为严格，6至8度区框架结构按高度24m分界，框架-剪力墙结构亦作如下修改，详见表4结构类型结构类型设防烈度设防烈度6789框架框架 结构结构高度高度（m）24242424242424框架框架四四三三三三二二二二一一一一框架框架-抗震抗震墙墙 结构结构高度高度（m）6060602460602460602424502450框架框架四四三三四四三三二二三三二二一一二二一一抗震抗震墙墙三三三三二二二

19、二一一一一六、六、钢结构框排架钢结构框排架 钢结构应优先采用框架钢结构应优先采用框架-支撑结构，连梁要优支撑结构，连梁要优先考虑采用刚连方案。先考虑采用刚连方案。 有设备的平台或顶层优先考虑设水平支撑。有设备的平台或顶层优先考虑设水平支撑。水平支撑可设在梁底部，但支撑杆端部宜与水平支撑可设在梁底部，但支撑杆端部宜与该层框架梁的腹板和下翼同相连。水平支撑该层框架梁的腹板和下翼同相连。水平支撑布置与竖向支撑应相协调。布置与竖向支撑应相协调。 钢排架构筑纵向抗侧力体系宜采用柱间支撑，钢排架构筑纵向抗侧力体系宜采用柱间支撑，当条件限制时，也可采用刚架结构。当条件限制时，也可采用刚架结构。 各层钢框架梁

20、，断面尽量刚度不要相差太悬各层钢框架梁，断面尽量刚度不要相差太悬殊，以便变形协调。殊，以便变形协调。七、七、管架管架 纵向较长的管架应设温度缝，每个温度区段纵向较长的管架应设温度缝，每个温度区段中部应设置纵向上下柱向支撑。中部应设置纵向上下柱向支撑。 带有空冷的管架，其两侧相邻管架要考虑将带有空冷的管架，其两侧相邻管架要考虑将来二侧有增加空冷的可能，因此相邻纵向来二侧有增加空冷的可能，因此相邻纵向23柱距内管架柱断面不应太小，并考虑将来有柱距内管架柱断面不应太小，并考虑将来有伸上去的可能，尚应注意节点连接，尤其是伸上去的可能，尚应注意节点连接，尤其是钢筋混凝土管架预埋件的锚固，必须进行计钢筋混

21、凝土管架预埋件的锚固，必须进行计算。算。八、八、烟囱烟囱 砖烟囱自振周期应注意荷载规范给出的公式和烟囱设计规范不同，砖烟囱自振周期应注意荷载规范给出的公式和烟囱设计规范不同，烟囱规范计算自振周期较大，当以风荷载为主时，计算有利，当在高烈度烟囱规范计算自振周期较大，当以风荷载为主时，计算有利，当在高烈度区，计算出地震力可能偏小，钢筋混凝土烟囱存在同样的问题。区，计算出地震力可能偏小，钢筋混凝土烟囱存在同样的问题。高度不超过高度不超过60m的砖烟囱自振周期的砖烟囱自振周期T10.23+0.2210-2 H2 /d 荷载规范荷载规范T10.26+0.2410-2 H2 /d 烟囱规范烟囱规范高度不超

22、过高度不超过150m的钢筋混凝土烟囱自振周期的钢筋混凝土烟囱自振周期T20.41+0.1010-2 H2 /d荷载规范荷载规范T20.45+0.2211-2 H2 /d烟囱规范烟囱规范高度超过高度超过150m，但低于，但低于210m的钢筋混凝土烟囱自振周期的钢筋混凝土烟囱自振周期T0.53+0.0811-2 H2 /d 荷载规范荷载规范T0.53+0.08111-2 H2 /d烟囱规范烟囱规范九、九、框排架中填充墙和围护墙框排架中填充墙和围护墙 框排架结构中填充墙一般用粘土砖或空心砖，由于它与钢框排架结构中填充墙一般用粘土砖或空心砖，由于它与钢筋混凝土材料不同，在地震中，相互共同作用不很明显，

23、筋混凝土材料不同，在地震中，相互共同作用不很明显，当采用实心砖时，应嵌砌在框架平面内，因为它有一定的当采用实心砖时，应嵌砌在框架平面内，因为它有一定的抗侧力作用，柱与墙应有很好的接接构造措施。围护墙宜抗侧力作用，柱与墙应有很好的接接构造措施。围护墙宜放置在排架外侧，宜采用空心砖或其它材质墙体，从汶川放置在排架外侧，宜采用空心砖或其它材质墙体，从汶川地震震害调查报告来看砌体结构震害整体高于框架结构，地震震害调查报告来看砌体结构震害整体高于框架结构，装配式钢筋混凝土结构高于现浇结构。墙体破坏有二个原装配式钢筋混凝土结构高于现浇结构。墙体破坏有二个原因，一是墙体材质较差，抗剪能力较差，二是与柱梁缺乏

24、因，一是墙体材质较差，抗剪能力较差，二是与柱梁缺乏可靠连接，特别是墙体较高或墙体较长时，因此适当增加可靠连接，特别是墙体较高或墙体较长时，因此适当增加构造柱与圈梁，特别是较大门墙洞口处增加水平圈梁和构构造柱与圈梁，特别是较大门墙洞口处增加水平圈梁和构造柱，能起到结构的第二道抗震防线作用，此外，墙体应造柱，能起到结构的第二道抗震防线作用，此外，墙体应有梁承重，并与梁底可靠拉结为宜，底层砖砌体宜有地基有梁承重，并与梁底可靠拉结为宜，底层砖砌体宜有地基梁承重，尽量不做自承重结构。梁承重，尽量不做自承重结构。 作为楼梯间四侧应设构造柱，并从基础开始一直伸到顶层，作为楼梯间四侧应设构造柱，并从基础开始一

25、直伸到顶层，不应中间断开。不应中间断开。十、十、其它一些说明其它一些说明1.构造配筋与最小配筋率构造配筋与最小配筋率 构造配筋分以下几种情况：构造配筋分以下几种情况：a、为防止混凝土结构表面产生裂缝，而适当配置的表面钢筋，如较为防止混凝土结构表面产生裂缝，而适当配置的表面钢筋，如较大的泵基础，大块或动力基础。大的泵基础，大块或动力基础。b、考虑建筑外形需要，当有较大断面时受力并不需要而配置的外表考虑建筑外形需要，当有较大断面时受力并不需要而配置的外表面及侧面钢筋。面及侧面钢筋。c、考虑构件的重要性而配置的钢筋，如动力基础，顶板直径为考虑构件的重要性而配置的钢筋，如动力基础，顶板直径为1618m

26、m，间距为，间距为200250mm，侧面配，侧面配16钢筋间距为钢筋间距为250300mm，同时对梁、柱规定了受力钢筋和箍筋的直径，抗震规，同时对梁、柱规定了受力钢筋和箍筋的直径，抗震规范同样有此规定。因此构造配筋不同于最小配筋率。范同样有此规定。因此构造配筋不同于最小配筋率。 最小配筋率是指在受力情况下，为了安全而配置的最小钢筋量，在不最小配筋率是指在受力情况下，为了安全而配置的最小钢筋量，在不同情况下有不同要求，如钢筋混凝土结构在抗震情况下，纵向受力钢筋配同情况下有不同要求，如钢筋混凝土结构在抗震情况下，纵向受力钢筋配筋率远大于一般情况下的配筋率。筋率远大于一般情况下的配筋率。 最小配筋率

27、在地基规范并无说明，因为有以下几点：当为刚性基础时，最小配筋率在地基规范并无说明，因为有以下几点：当为刚性基础时，基础可不配筋；其次对于台阶式基础，是取边缘高度还是最大高度，还是基础可不配筋；其次对于台阶式基础，是取边缘高度还是最大高度，还是平均高度来计算最小配筋率，相差较大，因此基础规范中规定扩展式基础平均高度来计算最小配筋率，相差较大，因此基础规范中规定扩展式基础配筋应按抗弯计算确定并非按最小配筋率计算，而按基础受力钢筋最小直配筋应按抗弯计算确定并非按最小配筋率计算，而按基础受力钢筋最小直径不宜小于径不宜小于10mm，间距在，间距在100mm至至200mm之间。对于大块式动力基础之间。对于大块式动力基础配筋，均应按构造配，没有最小配筋率概念。配筋，均应按构造配，没有最小配筋率概念。2、设计使用年限设计使用年限 应注意设计基准期是指确定可变作用及与时间有关的材应注意设计基准期是指确定可变作用及与时间有关的材料性能等取值而使用的时间参数，一般为料性能等取值而使用的时间参数，一般为50年（即设计时考年（即设计时考虑荷载作用的统计参数，均是按此基准期确定的）虑荷载作用的统计参数，均是按此基准期确定的） 设计基准期不同于设计使用年限。设计基准期不同于设计使用年限。 设计使用年限是指设计规定的结构或结构构件在正常设设计使用年限是指设计规定