石油化工抗爆控制室结构型式对比分析

1、石油化工抗爆控制室结构型式对比分析摘要：石油化工生产装置的多样化，规模化，高温高压，易燃易爆的特点，决定了其一旦 发生生产事故，会产生巨大的破坏力，危害装置内生产人员的生命安全，因此装置内控 制室的抗爆性能就显的尤其重要。本文对现有两种抗爆控制室结构形式做了定性的对比 分析，阐明了其各自的受力特点，变形及破坏型式，便于在实际设计工作中做出选择。关键词：控制室；抗爆；结构；延性由于石油化工生产过程中存在大量的高温高压设备、易燃易爆气体，使得其生产过 程带有很大的危险性。控制室作为装置生产过程的控制中心，是生产人员最主要的活动 地点，其抵抗爆炸冲击波的能力就显的尤其重要。现在国内设计的抗爆控制室多

2、为单层 矩形钢筋混凝土结构。1爆炸荷载抗爆控制室除了受到常规荷载的作用以外，还要抵抗爆炸荷载的作用。爆炸产生的 冲击波是一种瞬时荷载，其特点是荷载大，作用时间短，且荷载大小随时间变化。一般 情况下，控制室抗爆只考虑蒸汽云爆炸，对于像压力设备爆炸、液体爆炸等的影响一般 不予考虑，它近似相当于直径60m，高4m包含6%乙烷的气体爆炸，距中心距离75m处 产生的冲击波超压。爆炸发生时，冲击波迅速通过空气传播，从各个方向对控制室进行 挤压。2结构型式目前国内抗爆控制室最常见有两种做法，一种是抗爆墙与竖向承重结构分开，建筑 物外围护结构采用现浇钢筋混凝土墙，墙体只承受水平向的爆炸冲击波超压，而不承受 屋

3、面恒载和屋面爆炸冲击波超压（见图-1），称为型式1。另外一种是在抗震设计中常见 的框架剪力墙结构，墙面冲击波超压通过墙体作用于框架柱，这就要求柱子在爆炸荷载 作用下最好不要进入塑性工作状态，一旦作为主要承重构件的柱子发生弯曲，对其的修 复将十分困难（见图-2），称为型式2。图一22-21-12-23受力特点型式1的柱子和外墙之间留有70mm的缝隙，外墙上端与屋面板铰接连接，荷载通 过刚度无限大的水平向楼板传递给两侧外墙，下端采用交叉配筋方式与基础铰接连接， 荷载直接传递给基础，左右两侧与侧墙垂直相交，荷载传递给两侧外墙（平面内刚度无 限大）。每一块外墙从受力上来看都是一块上下边界铰接，左右边界

4、半固结的板。由于 通常情况下墙长要比墙高大的多，所以其更接近于单向板，简化模型见图一3。Rb图-3上端墙面水平荷载Ra通过屋面和两端侧墙传递到基础，下端墙面水平荷载Rb直接传 递到基础，均不作用于柱间；屋面通过梁板结构传递荷载并与柱子共同组成框架结构，简 化模型见图一4。型式2的柱子与外墙设置在一起，墙面屋面冲击波超压均同时作用于框架，由于柱 子处刚度大，它与屋面和基础共同形成了对墙面的约束，这时的板更接近于双向板，墙 面荷载依据屋面、柱子、基础的刚度与其对墙的约束情况向各个构件分配，取一根等代 框架作为分析对象，其简化模型见图一5。q=20kn/（屋面）图一4图一54内力分布及破坏型式型式I

5、中，由于梁板体系屋盖和两道侧墙的刚度极大，能够耗散的能量有限，墙面 冲击波超压将主要由墙体自身消化。墙面与屋面板、基础连接处的两个铰接点刚度最小， 将首先进入塑性状态，如果还不能消化掉冲击波能量，墙面会进一步沿板的塑性绞线开 裂并进入塑性状态。屋面爆炸荷载则单独作用与图一4所示框架体系（实际情况下，中 间多会有立柱），由于柱子无侧向荷载共同作用，其安全性会大大提高。在此模型中，柱子作为主要承重构件受到保护，使其仅仅承受屋面荷载，以减小其 被破坏的可能；主要承重构件不破坏，墙面板或屋面板进入塑性状态都易于修复。由于墙面荷载和屋面荷载的传力方式不同，通过各自的途径耗散，等于是结构整体 具有双重保险

6、，大大提高了结构整体延性。型式II则可以取一根等代框架来分析，所有的荷载均共同作用其上。爆炸荷载直接 以水平荷载的型式作用于柱身，增加了柱子截面面积，并使其受到破坏的可能性大大增 加，作为主要承重构件，一旦进入塑性工作状态，修复十分困难。此体系最主要的耗能部位便是梁柱结合部位，而不像型式I有更多的耗能途径。5 6的取值混凝土构件的延性是指其在破坏后还能有一定变形能力，良好的延性是保证混凝土 结构不发生脆性破坏的前提；同时为了在冲击荷载和部件加压时保证结构整体性，避免 过大变形，石油化工抗爆控制室设计规范规定了各种构件的延性比限值。H = X X,(1)H 一结构构件延性比Xm 结构构件弹塑性变位，mmXy 结构构件弹性极限变位，mm外墙作为受弯构件，取常用尺寸300mm厚，4.2m高，按单向板考虑为受弯构件，弹 性工作状态下其承受均布荷载时的跨中挠度为f =JqL_c 384EI(2)q为单自由度体系等效静荷载，取常用控制室尺寸按照石油化工抗爆控制室设计 规范计算得的荷载为30kn/m2。计算得fc = 18mm，规范规定受弯构件的延性比限值 为3,墙面作为单向板来考虑时构件允许的最大弹塑性变位尺寸为54mm。所以，在一般 情况下6取70mm可满足延性比限值规定的变形要求，