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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为单层矩形
2、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，而不承受屋面恒载和屋面爆炸冲击波超
3、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1 图211 2-23 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，左右边界半固结的板。由于通常情况下墙长要比
4、墙高大的多，所以其更接近于单向板，简化模型见图3。图3上端墙面水平荷载通过屋面和两端侧墙传递到基础，下端墙面水平荷载直接传递到基础，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，取一榀等代框架作为分析对象，其简化模型见图5。图4图54 内力分布及破坏型式型式中，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
5、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，大大提高了结构整体延性。型式则可以取一榀等代框架来分析，所有的荷载均共同作用其上。爆炸荷载直接以水平荷载
6、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，而不像型式有更多的耗能途径。5 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。 （1）结构构件延性比结构构件弹塑性变位，mm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 (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，在一般情况下取70mm可满足延性比限值规定的变形要求，且满足施工要求。6 结论综合上述分析，型式具有受力明确，耗能性能好，结构整体延性强，可修复性强等优点，而且计算方便，是一种良好的抗爆控制室结构形式。参考文献:1 石油化工控制室抗爆设计规范 SH/T3160-20094
石油化工抗爆控制室结构型式对比分析
