某石化装置抗爆控制室前墙的动力计算及设计分析

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摘要：本文根据GB50779-2012《石油化工控制室抗爆设计规范》，对某石化装置中抗暴控制室进行设计，着重分析抗暴前墙的爆炸荷载及动力分析，并针对不同的墙体厚度和配筋进行比较，以期为类似的工程设计提供参考

关键词：爆炸荷载，动力计算，前墙构件设计

中图分类号： O643 文献标识码： A

前言：针对某石化装置中的控制室，根据装置的生产性质和总平面布置确定该控制室须进行抗爆设计。在满足使用功能的前提下，结构方案定为一单层的封闭矩形结构，外墙设计为钢筋砼墙以抵抗水平爆炸荷载，内部为钢筋砼框架结构，仅承受结构的竖向荷载。水平爆炸荷载首先由前墙承担，传至与其两端铰接连接的地面及屋面的钢筋砼板，通过板的水平刚度再传给控制室两侧的钢筋砼剪力墙，最终完成抵抗爆炸力，保护设备及人员的目的。

以下着重分析抗暴前墙的爆炸荷载、动力计算及构件的设计比较

一．爆炸冲击波参数的确定

以目前国内石化装置的设计状况，还不存在一家专业的咨询公司或工艺专业能根据装置的性质、平面布置、风向等因素，准确地提供爆炸冲击波参数。因此，根据GB50779-2012采取适合石化装置特点的蒸汽云爆炸产生的冲击波超压，作为控制室的爆炸冲击波参数。

二．前墙爆炸荷载计算

1.爆炸冲击波峰值入射超压取值

a.冲击波峰值入射超压最大值取，正压作用时间时间

b.爆炸冲击波形取时间为零至正压作用时间，峰值入射超压从最大到零的三角形分布

2.冲击波参数计算

a.波速U

b.峰值动压

C.冲击波波长

3.作用在建筑物前墙上的爆炸荷载计算

(1).作用在前墙上的爆炸荷载计算

a.峰值反射压力

b.停滞压力

c.前墙正压等效作用时间

(----反射压持续时间)

式中取或的较小值:

三．前墙的动力计算及构件设计

*对于矩形建筑物，按作用的爆炸荷载对构件进行动力分析

*对于前墙采用等效静荷载法进行结构动力分析时,按单独的等效单自由度体系进行动力分析

*对于钢筋砼构件，按弹塑性工作阶段设计

*对于受弯构件其抗剪承载力应高于抗弯承载力20%

以下通过两种墙体方案进行计算比较

1.前墙动力计算（out of plane)

方案一：墙厚有效高度

单向配筋 配筋率：（竖向）

方案二：墙厚有效高度

单向配筋 配筋率：（竖向）

a).计算模型：取宽板，按底部简支在刚性地坪处，上部简支在屋面板的单梁考虑

材料强度 钢筋

b).跨中抗弯极限承载力计算：

*

受压区高度：

塑性

[方案二: ]

*

受压区高度：

弹性

[方案二: ]

弹塑性kN・m[方案二：弹塑性]

极限弯曲抗力 [方案二:]

最大荷载

[方案二:]

c).构件的弹塑性动力分析，等效质量和振动周期计算

* 等效质量

* 质点振动周期

* 质量传递系数 Km计算

(弹性）(塑性） -----查附录B.0.1.-1

弹塑性：

构件质量：

等效质量：

[方案二:]

荷载传递系数KL计算

(弹性） (塑性） -----查附录B.0.1.-1

刚度k计算 弹性：

----构件截面平面惯性矩

----构件毛截面平面惯性矩

----混凝土开裂截面惯性矩

----砼动弹性模量

[方案二:

]

查表A.0.2最大延性比

[方案二:最大延性比]均满足允许延性比

跨中变形（弹性）

[方案二:]

最大跨中变形(弹塑性)

[方案二:] (弹塑性)

弹塑性转角

[方案二: 均满足要求

d).抗剪抵抗力计算

截面极限抗剪承载力：

[方案二:]

抗剪最不利截面位于距支座h0处

给定截面的极限抗剪承载力:

[方案二:]

[方案二:]

均满足要求

四．抗暴墙厚与钢筋的选择对比

经爆炸荷载下的动力计算，方案一（墙厚单向配筋 ）及方案二(墙厚单向配筋 )均满足要求

方案一：

1m宽1m高单位混凝土用量为：

钢筋用量：（双层双向）

方案二：

1m宽1m高单位混凝土用量为：

钢筋用量：(双层双向)

建材市场C30砼价格大约，HRB400钢筋价格大约，

差价为：

由此可见采用墙厚单向配筋 方案一更经济，应优先选用。

五．结语

通过以上针对控制室前墙的抗暴计算、构件设计和经济比较，在类似情况的抗暴控制室设计时，前墙宜采用300mm厚、配筋的截面。

作者简介：宋丽俊（1967~），浙江嵊州人，工程师，1990年毕业于扬州大学，目前从事结构设计工作