一、簡(jiǎn)述石油化工建筑抗爆設(shè)計(jì)是目前結(jié)構(gòu)計(jì)算中的難點(diǎn)問(wèn)題，本文參照中國(guó)與美國(guó)規(guī)范相關(guān)的條文說(shuō)明，以及有關(guān)爆炸理論的計(jì)算方法，詳述了爆炸荷載的成因與傳遞形式，給出了相應(yīng)的設(shè)計(jì)流程與注意要點(diǎn)。本文后半節(jié)通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)部分設(shè)計(jì)單位已有案例的剖析，給出了部分抗爆構(gòu)造做法，對(duì)設(shè)計(jì)此類(lèi)建筑物提供一定參考。石油化工裝置多數(shù)具有易燃、易爆的特點(diǎn)，這類(lèi)裝置一旦發(fā)生事故，可能會(huì)引起火災(zāi)和爆炸事故。盡管從統(tǒng)計(jì)意義上來(lái)講，爆炸和大規(guī)?；馂?zāi)發(fā)生的概率較小，但其后果卻十分嚴(yán)重，將會(huì)對(duì)人員、財(cái)產(chǎn)、環(huán)境、公共安全等產(chǎn)生影響。在石化裝置中，類(lèi)似控制室等建筑是保障裝置正常運(yùn)行的，它控制著裝置的運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)也是臨時(shí)避難的人員聚集場(chǎng)所。因此，在實(shí)際中要求當(dāng)廠區(qū)內(nèi)發(fā)生爆炸事故時(shí)，不應(yīng)發(fā)生損壞，避免因裝置失控造成更大規(guī)模的次生災(zāi)害和人員傷亡。近年來(lái)，石油化工結(jié)構(gòu)抗爆設(shè)計(jì)在石化行業(yè)中被廣泛應(yīng)用。抗爆設(shè)計(jì)具有區(qū)別于傳統(tǒng)靜力結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，同時(shí)爆炸響應(yīng)屬于沖擊荷載作用，這使得它同時(shí)又與往復(fù)作用的地震動(dòng)力分析存在較大差別，考慮到其作用和響應(yīng)的特殊性，抗爆設(shè)計(jì)應(yīng)按彈塑性狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算較為恰當(dāng)。在有關(guān)規(guī)范頒布以前，國(guó)內(nèi)抗爆設(shè)計(jì)無(wú)規(guī)范可以遵循時(shí)，工程設(shè)計(jì)人員大都依賴(lài)國(guó)外相關(guān)的參考資料進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，2022年實(shí)施的《石油化工建筑物抗爆設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》，很大程度上借鑒了美國(guó)土木工程協(xié)會(huì)（ASCE）所編寫(xiě)的《Design of Blast Resistant Buildings in Petrochemical Facilities》，美國(guó)規(guī)范里相關(guān)的設(shè)計(jì)方法和計(jì)算理論也被一直沿用至今。按結(jié)構(gòu)重要性的判別，需做抗爆設(shè)計(jì)的應(yīng)當(dāng)至少屬于乙類(lèi)建筑，所以需要特別注意的是盡量避免內(nèi)部形成單跨框架，這個(gè)在方案階段應(yīng)予以回避。此外，抗爆建筑的造價(jià)隨建筑高度的增加變化較為顯著，高寬比小的低矮體型結(jié)構(gòu)更有利于抵抗爆炸荷載和傾覆作用，因此現(xiàn)行的抗爆設(shè)計(jì)規(guī)范不建議層數(shù)超過(guò)兩層，基本規(guī)定里描述以一層為宜，這也是設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的要點(diǎn)。對(duì)于在行政辦公區(qū)，遠(yuǎn)離爆炸危險(xiǎn)源時(shí)是否還需要抗爆設(shè)計(jì)仍存在不小爭(zhēng)議，目前新規(guī)范的頒布實(shí)施并不是告訴設(shè)計(jì)人什么情況需要進(jìn)行抗爆設(shè)計(jì)，而更多的是告訴設(shè)計(jì)人如何進(jìn)行抗爆設(shè)計(jì)，因此判斷一個(gè)建筑是否進(jìn)行抗爆設(shè)計(jì)沒(méi)有明顯標(biāo)準(zhǔn)。目前比較主流的認(rèn)知是以安全評(píng)估所得的沖擊波超壓大小來(lái)衡量是否進(jìn)行抗爆計(jì)算，若沖擊波超壓較低時(shí)則不必進(jìn)行整個(gè)結(jié)構(gòu)的抗爆設(shè)計(jì)，僅需進(jìn)行門(mén)窗上的補(bǔ)強(qiáng)即可。二、石油化工行業(yè)中的爆炸荷載石油化工行業(yè)建筑物抗爆設(shè)計(jì)采用的是蒸汽云爆炸模型，蒸汽云爆炸是指在一個(gè)開(kāi)敞空間內(nèi)，爆炸產(chǎn)生的沖擊波對(duì)周?chē)欢ň嚯x范圍內(nèi)的建筑物造成直接傷害，蒸汽云爆炸的爆炸中心并不一定在可燃物泄露處或點(diǎn)火處，這個(gè)若有特殊計(jì)算需要時(shí)應(yīng)當(dāng)加以注意。前述的蒸汽云爆炸會(huì)產(chǎn)生超壓沖擊波作用在裸露的建筑物表面上，之所以稱(chēng)之為超壓是指空氣中壓力標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。超壓沖擊波沖擊時(shí)，壓力隨時(shí)間迅速衰減，當(dāng)其衰減至大氣壓以下時(shí)又會(huì)形成負(fù)壓，后再回彈至大氣壓，對(duì)應(yīng)的壓力變化曲線見(jiàn)圖1.1所示。在模型簡(jiǎn)化時(shí)，會(huì)將此時(shí)程曲線簡(jiǎn)化為折線形式，而依據(jù)沖量和峰值壓力相等的原則，折線又可簡(jiǎn)化為等斜率的三角形直線，如圖1.2所示。

按照相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，在完成爆炸分析計(jì)算后，由企業(yè)提供切實(shí)可行的防火抗爆解決方案，其中防火抗爆墻可設(shè)置以下幾種，用以有效降低爆炸隱患帶來(lái)的人員傷亡及設(shè)備重大損失。
01內(nèi)嵌式防火抗爆墻
內(nèi)嵌式的做法主要是緊貼原有外墻，在室內(nèi)側(cè)進(jìn)行一道立的防火抗爆墻。其防火抗爆墻連接原有建筑結(jié)構(gòu)部件如結(jié)構(gòu)柱及梁。這種做法的好處在安裝上比較便利，不需要太多登高作業(yè)。
但是對(duì)于原有外墻的障礙物移位，例如電纜管件或者消火栓箱或者與原有吊頂?shù)臎_突部份。
另外針對(duì)采光及通風(fēng)的部分也要另外考慮是否增加照明及將通風(fēng)系統(tǒng)移位到非面向爆炸隱患處。
可參考下列概念設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)做法：

02外掛式防火抗爆墻
與內(nèi)嵌式做法雷同，也是緊貼原有外墻，在室外進(jìn)行一道立的防火抗爆墻。其防火抗爆墻連接原有建筑結(jié)構(gòu)部件。但考慮建筑沉降問(wèn)題。如有面向爆炸一側(cè)需保留進(jìn)出口時(shí)，可利用防火抗爆門(mén)解決。
不管是內(nèi)嵌式或者是外掛式的防火抗爆墻，都是依附在原有建筑物的結(jié)構(gòu)上。因此提供結(jié)構(gòu)計(jì)算證明能滿(mǎn)足爆炸沖擊波受力在建筑物的計(jì)算，或者經(jīng)過(guò)結(jié)構(gòu)加固計(jì)算后，方能確認(rèn)此方案可行。
可參考下列概念設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)做法：

03立式防火抗爆墻
立式的防火抗爆墻和上述兩種的差別在于,原有建筑物無(wú)法滿(mǎn)足爆炸沖擊波的受力。但此種做法除了需證明立式的防火抗爆墻本身結(jié)構(gòu)能滿(mǎn)足鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件允許變形量之外，關(guān)于基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的地基連接的抗彎矩及地基承載力計(jì)算后，防火抗爆墻基礎(chǔ)不至于傾覆。
從經(jīng)濟(jì)上來(lái)說(shuō)，此種方案較上述兩種方案較昂貴，并且施工難度較高，周期較長(zhǎng)。另外涉及到地下管道及排水問(wèn)題，需在設(shè)計(jì)時(shí)考慮好，以避免發(fā)生地下管道挖斷情況。
可參考下列概念設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)做法：

04噴涂式防火抗爆墻
噴涂式的防火抗爆墻主要是使用聚脲防爆涂料噴涂在原有件組墻體，透過(guò)拉伸強(qiáng)度及撕裂強(qiáng)度來(lái)抵擋爆炸沖擊波。安裝時(shí)僅需采用噴涂方式噴涂于室內(nèi)外墻表面，便擁有了防腐防爆的效果，對(duì)于原有建筑物結(jié)構(gòu)柱及梁起到結(jié)構(gòu)加固的效果，而且預(yù)算上較為經(jīng)濟(jì)，安裝周期短。另外在建筑物非面向爆炸隱患的屋面上方或者側(cè)墻及后墻，均可采用同樣做法。
可參考下列概念設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)做法：
05移動(dòng)式防火抗爆屋
此種做法主要是當(dāng)控制室及機(jī)柜間在防火防爆間距無(wú)法滿(mǎn)足國(guó)標(biāo)要求下，采取的一種可供選擇的做法。
移動(dòng)式防火抗爆屋一般可作為化學(xué)品儲(chǔ)存間，人員避難所或者控制室機(jī)柜間使用。可參考下列概念設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)做法：


一、概述抗爆墻是由金屬結(jié)構(gòu)組成的墻體。與鋼筋混凝土抗爆墻相比它具有重量輕和易裝易卸可回收再利用等優(yōu)點(diǎn)?？贡瑝τ删哂锌贡芰Φ牟蝗疾牧蠘?gòu)成。二、適用范圍適用于石油化工、核電、軍工、離岸石油平臺(tái)、電源變壓器室、倉(cāng)庫(kù)等。
在建筑物內(nèi)需要分隔的存放有易爆物品的工房。三、材料與結(jié)構(gòu)抗爆墻由鋼龍骨和纖維水泥復(fù)合鋼板及巖棉組成。纖維水泥復(fù)合鋼板是由上下兩塊沖孔的0.5mm厚鍍鋅鋼板強(qiáng)力壓擠在8.5mm厚纖維水泥上構(gòu)成的合成防火板材，夾在兩層鋼板中間的纖維水泥層具有吸收能量的作用。纖維水泥復(fù)合鋼板的規(guī)格是2400×1200×9.5（2440×1220×9.5）。施工時(shí)可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行切割。纖維水泥復(fù)合鋼板的表面平整，不用找平即可做涂料等各種裝飾，若不做裝飾面層還可以使建筑更能體現(xiàn)工業(yè)感。四、選用要點(diǎn)抗爆墻分為非保溫型和保溫型兩種。保溫型為在金屬骨架的內(nèi)外兩側(cè)均做纖維水泥復(fù)合鋼板，并在骨架中間填充巖棉。保溫型抗爆墻耐火極限可達(dá)4h?？贡瑝υ谶x定生產(chǎn)廠家后，需要由生產(chǎn)廠家做二次設(shè)計(jì)?？贡瑝Φ匿擙埞遣捎美鋸澋冗叢垆?，冷彎等邊槽鋼的尺寸大小根據(jù)抗爆壓力值的要求和墻體高度經(jīng)結(jié)構(gòu)計(jì)算確定。

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