總結——結構性抗爆設計
本次總結主要包括六方面,分別是:中國抗爆結構政策要求、抗爆目標、需要進(jìn)行抗爆設計的建筑物、如何進(jìn)行抗爆設計、設計程序、中國抗爆結構改造標準。
1 中國抗爆結構政策要求
①《抗爆間室結構設計規范》(GB50907-2013)適用于鋼筋混凝土抗爆間結構,給出了2條必須要做到的規定;
②新建抗爆建筑物平面布置應符合《石油化工企業(yè)防火規范》(GB50160-2018)的要求;
③《石油化工建筑物抗爆設計標準》征求意見(jiàn)稿適用于石油化工新建、改擴建工程有抗爆要求建筑物的建筑、結構、通風(fēng)與空調專(zhuān)業(yè)的抗爆設計;
④剪力墻兩端和抗爆門(mén)窗洞邊應設暗柱加強,且應符合《建筑抗震設計規范》(GB 50011-2016)對邊緣構件的要求;
⑤抗爆控制室的防排煙系統設計,應符合《建筑設計防火規范》(GB 50016-2019)和《建筑防煙排煙系統技術(shù)標準》(GB 51251-2017)的相關(guān)規定;
⑥既有建筑物抗爆加固設計的構件設計計算、材料、構造要求,還應符合現行國家標準《混凝土結構設計規范》(GB 50010-2015)、《混凝土結構加固設計規范》(GB 50367-2013)、《砌體結構設計規范》(GB 50003-2011)、《砌體結構加固設計規范》(GB 50702-2014)、《鋼結構設計標準》(GB50017-2017)的規定。
2 抗爆目標
人員安全、控制機關(guān)、財務(wù)考慮
3 需要進(jìn)行抗爆設計的建筑物
通過(guò)標準做法或遵循CCPS建筑指南或API RP-752(附件)中所述的特定場(chǎng)所方法;對于距離爆炸源不夠遠的建筑物,可能遭受破壞性的過(guò)壓,滿(mǎn)足下列任一個(gè)條件都要增強抗爆性:
①符合入住標準但短時(shí)間內不能疏散全部住戶(hù)的住房;
②提供關(guān)鍵服務(wù)的建筑--操作單元的控制臺或操作臺、控制多個(gè)操作單元或者控制特別高風(fēng)險單元的建筑物。
4 如何進(jìn)行抗爆設計
(1)爆炸評估和設計過(guò)程的基本步驟
首先是定義住戶(hù)對建筑物的要求和需求;然后確定用于量化設計爆炸超壓的爆炸場(chǎng)景、確定建筑物在爆炸場(chǎng)景中的表現、確定建筑物各個(gè)組成部分的爆炸荷載;這些步驟完成后選擇建筑物的結構、材料以及相關(guān)結構特性和響應極限,接著(zhù)選擇和執行適合于特定情況的結構計算級別;最后在基礎設計和輔助設計的基礎上,完善細節和文件。
(2)不同構造類(lèi)型的抗壓抗爆效果
①石油化學(xué)建筑物
石油化學(xué)建筑物的通用系統:普通建筑物的大窗戶(hù)、未加筋的砌體墻和薄弱的結構連接;側向過(guò)壓約1.0 psi (6,8 kPa);帶金屬覆層的預制鋼框架、帶磚石或預制混凝土墻的鋼框架;承受靜荷載、動(dòng)荷載、風(fēng)、地震荷載;對于增強的預制金屬建筑由鋼框架組成,有冷彎鋼板并支撐在冷彎鋼梁和條上;可抵抗所有垂直和橫向荷載; 側向過(guò)壓范圍為1到3 psi(6.9到21 kPa)
增強抗爆性的設計改進(jìn)方法:a) 指定更緊密的鋼框架間距;b) 對圍梁和檁條使用對稱(chēng)截面(背靠背C形),并減少其間距;c) 增加錨栓尺寸和加強基礎和屋頂的墻板連接;d) 增加覆層緊固件的數量,并使用超大墊圈以減少壁板材料的撕裂;e) 立柱固定底座。
②砌墻施工
③金屬復合結構
金屬覆層建筑采用傳統的“粘住式”設計,框架、圍梁和檁條采用熱軋結構形狀;外墻使用金屬壁板或絕緣夾芯板,金屬或者其他連接器;鋼框架可以抵抗所有垂直和橫向載荷;增強了連接以開(kāi)發(fā)結構構件的全部塑性強度(極限彎矩和/或剪切能力);承受3 psi(21 kPa)側向超壓的爆炸載荷。
④預制混凝土墻施工
鋼或混凝土框架的預制混凝土墻,框架抵抗所有垂直載荷;預制剪力墻抵抗橫向載荷;屋頂通常是金屬甲板上的混凝土板,金屬甲板通過(guò)雙頭螺栓或水坑焊縫固定在鋼框架上;可承受7至10 psi(48至69 kPa)側向超壓的爆炸載荷。
⑤現澆混凝土墻結構
剪力墻抵抗水平載荷,鋼和混凝土框架支撐垂直載荷;選擇混凝土墻的厚度以及鋼筋的尺寸和位置抵抗爆炸載荷;大于7 psi(48 kPa)的側面爆炸超壓通常不需要這種構造。
5 設計程序
設計時(shí)需要掌握一些通用的概念,比如能量吸收,安全系數,極限狀態(tài),負載組合,電阻功能,結構性能注意事項,其中最重要的是冗余,沒(méi)有冗余就不能滿(mǎn)足所有要求的強度和性能標準的設計。
6 中國防爆結構改造標準
根據《抗爆間室結構設計規范》(GB50907-2013),對新建、改建、擴建和技術(shù)改造項目中的鋼筋混凝土抗爆間結構必須執行以下規定:抗爆間室(泄爆面除外)在設計藥量爆炸荷載作用下,不應產(chǎn)生爆炸飛散、爆炸震塌破壞和爆破片的穿透破壞。對于材料,抗爆間室鋼筋混凝土結構鋼筋的抗拉性強度實(shí)測值與屈服強度實(shí)測值的比值不應小于1.25;鋼筋的屈服強度實(shí)測值與屈服強度標準值的比值不應大于1.3,且鋼筋在最大拉力的總伸長(cháng)率實(shí)測值不應小于9%;鋼筋的強度標準應具有不小于95%的保證率。并規定了爆炸對結構的整體作用計算和局部破壞驗算,截面設計計算,抗爆門(mén)等效靜荷載簡(jiǎn)化計算等。
《石油化工建筑物抗爆設計標準》征求意見(jiàn)稿指出抗爆建筑物的抗爆要求、爆炸沖擊波超壓應通過(guò)爆炸安全性評估確定。規定了爆炸荷載,建筑設計,結構設計,通風(fēng)與空調設計,既有爆炸物抗爆加固。