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?？贡O(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?？蓞⒖枷铝懈拍钤O(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)做法：


施工方案一、參考圖集國(guó)家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)圖集-14J938-《抗爆、泄塌門(mén)窗及屋蓋、墻體建筑構(gòu)造》
二、施工流程測(cè)量定位放線?→?連接件安裝?→?龍骨安裝?→ 抗爆外板安裝?→?填充防火巖棉?→?抗爆內(nèi)板安裝?→ 清理收尾。
三、前期準(zhǔn)備1.廠家資質(zhì)：選擇施工資質(zhì)且具備抗爆墻檢測(cè)報(bào)告的施工廠家；2.深化設(shè)計(jì)：由廠家結(jié)合圖集規(guī)范與建筑設(shè)計(jì)圖要求進(jìn)行二次深化設(shè)計(jì)；3.機(jī)械準(zhǔn)備：外墻腳手架、移動(dòng)腳手架、登高車(chē)、叉車(chē)、吊車(chē)等；4.人員準(zhǔn)備：現(xiàn)場(chǎng)施工人員具備相關(guān)作業(yè)證，如電焊證、登高證等，并且通過(guò)了現(xiàn)場(chǎng)安全培訓(xùn)教育后才可入場(chǎng)施工。
四、材料準(zhǔn)備根據(jù)設(shè)計(jì)圖和圖集規(guī)范要求，選用的材料需符合本工程的設(shè)計(jì)要求，且具備合格證、檢測(cè)報(bào)告等證明文件。1.抗爆板材：纖維水泥復(fù)合鋼板，1200mm*2400mm*9.5mm；2.墻體龍骨：等邊冷彎槽鋼，150*50*3mm；3.墻體填充：150mm厚防火保溫巖棉；4.輔材耗材：膨脹螺栓、抗爆板螺絲、切割片、角碼、防銹漆等；
五、施工步驟1.定位放線：依據(jù)設(shè)計(jì)圖，在施工面的梁柱和地面上，使用水平儀、卷尺測(cè)量在墻體標(biāo)記出抗爆墻四周邊線，同時(shí)定出天地龍骨的位置。標(biāo)記完成后，應(yīng)進(jìn)行復(fù)核，檢查位置線的準(zhǔn)確性和完整性，如有變差應(yīng)及時(shí)調(diào)整；2.連接件安裝：依據(jù)標(biāo)記的位置線，使用沖擊鉆在主體結(jié)構(gòu)上鉆孔，將龍骨連接件用膨脹螺栓固定于主體結(jié)構(gòu)上；3.龍骨安裝：依據(jù)標(biāo)記的位置線，用膨脹螺栓固定好天地龍骨。天地龍骨固定好后，按兩者間的凈距離切割豎向龍骨。豎向龍骨切割好后依次推入天地龍骨間，翼緣朝向擬安裝板材的方向。待位置和垂直度調(diào)好后，將其兩端與天地龍骨焊接固定。龍骨的間距1200mm。豎向龍骨型號(hào)為150*50*3mm冷彎等邊槽鋼雙向背靠背安裝，焊接固定，橫向龍骨型號(hào)為150*50*3mm冷彎等邊槽鋼，焊接處須飽滿，并涂刷防銹漆；4.抗爆外板安裝：將尺寸為1200*2400*9.5mm抗爆板按照尺寸要求裁切好，裁切時(shí)應(yīng)沿直線切割，用抗爆板螺絲固定在龍骨上；5.防火巖棉填充：在龍骨之間，填充150mm厚防火保溫巖棉，鋪設(shè)過(guò)程需確保巖棉平整；6.抗爆內(nèi)板安裝：內(nèi)板安裝與外板工藝一致；7.清理收尾：清理現(xiàn)場(chǎng)施工垃圾，堆放到項(xiàng)目垃圾集放地點(diǎn)，并對(duì)整體施工成果對(duì)照設(shè)計(jì)圖做后的檢查，確保施工成果符合設(shè)計(jì)要求；
六、完工驗(yàn)收施工完成后，需要對(duì)抗爆墻進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)與驗(yàn)收。檢測(cè)內(nèi)容包括墻體的尺寸、垂直度、平整度等指標(biāo)。驗(yàn)收過(guò)程中，要按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范進(jìn)行，確保泄墻的性能和質(zhì)量符合設(shè)計(jì)要求。

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