黃思遠(yuǎn)（北京燕山玉龍石化工程股份有限公司土建室，北京 102500）

1 荷載

抗爆控制室除了受到常規(guī)荷載的作用以外，還要抵抗爆炸荷載的作用。爆炸產(chǎn)生的沖擊波是一種瞬時(shí)荷載，其特點(diǎn)是荷載大，作用時(shí)間短，且荷載大小隨時(shí)間變化。

當(dāng)有專(zhuān)業(yè)機(jī)構(gòu)提供的安全分析評(píng)估報(bào)告時(shí)，抗爆控制室的爆炸荷載應(yīng)按安全分析評(píng)估報(bào)告采用。如沒(méi)有安全分析評(píng)估報(bào)告，也可按GB50779-2012《石油化工控制室抗爆設(shè)計(jì)規(guī)范》第5.3.1條采用，所采用的爆炸荷載應(yīng)在設(shè)計(jì)文件中加以說(shuō)明。

2 抗爆控制室設(shè)計(jì)基本規(guī)定

2.1 設(shè)計(jì)原則

按照規(guī)范的設(shè)計(jì)水準(zhǔn)，允許在爆炸事故發(fā)生后，結(jié)構(gòu)處于非彈性狀態(tài)而不至于倒塌。即建筑物在遭受爆炸荷載作用后允許發(fā)生一定程度的損壞，但修復(fù)后仍可繼續(xù)使用。計(jì)算在爆炸荷載作用下結(jié)構(gòu)的變形，將延性比和支座轉(zhuǎn)角等變形指標(biāo)控制在規(guī)范允許的范圍內(nèi)。

由于爆炸荷載屬偶然作用，具有較大的不確定性，因此概念設(shè)計(jì)在抗爆設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)引起足夠的重視，同時(shí)應(yīng)選取合適的計(jì)算模型、采取與模型一致的構(gòu)造措施。

2.2 設(shè)計(jì)方法

單自由度體系動(dòng)力分析或等效靜荷載分析方法是在爆炸荷載工況下，規(guī)范推薦的抗爆控制室常用的動(dòng)力分析方法。

2.3 抗爆控制室的結(jié)構(gòu)選型及作用原理

（1）結(jié)構(gòu)選型

抗爆控制室一般采用單層框-剪抗爆結(jié)構(gòu)，外圍抗爆剪力墻與內(nèi)部框架柱脫開(kāi)布置，實(shí)現(xiàn)爆炸水平荷載由外圍抗爆墻屈服耗能而內(nèi)部框架不承受爆炸水平荷載（只承受垂直荷載）的目的，保證了主要結(jié)構(gòu)的安全性?？贡瑝εc框架柱之間保持距離d=tan θ×H/2(d 為抗爆墻與框架柱的距離；θ 為抗爆墻彈塑性轉(zhuǎn)角；H 為墻板計(jì)算跨度)

（2）爆炸力的傳遞過(guò)程

當(dāng)爆炸發(fā)生時(shí)，正對(duì)爆炸源的抗爆墻將爆炸力傳給上部的屋面板和下部的基礎(chǔ)，由于屋面板平面內(nèi)剛度很大，屋面板又將荷載傳給側(cè)面及后面的抗爆墻，側(cè)面及后面的抗爆墻再將荷載傳給基礎(chǔ)，而內(nèi)部的框架只承受豎向荷載。

2.4 荷載組合

荷載效應(yīng)組合按國(guó)標(biāo)規(guī)范5.5.條執(zhí)行

2.5 變形控制

在爆炸荷載參與作用下，結(jié)構(gòu)抗爆構(gòu)件宜按彈塑性工作階段設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)構(gòu)件的延性比和彈塑性轉(zhuǎn)角應(yīng)在規(guī)范允許的范圍內(nèi)。

2.6 材料的特性及強(qiáng)度取值

不同等級(jí)材料的平均屈服強(qiáng)度高于規(guī)范中給定的材料強(qiáng)度值，抗爆設(shè)計(jì)中采用系數(shù)rsif考慮這種情況。當(dāng)考慮材料特性與應(yīng)變速率變化的影響時(shí)，采用rdif的系數(shù)。rdif隨應(yīng)變速率的增大而增大；在爆炸荷載參與作用的情況下，材料的動(dòng)力強(qiáng)度比正常使用情況有所提高，采用鋼筋和混凝土的強(qiáng)度乘以以上兩項(xiàng)系數(shù)，對(duì)此國(guó)標(biāo)規(guī)范5.7 條有詳細(xì)規(guī)定。

3 設(shè)計(jì)流程

3.1 前期準(zhǔn)備階段

根據(jù)建筑專(zhuān)業(yè)提供的條件，確定抗爆墻的平面位置及結(jié)構(gòu)的抗爆性能目標(biāo)。根據(jù)相關(guān)專(zhuān)業(yè)條件及規(guī)范確定前墻的爆炸荷載。

3.2 確定計(jì)算模型及構(gòu)件試算

抗爆構(gòu)件的設(shè)計(jì)過(guò)程為試算的過(guò)程。首先依據(jù)安評(píng)報(bào)告或規(guī)范給出的爆炸力，計(jì)算爆炸荷載各項(xiàng)參數(shù)。

選擇結(jié)構(gòu)構(gòu)件材料、設(shè)定外墻參數(shù)后，進(jìn)行各個(gè)構(gòu)件的單自由度體系動(dòng)力計(jì)算，根據(jù)計(jì)算得出的變形結(jié)果（延性比、彈塑性轉(zhuǎn)角）來(lái)調(diào)整構(gòu)件的材料和參數(shù)，直至符合規(guī)范要求。通常的做法是先假定構(gòu)件的配筋A(yù)s，核算構(gòu)件的延性比、轉(zhuǎn)角是否滿足要求。對(duì)結(jié)構(gòu)裂縫可不進(jìn)行驗(yàn)算。

3.3 無(wú)爆炸荷載參與時(shí)的結(jié)構(gòu)計(jì)算

不考慮爆炸荷載作用時(shí)，結(jié)構(gòu)計(jì)算按正常使用情況設(shè)計(jì)，使用PKPM 或其它結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件進(jìn)行計(jì)算，對(duì)外圍抗爆剪力墻以外的框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行恒、活、風(fēng)、地震等荷載效應(yīng)組合下的承載力和正常使用分析。

3.4 施工圖繪制

在計(jì)算完成后進(jìn)行施工圖繪制時(shí)，應(yīng)按正常使用情況結(jié)構(gòu)計(jì)算和爆炸荷載參與作用彈塑性計(jì)算兩種工況的不利結(jié)果進(jìn)行取值。爆炸荷載參與作用下的彈塑性計(jì)算結(jié)果是抗爆墻的控制工況，抗爆墻的截面大小、材料的強(qiáng)度等級(jí)及配筋量均應(yīng)按此工況的結(jié)果進(jìn)行設(shè)計(jì)；框架柱、梁及屋面板的設(shè)計(jì)應(yīng)按兩種工況進(jìn)行包絡(luò)設(shè)計(jì)，按兩種工況的不利結(jié)果進(jìn)行配筋。

應(yīng)當(dāng)注意的是，爆炸荷載的大小與抗爆構(gòu)件的剛度密切相關(guān)，抗爆墻的截面大小、混凝土及鋼筋的強(qiáng)度等級(jí)、配筋量均應(yīng)按計(jì)算結(jié)果進(jìn)行設(shè)計(jì)，不得隨意更改。因?yàn)榕浣盥蕦?duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的延性影響較大，隨意加大鋼筋面積將削弱構(gòu)件的變形能力和耗能性能，結(jié)構(gòu)將承受更大的爆炸力，反而會(huì)引起安全隱患。

4 工程實(shí)例

某化工區(qū)中央控制室建筑平面尺寸31.46m×21.46m，單層，計(jì)算高度7.8m（層高6.3m）。按規(guī)范算法，前墻抗爆計(jì)算過(guò)程如下：

本項(xiàng)目業(yè)主未請(qǐng)專(zhuān)業(yè)機(jī)構(gòu)做安全評(píng)價(jià)，故爆炸荷載按規(guī)范5.3.1條進(jìn)行取值進(jìn)行分析，按Pso=21kPa，td=100ms計(jì)算前墻的爆炸力。

墻板按上、下簡(jiǎn)支的單向板考慮。墻板計(jì)算跨度為7.8m，取1m 寬板帶，則b 為1m，假設(shè)墻板厚度h 為300mm，混凝土強(qiáng)度等級(jí)C40，鋼筋采用HRB400 級(jí)鋼筋，配豎向受力鋼筋20@150，As=2094.4mm2，截面有效高度255mm，則：

式中，Es 為鋼筋的彈性模量，取2×105N/mm2；Ecd 為混凝土動(dòng)彈性模量，取靜荷載作用時(shí)的1.2 倍，為3.9×104N/mm2。

開(kāi)裂截面慣性矩

式中，質(zhì)量傳遞系數(shù)Km 根據(jù)附錄B 取彈性與塑性的平均值0.415；m 為構(gòu)件質(zhì)量。

式中，KL 為荷載或剛度傳遞系數(shù)，查附錄B，取彈性和塑性的平均值0.57。 根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，可以查國(guó)標(biāo)規(guī)范附錄A的極限抗力-延性比關(guān)系圖，求得延性比μ。

另外，前墻的水平分布鋼筋可通過(guò)側(cè)墻傳來(lái)的水平剪力計(jì)算墻板平面內(nèi)的抗剪承載力得到此時(shí)，應(yīng)假設(shè)爆炸力正對(duì)側(cè)墻方向，即側(cè)墻轉(zhuǎn)為前墻，而計(jì)算前墻作為側(cè)墻。側(cè)墻（轉(zhuǎn)為前墻）峰值反射壓力:根據(jù)國(guó)標(biāo)規(guī)范附錄B 查得墻板每延米動(dòng)力反應(yīng)

墻板平面內(nèi)抗剪滿足要求。故水平分布鋼筋僅需滿足最小配筋率0.25%。配水平分布鋼筋16@150，配筋率0.45%。

側(cè)墻、屋面板、后墻的計(jì)算步驟與以上步驟類(lèi)似，而極限抗力-延性比關(guān)系圖不同。見(jiàn)國(guó)標(biāo)附錄A.0.3圖。

5 結(jié)語(yǔ)

（1）石油化工控制室的抗爆結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不同于一般結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對(duì)抗爆構(gòu)件采用的是彈塑性設(shè)計(jì)方法，允許構(gòu)件在爆炸荷載作用下發(fā)生變形，通過(guò)變形吸收并消耗爆炸能量，應(yīng)將變形控制在規(guī)范要求范圍內(nèi)。隨意加大截面及配筋有時(shí)反而不安全，這一點(diǎn)與常規(guī)設(shè)計(jì)時(shí)不一樣。

（2）要注重構(gòu)造措施，保證節(jié)點(diǎn)做法與計(jì)算模型一致。如抗爆墻底部墻體鋼筋不伸入到基礎(chǔ)里面，而是通過(guò)交叉斜筋形成鉸接。