石油化工控制室结构抗爆设计及算例

石油化工装置多数具有易燃、易爆的特征。这类易燃、易爆装置一旦发生事故，可能会引起火灾和爆炸事故。在石化装置中，控制室是保障装置正常运行的中枢，它控制着装置的运行状态，同时，也是装置中人员聚集较多的场所。因此，装置发生爆炸事故时，应确保控制室不受损坏，避免因装置失控而产生系列事故、次生灾害和人员伤亡。

现阶段，石油化工装置规模正在呈大型化、集中化、密集化的趋势发展，因此，装置发生爆炸事故的危险性随之增大，爆炸造成建筑物的破坏、人员和经济损失也随之增加。具有爆炸危险性建筑物的抗爆设防也就越来越引起各方的重视。

近年来，石油化工控制室结构抗爆设计在石化行业中被广泛应用，但相关参考资料并不多。本书根据《石油化工控制室抗爆设计规范》（GB50779—2012），参照美国土木工程师协会（ASCE）《Design of Blast Resistant Buildings in Petrochemical Facilities》一书，结合编者多年从事石油化工控制室结构抗爆设计的经验和体会编著而成。

本书以等效单自由度体系为基础，详细介绍了控制室抗爆结构设计的基本原理；建设性地提出了两水准抗爆设计的理念；补充了单自由度动力计算参数；推导出主次梁耦联振动，两层抗爆结构振动，基础动力分析等实用计算方程；提出了应用有限软件模拟抗爆工况的处理方法。本书包含了钢筋混凝土结构、钢结构和配筋砌体抗爆墙等多种结构形式。本书不仅详细阐述了结构抗爆设计的动力设计方法，还提供了等效静力设计方法的实用计算表格。

本书共分七章，内容针对石化控制室抗爆结构设计工程实践中遇到的问题和处理方法，并列有一些实用图表和计算实例，可供石油化工行业结构设计人员参考，以助提高设计质量及效率。本书的特点是内容全面、实用、可读性和可操作性强。

本书由孙新主编并负责第3～6章的编写和相关计算程序的开发工作，王铁红负责第1、2、7章的编写工作。

由于本书涉及的专业技术面较广，限于编著者水平，不当之处在所难免，希望读者多多批评指正，我们将不胜感谢。

编著者

2020年4月

本书以等效单自由度体系为基础，详细介绍了控制室抗爆结构设计的基本原理；建设性地提出了两水准抗爆设计的理念；补充了单自由度动力计算参数；推导出主次梁耦联振动，两层抗爆结构振动，基础动力分析等实用计算方程；提出了应用有限软件模拟抗爆工况的处理方法。本书的内容包含了钢筋混凝土结构、钢结构和配筋砌体抗爆墙等多种结构形式。本书内容全面、实用、可读性和可操作性强，不仅详细阐述了结构抗爆设计的动力设计方法，还提供了等效静力设计方法的实用计算表格。

本书可供石油化工行业结构设计人员使用，也可供高等院校石油化工设计类相关专业学生参考。

孙新，中石油吉林化工工程有限公司，副总工程师，1987年毕业于大连工学院，国家一级注册结构工程师。毕业以来，一直在石油化工行业从事结构设计、生产和技术管理工作，曾在多个大型石化项目中担任技术负责人；主持开发的“抗爆控制室动力分析程序”在近百项工程中应用，取得了良好效果；在承担本职设计工作同时，对专业技术进行深入探讨，撰写了多篇论文发表于《建筑结构》、 《化工设计》等国家及行业期刊。

第1章概述001

1.1石油化工控制室结构抗爆设计的特点002

1.2石油化工控制室结构抗爆设计基本原则003

1.2.1建筑抗爆设计的设防目的003

1.2.2建筑抗爆设计的设防范围003

1.2.3石化控制室抗爆设防要求004

第2章爆炸荷载005

2.1爆炸的种类006

2.2蒸气云爆炸006

2.3爆炸荷载的特点007

2.3.1爆炸荷载类型007

2.3.2爆炸荷载发生的频率007

2.4爆炸冲击波007

2.4.1冲击波超压008

2.4.2冲击波峰值入射超压008

2.4.3峰值反射压力008

2.4.4动压009

2.4.5爆炸冲击波波速009

2.4.6爆炸冲击波波长009

2.4.7爆炸冲击波简化009

2.5控制室爆炸荷载010

2.5.1前墙爆炸荷载010

2.5.2侧墙和屋面爆炸荷载011

2.5.3后墙爆炸荷载012

2.5.4爆炸冲击波荷载的性质013

2.5.5关于L1取值的讨论013

2.6爆炸荷载组合014

第3章石化控制室的抗爆设计水准015

3.1关于石化控制室抗爆设计水准的设想016

3.2爆炸荷载与地震荷载比较017

3.3抗爆设计两水准的建立018

第4章抗爆控制室的结构分析方法019

4.1等效静力法020

4.1.1确定等效静荷载020

4.1.2构件的延性设计021

4.1.3截面配筋计算022

4.1.4构件弹塑性变形验算023

4.1.5等效静力荷载动力系数表023

4.2单自由度动力分析029

4.2.1单自由度体系029

4.2.2单自由度动力方程的求解方法030

4.2.3非线性分析的增量表达式032

4.2.4线加速度法求解动力方程的基本步骤032

4.2.5求解单自由度动力方程框图033

4.2.6单自由度体系等效方法036

4.2.7单自由度体系的支座动反力042

4.2.8抗力函数和有效双直线刚度044

4.2.9各种支座形式和荷载条件的单自由度构件动力计算参数045

4.3多自由度动力分析049

4.3.1两层结构侧墙平面内振动049

4.3.2主次梁耦联振动051

4.3.3应用SAP2000进行抗爆动力时程分析054

4.3.4SAP2000抗爆时程动力分析举例060

第5章控制室抗爆结构设计069

5.1抗爆结构体系070

5.1.1结构组成与传力路径070

5.1.2结构材料072

5.1.3结构计算模型的简化073

5.1.4抗爆结构布置的基本要求074

5.2材料动力特性077

5.2.1强度提高系数077

5.2.2动力提高系数078

5.3设计指标078

5.3.1设计强度078

5.3.2弹塑性变形080

5.4构件的抗爆设计081

5.4.1钢筋混凝土前墙081

5.4.2钢筋混凝土侧墙082

5.4.3钢筋混凝土屋面板（平面内）083

5.4.4钢筋混凝土屋面板（平面外）085

5.4.5钢筋混凝土屋面次梁086

5.4.6钢筋混凝土屋面主梁（横向框架梁）087

5.4.7钢筋混凝土框架中柱089

5.4.8钢筋混凝土隔离前室隔墙和顶板090

5.4.9钢筋混凝土女儿墙090

5.4.10钢结构构件091

5.4.11配筋砌体抗爆墙091

5.4.12钢筋混凝土抗爆墙无缝设计093

5.4.13抗爆防护门窗的选用方法097

5.5结构构造措施098

5.5.1钢筋混凝土结构098

5.5.2钢结构100

5.5.3配筋砌体结构100

5.5.4构造节点101

第6章地基基础抗爆设计103

6.1地基基础抗爆设计基本要求104

6.1.1天然地基基础104

6.1.2桩基础104

6.1.3基础强度验算104

6.2静力法基础抗爆设计104

6.3动力分析方法基础抗爆设计105

6.3.1基础动力分析模型105

6.3.2地基的动力特性106

6.3.3基础动力方程求解方法109

6.3.4基础动荷载110

第7章抗爆设计计算实例113

7.1等效静力法构件抗爆计算114

7.1.1设计指标114

7.1.2前墙抗爆计算114

7.1.3屋面板抗爆计算115

7.1.4前室隔墙抗爆计算116

7.1.5前室顶板抗爆计算117

7.1.6女儿墙抗爆计算118

7.1.7抗爆防护门选用计算120

7.2单层钢筋混凝土结构控制室抗爆计算120

7.2.1设计数据120

7.2.2材料动力强度121

7.2.3爆炸荷载计算121

7.2.4前墙抗爆计算123

7.2.5后墙抗爆计算126

7.2.6屋盖结构抗爆计算126

7.2.7框架柱抗爆计算138

7.2.8侧墙抗爆计算143

7.3主次梁耦联抗爆计算145

7.3.1屋面次梁非耦联振动计算145

7.3.2屋面主梁非耦联振动计算148

7.3.3屋面主梁（横向框架梁）与屋面次梁耦联振动计算151

7.4两层钢筋混凝土结构控制室抗爆计算155

7.4.1设计数据155

7.4.2材料动力强度155

7.4.3爆炸荷载计算155

7.4.4前墙抗爆计算157

7.4.5后墙抗爆计算160

7.4.6楼盖和屋盖结构抗爆计算161

7.4.7侧墙抗爆计算165

7.5单层钢结构控制室抗爆计算168

7.5.1设计数据168

7.5.2材料动力强度168

7.5.3屋盖结构抗爆计算169

7.5.4钢柱抗爆计算178

7.6组合砖砌体墙抗爆计算181

7.6.1设计数据181

7.6.2材料动力强度181

7.6.3爆炸荷载计算182

7.6.4前墙抗爆计算184

7.6.5后墙抗爆计算185

7.6.6侧墙抗爆计算186

7.7配筋混凝土砌块砌体墙抗爆计算187

7.7.1设计数据188

7.7.2材料动力强度188

7.7.3前墙抗爆计算188

7.7.4后墙抗爆计算190

7.7.5侧墙抗爆计算190

7.8天然地基基础计算（静力分析）192

7.8.1地基动力设计参数192

7.8.2基础爆炸荷载192

7.8.3前墙基础地基承载力验算193

7.8.4侧墙基础地基承载力验算193

7.8.5中柱基础地基承载力验算194

7.8.6基础抗倾覆验算194

7.8.7基础抗滑移验算194

7.9桩基基础计算（动力分析）194

7.9.1设计数据194

7.9.2爆炸荷载计算196

7.9.3设计参数计算197

7.9.4基础动力计算199

7.9.5桩基承载力验算200

参考文献202

1.本书根据《石油化工控制室抗爆设计规范》（GB50779-2012）及参照美国土木工程师协会（ASCE） 相关资料内容编写，结合编者多年设计经验和体会编著而成内。

2. 细阐述了结构抗爆设计的动力设计方法，还提供了等效静力设计方法的实用计算表格。

3.针对石化控制室抗爆结构设计工程实践中遇到的问题和处理方法，提供实用图表和计算实例，参考性强。