石油化工行業(yè)由于其生產(chǎn)加工產(chǎn)品的特殊性，在生產(chǎn)過程中有發(fā)生爆炸的危險，隨著近幾年石化裝置的日益大型化和復(fù)雜化，爆炸事故的發(fā)生幾率也隨之增加，這對結(jié)構(gòu)的安全性提出了更高的要求?？刂剖易鳛槿珡S或裝置生產(chǎn)的指揮中心，當(dāng)發(fā)生爆炸事故時，必須保證設(shè)備的正常工作及操作人員的生命安全，不能因為爆炸導(dǎo)致控制室結(jié)構(gòu)坍塌、功能失常而引發(fā)更嚴(yán)重的次生災(zāi)害。2020年初，中共中央辦公廳、國務(wù)院辦公廳印發(fā)《關(guān)于全面加強(qiáng)危險化學(xué)品安全生產(chǎn)工作的意見》。隨后各地紛紛開展“危險化學(xué)品安全專項整治三年行動”，其中一項便是“涉及甲、乙類火災(zāi)危險性的生產(chǎn)裝置控制室、交接班原則上不得布置在裝置區(qū)內(nèi)，確需布置的，應(yīng)按照《石油化工控制室抗爆設(shè)計規(guī)范》（GB50779-2012），在2020年底前完成抗爆設(shè)計、建設(shè)和加固。”
石化裝置的爆炸源多種多樣，有蒸汽云爆炸、壓力容器爆炸、濃縮相物質(zhì)爆炸以及粉塵爆炸等，其中最常見的是蒸汽云爆炸（BLEVE）。由于蒸汽云的擴(kuò)散與多種因素有關(guān)，因而爆炸點與抗爆建筑的距離也很難計算，并且爆炸產(chǎn)生的沖擊波超壓其性質(zhì)和破壞力也具有不確定的特性，因此抗爆設(shè)計相較于著重結(jié)構(gòu)的力學(xué)計算，更應(yīng)注重抗爆概念設(shè)計，從總圖布局、結(jié)構(gòu)選型等多方面綜合考慮?？贡ㄖ钥贡瑯?gòu)件的不同可分為砌體結(jié)構(gòu)、鋼抗爆墻結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土抗爆墻結(jié)構(gòu)，其中鋼筋混凝土抗爆墻為現(xiàn)階段國內(nèi)最常用結(jié)構(gòu)，因為該結(jié)構(gòu)擁有抗爆原理清晰、計算方式簡便、抗爆效果好、便于施工等優(yōu)勢。本文后續(xù)內(nèi)容就以鋼筋混凝土抗爆墻結(jié)構(gòu)為例來介紹建筑的抗爆設(shè)計內(nèi)容。
具體設(shè)計時，結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)在方案階段便參與設(shè)計，與自控、總圖、建筑等專業(yè)共同制定布置方案，盡量從源頭控制建筑的結(jié)構(gòu)合理性和經(jīng)濟(jì)性，主要為以下幾點：盡量遠(yuǎn)離爆炸源；盡量做成低矮的單層建筑；建筑平面宜為接近正方形的規(guī)整矩形；盡量做成鋼筋混凝土抗爆墻結(jié)構(gòu)；屋面梁跨度在滿足操作要求前提下盡量小，房屋開間和次梁間距盡量接近；與抗爆墻相連的剛性地坪盡量不開大洞。
鋼筋混凝土構(gòu)件能夠抗爆的原理是構(gòu)件在彈塑性階段可以通過塑性形變來耗能。
圖a為彈塑性構(gòu)件的變形（y）與構(gòu)件極限抗力（Ru）的關(guān)系圖。其中ym/ye即為延性比μ，陰影部分即對抗力的路徑積分，這部分圍成的面積即構(gòu)件抵抗外力所消耗的能量?？梢钥闯觯跇?gòu)件極限抗力Ru相同的情況下，μ越大，構(gòu)件耗能越多，但構(gòu)件塑性變形也越大。墻、板等構(gòu)件發(fā)生塑性變形后不會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失去豎向承載能力，且修復(fù)相對簡單，所以μ值可以設(shè)計得大一些；而主梁的過大塑性變形可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)倒塌，所以μ值可以設(shè)計得略??；對于柱，因為主要是拉壓變形，延性較小，所以可以按照彈性階段設(shè)計。圖b為完全彈性構(gòu)件的變形（y）與構(gòu)件抗力（R）的關(guān)系圖?？煽闯鰳?gòu)件只變形不耗能，承受的所有能量全部傳遞給下一級構(gòu)件。
因此，預(yù)選構(gòu)件的截面和配筋時，建議在滿足規(guī)范對于延性比和變形的要求前提下，盡量使構(gòu)件進(jìn)入塑性階段（即延性比μ>1）使其能夠充分耗能，防止在爆炸荷載作用下沒有起到耗能作用，將爆炸荷載傳遞給豎向受力構(gòu)件。另外，構(gòu)件進(jìn)入塑性的程度宜有所區(qū)別，次要及容易修復(fù)的構(gòu)件（如墻、樓板、屋面板）延性比可取大一些，主要構(gòu)件（主梁、柱）延性比可取小一些，直至按彈性設(shè)計。
本文就介紹到這里，后續(xù)還會詳細(xì)介紹分析爆炸荷載、材料的抗爆性能、單自由度構(gòu)件的彈塑性設(shè)計以及抗爆建筑的構(gòu)造與節(jié)點相關(guān)內(nèi)容。
