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【摘 要】随着我国社会经济的进一步发展，石油化工类装置逐渐朝着超大规模化与高度自动化、智能化的方向不断改进。从石油化工企业的生产特征层面而言，原材料、半成品与产成品多属于易爆、易燃、有毒类物质，且通常情况下在实际的生产过程中会伴随着高压与高温等特殊条件，所以装置出现爆炸风险性较高。因此研究石油化工抗爆建筑结构设计有着重要的现实意义。
【关键词】石油化工装置；控制室；抗爆结构设计
一、控制室抗爆概述
近年来，由于工艺生产装置技术的发展，对装置自动控制水平的集成化程度也不断得到提高。我们知道，炼油、化工厂中许多生产装置均具有易燃易爆的特点，为保证在任何情况下对生产装置的正常操作和安全开停车，最经济有效的方式是总图规划时将控制中心设置在远离装置爆炸区的范围内。但是，控制中心与装置之间距离过大必将增加管线与电缆的造价，占地面积也相应增加，而控制中心距离装置较近则需要考虑爆炸力对控制室的影响，即对控制室进行抗爆设计，因此有关控制室的选址应该进行必要的技术经济分析。有时当总图布置受实际场地及诸多原因的影響，只能设置在距装置较近的地方时，为保证生产装置的正常操作，必须对控制中心建筑物进行抗爆设计。
二、抗爆建筑结构的设计基础
根据建筑结构荷载规范的相关内容来看，爆炸荷载属于偶然荷载，它是企业各部门按自身的专业特点、经验采用，且有相关的标准规定的，在目前，我国还没有制定相关的规范标准，但在石油行业却有出台相关的抗爆设计规范。爆炸荷载的特点是，在极短的时间内爆炸值非常的大，但持续的时间段，只有几毫秒左右，在空气冲击波传播过程中强度衰减的很快。而且，爆炸荷载值的代表值是由空气冲击波-超压函数和建筑物的形状、建筑物的方位来确定的。按照国际惯例来看，爆炸荷载的计算主要是由爆炸的超压力Pso及爆炸持续时间t0计算出来的，因此，工程师们可以根据计算所得的爆炸荷载代表值选择合适的结构并后进行抗爆的设计
分析。
三、石油化工装置抗爆结构设计原则
石油化工装置爆炸通常以气体爆炸形式出现，一旦装置发生爆炸，就有爆炸产生的空气波冲击作用在控制室的外墙和屋面上，这就是爆炸动力作用。所谓抗爆设计，就是要使控制室的外墙和屋面能抵抗住这种作用，使控制室裂而不倒。控制室抗爆设计水准是允许在爆炸事故后，结构处于非弹性状态而不至于倒塌。当遭受一次爆炸荷载作用，可能局部损坏时，经一般修理应能继续使用。在保证建筑物整体安全的同时，结构构件必须具有足够的变形能力。
（1）在爆炸动荷载作用下，允许结构构件进入弹塑性状态。
（2）结构本身的抗爆性能取决于结构的最大变形，引起结构倒塌的主要原因是由于变形能力和耗能能力不足。抗爆动力分析的目的是要确定建筑物的变形，其变形计算包含延性比、支座转角计算。
（3）由于装置爆炸所产生的冲击波超压性质和破坏力具有不确定性的特征，因此，在力学计算的基础上，抗爆设计过程中更应该重视概念设计，从建筑布局、结构选型等多方面综合考虑。
（4）当采用单层钢筋混凝土剪力墙结构时，构件呈现单自由度动力特征，其动力分析可近似采用单自由度体系动力分析方法。
四、抗爆建筑结构设计应用
（一）建筑结构材料和结构形式
在石油化工建筑抗暴设计中，要达到的最重要的指标就是，结构在爆炸的作用力中不发生突然倒塌，同时要保证建筑物的整体安全性，且具备一定的吸收爆炸能量的能力。就需要，保证材料必须具有足够的强度和延展性，普通的混泥土等脆性的材料就不实用。在爆炸的作用力下，建筑物受到的冲击相当大，所以要求结构材料要有足够的变形能力，现在普遍的认为钢筋混凝土是最经济合理的材料，特别是当建筑物处于高压和高热的爆炸源附近时。
（二）荷载代表值同爆炸波的关系
在石油化工抗爆建筑中，主要承受的爆炸有：蒸汽云爆炸、压力容器爆炸、浓缩相爆炸、粉尘爆炸。最主要的特征就是压缩能量突然释放，形成短时的压力增长现象，然后爆产生的超压传递到建筑物上形成爆炸荷载。由于建筑物离爆炸源的距离不同，受到的爆炸作用力也不同，一般情况下，离爆炸源近的受到冲击波，离爆炸源远的受压力波。
（三）建筑物材料的标准和强度
通常的情况下，在爆炸中建筑材料变形速度越快，那么建筑材料的强度就是越强的。建筑材料强度的大小，会使建筑结构动力承受爆炸作用力的能力增加10%-30%之间。建筑材料在爆炸的影响下发生的强化效应，可以提高建筑物的抗爆性能，从而提高吸收爆炸能量的能力。在实际的爆炸受力中，材料的平均强度会超过相关的规范要求。
五、抗爆设计实例分析
（一）工程概况
某石化项目控制室，建筑平面尺寸为10.0m×29.4m，建筑总高度为5.5m，单层框架，结构外部配置抗爆墙及抗爆屋顶，均采用现浇钢筋混凝土结构。结构构件尽量均匀布置，避免结构刚度不规则。抗爆设计按照动力反应的等效静力计算方法进行计算，以控制室前墙为例进行结构抗爆分析和设计。
（二）抗爆建筑物结构形式及传力路径
（1）抗爆建筑物结构形式
对于承受爆炸荷载的建筑物，一般要求平面为矩形，立面尽量简单，层数为单层，钢筋混凝土结构为经济单层整体钢筋混凝土箱形建筑，且带剪力墙。因此，设计建筑物外围墙体是将钢筋混凝土剪力墙作为抗爆墙，外墙包围的中间为竖向承重的框架结构。
（2）抗爆结构的传力路径
矩形平面在冲击波荷载作用下传力路径明确，它的传力路径是正面面对爆炸荷载墙（前墙），把受到的爆炸荷载传给屋面板和基础，屋面板把受到的荷载传递给剪力墙，剪力墙把荷载传给基础。爆炸能量通过结构的弹性变形，将没有被结构吸收的爆炸能量部分传至基础。抗爆结构设计中只限于外围结构构件直接承受爆炸动荷载作用，对内墙、与外围结构脱开的柱及中间楼板等一般不考虑由于结构振动引起的动力作用，仅在构造上予以适当加强。在设计过程中，通常是根据荷载的传力途径，逐个构件进行分析。抗爆结构的传力路径如图3所示。
【关键词】石油化工装置；控制室；抗爆结构设计
一、控制室抗爆概述
近年来，由于工艺生产装置技术的发展，对装置自动控制水平的集成化程度也不断得到提高。我们知道，炼油、化工厂中许多生产装置均具有易燃易爆的特点，为保证在任何情况下对生产装置的正常操作和安全开停车，最经济有效的方式是总图规划时将控制中心设置在远离装置爆炸区的范围内。但是，控制中心与装置之间距离过大必将增加管线与电缆的造价，占地面积也相应增加，而控制中心距离装置较近则需要考虑爆炸力对控制室的影响，即对控制室进行抗爆设计，因此有关控制室的选址应该进行必要的技术经济分析。有时当总图布置受实际场地及诸多原因的影響，只能设置在距装置较近的地方时，为保证生产装置的正常操作，必须对控制中心建筑物进行抗爆设计。
二、抗爆建筑结构的设计基础
根据建筑结构荷载规范的相关内容来看，爆炸荷载属于偶然荷载，它是企业各部门按自身的专业特点、经验采用，且有相关的标准规定的，在目前，我国还没有制定相关的规范标准，但在石油行业却有出台相关的抗爆设计规范。爆炸荷载的特点是，在极短的时间内爆炸值非常的大，但持续的时间段，只有几毫秒左右，在空气冲击波传播过程中强度衰减的很快。而且，爆炸荷载值的代表值是由空气冲击波-超压函数和建筑物的形状、建筑物的方位来确定的。按照国际惯例来看，爆炸荷载的计算主要是由爆炸的超压力Pso及爆炸持续时间t0计算出来的，因此，工程师们可以根据计算所得的爆炸荷载代表值选择合适的结构并后进行抗爆的设计
分析。
三、石油化工装置抗爆结构设计原则
石油化工装置爆炸通常以气体爆炸形式出现，一旦装置发生爆炸，就有爆炸产生的空气波冲击作用在控制室的外墙和屋面上，这就是爆炸动力作用。所谓抗爆设计，就是要使控制室的外墙和屋面能抵抗住这种作用，使控制室裂而不倒。控制室抗爆设计水准是允许在爆炸事故后，结构处于非弹性状态而不至于倒塌。当遭受一次爆炸荷载作用，可能局部损坏时，经一般修理应能继续使用。在保证建筑物整体安全的同时，结构构件必须具有足够的变形能力。
（1）在爆炸动荷载作用下，允许结构构件进入弹塑性状态。
（2）结构本身的抗爆性能取决于结构的最大变形，引起结构倒塌的主要原因是由于变形能力和耗能能力不足。抗爆动力分析的目的是要确定建筑物的变形，其变形计算包含延性比、支座转角计算。
（3）由于装置爆炸所产生的冲击波超压性质和破坏力具有不确定性的特征，因此，在力学计算的基础上，抗爆设计过程中更应该重视概念设计，从建筑布局、结构选型等多方面综合考虑。
（4）当采用单层钢筋混凝土剪力墙结构时，构件呈现单自由度动力特征，其动力分析可近似采用单自由度体系动力分析方法。
四、抗爆建筑结构设计应用
（一）建筑结构材料和结构形式
在石油化工建筑抗暴设计中，要达到的最重要的指标就是，结构在爆炸的作用力中不发生突然倒塌，同时要保证建筑物的整体安全性，且具备一定的吸收爆炸能量的能力。就需要，保证材料必须具有足够的强度和延展性，普通的混泥土等脆性的材料就不实用。在爆炸的作用力下，建筑物受到的冲击相当大，所以要求结构材料要有足够的变形能力，现在普遍的认为钢筋混凝土是最经济合理的材料，特别是当建筑物处于高压和高热的爆炸源附近时。
（二）荷载代表值同爆炸波的关系
在石油化工抗爆建筑中，主要承受的爆炸有：蒸汽云爆炸、压力容器爆炸、浓缩相爆炸、粉尘爆炸。最主要的特征就是压缩能量突然释放，形成短时的压力增长现象，然后爆产生的超压传递到建筑物上形成爆炸荷载。由于建筑物离爆炸源的距离不同，受到的爆炸作用力也不同，一般情况下，离爆炸源近的受到冲击波，离爆炸源远的受压力波。
（三）建筑物材料的标准和强度
通常的情况下，在爆炸中建筑材料变形速度越快，那么建筑材料的强度就是越强的。建筑材料强度的大小，会使建筑结构动力承受爆炸作用力的能力增加10%-30%之间。建筑材料在爆炸的影响下发生的强化效应，可以提高建筑物的抗爆性能，从而提高吸收爆炸能量的能力。在实际的爆炸受力中，材料的平均强度会超过相关的规范要求。
五、抗爆设计实例分析
（一）工程概况
某石化项目控制室，建筑平面尺寸为10.0m×29.4m，建筑总高度为5.5m，单层框架，结构外部配置抗爆墙及抗爆屋顶，均采用现浇钢筋混凝土结构。结构构件尽量均匀布置，避免结构刚度不规则。抗爆设计按照动力反应的等效静力计算方法进行计算，以控制室前墙为例进行结构抗爆分析和设计。
（二）抗爆建筑物结构形式及传力路径
（1）抗爆建筑物结构形式
对于承受爆炸荷载的建筑物，一般要求平面为矩形，立面尽量简单，层数为单层，钢筋混凝土结构为经济单层整体钢筋混凝土箱形建筑，且带剪力墙。因此，设计建筑物外围墙体是将钢筋混凝土剪力墙作为抗爆墙，外墙包围的中间为竖向承重的框架结构。
（2）抗爆结构的传力路径
矩形平面在冲击波荷载作用下传力路径明确，它的传力路径是正面面对爆炸荷载墙（前墙），把受到的爆炸荷载传给屋面板和基础，屋面板把受到的荷载传递给剪力墙，剪力墙把荷载传给基础。爆炸能量通过结构的弹性变形，将没有被结构吸收的爆炸能量部分传至基础。抗爆结构设计中只限于外围结构构件直接承受爆炸动荷载作用，对内墙、与外围结构脱开的柱及中间楼板等一般不考虑由于结构振动引起的动力作用，仅在构造上予以适当加强。在设计过程中，通常是根据荷载的传力途径，逐个构件进行分析。抗爆结构的传力路径如图3所示。