石油化工構(gòu)筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范講座

石油化工構(gòu)筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范講座《石油化工構(gòu)筑物抗震規(guī)范》（SH/T3147-2004）編制是根據(jù)國標(biāo)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2001）和《構(gòu)筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB191-1993）有關(guān)章節(jié)，結(jié)合石油化工構(gòu)筑物的特殊性編制的，隨著近幾年來世界各地發(fā)生地震的情況，特別是汶川地震后對(duì)構(gòu)筑物的破壞情況的調(diào)查，必將對(duì)現(xiàn)有規(guī)范作一些調(diào)整，補(bǔ)充。一、構(gòu)筑物分類原規(guī)范按S43069分類，現(xiàn)在應(yīng)按國標(biāo)《石油化工建構(gòu)筑物抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》（GB50453-2008），這本規(guī)范劃分比較詳細(xì)，把原有建筑物和構(gòu)筑物二本規(guī)范進(jìn)行了合并、具體化，即區(qū)分不同裝置內(nèi)的各類建筑物、構(gòu)筑物，還補(bǔ)充了化工生產(chǎn)裝置，化纖生產(chǎn)裝置，輔助生產(chǎn)及公用工程等設(shè)施的內(nèi)容，各類建筑物可劃分為甲、乙、丙、丁類，目前石油化工企業(yè)均無甲類建（構(gòu)）筑物。建筑物分類是按重要性，生產(chǎn)介質(zhì)來劃分，如主控室、壓縮機(jī)廠房、輕油泵房等劃為乙類，其余大多數(shù)劃分為丙類，主風(fēng)機(jī)廠房雖然生產(chǎn)中沒有可燃?xì)怏w，但由于其重要性，仍劃為乙類，輕油泵房雖然廠房規(guī)模不大，但由于生產(chǎn)過程中使用可燃易爆介質(zhì)，仍劃分為乙類。構(gòu)筑物的劃分，主要根據(jù)設(shè)備重要性，生產(chǎn)介質(zhì)和設(shè)備高度綜合考慮，以煉油生產(chǎn)裝置為例，分成9類：1.框架類：兩器，三旋，加氫反應(yīng)器框架、重整反應(yīng)器框架、重整再生框架，焦碳塔架，其它高懸重心框架劃分為乙類，其它均為丙類。2.塔爐設(shè)備基礎(chǔ)：

構(gòu)架式塔基礎(chǔ)乙類

落地式塔基礎(chǔ)（塔高H≥80m）

乙類

（塔高H≤80m）

丙類3.鋼筋混凝土煙囪（H≥100m）

乙類

（H≤100m）

丙類4.動(dòng)力機(jī)器基礎(chǔ)：

構(gòu)架式

乙類

大塊式、墻式

丙類

其它動(dòng)力基礎(chǔ)（含泵）

丙類5.臥式設(shè)備基礎(chǔ)及容器

高壓冷換設(shè)備基礎(chǔ)

乙類

一般冷換設(shè)備基礎(chǔ)、構(gòu)架式容器

丙類

容器基礎(chǔ)

丙類6.壓力容器基礎(chǔ)：

球罐基礎(chǔ)

乙類

壓力儲(chǔ)罐基礎(chǔ)

乙類7、池類

丙類8、管墩

丙類9、其它（管溝、井、過橋、地下井類）丁類從上看既有合理性，亦有不合理處，例塔爐基礎(chǔ)只要是構(gòu)架式塔基礎(chǔ)，不論塔的高度，均為乙類。二、地震作用計(jì)算目前抗震計(jì)算主要有三種方法，即振型分解反應(yīng)譜法，底部剪力法和時(shí)程分析法。振型分解法：適用于多位點(diǎn)體系，計(jì)算較精確，但工作量大，需計(jì)算結(jié)構(gòu)的自振頻率和振型。底部剪力法：?jiǎn)螌踊蚨鄬拥冉?gòu)筑物在地震作用下僅發(fā)生基本振型振動(dòng)，或者發(fā)生以基本振型為主的振動(dòng)，或者側(cè)移形態(tài)可以采用一個(gè)既定曲線圖形或某一規(guī)律來代表，這些僅按唯一形態(tài)撓曲的結(jié)構(gòu)，由于各部位相對(duì)位移的比值在任何時(shí)刻是相同的，不同時(shí)刻結(jié)構(gòu)各點(diǎn)位移以同一比例放大或縮小，宛如一個(gè)剛體作單自由度運(yùn)動(dòng)，從而使原來的多自由度體系簡(jiǎn)化為廣義單自由度運(yùn)動(dòng)。任何時(shí)刻，只要知道結(jié)構(gòu)上某一點(diǎn)位移，其它各點(diǎn)位移就能確定。因此這類結(jié)構(gòu)在地震作用下的強(qiáng)迫振動(dòng)只有一個(gè)位移未知量，作用于構(gòu)筑物上各個(gè)部位上的地震作用將因一個(gè)數(shù)值的確定而整個(gè)地被確定，這樣減少了計(jì)算工作量。時(shí)程分析法：由于反應(yīng)譜法不能很好符合不同工程地點(diǎn)的實(shí)際地質(zhì)環(huán)境，場(chǎng)地條件及地基土特征，從而引起計(jì)算地震荷載可能偏差較大，也不能很好反應(yīng)場(chǎng)地各個(gè)土層的動(dòng)力影響，且反應(yīng)譜法僅是最大值的包絡(luò)圖，有時(shí)不能找出結(jié)構(gòu)薄弱部位，當(dāng)結(jié)構(gòu)進(jìn)入彈塑性階段時(shí)，此法誤差較大，從而引出時(shí)程分析法，在數(shù)學(xué)上亦稱步步積分法，或直接動(dòng)力法?？拐鹩?jì)算方法的選用：底部剪力法：高度（含支承設(shè)備的高度）不超過65mm，且質(zhì)量和剛度分布比較均勻的結(jié)構(gòu)，以及近似單質(zhì)點(diǎn)體系。例如：塔基礎(chǔ)、兩器框架等，抗震規(guī)范（國標(biāo)）為不超過40m，以剪切變形為主，且質(zhì)量和剛度、高度分布較均勻的結(jié)構(gòu)，以及近似單質(zhì)點(diǎn)體系的結(jié)構(gòu)。振型分解反應(yīng)譜法：除上述外的結(jié)構(gòu)。時(shí)程分析法：甲類構(gòu)筑物或規(guī)范另有規(guī)定的構(gòu)筑物，除應(yīng)用底部剪力法或振型分解反應(yīng)譜法外，尚應(yīng)用此法進(jìn)行補(bǔ)充計(jì)算。三、鋼筋混凝土框架設(shè)計(jì)應(yīng)在結(jié)構(gòu)單元的二個(gè)互軸方向分別計(jì)算水平地震作用，并進(jìn)行抗震驗(yàn)算，各方向的的水平地震作用，應(yīng)全部由該方向的抗側(cè)移構(gòu)件承擔(dān)。因此，框架設(shè)計(jì)應(yīng)做到：a.二個(gè)方向均應(yīng)為剛接，過去做法一般為橫向剛接，縱向框架為鉸接或連續(xù)梁，今后均應(yīng)做成剛接，因?yàn)槌o定結(jié)構(gòu)有利于抗震。b.斷面是決定因素，較大斷面有利于抗剪和防止位移超值，相對(duì)于配筋而言，斷面增加比鋼筋增加起作用更大。c.應(yīng)考慮角柱雙向偏心受壓，尤其是二個(gè)方向均為單跨的結(jié)構(gòu)，更應(yīng)注意，例如兩器框架，當(dāng)計(jì)算一個(gè)方向的地震作用內(nèi)力時(shí)，尚應(yīng)考慮另一方向由于設(shè)備自重，外加偏心荷載作用下引起的內(nèi)力，因此角柱存在雙向彎矩，軸力和水平力，即應(yīng)按混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中第7.3.14條驗(yàn)算。否則可能留下隱患，不能因?yàn)橛?jì)算麻煩而取消計(jì)算，還應(yīng)樹立這樣一個(gè)概念，即許多框架投產(chǎn)后，未經(jīng)歷過地震，現(xiàn)在不出事，不等于將來不出事。d.抗震結(jié)構(gòu)中的鋼筋使用，根據(jù)抗震規(guī)范3.9.3條，縱向受力鋼筋宜選用符合抗震性能指標(biāo)的HRB400級(jí)熱軋鋼筋，也可采用符合抗震性能指標(biāo)的HRB335級(jí)熱軋鋼筋，這種鋼筋可按（GB1499.2-2007），《鋼筋混凝土用鋼第2部分：熱軋帶肋鋼筋》中7.3.3條，有較高的抗震結(jié)構(gòu)適用牌號(hào)為表1中鋼筋已有牌號(hào)后加E，如HRB400E，HRBF400E表1鋼筋牌號(hào)及構(gòu)成（GB1499.2-2007）類別牌號(hào)牌號(hào)構(gòu)成英文字母含義普通熱軋鋼筋HRB335由HRB+屈服強(qiáng)度特征值構(gòu)成HRB-熱軋帶肋鋼筋的英文（HotrolledRib-bedBars）縮寫HRB400HRB500細(xì)晶粒熱軋鋼筋HRBF335由HRBF+屈服強(qiáng)度特征值構(gòu)成HRBF-在熱軋帶肋鋼筋的英文縮寫后加“細(xì)”的英文（Fine）首位字母HRBF400HRBF500表2鋼筋力學(xué)指標(biāo)牌號(hào)ReL/MPaRm/MPaA/%Agt/%

不小于HRB335HRBF335335455177.5HRB400HRBF40040054016HRB500HRBF50050063015直徑28mm~40mm各牌號(hào)鋼筋的斷后伸長率A可降低1%；直徑大于40mm各牌號(hào)鋼筋的斷后伸長率A可降低2%。有較高要求的抗震結(jié)構(gòu)適用牌號(hào)為：在表1中已有牌號(hào)后加E（例如：HRB400E、HRBF400E）的鋼筋。該類鋼筋除應(yīng)滿足以下a)、b)、C）的要求外，其他要求與相對(duì)應(yīng)的已有牌號(hào)鋼筋相同。鋼筋實(shí)測(cè)抗拉強(qiáng)度與實(shí)測(cè)屈服強(qiáng)度之比Rom/RoeL不小于1.25。鋼筋實(shí)測(cè)屈服強(qiáng)度與表6規(guī)定的屈服強(qiáng)度特征值之比RoeL/ReL不大于1.30。鋼筋的最大力總伸長率Agt不小于9%。注：Rom為鋼筋實(shí)測(cè)抗拉強(qiáng)度；RoeL為鋼筋實(shí)測(cè)屈服強(qiáng)度。今后在高烈度區(qū)，如八度、重要結(jié)構(gòu)如兩器框架，可考慮選用。四、地震作用分項(xiàng)系數(shù)原國標(biāo)抗震規(guī)范中地震作用分項(xiàng)系數(shù)，當(dāng)同時(shí)計(jì)算水平與豎向地震作用時(shí)VEh＝1.3，VEV＝0.5，當(dāng)用于構(gòu)筑物時(shí)，應(yīng)分成二項(xiàng)。當(dāng)水平地震作用為主時(shí)VEh＝1.3，VEV＝0.5當(dāng)豎向地震作用為主時(shí)VEh＝0.5，VEV＝1.3這是因?yàn)閷?duì)大跨度，大懸臂結(jié)構(gòu)，震害表明，豎向地震作用比較顯著，這在新編國標(biāo)建筑抗震規(guī)范工作修改。五、現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架抗震等級(jí)，對(duì)六度區(qū)已作局部調(diào)整，見表3烈度框架結(jié)構(gòu)框架-抗震墻結(jié)構(gòu)高度抗震等級(jí)高度框架部分抗震等級(jí)抗震墻部分抗震等級(jí)6度≤25（30）四級(jí)≤50（60）四級(jí)三級(jí)>25（30）三級(jí)>50(60)三級(jí)7度≤30三級(jí)≤60三級(jí)二級(jí)>30二級(jí)>60二級(jí)8度≤30二級(jí)≤60二級(jí)二級(jí)>30一級(jí)>60一級(jí)二級(jí)9度≤25一級(jí)≤50一級(jí)二級(jí)注：接近或等于高度分界時(shí)，結(jié)合框架不規(guī)則程度及場(chǎng)地、地基條件確定抗震等級(jí)。表3現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)抗震等級(jí)表中數(shù)值為原國標(biāo)抗震規(guī)范。新編抗震規(guī)范則更為嚴(yán)格，6至8度區(qū)框架結(jié)構(gòu)按高度24m分界，框架-剪力墻結(jié)構(gòu)亦作如下修改，詳見表4

結(jié)構(gòu)類型設(shè)防烈度6789框架

結(jié)構(gòu)高度（m）≤24>24≤24>24≤24>24≤24框架四三三二二一一框架-抗震墻

結(jié)構(gòu)高度（m）≤60>60<2424~60>60<2424~60>60≤2424~50框架四三四三二三二一二一抗震墻三三二二一一六、鋼結(jié)構(gòu)框排架鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)優(yōu)先采用框架-支撐結(jié)構(gòu)，連梁要優(yōu)先考慮采用剛連方案。有設(shè)備的平臺(tái)或頂層優(yōu)先考慮設(shè)水平支撐。水平支撐可設(shè)在梁底部，但支撐桿端部宜與該層框架梁的腹板和下翼同相連。水平支撐布置與豎向支撐應(yīng)相協(xié)調(diào)。鋼排架構(gòu)筑縱向抗側(cè)力體系宜采用柱間支撐，當(dāng)條件限制時(shí)，也可采用剛架結(jié)構(gòu)。各層鋼框架梁，斷面盡量剛度不要相差太懸殊，以便變形協(xié)調(diào)。七、管架縱向較長的管架應(yīng)設(shè)溫度縫，每個(gè)溫度區(qū)段中部應(yīng)設(shè)置縱向上下柱向支撐。帶有空冷的管架，其兩側(cè)相鄰管架要考慮將來二側(cè)有增加空冷的可能，因此相鄰縱向2~3柱距內(nèi)管架柱斷面不應(yīng)太小，并考慮將來有伸上去的可能，尚應(yīng)注意節(jié)點(diǎn)連接，尤其是鋼筋混凝土管架預(yù)埋件的錨固，必須進(jìn)行計(jì)算。八、煙囪

磚煙囪自振周期應(yīng)注意荷載規(guī)范給出的公式和煙囪設(shè)計(jì)規(guī)范不同，煙囪規(guī)范計(jì)算自振周期較大，當(dāng)以風(fēng)荷載為主時(shí)，計(jì)算有利，當(dāng)在高烈度區(qū)，計(jì)算出地震力可能偏小，鋼筋混凝土煙囪存在同樣的問題。高度不超過60m的磚煙囪自振周期T1＝0.23+0.22×10-2H2/d荷載規(guī)范T1＝0.26+0.24×10-2H2/d煙囪規(guī)范高度不超過150m的鋼筋混凝土煙囪自振周期T2＝0.41+0.10×10-2H2/d荷載規(guī)范T2＝0.45+0.22×11-2H2/d煙囪規(guī)范高度超過150m，但低于210m的鋼筋混凝土煙囪自振周期T＝0.53+0.08×11-2H2/d

荷載規(guī)范T＝0.53+0.081×11-2H2/d煙囪規(guī)范九、框排架中填充墻和圍護(hù)墻框排架結(jié)構(gòu)中填充墻一般用粘土磚或空心磚，由于它與鋼筋混凝土材料不同，在地震中，相互共同作用不很明顯，當(dāng)采用實(shí)心磚時(shí)，應(yīng)嵌砌在框架平面內(nèi)，因?yàn)樗幸欢ǖ目箓?cè)力作用，柱與墻應(yīng)有很好的接接構(gòu)造措施。圍護(hù)墻宜放置在排架外側(cè)，宜采用空心磚或其它材質(zhì)墻體，從汶川地震震害調(diào)查報(bào)告來看砌體結(jié)構(gòu)震害整體高于框架結(jié)構(gòu)，裝配式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)高于現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)。墻體破壞有二個(gè)原因，一是墻體材質(zhì)較差，抗剪能力較差，二是與柱梁缺乏可靠連接，特別是墻體較高或墻體較長時(shí)，因此適當(dāng)增加構(gòu)造柱與圈梁，特別是較大門墻洞口處增加水平圈梁和構(gòu)造柱，能起到結(jié)構(gòu)的第二道抗震防線作用，此外，墻體應(yīng)有梁承重，并與梁底可靠拉結(jié)為宜，底層磚砌體宜有地基梁承重，盡量不做自承重結(jié)構(gòu)。作為樓梯間四側(cè)應(yīng)設(shè)構(gòu)造柱，并從基礎(chǔ)開始一直伸到頂層，不應(yīng)中間斷開。十、其它一些說明1.構(gòu)造配筋與最小配筋率

構(gòu)造配筋分以下幾種情況：a、為防止混凝土結(jié)構(gòu)表面產(chǎn)生裂縫，而適當(dāng)配置的表面鋼筋，如較大的泵基礎(chǔ)，大塊或動(dòng)力基礎(chǔ)。b、考慮建筑外形需要，當(dāng)有較大斷面時(shí)受力并不需要而配置的外表面及側(cè)面鋼筋。c、考慮構(gòu)件的重要性而配置的鋼筋，如動(dòng)力基礎(chǔ)，頂板直徑為16~18mm，間距為200~250mm，側(cè)面配?16鋼筋間距為250~300mm，同時(shí)對(duì)梁、柱規(guī)定了受力鋼筋和箍筋的直徑，抗震規(guī)范同樣有此規(guī)定。因此構(gòu)造配筋不同于最小配筋率。

最小配筋率是指在受力情況下，為了安全而配置的最小鋼筋量，在不同情況下有不同要求，如鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在抗震情況下，縱向受力鋼筋配筋率遠(yuǎn)大于一般情況下的配筋率。

最小配筋率在地基規(guī)范并無說明，因?yàn)橛幸韵聨c(diǎn)：當(dāng)為剛性基礎(chǔ)時(shí)，基礎(chǔ)可不配筋；其次對(duì)于臺(tái)階式基礎(chǔ)，是取邊緣高度還是最大高度，還是平均高度來計(jì)算最小配筋率，相差較大，因此基礎(chǔ)規(guī)范中規(guī)定擴(kuò)展式基礎(chǔ)配筋應(yīng)按抗彎計(jì)算確定并非按最小配筋率計(jì)算，而按基礎(chǔ)受力鋼筋最小直徑不宜小于10mm，間距在100mm至200mm之間。對(duì)于大塊式動(dòng)力基礎(chǔ)配筋，均應(yīng)按構(gòu)造配，沒有最小配筋率概念。2、設(shè)計(jì)使用年限

應(yīng)注意設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期是指確定可變作用及與時(shí)間有關(guān)的材料性能等取值而使用的時(shí)間參數(shù)，一般為50年（即設(shè)計(jì)時(shí)考慮荷載作用的統(tǒng)計(jì)參數(shù)，均是按此基準(zhǔn)期確定的）

設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期不同于設(shè)計(jì)使用年限。

設(shè)計(jì)使用年限是指設(shè)計(jì)規(guī)定的結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件在正常設(shè)計(jì)，正常施工，正常使用和一般