某化工厂中央控制室抗爆墙系统设计

Date: 2021-11-04     来源: 浩普建筑     Author: admin

某化工厂中央控制室建筑平面尺寸 50.7m×41.7m，两层，建筑总高 10.5m。该控制室建筑面积大，建筑内部功能复杂，且有个 24m×33m 的大空间不能立框架柱，平面布置见图 2.3.1。
结合该工程，对前墙进行单自由度体系动力设计（图表法）计算步骤如下：由于业主未提供爆炸相关数据，故取冲击波峰值入射超压 Pso 为 21kPa，正压作用
时间 td 为 100ms。根据规范公式计算出前墙爆炸荷载如下。
峰值反射压力： Pr = 2( + .0 0073Pso ) • Pso = 22.45 kPa
峰值动压： qo ≈ .0 0032P2
so = 41.1 kPa
停滞压力： Ps = Pso + Cd • qo = 41.22 kPa
式中，Cd 为阻力系数，对于封闭矩形建筑物，前墙的阻力系数取+1.0。波速： 1 .0 0083Pso 373 86. m / s U 345 +5.0= = ） （反射压持续时间： t c = 3S /U = 3× /3.11 373 9. = .0 091s式中，S 为停滞压力点至建筑物边缘的**小距离，取建筑物宽度一半（B/2）和墙板计算跨度（H）的较小值。
正压冲量： t P t kPa s P I c s d r s W • + • • = • − = • 5.0 15.2 P 5.0 ） （前墙正压等效作用时间：te = 2IW / Pr = .0 095s
由于允许墙板两端出现塑性铰，因此将墙板简化为上端简支于屋面板、下端简支于基础的两端简支构件。
墙板计算跨度为 11.3m，取 1m 宽板带，则 b 为 1m，假设墙板厚度 h 为 400mm，
混凝土强度等级 C40，钢筋采用 HRB400 级钢筋，配竖向受力钢筋20@150，As 为2094.4mm2，截面有效高度 375mm，则：钢筋的动力强度设计值： fdy = γ sif • γ dif • fyk = 1.1 × 17.1 × 400 = 514 8. N / mm2混凝土的动力强度设计值： 0.1 19.1 8.26 9.31 N / mm2 fdc sif dif fck′ = × × = = γ • γ •混凝土受压区高度： mmf bf A xdc= s dy= 8.33

墙板抗弯承载能力： M u =α1 f
dcbx(h0 − x )2/ = 386 1. kN ⋅ m
弯曲产生的抗力：Rb = 8M u / L = 273 4. kN
墙板平面外抗剪承载能力： f bh kN Vu th
448 9. 7.0 0 = = β
剪切产生的抗力：Rs = 2Vn = 897 8. kN
极限抗力：Ru = min(Rb ,Rs ) = 273 4. kN
计算单元峰值压力： P0 = Pr L = 511kN
混凝土构件对形心轴的毛截面惯性矩： I g = bh3
12/ = 3.5 ×109 mm
4 n = Es / Ecd = 13.5
式中，Es 为钢筋的弹性模量，取 2×105N/mm2；Ecd 为混凝土动弹性模量，取静荷载
作用时的 1.2 倍，为 3.9×104N/mm2。
钢筋换算高度： mmbnA nA nA bdc s s s4.90( 2 ) = − + + =式中，d 为构件截面有效高度，即 h0。混凝土开裂截面惯性矩： 2 9 4 3 ( ) 12.1 103
nA d c mm Ibcs cr + − = × =构件截面平均惯性矩： I a = (5.0 I g + I cr ) = 21.3 ×109 mm4
构件刚度按国标规范附录 B 采用：k = 384EI a5/ L3 = 66.6 ×103kN / m等效质量： M e = K m ⋅ m = .0 415 ×1× 4.0 × 3.11 × 25 8.9/ = 78.4 kg式中，质量传递系数 Km 根据附录 B 取弹性与塑性的平均值 0.415；m 为构件质量。质点振动周期： s K k M T L e N 22.0 2 = ⋅ = π式中，KL为荷载或刚度传递系数，查附录 B，取弹性和塑性的平均值 0.57。根据以上计算结果，可以查国标规范附录 A 的极限抗力-延性比关系图，求得延性比 µ。见图 4.1。
图图图图 4.1 三角形荷载下的极限抗力-延性比关系图中 Ru/P0 =273.4/511=0.54 图中 td/tn 应取 te/TN=0.095/0.22=0.43
查图表得延性比 µ=2.8<[µ]=3.0 满足要求
弹性极限变位： X y = Ru / k = 273 66.6/4. = 41mm弹塑性变位： X m = X y ⋅ µ = 41× 8.2 =114 8. mm**大转角θ = arctan(2X m / L) = 2.1 ° <[θ]=2° 满足要求
另外，前墙的水平分布钢筋可通过侧墙传来的水平剪力计算墙板平面内的抗剪承载力得到。此时，应假设爆炸力正对侧墙方向，即侧墙转为前墙，而计算前墙作为侧墙。
侧墙（转为前墙）峰值反射压力： Pr = 22.45 kPa根据国标规范附录 B 查得墙板每延米动力反应V = 38.0 Ru + 12.0 P0 = 165kN
假设侧墙材料、厚度、配筋同前墙，故取 Ru=273.4kN 计算前墙受到的水平力Vd = V ⋅ Bc2/ = 3440kN
墙板平面内抗剪承载能力： d u thf bh kN V V = > = 24275 7.0 0 β
墙板平面内抗剪满足要求。故水平分布钢筋仅需满足**小配筋率 0.25%。配水平分布钢筋14@150，配筋率 0.256%。侧墙、屋面板、后墙的计算步骤与以上步骤类似，而极限抗力-延性比关系图不同，见图 4.3。 . 图图图图 4.3 三角形 三角形脉冲脉冲脉冲脉冲荷载下的极限抗力 荷载下的极限抗力-延性比关系