石化企業(yè)鋼結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計方法的探討

1、石化企業(yè)鋼結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計方法的探討摘要:首先對石油化工企業(yè)的鋼結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計現(xiàn)狀和存在的問題進(jìn)行了探討，提出性能化設(shè)計理念，對性能化設(shè)計的具體步驟進(jìn)行了闡述，并對石油化工企業(yè)的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計方法展望。關(guān)鍵詞:鋼結(jié)構(gòu)石油化工性能化設(shè)計抗火設(shè)計由于鋼結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度高、自重輕、剛度大等特點，鋼結(jié)構(gòu)建筑在石油化工企業(yè)得到了充分的應(yīng)用，并獲得了很好的經(jīng)濟(jì)效益。但鋼材在高溫環(huán)境下承載力急劇下降的特點，也隨之而來給我們帶來了很多安全問題。石化企業(yè)的烴類火升溫曲線不同于電力火災(zāi)和建筑纖維火災(zāi)（見圖1）,升溫速度快，在8min10min內(nèi)即可達(dá)到1000C。石化企業(yè)的易燃易爆的物質(zhì)太多，火災(zāi)危險性類別一般為甲類，它的廠房、

2、管廊、裂解爐等鋼框架結(jié)構(gòu)會在火災(zāi)高溫環(huán)境下承載力下降（見圖2）,引發(fā)更為嚴(yán)重的次生災(zāi)害。1國內(nèi)外結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計現(xiàn)狀石油化工企業(yè)的防火措施有多種，常用的方法有混凝土包裹、防火板包裹、采用隔熱涂料或膨脹型防火涂料等方法，它的具體設(shè)計方案可見（表1）。目前,石油化工企業(yè)的鋼結(jié)構(gòu)防火設(shè)計基本上以標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件的耐火試驗為基礎(chǔ)，CECS200:2006建筑鋼結(jié)構(gòu)防火技術(shù)規(guī)范就是以火災(zāi)高溫下的鋼結(jié)構(gòu)的承載力極限狀態(tài)為基礎(chǔ)，對于普通結(jié)構(gòu)構(gòu)件可進(jìn)行一般抗火計算，但對于這些石化企業(yè)中特別重要的結(jié)構(gòu)宜進(jìn)行整體抗火計算?，F(xiàn)行的防火規(guī)范中大都采取建筑構(gòu)造措施防火，例如國內(nèi)現(xiàn)行石油化工企業(yè)防火規(guī)范(GB50160-2008)要

3、求，對于鋼管廊框架一層及柱高4.5m范圍的梁、柱需要采取防火保護(hù)1,但是美國KBR專利商卻要求對鋼框架管廊8.0m范圍的梁、柱進(jìn)行防火保護(hù)。如果我們盲目的采用國內(nèi)或者國外的規(guī)范，可能會導(dǎo)致某些部位抗火安全度不足,又有可能造成一些不必要的浪費。為了降低石油化工企業(yè)火災(zāi)帶來的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失，我們應(yīng)該在具體的工程中按照抗火規(guī)范進(jìn)行設(shè)計的同時，也要結(jié)合具體工程采取更為科學(xué)的設(shè)計。對于規(guī)范中不合適的，或者尚未提及的問題，我們就要認(rèn)真的分析研究，最后提出合理的解決方案2。近20年來,性能化的結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計方法逐漸成為國外鋼結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計的新的主流，該方法不僅給設(shè)計者提供了很大的選擇性，而且為客戶提供多種方

4、案選擇，滿足其各方面的具體要求，因而比傳統(tǒng)規(guī)范設(shè)計理念更加科學(xué)和合理。2性能化設(shè)計方法簡介性能化設(shè)計方法是當(dāng)前建筑防火領(lǐng)域最先進(jìn)的技術(shù)，它不是根據(jù)確定的、一成不變的模型進(jìn)行設(shè)計，而是根據(jù)消防安全工程學(xué)的原理和方法首先確定整個結(jié)構(gòu)的性能目標(biāo)，針對實際狀態(tài)對火災(zāi)危害進(jìn)行定性、定量地預(yù)測與評估，得到最佳的防火設(shè)計方案和最好的防火保護(hù)3。根據(jù)性能化抗火設(shè)計思路對其進(jìn)行了抗火性能分析和安全評估,首先根據(jù)結(jié)構(gòu)抗火性能要求設(shè)定抗火目標(biāo)，對場館內(nèi)分析得到可能最不利的火災(zāi)場景。然后運用美國標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)委員會(NISTIR)發(fā)布的場模型火災(zāi)模擬軟件：FireDynamicSimulator(FDS)模擬其環(huán)境真實溫度

5、分布，計算各火災(zāi)場景下實際升溫曲線，以此作為ANSYS熱分析的熱邊界條件，計算得到構(gòu)件截面平均升溫曲線。接著考慮結(jié)構(gòu)在溫度荷載、結(jié)構(gòu)自身重力荷載和外力荷載綜合作用的條件下，模擬結(jié)構(gòu)在火災(zāi)下的熱-結(jié)構(gòu)耦合分析，采用大型通用有限元軟件ANSYS對結(jié)構(gòu)的力學(xué)和變形性能進(jìn)行分析，最后根據(jù)結(jié)構(gòu)的受火性能是否滿足抗火性能目標(biāo)來評估結(jié)構(gòu)的抗火安全性及是否需要采取其他的防火保護(hù)措施4。3結(jié)語與展望石油化工企業(yè)火災(zāi)頻發(fā)，對安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成了極大的影響，為把損失降到最低，這就要求我們設(shè)計人員運用國內(nèi)外最先進(jìn)的防火理念，對石油化工鋼結(jié)構(gòu)的防火設(shè)計從安全性能、材料選擇以及工程造價等因素綜合考慮，提出最合理的設(shè)計方案。石油化工企業(yè)的防火設(shè)計需要高水平、高標(biāo)準(zhǔn)和豐富的經(jīng)驗作依托，在我國的發(fā)展仍處于起步階段，需要我們?nèi)嫔钊氲难芯繉W(xué)習(xí)，努力實現(xiàn)火災(zāi)防治的科學(xué)性、有效性和經(jīng)濟(jì)性的統(tǒng)一。參考文獻(xiàn)GB501602008石油化工企業(yè)設(shè)計防火規(guī)范S.彭永剛.石油化工企業(yè)鋼結(jié)構(gòu)防火設(shè)計探討J.建筑設(shè)計管理,2010(12)