石化企业钢结构抗火设计方法的探讨

石化企业钢结构抗火设计方法的探讨

摘要:首先对石油化工企业的钢结构抗火设计现状和存在的问题进行了探讨,提出性能化设计理念,对性能化设计的具体步骤进行了阐述,并对石油化工企业的钢结构设计方法展望。

关键词:钢结构石油化工性能化设计抗火设计

由于钢结构的强度高、自重轻、刚度大等特点,钢结构建筑在石油化工企业得到了充分的应用,并获得了很好的经济效益。但钢材在高温环境下承载力急剧下降的特点,也随之而来给我们带来了很多安全问题。石化企业的烃类火升温曲线不同于电力火灾和建筑纤维火灾(见图1),升温速度快,在8min～10min内即可达到1000℃。石化企业的易燃易爆的物质太多,火灾危险性类别一般为甲类,它的厂房、管廊、裂解炉等钢框架结构会在火灾高温环境下承载力下降(见图2),引发更为严重的次生灾害。

1 国内外结构抗火设计现状

石油化工企业的防火措施有多种,常用的方法有混凝土包裹、防火板包裹、采用隔热涂料或膨胀型防火涂料等方法,它的具体设计方案可见(表1)。

目前,石油化工企业的钢结构防火设计基本上以标准构件的耐火试验为基础,CECS200:2006《建筑钢结构防火技术规范》就是以火灾

高温下的钢结构的承载力极限状态为基础,对于普通结构构件可进行一般抗火计算,但对于这些石化企业中特别重要的结构宜进行整体抗火计算。现行的防火规范中大都采取建筑构造措施防火,例如国内现行《石油化工企业防火规范》(GB50160-2008)要求,对于钢管廊框架一层及柱高4.5m范围的梁、柱需要采取防火保护[1],但是美国KBR专利商却要求对钢框架管廊8.0m范围的梁、柱进行防火保护。如果我们盲目的采用国内或者国外的规范,可能会导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费。为了降低石油化工企业火灾带来的人员伤亡和经济损失,我们应该在具体的工程中按照抗火规范进行设计的同时,也要结合具体工程采取更为科学的设计。对于规范中不合适的,或者尚未提及的问题,我们就要认真的分析研究,最后提出合理的解决方案[2]。近20年来,性能化的结构抗火设计方法逐渐成为国外钢结构抗火设计的新的主流,该方法不仅给设计者提供了很大的选择性,而且为客户提供多种方案选择,满足其各方面的具体要求,因而比传统规范设计理念更加科学和合理。

2 性能化设计方法简介

性能化设计方法是当前建筑防火领域最先进的技术,它不是根据确定的、一成不变的模型进行设计,而是根据消防安全工程学的原理和方法首先确定整个结构的性能目标,针对实际状态对火灾危害进行定性、定量地预测与评估,得到最佳的防火设计方案和最好的防火保护[3]。根据性能化抗火设计思路对其进行了抗火性能分析和安全评

估,首先根据结构抗火性能要求设定抗火目标,对场馆内分析得到可能最不利的火灾场景。然后运用美国标准技术委员会(NISTIR)发布的场模型火灾模拟软件:Fire Dynamic Simulator(FDS)模拟其环境真实温度分布,计算各火灾场景下实际升温曲线,以此作为ANSYS热分析的热边界条件,计算得到构件截面平均升温曲线。接着考虑结构在温度荷载、结构自身重力荷载和外力荷载综合作用的条件下,模拟结构在火灾下的热-结构耦合分析,采用大型通用有限元软件ANSYS对结构的力学和变形性能进行分析,最后根据结构的受火性能是否满足抗火性能目标来评估结构的抗火安全性及是否需要采取其他的防火保护措施[4]。

3 结语与展望

石油化工企业火灾频发,对安全生产和经济发展造成了极大的影响,为把损失降到最低,这就要求我们设计人员运用国内外最先进的防火理念,对石油化工钢结构的防火设计从安全性能、材料选择以及工程造价等因素综合考虑,提出最合理的设计方案。石油化工企业的防火设计需要高水平、高标准和丰富的经验作依托,在我国的发展仍处于起步阶段,需要我们全面深入的研究学习,努力实现火灾防治的科学性、有效性和经济性的统一。

参考文献

[1] GB 50160—2008石油化工企业设计防火规范[S].

[2] 彭永刚.石油化工企业钢结构防火设计探讨[J].建筑设计管理,2010(12)(第27卷总第166期).

[3] 李引擎.建筑防火性能化设计[M].北京:化学工业出版社,2000.

[4] 张慧怡,段慧勇,王月红.某体育馆结构性能化抗火设计与评估[J].河南建材,2011(5).