石化企業鋼結構抗火設計方法的探討

　　摘要：首先對石油化工企業的鋼結構抗火設計現狀和存在的問題進行了探討，提出性能化設計理念，對性能化設計的具體步驟進行了闡述，并對石油化工企業的鋼結構設計方法展望。
　　關鍵詞：鋼結構　石油化工　性能化設計　抗火設計
　　中圖分類號：TB47　文獻標識碼：A　文章編號：1672-3791(2012)01(b)-0054-01
　　由于鋼結構的強度高、自重輕、剛度大等特點，鋼結構建筑在石油化工企業得到了充分的應用，并獲得了很好的經濟效益。但鋼材在高溫環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。石化企業的烴類火升溫曲線不同于電力火災和建筑纖維火災(見圖1)，升溫速度快，在8min～10min內即可達到1000℃。石化企業的易燃易爆的物質太多，火災危險性類別一般為甲類，它的廠房、管廊、裂解爐等鋼框架結構會在火災高溫環境下承載力下降(見圖2)，引發更為嚴重的次生災害。
　　
　　1　國內外結構抗火設計現狀
　　石油化工企業的防火措施有多種，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，它的具體設計方案可見(表1)。
　　目前，石油化工企業的鋼結構防火設計基本上以標準構件的耐火試驗為基礎，CE CS200：2006《建筑鋼結構防火技術規范》就是以火災高溫下的鋼結構的承載力極限狀態為基礎，對于普通結構構件可進行一般抗火計算，但對于這些石化企業中特別重要的結構宜進行整體抗火計算。現行的防火規范中大都采取建筑構造措施防火，例如國內現行《石油化工企業防火規范》(GB50160-2008)要求，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，但是美國KBR專利商卻要求對鋼框架管廊8.0m范圍的梁、柱進行防火保護。如果我們盲目的采用國內或者國外的規范，可能會導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火災帶來的人員傷亡和經濟損失，我們應該在具體的工程中按照抗火規范進行設計的同時，也要結合具體工程采取更為科學的設計。對Z7MTHtego9hgDSWzyTT1rd0mFy5Vnb7E7G+tjAjnZus=于規范中不合適的，或者尚未提及的問題，我們就要認真的分析研究，最后提出合理的解決方案。近20年來，性能化的結構抗火設計方法逐漸成為國外鋼結構抗火設計的新的主流，該方法不僅給設計者提供了很大的選擇性，而且為客戶提供多種方案選擇，滿足其各方面的具體要求，因而比傳統規范設計理念更加科學和合理。
　　2　性能化設計方法簡介
　　性能化設計方法是當前建筑防火領域最先進的技術，它不是根據確定的、一成不變的模型進行設計，而是根據消防安全工程學的原理和方法首先確定整個結構的性能目標，針對實際狀態對火災危害進行定性、定量地預測與評估，得到最佳的防火設計方案和最好的防火保護。根據性能化抗火設計思路對其進行了抗火性能分析和安全評估，首先根據結構抗火性能要求設定抗火目標，對場館內分析得到可能最不利的火災場景。然后運用美國標準技術委員會(NISTIR)發布的場模型火災模擬軟件：Fire Dynamic Simulator(FDS)模擬其環境真實溫度分布，計算各火災場景下實際升溫曲線，以此作為ANSYS熱分析的熱邊界條件，計算得到構件截面平均升溫曲線。接著考慮結構在溫度荷載、結構自身重力荷載和外力荷載綜合作用的條件下，模擬結構在火災下的熱一結構耦合分析，采用大型通用有限元軟件ANSYS對結構的力學和變形性能進行分析，最后根據結構的受火性能是否滿足抗火性能目標來評估結構的抗火安全性及是否需要采取其他的防火保護措施。
　　3　結語與展望
　　石油化工企業火災頻發，對安全生產和經濟發展造成了極大的影響，為把損失降到最低，這就要求我們設計人員運用國內外最先進的防火理念，對石油化工鋼結構的防火設計從安全性能、材料選擇以及工程造價等因素綜合考慮，提出最合理的設計方案。石油化工企業的防火設計需要高水平、高標準和豐富的經驗作依托，在我國的發展仍處于起步階段，需要我們全面深入的研究學習，努力實現火災防治的科學性、有效性和經濟性的統