钢筋混凝土抗爆墙墙体钢筋配置方法
【专利摘要】本发明涉及一种钢筋混凝土抗爆墙墙体钢筋配置方法，主要解决现有技术抗爆结构前墙墙体配筋方式不合理，存在安全隐患的问题。本发明通过采用外侧竖向等距布置的钢筋在支座处间隔交叉，交叉部分伸入基础或墙顶，内侧竖向等距布置的钢筋在支座处交叉后，全部伸入基础或墙顶的方式来实现，并在上端支座处仅布置屋面板内上层钢筋伸入的技术方案较好地解决了该问题，可用于钢筋混凝土抗爆墙的施工中。
【专利说明】钢筋混凝土抗爆墙墙体钢筋配置方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种钢筋混凝土抗爆墙墙体钢筋配置方法。
【背景技术】
[0002]许多工程领域，特别是石油化工领域中，需要对某些有操作人员在里面工作的、损坏后带来严重次生灾害的建筑物，进行抗爆结构设计。石油化工中发生的爆炸可以分为四种基本类型:蒸汽云爆炸、压力容器爆炸、冷凝相爆炸和粉尘爆炸。抗爆结构主要是指外部爆炸产生冲击波对建筑物的作用，与内部爆炸有着本质的区别。文献CN201512873U公开了一种由压型钢板和混凝土组合的抗爆墙体。目前抗爆结构抵抗爆炸作用的方式，主要采用钢筋混凝土抗爆墙墙体结构形式。抗爆墙外墙由迎爆面墙(即正面面对冲击波作用方向，或称前墙)、两侧侧墙、背爆面墙等四周外墙体和屋面板组成，这些墙体受爆炸作用方式基本相同，因而钢筋配置方式基本一致。
[0003]迎爆面前墙的设计配筋是抗爆墙墙体设计中的重要环节。根据爆炸作用方式和墙体受荷机理，通常对墙体取单位板带宽，按单向板进行弹塑性分析计算，支点分别为上端与屋面板相连处和下端与基础相连处，计算跨度H，见图1。
[0004]根据抗爆结构前墙弹塑性分析原理，在爆炸冲击波作用下，墙体应具有相应的变形能力，以充分吸收和消耗冲击能量。因此，从钢筋混凝土结构特性出发，需要墙体能够在充分变形状态下，结构不至于垮塌，必须使墙体在计算确定的模式下，墙体结构在上下两个支座A和B，以及跨中C (H/2处)出现塑性铰，见图2所示示意。塑性铰出现的顺序为:在爆炸荷载作用下，单向板弯矩最大首先在A和B支座处出现塑性铰，然后弯矩向跨中转移，最大弯矩在跨中C，C再出现塑性铰，同时要求在C的塑性铰性能充分发挥以前，A和B处不能出现横截面的剪切破坏。当A，B、C都达到钢筋混凝土配筋截面的最大允许转动变形极限，就是前墙的抗爆极限承载能力。
[0005]不难发现，塑性铰的形成和次序是决定墙体抗爆能力的关键。而决定这两个因素的关键，除了和计算配筋量有关外，则与截面的配筋形式密切相关，特别是A和B处的配筋形式，它关系到塑性铰的出现顺序必须先于C处。而目前工程抗爆设计中，对A和B处的截面配筋方式并没有相关规范作出具体规定。
[0006]对A和B处的截面配筋，目前主要有下列两种方式:
方式一:在上支座A处(图3)，前墙墙体内横向钢筋等距分布；竖向钢筋等距分布；屋面板内的上下两层附加钢筋伸入墙体。在下支座B处(图4)，前墙墙体内横向钢筋等距分布；竖向钢筋等距分布；墙体内钢筋不伸入基础；交叉钢筋伸入基础内。方式二:在上支座A处(图5)，前墙墙体内横向钢筋等距分布；竖向钢筋等距分布并且间隔交叉；附加板内钢筋伸入墙体。在下支座B处(图6)，前墙墙体内横向钢筋等距分布；竖向钢筋等距分布，间隔交叉，并且伸入基础内。其中，墙内竖向钢筋等距分布间隔交叉方式见图7。
[0007]上述两种配筋方式都存在缺陷，与抗爆墙体弹塑性设计的原理不完全一致。方式1，B端支座墙体内钢筋不伸入基础，仅通过交叉钢筋相连接，说明在爆炸冲击力尚未作用时，在力学模型上它已经是一个完全铰接，丧失了墙体端部支座在爆炸作用过程中，该部位的塑性铰转动和发展形成对冲击能的消耗，过早导致弯矩向跨中转移4端支座由屋面板内的上下两层附加钢筋伸入，可以部分使塑性铰转动和发展，但下层附加筋的存在使混凝土受压区的抗压能力增强，一定程度约束了塑性铰的转动变形，截面不易达到理想的塑性铰状态，即钢筋完全屈服，混凝土脆性破坏。方式2，B端支座墙体内竖向钢筋间隔交叉后深入基础，能够满足塑性铰转动发展的模式，但仍存在内侧竖向钢筋使混凝土受压区的抗压能力增强的缺陷；A端支座不仅有方式I中的类似问题，更增加了内侧竖向钢筋，因而截面不易达到理想塑性铰状态的缺陷更明显。
[0008]综上所述，从现有的抗爆结构前墙墙体的配筋方式来看，不同程度地存在着不合理配筋带来的安全隐患。
【发明内容】
[0009]本发明所要解决的技术问题是现有技术抗爆结构前墙墙体配筋方式不合理，存在安全隐患的问题，提供一种新的钢筋混凝土抗爆墙墙体钢筋配置方法。该方法能满足设计的要求和安全的保证。
[0010]为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下:一种钢筋混凝土抗爆墙墙体钢筋配置方法，抗爆墙墙体包括钢筋和混凝土 ；墙体上端与屋面板相连处形成上支座A，墙体下端与基础相连处形成下支座B ;墙体内配筋至少为双向双层，即内外侧竖向钢筋和横向钢筋，外侧为爆炸冲击波作用方向面；墙体外侧竖向钢筋采用等距分布布置，一部分在上支座A处直接伸入至墙顶，在下支座B处直接伸入至基础；另一部分间隔交叉后，在上支座A的向内侧竖向钢筋位置伸入至墙顶，在下支座B的向内侧竖向钢筋位置伸入至基础；墙体内侧竖向钢筋采用等距分布布置，交叉后，在上支座A的向外侧竖向钢筋位置伸入至墙顶，在下支座B的向外侧竖向钢 筋位置伸入至基础；墙内横向钢筋等距分布；上支座A处，由屋面板内上层设置等距附加钢筋伸入墙体内；其中，所述配筋是指钢筋的配置。
[0011]上述技术方案中，墙内竖向配筋优选方案为2~4层，更优选方案为2层。墙内横向配筋优选方案为2~4层，更优选方案为2层。墙体外侧竖向钢筋采用等距分布布置，间隔优选范围为15(T350 mm，更优选范围为20(T300mm。墙体内侧竖向钢筋采用等距分布布置，间隔优选范围为15(T350mm，更优选范围为20(T300 mm。墙内横向钢筋等距分布，间隔优选范围为15(T400mm，更优选范围为20(T300mm。墙体内外侧竖向钢筋伸入基础和墙顶的深度为优选范围为钢筋直径的20-40倍，更优选范围为钢筋直径的25~35倍。
[0012]本发明通过对墙体上端与屋面板相连处和下端与基础相连处的配筋方式处理，采用外侧竖向等距布置的钢筋在支座处间隔交叉，交叉部分伸入基础或墙顶，内侧竖向等距布置的钢筋在支座处交叉后，全部伸入基础或墙顶的方式来实现，并在上端支座处仅布置屋面板内上层钢筋伸入，从而实现了上下两端支座钢筋混凝土塑性铰的理想发挥作用。上下两端支座塑性铰的形成和发展是抗爆墙设计的关键，由于采取对支座处钢筋混凝土内侧竖向钢筋不锚入基础，进行弯折交叉，从而减少了钢筋混凝土截面受压区的竖向钢筋，使支座截面的转动变形能力得到提高，确保支座塑性铰的形成和发挥，取得了较好的技术效果。
【专利附图】
【附图说明】[0013]图1为抗爆墙外墙结构示意图。
[0014]图2为墙体变形示意图。
[0015]图3为方式一上支座A处的截面配筋方式。
[0016]图4为方式一下支座B处的截面配筋方式。
[0017]图5为方式二上支座A处的截面配筋方式。
[0018]图6为方式二下支座B处的截面配筋方式。
[0019]图7为方式二墙内竖向钢筋等距分布间隔交叉示意图。
[0020]图8为本发明上支座A处的截面配筋方式。
[0021]图9为本发明下支座B处的截面配筋方式。
[0022]图10为本发明墙内竖向钢筋等距分布间隔交叉示意图。
[0023]图f 10中，1为基础,2为爆炸冲击波方向，3为前墙墙体,4为屋面板,5为单位宽板带，6为墙内竖向钢筋，7为墙内横向钢筋，8为附加板内钢筋，9为结构梁，10为交叉钢筋，11为附加板内上层钢筋，H为计算跨度，A为上支座，B为下支座，C为跨中部，D为外侧，E为内侦彳，a、b和c为墙内竖向钢筋间的距离，a=b=c。
[0024]下面通过实施例对本发明作进一步阐述。
【具体实施方式】
[0025]【实施例1】` 采用图8~10所示的配筋方式，墙体外侧竖向钢筋采用等距分布布置，一部分在上支座A处直接伸入至墙顶，在下支座B处直接伸入至基础；另一部分间隔交叉后，在上支座A的向内侧竖向钢筋位置伸入至墙顶，在下支座B的向内侧竖向钢筋位置伸入至基础；墙体内侧竖向钢筋采用等距分布布置，交叉后，在上支座A的向外侧竖向钢筋位置伸入至墙顶，在下支座B的向外侧竖向钢筋位置伸入至基础；墙内横向钢筋等距分布；上支座A处，由屋面板内上层设置等距附加钢筋伸入墙体内。
[0026]其中，墙内竖向配筋为2层，墙内横向配筋为2层。墙体外侧竖向钢筋采用等距分布布置，间隔为200_。墙体内侧竖向钢筋采用等距分布布置，间隔为200_。墙内横向钢筋等距分布，间隔为250mm。墙体内外侧竖向钢筋伸入基础和墙顶的深度为640mm。
[0027]采用本发明方法，抗爆墙墙体的能够满足超压69KPa、延时20ms的高压冲击波作用，以及超压21KPa、延时IOOms的低压冲击波作用。
[0028]【比较例I】
采用图3、图4所示的配筋方式，在上支座A处，前墙墙体内横向钢筋等距分布，间隔为250mm ;竖向钢筋等距分布，间隔为200mm ;屋面板内的上下两层附加钢筋伸入墙体。在下支座B处，前墙墙体内横向钢筋等距分布，间隔为250mm ;竖向钢筋等距分布，间隔为200mm ；墙体内钢筋不伸入基础；交叉钢筋伸入基础内。
[0029]抗爆墙墙体不能够满足超压69KPa、延时20ms的高压冲击波作用，以及超压21KPa、延时IOOms的低压冲击波作用，支座处转动变形在荷载作用一开始即限值，同时截面剪切破环。
[0030]【比较例2】
采用图5~7所示的配筋方式，在上支座A处，前墙墙体内横向钢筋等距分布，间隔为250mm;竖向钢筋等距分布，间隔为200 mm，并且间隔交叉；附加板内钢筋伸入墙体。在下支座B处，前墙墙体内横向钢筋等距分布，间隔为250mm ;竖向钢筋等距分布，间隔为200mm，间隔交叉，并且伸入基础内。
[0031]抗爆墙墙体能够满足超压69KPa、延时20ms的高压冲击波作用，以及超压21KPa、延时IOOms的低压冲击波作用。但支座处转角位移偏小，说明塑性铰发挥不充分，耗能效果不理想。
【权利要求】
1.一种钢筋混凝土抗爆墙墙体钢筋配置方法，抗爆墙墙体包括钢筋和混凝土 ；墙体上端与屋面板相连处形成上支座A，墙体下端与基础相连处形成下支座B ;墙体内配筋至少为双向双层，即内外侧竖向钢筋和横向钢筋，外侧为爆炸冲击波作用方向面；墙体外侧竖向钢筋采用等距分布布置，一部分在上支座A处直接伸入至墙顶，在下支座B处直接伸入至基础；另一部分间隔交叉后，在上支座A的向内侧竖向钢筋位置伸入至墙顶，在下支座B的向内侧竖向钢筋位置伸入至基础；墙体内侧竖向钢筋采用等距分布布置，交叉后，在上支座A的向外侧竖向钢筋位置伸入至墙顶，在下支座B的向外侧竖向钢筋位置伸入至基础；墙内横向钢筋等距分布；上支座A处，由屋面板内上层设置等距附加钢筋伸入墙体内；其中，所述配筋是指钢筋的配置。
2.根据权利要求1所述钢筋混凝土抗爆墙墙体钢筋配置方法，其特征在于墙内竖向配筋为2~4层，墙内横向配筋为2~4层。
3.根据权利要求2所述钢筋混凝土抗爆墙墙体钢筋配置方法，其特征在于墙内竖向配筋为2层，墙内横向配筋为2层。
4.根据权利要求1所述钢筋混凝土抗爆墙墙体钢筋配置方法，其特征在于墙体外侧竖向钢筋采用等距分布布置，间隔为15(T350mm。
5.根据权利要求4所述钢筋混凝土抗爆墙墙体钢筋配置方法，其特征在于墙体外侧竖向钢筋采用等距分布布置，间隔为20(T300mm。
6.根据权利要求 1所述钢筋混凝土抗爆墙墙体钢筋配置方法，其特征在于墙体内侧竖向钢筋采用等距分布布置，间隔为15(T350mm。
7.根据权利要求6所述钢筋混凝土抗爆墙墙体钢筋配置方法，其特征在于墙体内侧竖向钢筋采用等距分布布置，间隔为20(T300mm。
8.根据权利要求1所述钢筋混凝土抗爆墙墙体钢筋配置方法，其特征在于墙内横向钢筋等距分布，间隔为15(T400mm。
9.根据权利要求8所述钢筋混凝土抗爆墙墙体钢筋配置方法，其特征在于墙内横向钢筋等距分布，间隔为200~300 mm。
10.根据权利要求1所述钢筋混凝土抗爆墙墙体钢筋配置方法，其特征在于墙体内外侧竖向钢筋伸入基础和墙顶的深度为钢筋直径的20-40倍。
【文档编号】E04B1/98GK103711229SQ201210377199
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2012年10月8日 优先权日:2012年10月8日
【发明者】何国富 申请人:中国石油化工集团公司, 中石化上海工程有限公司