GB/T 50761-2018标准解析与石化设备抗震设计特点

我国于2018年颁布了 GB/T 50761-2018《石油化工钢制设备抗震设计标准》。该标准在原有GB 50761-2012《石油化工钢制设备抗震设计规范》的基础上进行修订，并参考了美国API STD 650和日本《高压瓦斯设备抗震设计标准》等国际标准，同时结合了我国近年来的地震实践和研究成果。

一、标准修订背景

本文将对该标准的主要内容进行简要解析，旨在为石油化工设备抗震设计者提供参考。修订后的标准明确了石化设备的抗震设计目标与重要度分类，提供了新的抗震设计反应谱。此外，标准明确了各类设备的地震作用调整系数与结构阻尼比、许用应力的取值，以及抗震计算载荷组合等内容，同时提供了相关的抗震构造措施。

二、主要修订内容

GB/T 50761-2018 标准修订充分考虑了国际经验和国内实践，为石化设备抗震设计提供了更为详尽和准确的指导。设计者应充分理解标准的主要修订内容，合理应用其中的参数要求和设计原则，以确保石油化工设备在地震发生时具备良好的安全性能。

2.1 抗震设计目标与重要度分类

标准明确了石化设备的抗震设计目标，并根据设备的重要性进行了分类，以确保不同级别设备的抗震性能满足相应的要求。

2.2 抗震设计反应谱

修订后的标准引入了新的抗震设计反应谱，以更精准地描述地震荷载对设备的影响，提高抗震性能。

2.3 地震作用调整系数与结构阻尼比

标准明确了各类设备的地震作用调整系数与结构阻尼比，为抗震设计提供了具体的参数要求。

2.4 许用应力的取值

修订后的标准规定了许用应力的具体取值范围，以确保设备在地震发生时不会超过其材料的极限强度。

2.5 抗震计算载荷组合

标准明确了抗震计算载荷的组合方式，综合考虑不同工况下的地震影响，确保设计的全面性和合理性。

2.6 抗震构造措施

修订后的标准提供了各类设备在抗震设计中可采用的构造措施，包括但不限于加强连接、增加支撑等，以提高设备的整体抗震性能。

三、抗震设计目标与分类

3.1 抗震设计的重要性与挑战

抗震设计在石化工业中具有极其重要的地位，主要因为这些设备通常贮存着危险性较高的化学物质。由于抗震设防目标的独特性，相对于一般建筑结构而言，石油化工设备的抗震设计要求更为严格。

在这一背景下，抗震设计的首要目标是确保在抗震设防烈度下，石化设备的主要组成部分，包括设备本体、支撑构件和锚固结构，不受损坏。这一设计目标的实现旨在防止设备本体的损坏，进而避免可能引发的爆炸或介质泄漏。同时，防范支撑构件和锚固结构的损害，以免导致设备倒塌和管线断裂。

GB/T 50761 标准通过对设备的特性、规格、介质、用途以及地震破坏后的危害程度等多方面因素进行全面考虑，将设备抗震重要度分为4类。这种分类方法相对于其他抗震设计标准更为细致和个性化。不同于一些建筑物或构筑物的抗震分类标准，GB/T 50761 采用抗震重要度系数来调整不同类别设备的地震作用。与之相关的构造措施主要取决于设备的支撑结构类型。

这种分类方法的灵活性和专业性，使得抗震设计更贴合石油化工设备的特殊性质，更好地满足安全性和可靠性的要求。

3.2 国际差异与抗震设计方法比较

在国际范围内，弹性反应谱理论和 R-μ 方法是常见的抗震设计方法，旨在确保结构在地震作用下具备足够的弹性和塑性能力，以有效对抗潜在的地震影响。尽管这些方法和理论的目标相似，但不同国家和地区的标准存在一些差异。

一个重要的改变是地震作用调整系数RE的引入，特别是考虑了结构的弹塑性耗能。这反映了对结构在地震作用下非弹性效应更为详细的考虑，这对于确保结构在地震中的稳定性和安全性至关重要。

另外，引入了对设防地震作用的折减和设备抗震重要度系数η，使得抗震设计更具有个性化和精准性。这符合工业设备抗震设计中，不同类型设备在地震作用下的行为差异，以及其在工业生产中的特殊性质。

对不同类型设备地震作用调整系数的比较分析显示，GB/T 50761的整体抗震可靠性更高，满足更高抗震安全性的国情需求。在不同标准和不同阻尼比条件下，地震作用的变化趋势存在一定的差异。相对于SH 3048-1999《石油化工钢制设备抗震设计规范》标准，在一些情况下，GB/T 50761表现更为优越，而在其他情况下略显逊色。这也反映了不同抗震设计标准在对结构动力学行为理解和处理上的差异。

四、抗震设防与设计计算

类似于GB 50011-2010 《建筑抗震设计规范》中的承载力调整系数，GB/T 50761明确了抗震许用应力调整系数Kʟ。对设备本体以及本体与支撑构件连接的焊缝，取值为1.2；而对支撑结构件，取值为1.33。设备本体的抗震许用应力调整系数相较于支撑构件和锚固附件略低，主要考虑以下因素：

4.1 载荷组合： 地震作用与其他载荷作用效应采用许用应力法进行评定。考虑到风载荷与设防地震的概率较低，风载荷组合系数取值为0.25。雪载荷主要作用于球罐、储罐等承载面较大的设备。

4.2 抗震许用应力调整系数 (Kʟ)： 与GB 50011类似，GB/T 50761明确了抗震许用应力调整系数 (Kʟ)。设备本体以及本体与支撑构件连接焊缝的 (Kʟ) 取值为1.2，支撑结构件的 (Kʟ) 取值为1.33。设备本体相较于支撑构件和锚固附件的 (Kʟ) 略低，这是因为设备本体的抗震安全性要求更高，且地震是偶然作用，结构的可靠度相比于承受其他静力载荷时要求低。

4.3 锚栓抗震设计： 锚栓（地脚螺栓）的抗震设计许用应力取值较低，且不考虑调整系数。这一决策考虑了多个因素，包括锚栓计算方法相对粗糙，难以精确计算其承受载荷；地震载荷属于动力载荷，地震发生时，锚栓经常处于超载状态；单个锚栓拉断可能导致设备倾覆倒塌，产生较大的次生载荷；设备在役过程中对锚栓的检验频率相对较低，损坏后不易更换与维修，且锚栓造价相对较低。

这一设计考虑了不同因素的权衡，以确保设备在地震发生时具备足够的稳定性和安全性，同时综合考虑了设备本体和支撑结构的特殊性质。

五、结构设计与构造措施

在GB/T 50761中，对于设备的体系设计和构造措施提出了详细要求，涵盖了设备布置、结构、材料等方面。同时，针对各种支撑结构的特点，提出了相应的构造措施，其中包括地脚螺栓的最小个数、防松动措施、支座与本体的焊接牢固性以及管线的柔性连接等。

这些结构设计与构造措施的详细规定旨在确保设备在地震等极端情况下具备足够的安全性和稳定性。通过综合考虑设备的布置、结构特点以及材料性能，GB/T 50761提供了系统性的设计指南，使工程师能够更好地应对各种极端自然力的挑战，确保设备在不同工况下都能够安全可靠地运行。

5.1地震动及反应谱

地震动的表示与反应谱分析在GB 50011和GB/T 50761中都以设防烈度作为地震危险性的宏观衡量尺度，并使用设计基本地震加速度。然而，这两个标准中设计基本地震加速度的取值存在差异，而实际地面地震动峰值加速度是连续变化的。为了更精确地进行抗震设计，GB 18306-2015 《中国地震动参数区划图》建议使用实测地面地震动峰值加速度来表征地震动。

此外，为了与欧美等国的标准一致，有必要将地震设计反应谱中的动力放大系数βmax调整为2.5。地震设计反应谱通常由上升段、平台段和下降段组成，其中下降段分为速度控制段和位移控制段。对于结构自振周期 ( T ) 较大的情况，结构的振动位移与地面地震位移保持一致。

在欧美储罐抗震设计标准EN1998-4和API 650中，采用斜率为（１／Ｔ²）的下降段作为长周期反应谱的位移段。GB/T 50761根据实验将长周期反应谱自振周期从6秒延长到15秒，并引入调整系数KV 以匹配。对于大型 LNG 储罐，GB/T 50761计算的晃动波高普遍高于欧美储罐抗震设计标准 EN1998-4 和 API 650。