抗爆間室的抗爆設計

程國防 張建軍 王春芝

(1.中國兵器工業規劃研究院，北京 100053;2.中交遠洲交通科技集團有限公司，北京 100027)

0 引言

隨著國內經濟的發展，民爆行業日益向規模化、高度自動化的方向發展。其行業特點為原料、半成品和成品大多是易燃、易爆品。我國借鑒國外抗爆設計經驗并進行了相關實驗，陸續頒布了相應的設計規定。為了改善勞動條件及局部爆炸不影響相鄰工序，并能排除故障后迅速組織生產。在新增或改造的民爆項目中，對抗爆建筑物均提出了明確的抗爆設計規定和要求。在易燃易爆部位需要采取防護措施，設置發生爆炸事故時能承受設計藥量爆炸空氣沖擊波和碎片的局部作用而不發生震塌、飛散和穿透的鋼筋混凝土結構，它廣泛用于生產或貯存民爆行業危險品的建筑物，承受爆炸破壞產生能量，保護人員財產。鋼筋混凝土抗爆結構中最典型的是危險品建筑物中的抗爆間室，抗爆間室主要承受爆炸事故的偶然性瞬時荷載，結構在彈塑性階段工作。結構設計時通常可根據間室內生產或貯存的危險品性質、恢復生產的要求，按能承受一次或多次爆炸荷載進行設計。其墻體和屋蓋宜為抗爆現澆鋼筋混凝土，當設計藥量大于1 kg時，墻厚不宜小于300 mm［1，2］;抗爆間室防護門通常為裝甲防護門;抗爆間室朝向室外的一面為輕型泄壓安全窗。本文通過一工程實例，總結抗爆結構鋼筋混凝土結構設計。

1 抗爆間室爆炸作用的受力特點

抗爆間室內的爆炸為化學爆炸。其化學反應表現為產生大量能量，短期釋放，產生壓力波。乳化炸藥爆炸物質高度凝聚，多呈固態。其特點為:

1)抗爆間室內炸藥爆炸頻率高;2)爆炸傳播、蔓延、擴散較快，且為瞬間發生，其沖擊波經墻體多次反射;3)抗爆間室內爆炸對建筑物的影響是局部的，設計得當，可以最大程度減小對建筑物的影響。

2 抗爆間室混凝土的材料特性

人防規范和抗爆間室規定對材料的要求都是采用調高設計結構材料動載強度系數方法進行設計。兩者的材料強度提高系數比較見表 1，表 2［3］。

表1 抗爆結構的材料強度提高系數

3 抗爆間室的設計理論及方法

人防規范和抗爆間室在設計延性比方面有很大區別，這是由兩者的受力特點不同決定的。抗爆間室的設計延性比和抗爆間室的設防等級有關。人防結構的允許延性比和構件的受力狀態有關。兩者的設計延性比如表3，表4所示。

表2 人防結構的材料的強度提高系數

表3 抗爆結構的允許延性比

表4 人防結構的允許延性比(人防規范)

人防結構對爆炸沖擊波壓力大小及持續時間的計算是考慮爆炸產生的荷載均為瞬間荷載，空氣沖擊波常簡化為無升壓三角形荷載，爆炸產生的荷載為突加三角形荷載下的結構反應，結構在沖擊荷載下產生振動，結構產生的最大內力和變形大于峰值壓力靜載下的內力和變形［4］。

而抗爆間室按加工性質和事故頻率采用不同的設防等級進行設計。抗爆間室根據間室內經受的滿設計藥量的爆炸事故次數，劃分為三個設防等級，其容許延性比和設計延性比根據設防等級不同采取相應的數值。間室內的爆炸藥量采取設計藥量。對非TNT炸藥的其他種類爆炸品，利用相應的TNT當量系數折算為相應的設計藥量。

4 抗爆間室設計計算結果及分析

本工程為河南某化工廠的延期藥生產工房，工程地上1層，建筑物總長53 m，總寬18.4 m，建筑高度4.6 m;建筑結構類型:框架結構，部分工序為危險工序，設計抗爆間室。抗爆間室為現澆鋼筋混凝土抗爆結構，設防等級為三級。墻體及屋蓋鋼筋混凝土厚度均為300 mm，基礎為鋼筋混凝土條形基礎，抗爆間室外為無蓋抗爆屏院。設計要求:1)抗爆結構混凝土強度等級為C30。2)抗爆間室(含抗爆屏院)的藥量均為6.0 kg的設計藥量(TNT當量)，設防等級均為三級。3)間室與屏院應分別連續澆筑，不得設置施工縫，當不可避免時，應設在基礎頂或屋面板下500 mm處，并以不少于受彎主筋截面面積之半的插筋予以加強，該鋼筋錨入施工縫上下各40d。4)受力主筋應盡量避免采用接頭，必要時應采用閃光接觸對焊接頭和綁扎接頭，接頭位置應設在墻或板距支承邊1/4附近處，并應相互錯開。5)在任一搭接長度(40d)的區段內，有接頭的受力鋼筋截面面積不得超過總截面面積的百分率為:綁扎接頭25%，閃光對焊50%。6)鋼筋混凝土墻一般設“S形”拉結筋，呈梅花形布置。7)不得采用脆性硬鋼和冷拉鋼筋。鋼筋的抗拉強度實測值與屈服強度實測值的比值不應小于1.25，鋼筋的屈服強度實測值與強度標準值的比值不應大于1.3。通過設防等級為三級進行設計計算，本工程抗爆間室墻厚設計為300，配筋計算為φ20@100/200。

5 結語

1)抗爆間室結構的動力內力和位移大于人防等結構內力和位移;

2)抗爆間室的結構設計依據設防等級和TNT當量進行計算。

［1］GB 50089-2007，民用爆破器材工程設計安全規范［S］.

［2］郭 晶.淺談抗爆結構鋼筋混凝土施工工藝［J］.建材技術與應用，2004(4):50-52.

［3］王澤溥，鄭志良.爆炸及其防護［M］.北京:兵器工業出版社，2008.

［4］應付釗.抗爆建筑物的抗爆設計淺談［J］.醫藥工程設計，2007(6):58-60.