淺談多層工業(yè)建筑的防爆設(shè)計

喬琦

引言：隨著市場經(jīng)濟的發(fā)展和工業(yè)用地的成本的增高，在實際工作中多層工業(yè)建筑形式越來越多的被運用到，但有爆炸危險性的多層工業(yè)建筑在防爆設(shè)計中有很多需注意的重點，難點。筆者結(jié)合在工作中遇到的一些實際案例淺談下多層工業(yè)建筑的防爆、泄爆的設(shè)計原則，和采取的具體措施。

一、工業(yè)建筑

工業(yè)建筑是指供人民從事各類生產(chǎn)活動的建筑物和構(gòu)筑物

工業(yè)建筑的生產(chǎn)類別根據(jù)廠房在生產(chǎn)中使用或產(chǎn)生的物質(zhì)的性質(zhì)及數(shù)量等因素分為甲、乙、丙、丁、戊類。相對應(yīng)的，廠房按各自的耐火等級，層數(shù)，生產(chǎn)類別劃分每個防火分區(qū)所允許的最大面積。耐火等級、生產(chǎn)類別越高的建筑對防火，防爆，疏散的設(shè)計要求就越嚴(yán)格。在工業(yè)廠房的設(shè)計中，不同的生產(chǎn)工藝流程對建筑有不同的需求，如化工石油化、藥品類的廠房，在生產(chǎn)過程中有爆炸的危險性，所以在滿足工藝設(shè)計的要求同時，必須更謹(jǐn)慎的考慮廠房防爆的問題，以及，一旦發(fā)生爆炸能及時泄爆，把人傷和物損降到最低。

在實際項目的操作中，筆者發(fā)現(xiàn)有爆炸危險的工業(yè)建筑在采用單層建筑形式時由于能采用輕質(zhì)屋面的泄壓的方式，泄壓面積較為充裕，能更好的滿足防爆設(shè)計，泄壓計算的要求。

但是由于生產(chǎn)工藝的需要，或者用地的經(jīng)濟型的考慮。我們在工業(yè)廠房的設(shè)計中常需要采用多層建筑的設(shè)計。是否能在這樣的條件下做好防爆、抗爆、泄爆設(shè)計，保障生產(chǎn)和人員的安全。

這是我們工業(yè)建筑設(shè)計人員需要考慮的一個問題。

文章作者在上海某公司年產(chǎn)30萬噸丙烯酸乳液項目生產(chǎn)車間的設(shè)計中就遇到了這樣的問題。在本項目中生產(chǎn)車間的火災(zāi)危險類別為甲類1項，耐火等級：一級。建筑層數(shù)為三層。為有爆炸危險性的多層工業(yè)廠房。

多層工業(yè)建筑的防爆設(shè)計難點在于，要結(jié)合各層平面的布局，空間，交通，兼顧考慮防火，防爆分區(qū)的分隔和人員在發(fā)生爆炸時的安全疏散。

二、平面和空間

對于工業(yè)建筑的防爆設(shè)計，建筑的結(jié)構(gòu)形式的選用和泄壓面積的計算是復(fù)核建筑是否合乎規(guī)范要求，是否能夠在生產(chǎn)中保持安全穩(wěn)定，在發(fā)生爆炸時能保證生產(chǎn)廠房內(nèi)的生產(chǎn)人員在安全時間內(nèi)疏散。并且把爆炸對周圍廠房和道路，人員的傷害控制到最小。

1、合理總平面布局

對于廠區(qū)有爆炸危險性建筑的工程，在進(jìn)行整體規(guī)劃設(shè)計時，需要對廠區(qū)的生產(chǎn)物品的危險性進(jìn)行定性。然后分區(qū)設(shè)計。危險品生產(chǎn)區(qū)與其他生產(chǎn)，生活區(qū)域距離應(yīng)嚴(yán)格按規(guī)范退界。上海也在今年實行了更為嚴(yán)格和精準(zhǔn)的《精細(xì)化工企業(yè)設(shè)計防火規(guī)范》DGJ08-2113-2013/J12465-2013。在進(jìn)行設(shè)計時，應(yīng)該遵循高標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求，不能和《建筑設(shè)計防火規(guī)范》GB50016-2006中對廠房退界的要求混淆。

2、選取有利于泄爆的結(jié)構(gòu)形式

《建筑設(shè)計防火規(guī)范》GB50016-2006中第3.6.2條:有爆炸危險性的甲乙類倉房需要進(jìn)行防爆設(shè)計。此類廠房宜獨立設(shè)置，并宜采用敞開或半敞開式，并且其承重結(jié)構(gòu)宜采用鋼筋混凝土或鋼框架、排架結(jié)構(gòu)形式。這樣的結(jié)構(gòu)形式?jīng)Q定了建筑在發(fā)生爆炸時既能及時泄爆，又能保持主要承重的結(jié)構(gòu)的堅固穩(wěn)定。實踐經(jīng)驗告訴我們，有爆炸危險性的廠房需要選用既有穩(wěn)定牢固的承重結(jié)構(gòu)，又有大面積輕質(zhì)的泄壓設(shè)施，才能在發(fā)生事故時減少物損人傷。在多層工業(yè)廠房中采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)較為常見。

3、建筑內(nèi)爆炸區(qū)域的合理布置

有爆炸危險的生產(chǎn)區(qū)域宜布置在單層廠房內(nèi)，且應(yīng)把有爆炸危險的生產(chǎn)裝置靠外墻設(shè)置，減小爆炸危害。在多層建筑中，有爆炸危險的區(qū)域應(yīng)該避免放在底層或中間層，防止爆炸時破壞結(jié)構(gòu)，影響到上層建筑的結(jié)構(gòu)安全，故放在頂層靠外墻部位較為適合。有爆炸危險的生產(chǎn)裝置應(yīng)盡量避開建筑的梁、柱等主要承重構(gòu)件。當(dāng)然，這就需要工藝和建筑設(shè)計人員在初步設(shè)計生產(chǎn)裝置時有所考慮。

4、合理的劃分防爆分區(qū)進(jìn)行泄壓面積的計算

有爆炸危險的甲、乙類廠房，其泄壓面積按下式計算，A=10CV2/3

其中C值需要按照工藝生產(chǎn)中廠房內(nèi)爆炸性危險物質(zhì)的類別選取。

但當(dāng)廠房的長徑比大于3時，宜將該建筑劃分為長徑比小于等于3的多個計算段，各計算段中的公共截面不得作為泄壓面積。所以體型過于瘦長，劃分過多的泄壓分區(qū)的多層建筑的中間段及除頂層外的其他樓層在計算泄壓面積的時候很難滿足泄壓面積的要求。作者認(rèn)為在方案設(shè)計時就要規(guī)避這樣情況，反復(fù)運算，在工藝布置滿足的情況下，同時進(jìn)行泄壓面積的計算。當(dāng)然，現(xiàn)在也可以使用一些核算泄壓面積的軟件建模進(jìn)行初步方案的演算。在上海某公司年產(chǎn)30萬噸丙烯酸乳液項目生產(chǎn)車間的設(shè)計中作者也在方案初期進(jìn)行了計算。及時修正了建筑的平面的形態(tài)。使之更為合理。

三、防爆

1、工藝生產(chǎn)中的防爆

防爆設(shè)計的重點在于通過排除爆炸事故根源和減輕爆炸危害的措施，來達(dá)到防爆設(shè)計的目的，以便在一旦發(fā)生爆炸事故時能最大限度地減輕危害和損失。各種危險品在生產(chǎn)操作中隱藏著爆炸危險，生產(chǎn)工藝是否合理，生產(chǎn)操作是否規(guī)范，關(guān)系安危。筆者認(rèn)為，爆炸災(zāi)害的預(yù)防和控制應(yīng)放在源頭上。

2、防爆墻的設(shè)置

防爆墻指的是在爆炸中抗壓力較強的墻體，也稱耐爆墻、抗爆墻。多數(shù)設(shè)置在有爆炸危險的廠房或倉庫中。分隔爆炸危險區(qū)和非爆炸危險區(qū)。

常選用的材質(zhì)有：

防爆磚墻（用于爆炸物質(zhì)較少的廠房和倉庫）

防爆鋼砼墻（常用的比較理想的防爆墻）

防爆鋼板墻（以槽鋼為骨架，鋼板和骨架鉚接或焊接在一起）

在保立佳項目中生產(chǎn)車間與一面相鄰的分控制是用耐火極限時間不小于4小時的防火、防爆墻隔開，考慮控制室儀器較為昂貴，筆者選用的是防爆鋼砼墻，并需要結(jié)構(gòu)專業(yè)配合設(shè)計。

3、防爆門斗的設(shè)置

在電子版《建筑設(shè)計防火規(guī)范》2012版(送審稿)中3.6.10中對比2006版防火規(guī)范新增添了防爆門斗的設(shè)計,即有爆炸危險區(qū)域內(nèi)的樓梯間、室外樓梯或與相鄰區(qū)域連通處，應(yīng)設(shè)置門斗等防護(hù)措施。門斗的隔墻應(yīng)為耐火極限不應(yīng)低于2.00h的實體墻，門應(yīng)采用甲級防火門并應(yīng)與樓梯間的門錯位設(shè)置。作者認(rèn)為防爆門斗的設(shè)計在有爆炸危險的多層廠房的設(shè)計中很有必要。門斗能保護(hù)樓梯疏散門在爆炸時不被爆炸沖擊力損壞，是爆炸危險區(qū)域到安全疏散區(qū)域的一個過渡空間。在設(shè)置防爆門斗時應(yīng)結(jié)合工藝布置，防止工藝設(shè)備影響人員的疏散。建議在各層平面圖中標(biāo)出疏散通道和疏散方向。

四、泄爆

1、泄爆形式

建筑泄壓一般采用輕質(zhì)屋面，輕質(zhì)墻體，易于泄爆的門窗。但是在考慮泄壓時最好優(yōu)先考慮爆炸是對周圍環(huán)境影響較小的輕質(zhì)屋面。

2、泄壓計算

有爆炸危險的甲、乙類廠房，其泄壓面積按下式計算，A=10CV2/3

其中C值需要按照工藝生產(chǎn)中廠房內(nèi)爆炸性危險物質(zhì)的類別選取。

泄壓計算是防爆設(shè)計中最直觀的一種演算。經(jīng)過多個工程實踐，我總結(jié)出，單層廠房的泄爆一般很容易滿足。但更為常見的多層廠房的泄壓計算就比較復(fù)雜了。首先是按長徑比劃分泄爆分區(qū)，位于建筑中部的泄爆區(qū)一般較難滿足泄壓面積的計算，總結(jié)發(fā)現(xiàn)當(dāng)按每段長徑比等于三的大小劃分，更容易滿足計算要求。筆者認(rèn)為計算中可以扣除樓梯間，門斗，電梯間等一些沒有爆炸危險的空間的體積，減小A值。在計算墻面泄壓面積的時候，應(yīng)該扣除承重的柱、梁的截面積。梁柱是需要在爆炸中保證堅固的承重結(jié)構(gòu)。全部計算在墻面泄壓面積中不夠合理。所以在滿足規(guī)范要求的前提下，多層工業(yè)建筑需要墻面泄爆的時候，梁不適宜做的太高。需要在設(shè)計時和結(jié)構(gòu)專業(yè)溝通。

3、泄壓設(shè)施的材質(zhì)

用于泄壓的墻體，門窗，屋面的單位質(zhì)量，材質(zhì)，都有一定的要求。玻璃窗的開啟方式宜為外開，且玻璃五金的選取在爆炸中室內(nèi)外氣壓差達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)后宜摧毀，脫落的。玻璃采用安全玻璃，防止爆炸時產(chǎn)生尖銳碎片四處噴散。

在上海某公司年產(chǎn)30萬噸丙烯酸乳液項目生產(chǎn)車間項目中，設(shè)計選用的泄壓窗玻璃為6mm厚鋼化玻璃。滿足規(guī)范要求。

五、總結(jié)

綜上所述，筆者在實際工程操作中發(fā)現(xiàn)多層工業(yè)廠房的部分泄壓區(qū)域的由于泄壓面過少，很難滿足泄壓計算要求。但是如果在方案初期，及時與其他專業(yè)配合，把建筑的結(jié)構(gòu)形式，平面體型，梁、柱截面的尺寸控制在合理的范圍內(nèi)，并選擇合適的泄壓材質(zhì)，和泄爆形式。即可以避免這個問題。多層工業(yè)廠房的防爆設(shè)計需各個專業(yè)深入配合，嚴(yán)格地貫徹防火規(guī)范的要求，從全局出發(fā)，防爆是根本，泄爆為保障，統(tǒng)籌兼顧，積極采用有針對性的防爆、泄爆措施。做到保障生命和財產(chǎn)的安全。

參考文獻(xiàn)

[1]《建筑設(shè)計防火規(guī)范》GB50016-2006.

[2]電子版《建筑設(shè)計防火規(guī)范》2012版.

[3]《NFPA68《爆炸泄壓指南》（1990版）.

[4]《建筑設(shè)計防火規(guī)范》圖示05SJ811.