鋼結構裝配式防爆墻方案介紹

歐陽丹丹

摘 要：根據當前反恐形勢的要求，在近幾年國內外裝配式防爆墻研究成果的基礎上，將現有的建筑鋼結構體系推廣運用到裝配式防爆墻的設計中，提出了三種不同的鋼結構裝配式防爆墻方案：柱—支撐結構體系、平面桁架結構體系、網架結構體系。其中平面桁架系網架結構方案的整體性能好，抗震抗爆能力強，能有效地保護重要建筑物或目標；受力合理，節省鋼材，具有良好的經濟指標；構件工廠制作，現場安裝，能大大地加快施工速度，實現快速組裝，是防爆墻設計的一個發展方向。

關鍵詞：鋼結構 裝配式防爆墻 柱—支撐 平面桁架 網架

中圖分類號：TU894 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）05（c）-0053-02

Introduction on Plans of Steel Structure Assembling Blast Wall

OUYANG Dandan

（Hangzhou Non-Commissioned Officer Academy of CAPF， Hangzhou Zhejiang，310023，China）

Abstract：According to the current situation and the requirements of antiterrorism， and on the basis of the achievements on research of assembling blast walls at home and abroad in recent years， the existing construction steel structure system is applied to the design of assembling blast walls， three different kinds of steel structure assembling blast walls are proposed： column-brace structure system， plane truss structure system， space grid structure system. The plane truss grid system assembling blast wall has several advantages， such as good overall performance， strong anti-blast strength which can provide effective protection for important buildings or targets； reasonable bearing force， steels saving， good economic indicators； factory produced components， on-site installation which can greatly accelerate the pace of construction. It is a development orientation on research of blast walls.

Key Words：Steel Structure； Assembling Blast Wall； Column-Brace； Plane Truss； Space Grid

裝配式防爆墻具有組裝快速、承載力高、設置靈活方便等特點，近年來在反恐怖爆炸襲擊中得到了廣泛的應用。目前常用的裝配式防爆墻材料有：塑料、砂土、混凝土、鋼材、水等[1-3]。其中鋼材強度高，塑性變形能力強，用于防爆墻設計時可使墻體厚度變薄，從而降低墻體自重，同時又能使墻體具有較好的延性變形能力，是一種較理想的墻體結構用材。該文在現有建筑鋼結構體系[4-5]的基礎上，提出了三種鋼結構裝配式防爆墻方案，并對各種方案的特點進行了介紹。

1 柱—支撐結構體系

該體系由柱、斜撐桿、水平支撐、水平系桿、垂直支撐等構件組成（見圖1），其中柱可采用實腹柱和格構柱。該方案具有如下特點：

柱和斜撐桿形成的平面結構承擔面板傳來的爆炸荷載，斜撐桿與柱的連接點大致位于1/2柱高處，將柱分成上柱和下柱。上柱為受彎構件，軸力很小，彎矩較大，下柱為壓彎構件，軸力和彎矩均較大。若柱采用格構柱（該格構柱可為雙肢、三肢），則上、下柱的分肢及綴桿均為軸心受力構件。也就是說，采用格構柱比實腹柱更經濟、合理，而格構柱中，雙肢柱又比三肢柱更簡潔。

斜撐桿與基礎的連接節點為鉸節點，因而斜撐桿也為軸心受力構件，柱腳為剛性柱腳，使得下柱的彎矩分布更加均勻。

端部第一柱間或第二柱間通過設置垂直支撐和水平支撐形成一個空間穩定體，再通過水平系桿將其它平面結構連接起來形成整體結構。當柱采用雙肢格構柱時，還要在有垂直支撐處設置水平支撐，且水平系桿須布置成雙層。這種結構的組成方式類似于一般的排架結構廠房。

柱與其他構件的連接節點采用螺栓連接的焊接鋼板節點，可以將構件的工廠制作和現場組裝很好地協調起來。構件在工廠制作，并將連接鋼板焊接于格構柱上（采用相貫節點），之后，將其運到現場，用螺栓將各構件的連接鋼板連接起來，從而形成整體結構。這種節點形式方便施工安裝，同時也加快了施工速度。

2 平面桁架結構體系

該體系由三角形平面桁架或梯形平面桁架、水平系桿、水平支撐、垂直支撐共同組成（見圖2）。該方案具有如下特點。

平面桁架承擔面板傳來的爆炸荷載，各桿件均為軸心受力構件。平面桁架的兩根弦桿與基礎鉸接，可避免彎矩對基礎的不利影響。

兩端第一、二榀桁架間均設置垂直支撐，水平支撐及水平系桿而形成一個空間穩定體，再通過水平系桿將其它平面桁架連接起來形成整體結構。組成原則跟方案一完全一樣，所不同的是平面結構的形式。除三角形平面桁架頂端的水平系桿只有一層外，其余水平系桿均為兩層。

三角形平面桁架由于弦桿在頂點處的夾角較小，節點構造較為復雜，采用梯形桁架后，可以避免這種情況。平面桁架與其他構件的連接節點形式及其構件的制作安裝特點同柱—支撐體系。

3 網架結構體系

該體系可分為平面桁架組成的網架（平面桁架系網架）和四角錐組成的網架（四角錐系網架）兩種形式。該方案具有如下特點。

在爆炸荷載作用下，網架是空間整體受力的，各桿件均為軸心受力構件。與以上兩種結構方案不同的是，當爆炸荷載作用在防爆墻局部的時候，未直接承受爆炸荷載作用的結構部分也將參加工作，甚至在爆炸荷載作用方向不是很確定的情況下，結構都具有很好的整體受力特性，這是以上兩種結構不具備的。

平面桁架系網架主要是由垂直平面桁架和水平平面桁架正交組成。實際上在方案一的每一雙肢柱間和方案二的每一平面桁架間增設水平系桿和水平支撐即可得到平面桁架系網架。

四角錐系網架（見圖3）主要是由四角錐按正交正放原則組成。實際上在方案一中的每三肢格構柱間再增設一根三肢格構柱（此格構柱的兩根外分肢與相鄰格構柱外分肢共用），然后再用水平系桿將每一內分肢連接起來，并取消格構柱兩根外分肢間的斜綴桿即可得到四角錐系網架結構。

網架結構的節點通常為焊接球節點和螺栓球節點。由于防爆墻所承受的荷載很大，這兩種節點將導致結構的用鋼量增大很多，當球徑較大的時候將影響結構的外觀，而且螺栓球的配件，如：高強螺栓、套筒等，將可能采用非常規規格，給加工制造帶來不便，因此，這兩種節點用于防爆墻結構中并不理想。

對于平面桁架系網架，垂直桁架（也即主桁架）與水平桁架（次桁架）之間的連接節點可采用方案一的節點形式，但對于四角錐系網架，由于腹桿與弦桿空間匯交，若仍采用螺栓連接的焊接鋼板節點，將會使構件的連接變得復雜。

4 結語

綜合比較上述各種鋼結構裝配式防爆墻結構體系，平面桁架系網架結構方案是一種較優的結構方案。該方案不僅具有網架結構良好的整體受力特性，而且避免了四角錐網架結構的常規球節點連接方式，使桿件連接更加簡潔，施工更加方便快捷。

參考文獻

[1] 伍俊，劉晶波，劉元，等.裝配式防爆墻和活動路刺組合結構的設計與應用[J].防護工程，2007，29（6）：47-51.

[2] 伍俊，劉晶波，杜義欣.裝配式防爆墻結構設計與設置距離[J].防護工程，2007，29（1）：49-52.

[3] 嚴東晉，丁娜娜.建筑物外部防爆墻的研究應用現狀[C]//第五屆全國工程結構安全防護學術會議論文集.2006：313-320.

[4] 沈祖炎，陳揚驥.網架與網殼[M].上海：同濟大學出版社，1997.

[5] 王肇民.建筑鋼結構設計[M].上海：同濟大學出版社，2002.