建筑結(jié)構(gòu)抗爆設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀

文/孫銳 中航天建設(shè)工程集團(tuán)有限公司 北京 100070

宋妍 國家大劇院 北京 100031

隨著全球經(jīng)濟(jì)的不斷迅猛發(fā)展，人們對生活環(huán)境也有了越來越高的要求，對于建筑的舒適性和安全性要求也在提高。在建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計中，擁有具體性能的設(shè)計方案已經(jīng)被廣泛采用，如抗震、防火等功能，但建筑結(jié)構(gòu)抗爆設(shè)計還沒有被運用到建筑工程設(shè)計當(dāng)中。

1、建筑結(jié)構(gòu)抗爆設(shè)計原則

抗爆建筑平面設(shè)計：對于存在風(fēng)險的危險建筑，設(shè)計上要遵循兩點，一要按照要求進(jìn)行工藝設(shè)計，二要盡可能地做簡單的單層設(shè)計。對于一些細(xì)節(jié)上也要注意把握，如建筑的屋頂，最好采用輕質(zhì)泄壓屋蓋，操作時，讓操作人員處于上風(fēng)處，生產(chǎn)設(shè)備處于下風(fēng)處，有利于保護(hù)工作人員，以免他們接觸到有害氣體，保持工作人員的身體健康，萬一在操作過程中出現(xiàn)了意外，這樣的站位也有利于及時將工作人員疏散到室外。

建筑結(jié)構(gòu)抗爆設(shè)計：抗爆建筑如果倒塌會產(chǎn)生嚴(yán)重?fù)p失，因此框架結(jié)構(gòu)設(shè)計非常重要，所以設(shè)計時應(yīng)該盡量采用輕質(zhì)材料，如易于脫落的外墻或泄壓窗扇，以免氣體之間融合與空氣接觸產(chǎn)生爆炸危險，這樣設(shè)計就算產(chǎn)生危險，也不會造成巨大損失，不至于危害整個建筑的安全，就算影響了整個建筑，也能較快復(fù)原。當(dāng)承重結(jié)構(gòu)不牢固時，雖然有泄壓設(shè)備，但也會一定程度上破壞設(shè)備，導(dǎo)致建筑坍塌的發(fā)生。因此在使用輕質(zhì)屋頂作為泄壓面積時，一定要注意建筑的結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)不當(dāng)也會有整體偏移，危害人員生命安全。一定要注意周圍人員的安全防護(hù)。因此，只有使用框架結(jié)構(gòu)，保證結(jié)構(gòu)的堅固牢靠，才能保障建筑的防火抗爆問題。

2、建筑結(jié)構(gòu)抗爆設(shè)計優(yōu)化措施

2.1 抗爆建筑物構(gòu)造措施

采取構(gòu)造措施，是為了減少爆炸時可能產(chǎn)生的次生災(zāi)害。抗爆建筑物外表面不應(yīng)附著密度較大的裝配式建筑構(gòu)件，不得采用裝配式架空隔熱的構(gòu)造。女兒墻屬于懸臂構(gòu)造，應(yīng)由結(jié)構(gòu)工程師根據(jù)爆炸力的特性進(jìn)行專門的驗算，以確保在爆炸力的作用下因破壞產(chǎn)生碎塊飛濺傷人。女兒墻高度應(yīng)在滿足屋面泛水構(gòu)造要求的同時取最小值，采用鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)形式。在發(fā)生爆炸時，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體系可能產(chǎn)生較大的變形，為了減少吊頂由于受到水平力沖擊而造成面板脫落傷人的現(xiàn)象，吊頂周邊與抗爆建筑物外墻之間應(yīng)設(shè)置變形縫，寬度不應(yīng)小于50mm。同時增加吊頂龍骨的剛度，吊頂面板選擇密度小的材料，減輕爆炸時可能產(chǎn)生的次生災(zāi)害。自重較大的燈具應(yīng)采用鋼筋吊桿直接將其固定在鋼筋混凝土屋面板上，防止燈具脫落，以免對人員造成傷害。抗爆建筑物的開孔包括進(jìn)風(fēng)口、排風(fēng)口、電源和控制電纜。對于抗爆建筑，有必要在建筑物的開口處提供保護(hù)措施。通過使用專用設(shè)備，電纜或管道周圍的環(huán)形空間可以實現(xiàn)完全密封。另外，也可以使用定制設(shè)計的封閉板。直徑大于150mm的進(jìn)風(fēng)口、排風(fēng)口應(yīng)安裝與建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)同等抗爆等級的抗爆閥。抗爆閥應(yīng)確保在建筑物外發(fā)生爆炸時可以自動關(guān)閉，當(dāng)外部空氣壓力恢復(fù)正常時自動復(fù)位。

2.2 抗爆建筑物概念設(shè)計

抗爆建筑物的平面和立面設(shè)計應(yīng)盡可能地“簡潔”，避免凹角和偏移，否則容易造成爆炸載荷局部集中。建筑物的朝向應(yīng)盡量降低爆炸引起的荷載，這就要求建筑物面對最可能的爆炸源的面積應(yīng)該盡可能小。抗爆建筑物的平面宜做成正方形或接近正方形的矩形。正方形建筑平面在矩形類平面中，整體剛度最大、爆炸荷載相對較小，且由于以最小的外表面面積圍合的室內(nèi)空間最大，故平面利用率較高、建筑能耗較低，可以有效降低工程成本。抗爆建筑物的層數(shù)一般為地上一層。對建筑層數(shù)的限制既要考慮工程計算的復(fù)雜程度，還要考慮在滿足基本安全要求的前提下的工程成本問題。與較高的結(jié)構(gòu)相比，較矮的建筑物所承受的爆炸載荷較低。為了避免在工藝裝置爆炸狀態(tài)下非抗爆建筑物可能產(chǎn)生的碎塊阻塞控制室內(nèi)人員疏散通道的現(xiàn)象的發(fā)生，抗爆建筑物應(yīng)獨立設(shè)置，不得與非抗爆建筑物合建。遇到工藝裝置爆炸時，建筑安全出口有可能被爆炸所產(chǎn)生的碎片阻塞，影響人員疏散。為了提高人員疏散的可靠性，抗爆建筑物至少應(yīng)在兩個方向設(shè)置安全出口，且不可直接面向有爆炸危險的工藝裝置。人員通道外門的室內(nèi)側(cè)，應(yīng)設(shè)置隔離前室。設(shè)置隔離前室可以有效地保持室內(nèi)的正壓環(huán)境，如果外門在爆炸荷載作用下?lián)p壞時，還可以成為第二道防護(hù)體系。建筑物采取保溫的構(gòu)造措施，有利于減少溫差對建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的應(yīng)力。同時，普通變形縫的設(shè)置可能導(dǎo)致在建筑物整體抗爆體系中形成一個安全缺陷或隱患。因此，應(yīng)在抗爆建筑方案及結(jié)構(gòu)設(shè)計中共同采取措施，避免設(shè)置變形縫。

2.3 加強(qiáng)火災(zāi)爆炸危險源控制

（1）危險物控制。建筑建設(shè)應(yīng)當(dāng)盡量選用阻燃、不燃材料，產(chǎn)品包裝也應(yīng)當(dāng)以選擇阻燃、不燃材料為主，盡量避免使用強(qiáng)氧化劑，進(jìn)而從根本上防止產(chǎn)品與反應(yīng)堆物質(zhì)接觸。

（2）點火源控制。建筑內(nèi)含眾多點火源，需要企業(yè)結(jié)合實際情況進(jìn)行處理。點火源主要有下述四類：一為化學(xué)熱源，因化學(xué)反應(yīng)釋放熱量所產(chǎn)生；二為熱火源，因熱量傳導(dǎo)所致；三為機(jī)械火源，因機(jī)械物理做功而產(chǎn)生；四為電火源，因電火花所產(chǎn)生。實踐中大多數(shù)火災(zāi)爆炸事起因均為點火源所致。點火源出現(xiàn)的根源是明火，因此做好明火控制工作對于防范事故而言十分重要。

2.4 墻體隔熱抗爆設(shè)計

抗爆墻是建筑設(shè)計中極為重要的一環(huán)，有效的抗爆設(shè)計可以降低爆炸帶來的危險，提高建筑物內(nèi)人員的安全性。抗爆墻按照按規(guī)范或爆炸分析確定的爆炸當(dāng)量來計算墻體厚度和配筋，因而抗爆墻可有效抵抗爆炸源的爆炸沖量，從而有效保護(hù)操控人員的生命安全。按照抗爆墻規(guī)范要求，抗爆墻墻體厚度應(yīng)該在25cm以上，所用混凝土強(qiáng)度等級不應(yīng)低于C30。需要注意的是：如非必要抗爆墻的迎爆面上一般不宜留置孔洞；如果必須開孔，那么孔洞的大小也不宜超過Φ200mm，而且在孔洞周圍必須進(jìn)行結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)，并應(yīng)將孔洞密封。

2.5 注重應(yīng)用防火抗爆安全保護(hù)裝置

第一，自動化裝置應(yīng)用。企業(yè)運行期間存在大量安全隱患，這些隱患通常難以憑借肉眼有效識別，在高危區(qū)應(yīng)當(dāng)安裝自動化裝置，對危險區(qū)域進(jìn)行監(jiān)督管理，一旦感應(yīng)到危險裝置能夠發(fā)揮報警作用，提醒相關(guān)人員及時進(jìn)行處理；第二，保險裝置應(yīng)用，市場上存在多種保險裝置，例如，安全閥、備用電源等。在應(yīng)用保險裝置時應(yīng)當(dāng)注重檢查其性能，做好維護(hù)保養(yǎng)工作；第三，防火抗爆裝置應(yīng)用，例如，安全液封、水封井、單向閥等，應(yīng)用這些裝置的目的是控制火災(zāi)蔓延，避免過大損失。

結(jié)語：

建筑物的抗爆設(shè)計，直接關(guān)系人員及設(shè)備的安全、正常的生產(chǎn)運營和經(jīng)濟(jì)效益，具有非常重要的意義。只有提高安全意識，重視建筑物的抗爆設(shè)計，才能保證經(jīng)濟(jì)社會的穩(wěn)步發(fā)展。