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一、 泄壓

(一)泄壓面積計(jì)算

爆炸能夠在瞬間釋放出大量氣體和熱量，使室內(nèi)形成很高的壓力。為了防止建筑物的承重構(gòu)件因強(qiáng)大的爆炸力遭到破壞，將-定面積的建筑構(gòu)、配件做成薄弱泄壓設(shè)施，其面積稱(chēng)為泄壓面積。根據(jù)《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范~( GB 50016-2014) ，有爆炸危險(xiǎn)的甲、乙類(lèi)廠房，其泄壓面積宜按式(2-8一1)計(jì)算，但當(dāng)廠房的長(zhǎng)徑比大于3時(shí)，宜將該建筑劃分為長(zhǎng)徑比小于等于3的多個(gè)計(jì)算段，各計(jì)算段中的公共截面不得作為泄壓面積。

長(zhǎng)徑比過(guò)大的空間在泄壓過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生較高的壓力。以粉塵為例，空間過(guò)大，在爆炸后期，未燃燒的粉塵一空氣溫合物受到壓縮，初始?jí)毫ι仙細(xì)庑狗帕鲃?dòng)會(huì)產(chǎn)生紊流，使燃速增大，產(chǎn)生較高的爆炸壓力。因此，有可燃?xì)怏w或可燃粉塵爆炸危險(xiǎn)性的建筑物的長(zhǎng)徑比要避免過(guò)大，以防止爆炸時(shí)產(chǎn)生較大超壓，應(yīng)保證所設(shè)計(jì)的泄壓面積能有效作用。

(二)泄壓設(shè)施

1.設(shè)直

當(dāng)廠房、倉(cāng)庫(kù)存在點(diǎn)火源且爆炸性混合物的濃度合適時(shí)，就可能發(fā)生爆炸。為盡量減輕事故的破壞程度，必須在建筑物或裝置上預(yù)先開(kāi)設(shè)面積足夠大的、用低強(qiáng)度材料做成的壓力地放口。在爆炸事故發(fā)生時(shí)\及時(shí)開(kāi)啟泄壓口，使建筑物或裝置內(nèi)由于可燃?xì)怏w、蒸氣或粉塵在密閉空間中燃燒而產(chǎn)生的壓力泄放出去，以保持建筑物或裝置完好，減輕事故的危害。

一般情況r，同樣等量的爆炸介質(zhì)在密閉的小空間里和在開(kāi)敞的空地上爆炸，其爆炸戚力不一樣，破壞強(qiáng)度也不一樣。在密閉的空間里爆炸破壞力大得多，因此易發(fā)生爆炸的建筑物應(yīng)設(shè)置必要的泄壓設(shè)施。有爆炸危險(xiǎn)的建筑物，設(shè)有足夠的泄壓面積，一旦發(fā)生爆炸時(shí)，就可大大減輕爆炸時(shí)的破壞強(qiáng)度，不致因主體結(jié)構(gòu)遭受破壞而造成重大人員傷亡。

2.泄壓設(shè)施的選擇

當(dāng)發(fā)生爆炸時(shí)，作為泄壓面的建筑構(gòu)、配件首先遭到破壞，將爆炸氣體及時(shí)泄出，使室內(nèi)的爆炸壓力驟然下降，從而保護(hù)建筑物的主體結(jié)構(gòu)，并減輕人員傷亡和設(shè)備破壞。泄壓是減輕爆炸事故危害的一項(xiàng)主要技術(shù)措施，屬于"抗爆"的一種。泄壓設(shè)施可為輕質(zhì)屋面板、輕質(zhì)墻體和易于泄壓的門(mén)窗，但宜優(yōu)先采用輕質(zhì)屋面板，不應(yīng)采用普通玻璃。易于泄壓的門(mén)窗、輕質(zhì)墻體、輕質(zhì)屋面板是指門(mén)窗的單位質(zhì)量輕、玻璃較薄、墻體屋蓋材料密度較小、門(mén)窗選用的小五金斷面較小、構(gòu)造節(jié)點(diǎn)的處理上要求易摧毀和脫落等。用于泄壓的門(mén)窗可采用模形木塊固定，門(mén)窗上用的金屬百頁(yè)、插銷(xiāo)等可選用斷面較小的，門(mén)窗的開(kāi)啟方向選擇向外開(kāi)，這樣一旦發(fā)生爆炸，因室內(nèi)壓力大，原關(guān)著的門(mén)窗上的小五金件可能被沖擊波破壞，門(mén)窗則自動(dòng)打開(kāi)或自行脫落以達(dá)到泄壓的目的。這些泄壓構(gòu)件就建筑整體而言是人為設(shè)置的薄弱部位。當(dāng)發(fā)生爆炸時(shí)，它們最先遭到破壞或開(kāi)啟，向外釋放大量的氣體和熱量，使室內(nèi)爆炸產(chǎn)生的壓力迅速下降，從而達(dá)到主要承重結(jié)構(gòu)不破壞、整座廠房(庫(kù)房)不倒塌的目的。對(duì)f世壓構(gòu)件和泄壓面及其設(shè)置的要求如下:

(1)泄壓輕質(zhì)屋面板。根據(jù)需要可分別由石棉水泥波形瓦和加氣?昆凝土等材料制成，分為有保溫層或防水層、無(wú)保溫層或防水層兩種。

( 2)泄壓輕質(zhì)外墻分為有保溫層、無(wú)保溫層兩種形式。常采用石棉水泥瓦作為無(wú)保溫層的世壓輕質(zhì)夕|、墻，而有保溫層的輕質(zhì)外墻則是在石棉水泥瓦外墻的內(nèi)壁加裝難燃木絲板作保溫層，用于要求采暖保溫或隔熱的防爆廠房。

(3)泄壓窗可以有多種形式，如軸心偏上中懸1世壓窗，拋物線形塑料板1世壓窗等。窗戶上宜采用安全玻璃。要求泄壓窗能在爆炸力遞增稍大于室外風(fēng)壓時(shí)，能自動(dòng)向外開(kāi)啟泄壓。

( 4 )泄壓設(shè)施的世壓面積按式(2-8一1)和表2-8一1計(jì)算確定。

( 5 )作為1世壓設(shè)施的輕質(zhì)屋面板和輕質(zhì)墻體的質(zhì)量每平方米不宜大于60kg_o

( 6 )散發(fā)較空氣輕的可燃?xì)怏w、可燃蒸氣的甲類(lèi)廠房(庫(kù)房)宜采用全部或局部輕質(zhì)屋面板作為泄壓設(shè)施。頂棚應(yīng)盡量平整、避免死角，廠房上部空間應(yīng)通風(fēng)良好。

(7)泄壓面的設(shè)置應(yīng)避開(kāi)人員集中的場(chǎng)所和主要交通道路，并宜靠近容易發(fā)生爆炸的部位。

( 8 )當(dāng)采用活動(dòng)板、窗戶、門(mén)或其他伎鏈裝置作為1世壓設(shè)施時(shí)，必須注意防止打開(kāi)的泄壓孔由于在爆炸正壓沖擊波之后出現(xiàn)負(fù)壓而關(guān)閉。

( 9 )爆炸泄壓孔不能受到其他物體的阻礙，也不允許冰、雪妨礙泄壓孔和泄壓窗的開(kāi)啟，需要經(jīng)常檢查和維護(hù)。當(dāng)起爆點(diǎn)能確定時(shí)，由壓孔應(yīng)設(shè)在距起爆點(diǎn)盡可能近的地方。當(dāng)采用管道把爆炸產(chǎn)物引導(dǎo)到安全地點(diǎn)時(shí)，管道必須盡可能短而直，且應(yīng)朝向陳放物少的方向設(shè)置。因為任何管道泄壓的有效性都隨著管道長(zhǎng)度的增加而按比例減小。

( 10)油壓面在材料的選擇上除了要求重量輕以外，最好具有在爆炸時(shí)易破碎成碎塊的特點(diǎn)，以便于泄壓和減少對(duì)人的危害。同時(shí)，泄壓面最好設(shè)置在靠近易發(fā)生爆炸部位，以保證順利泄壓。爆炸時(shí)易形成尖銳碎片四散的材料，不應(yīng)布置在公共走道或貴重設(shè)備的正面或附近。有爆炸危險(xiǎn)的甲、乙類(lèi)廠房(庫(kù)房)爆炸后，用于泄壓的門(mén)窗、輕質(zhì)墻體、輕質(zhì)屋蓋就被摧毀，大量的高壓氣流夾雜爆炸物碎片從泄壓面沖出，如鄰近人員集中的場(chǎng)所、主要交通道路就可能出現(xiàn)人員大量傷亡和交通道路堵塞，因此爆炸油壓面應(yīng)避開(kāi)人員集中場(chǎng)所和主要交通道路。

( 11 )對(duì)于北方和西北寒冷地區(qū)，由于冰凍期長(zhǎng)、積雪易增加屋面上泄壓面的單位面積荷載，使其產(chǎn)生較大重力，從而使泄壓受到影響，所以應(yīng)采取適當(dāng)措施防止積雪。

總之，應(yīng)在設(shè)計(jì)中采取措施盡量減少世壓面的單位質(zhì)量和連接強(qiáng)度。

二、抗燥

(一)防爆結(jié)構(gòu)形式的選擇

對(duì)于有爆炸危險(xiǎn)的廠房和庫(kù)房，選擇正確的結(jié)構(gòu)形式，再選用耐火性能好、抗爆能力強(qiáng)的框架結(jié)構(gòu)，可以在發(fā)生火災(zāi)爆炸事故時(shí)有效地防止建筑結(jié)構(gòu)發(fā)生倒塌破壞，減輕甚至避免危害和損失。耐爆框架結(jié)構(gòu)一般有以下三種形式:

(1)現(xiàn)澆式鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。這種耐爆框架結(jié)構(gòu)的廠房整體性能好、抗爆能力強(qiáng)，但工程造價(jià)高，通常用于抗爆能力要求高的防爆廠房。

( 2 )裝配式鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。這種框架結(jié)構(gòu)由于梁、柱與樓板等接點(diǎn)處的剛性較差，抗爆能力不如現(xiàn)澆式框架結(jié)構(gòu)。若采用裝配式鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，則應(yīng)在梁、柱與樓根等接點(diǎn)處預(yù)留鋼筋焊接頭并用高強(qiáng)度等級(jí)混凝土現(xiàn)澆成剛性接頭，以提高耐爆強(qiáng)度。

( 3 )鋼框架結(jié)構(gòu)。這種框架結(jié)構(gòu)雖然耐爆強(qiáng)度較高，但耐火極限低，能承受的極限溫度僅為400't:，超過(guò)該溫度便會(huì)在高溫作用下變形倒塌。如果在鋼構(gòu)件外面加裝耐火被覆層或噴刷鋼結(jié)構(gòu)防火涂料，可以提高耐火極限，但這樣做并非十分可靠，只要部分開(kāi)裂或剝落就會(huì)失效，故較少采用。

(二)隔爆設(shè)施

在容易發(fā)生爆炸事故的場(chǎng)所，應(yīng)設(shè)置隔爆設(shè)施，如防爆墻、防爆門(mén)和防爆窗等，以局限爆炸事故波及的范圍，減輕爆炸事故所造成的損失。

1.防爆墻

防爆墻必須具有抵御爆炸沖擊波的作用，同時(shí)具有一定的耐火性能。按材料劃分，防爆墻的構(gòu)造設(shè)計(jì)可分為防爆磚墻、防爆鋼筋1昆凝土墻、防爆單層和雙層鋼板墻、防爆雙層鋼板中間填混凝士墻等。防爆墻上不得設(shè)置通風(fēng)孔，不宜開(kāi)門(mén)、窗、洞口，必須開(kāi)設(shè)時(shí)，應(yīng)加裝防爆門(mén)窗。

(1)防爆磚墻。只用于爆炸物質(zhì)較少的廠房和倉(cāng)庫(kù)。構(gòu)造要求包括:柱間距不宜大于6m, 大于6m需增加構(gòu)造柱;磚墻高度不大于6m，大于6m需增加橫梁;磚墻厚度不小于240mm;

磚強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于MU10，砂漿強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于M5;每0.5m垂直高度應(yīng)增設(shè)構(gòu)造筋;兩端與鋼淚凝土柱預(yù)埋焊接或24號(hào)鍍缽鋼絲綁扎。

(2)防爆鋼筋混凝土墻。理想的防爆墻，構(gòu)造厚度不應(yīng)小于2oomm，多為5∞m、8∞mm，甚至1m，混凝土強(qiáng)度等級(jí)不低于C20。

( 3 )防爆鋼板墻。以槽鋼為骨架，鋼板和骨架鉗p接或焊接在一起。

2.防爆門(mén)

防爆門(mén)的骨架一般采用角鋼和槽鋼拼裝焊接，門(mén)板選用抗爆強(qiáng)度高的鍋爐鋼板或裝甲鋼板，故防爆門(mén)又稱(chēng)裝甲門(mén)。裝配門(mén)的錢(qián)鏈時(shí)，應(yīng)襯有青銅套軸和墊圈，門(mén)扇四周邊襯貼橡膠軟墊，以防止防爆門(mén)啟閉時(shí)因摩擦撞擊而產(chǎn)生火花。

3.防爆窗

防爆窗的窗框應(yīng)用角鋼制作，窗玻璃應(yīng)選用抗爆強(qiáng)度高、爆炸時(shí)不易破碎的安全玻璃。如夾層內(nèi)由兩層或多層窗用平板玻璃，以聚乙烯醇縮了醒塑料作襯片，在高溫下加壓教合而成的安全玻璃，抗爆強(qiáng)度高，一旦被爆炸波擊破能借助塑料的教合作用，不會(huì)導(dǎo)致因玻璃碎片拋出而引起傷害。

(三)抗爆計(jì)算

爆炸對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞的程度與爆炸的性質(zhì)和爆炸物質(zhì)的數(shù)量有關(guān)。爆炸物質(zhì)數(shù)量越大，積聚和釋放的能量越多，破壞力也越大。爆炸發(fā)生的環(huán)境或位置不同，其破壞作用也不同，在封閉的房間、密閉的管道內(nèi)發(fā)生的爆炸的破壞作用比在結(jié)構(gòu)外部發(fā)生的爆炸要嚴(yán)重得多。當(dāng)沖擊波作用在建筑物上時(shí)，會(huì)引起壓力、密度、溫度和質(zhì)點(diǎn)迅速變化，而其變化是結(jié)構(gòu)物幾何形狀、大小和所處方位的函數(shù)。建筑物受破壞的程度不僅和爆炸波的波形、峰值超壓及正相持續(xù)時(shí)間等因素有關(guān)，而且和建筑物本身的性質(zhì)如靜態(tài)強(qiáng)度、自振頻率及韌性等有關(guān)。建筑物大致分為鋼結(jié)構(gòu)、淚凝土結(jié)構(gòu)及磚石結(jié)構(gòu)等幾大類(lèi)，國(guó)內(nèi)外針對(duì)磚石結(jié)構(gòu)建筑物遭受爆炸波破壞的情況研究得較多。

(1)當(dāng)爆炸發(fā)生在密閉結(jié)構(gòu)中時(shí)，在直接遭受沖擊波的圍護(hù)結(jié)構(gòu)上受到驟然增大的反射超壓，并產(chǎn)生高壓區(qū)。如果燃?xì)獗òl(fā)生在生產(chǎn)車(chē)間、居民廚房等室內(nèi)環(huán)境下，一旦發(fā)生爆炸，常常是窗玻璃被壓碎，屋蓋被氣浪掀起，導(dǎo)致室內(nèi)壓力下降，反而起到了泄壓保護(hù)的作用c

Dragosavic在體積為20曠的實(shí)驗(yàn)房屋內(nèi)測(cè)得了包含泄爆影響的壓力時(shí)間曲線，經(jīng)過(guò)整理繪出了室內(nèi)理想化的理論燃?xì)獗ǖ纳龎呵€模型，如圖2-8-1所示c

圖2-8-1中A點(diǎn)是泄爆點(diǎn)，壓力從O點(diǎn)開(kāi)始土升到A點(diǎn)出現(xiàn)泄爆(窗玻璃壓碎)，泄爆后壓力稍有上升隨即下降，下降過(guò)程中有時(shí)會(huì)出現(xiàn)短暫的負(fù)超壓，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，由    于波陣面后的紊流及波的反射出現(xiàn)高頻振蕩。

圖2-8-1中p，為泄爆壓力，PI為第一次壓力峰值 ， P2 為第二次壓力峰值 ， PW 為高頻振蕩峰值。 該試驗(yàn)是在空曠房屋中進(jìn)行的，如果室內(nèi)有家具或其他器物等障礙物，則振蕩會(huì)大大減弱。對(duì)易爆建筑物在設(shè)計(jì)時(shí)需要有一個(gè)壓力峰值的估算，作為確定窗戶面積、屋蓋輕重等的依據(jù)，使得易爆場(chǎng)所一且發(fā)生燃爆能及時(shí)泄爆減壓。最大爆炸壓力計(jì)算公式為

                                     式(2-8-2)不適用于大體積空間中爆炸壓力估算和泄壓計(jì)算。

( 2 )爆炸沖擊波繞過(guò)結(jié)構(gòu)物對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生動(dòng)壓作用。由于結(jié)構(gòu)物形狀不同，圍護(hù)結(jié)構(gòu)面相對(duì)氣流流動(dòng)方向的位置也不同。在沖擊波超壓和動(dòng)壓的共同作用下，結(jié)構(gòu)物受到巨大的擠壓作用，加之前后壓力差的作用，使得整個(gè)結(jié)構(gòu)物受到超大水平推力，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)物平移和傾斜。而對(duì)于煙囪、指桿、塔樓及和架等細(xì)長(zhǎng)形結(jié)構(gòu)物，由于它們的橫向線性尺寸很小，則所受合力就只有動(dòng)壓作用，因此結(jié)構(gòu)物容易遭到拋擲和彎折。

( 3 )地面爆炸沖擊波對(duì)地下結(jié)構(gòu)物的作用與對(duì)上部結(jié)構(gòu)的作用有很大不同。主要影響因素有以下三個(gè):

1 )地面上空氣沖擊波壓力參數(shù)引起巖土壓縮波向下傳播并衰減。

2 )壓縮波在自由場(chǎng)中傳播時(shí)參數(shù)變化。

3 )壓縮波作用于結(jié)構(gòu)物的反射壓力取決于波與結(jié)構(gòu)物的相互作用O