抗爆間室的抗爆設(shè)計

程國防 張建軍 王春芝

(1.中國兵器工業(yè)規(guī)劃研究院，北京 100053;2.中交遠(yuǎn)洲交通科技集團(tuán)有限公司，北京 100027)

0 引言

隨著國內(nèi)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，民爆行業(yè)日益向規(guī)?；?、高度自動化的方向發(fā)展。其行業(yè)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(shè)計經(jīng)驗并進(jìn)行了相關(guān)實驗，陸續(xù)頒布了相應(yīng)的設(shè)計規(guī)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(chǎn)。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(shè)計規(guī)定和要求。在易燃易爆部位需要采取防護(hù)措施，設(shè)置發(fā)生爆炸事故時能承受設(shè)計藥量爆炸空氣沖擊波和碎片的局部作用而不發(fā)生震塌、飛散和穿透的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，它廣泛用于生產(chǎn)或貯存民爆行業(yè)危險品的建筑物，承受爆炸破壞產(chǎn)生能量，保護(hù)人員財產(chǎn)。鋼筋混凝土抗爆結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)在彈塑性階段工作。結(jié)構(gòu)設(shè)計時通?？筛鶕?jù)間室內(nèi)生產(chǎn)或貯存的危險品性質(zhì)、恢復(fù)生產(chǎn)的要求，按能承受一次或多次爆炸荷載進(jìn)行設(shè)計。其墻體和屋蓋宜為抗爆現(xiàn)澆鋼筋混凝土，當(dāng)設(shè)計藥量大于1 kg時，墻厚不宜小于300 mm［1，2］;抗爆間室防護(hù)門通常為裝甲防護(hù)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(jié)抗爆結(jié)構(gòu)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計。

1 抗爆間室爆炸作用的受力特點

抗爆間室內(nèi)的爆炸為化學(xué)爆炸。其化學(xué)反應(yīng)表現(xiàn)為產(chǎn)生大量能量，短期釋放，產(chǎn)生壓力波。乳化炸藥爆炸物質(zhì)高度凝聚，多呈固態(tài)。其特點為:

1)抗爆間室內(nèi)炸藥爆炸頻率高;2)爆炸傳播、蔓延、擴(kuò)散較快，且為瞬間發(fā)生，其沖擊波經(jīng)墻體多次反射;3)抗爆間室內(nèi)爆炸對建筑物的影響是局部的，設(shè)計得當(dāng)，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(guī)范和抗爆間室規(guī)定對材料的要求都是采用調(diào)高設(shè)計結(jié)構(gòu)材料動載強(qiáng)度系數(shù)方法進(jìn)行設(shè)計。兩者的材料強(qiáng)度提高系數(shù)比較見表 1，表 2［3］。

表1 抗爆結(jié)構(gòu)的材料強(qiáng)度提高系數(shù)

3 抗爆間室的設(shè)計理論及方法

人防規(guī)范和抗爆間室在設(shè)計延性比方面有很大區(qū)別，這是由兩者的受力特點不同決定的?？贡g室的設(shè)計延性比和抗爆間室的設(shè)防等級有關(guān)。人防結(jié)構(gòu)的允許延性比和構(gòu)件的受力狀態(tài)有關(guān)。兩者的設(shè)計延性比如表3，表4所示。

表2 人防結(jié)構(gòu)的材料的強(qiáng)度提高系數(shù)

表3 抗爆結(jié)構(gòu)的允許延性比

表4 人防結(jié)構(gòu)的允許延性比(人防規(guī)范)

人防結(jié)構(gòu)對爆炸沖擊波壓力大小及持續(xù)時間的計算是考慮爆炸產(chǎn)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(chǎn)生的荷載為突加三角形荷載下的結(jié)構(gòu)反應(yīng)，結(jié)構(gòu)在沖擊荷載下產(chǎn)生振動，結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的最大內(nèi)力和變形大于峰值壓力靜載下的內(nèi)力和變形［4］。

而抗爆間室按加工性質(zhì)和事故頻率采用不同的設(shè)防等級進(jìn)行設(shè)計?？贡g室根據(jù)間室內(nèi)經(jīng)受的滿設(shè)計藥量的爆炸事故次數(shù)，劃分為三個設(shè)防等級，其容許延性比和設(shè)計延性比根據(jù)設(shè)防等級不同采取相應(yīng)的數(shù)值。間室內(nèi)的爆炸藥量采取設(shè)計藥量。對非TNT炸藥的其他種類爆炸品，利用相應(yīng)的TNT當(dāng)量系數(shù)折算為相應(yīng)的設(shè)計藥量。

4 抗爆間室設(shè)計計算結(jié)果及分析

本工程為河南某化工廠的延期藥生產(chǎn)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(jié)構(gòu)類型:框架結(jié)構(gòu)，部分工序為危險工序，設(shè)計抗爆間室。抗爆間室為現(xiàn)澆鋼筋混凝土抗爆結(jié)構(gòu)，設(shè)防等級為三級。墻體及屋蓋鋼筋混凝土厚度均為300 mm，基礎(chǔ)為鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)，抗爆間室外為無蓋抗爆屏院。設(shè)計要求:1)抗爆結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)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(shè)計藥量(TNT當(dāng)量)，設(shè)防等級均為三級。3)間室與屏院應(yīng)分別連續(xù)澆筑，不得設(shè)置施工縫，當(dāng)不可避免時，應(yīng)設(shè)在基礎(chǔ)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(qiáng)，該鋼筋錨入施工縫上下各40d。4)受力主筋應(yīng)盡量避免采用接頭，必要時應(yīng)采用閃光接觸對焊接頭和綁扎接頭，接頭位置應(yīng)設(shè)在墻或板距支承邊1/4附近處，并應(yīng)相互錯開。5)在任一搭接長度(40d)的區(qū)段內(nèi)，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(shè)“S形”拉結(jié)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(qiáng)度實測值與屈服強(qiáng)度實測值的比值不應(yīng)小于1.25，鋼筋的屈服強(qiáng)度實測值與強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的比值不應(yīng)大于1.3。通過設(shè)防等級為三級進(jìn)行設(shè)計計算，本工程抗爆間室墻厚設(shè)計為300，配筋計算為φ20@100/200。

5 結(jié)語

1)抗爆間室結(jié)構(gòu)的動力內(nèi)力和位移大于人防等結(jié)構(gòu)內(nèi)力和位移;

2)抗爆間室的結(jié)構(gòu)設(shè)計依據(jù)設(shè)防等級和TNT當(dāng)量進(jìn)行計算。

［1］GB 50089-2007，民用爆破器材工程設(shè)計安全規(guī)范［S］.

［2］郭 晶.淺談抗爆結(jié)構(gòu)鋼筋混凝土施工工藝［J］.建材技術(shù)與應(yīng)用，2004(4):50-52.

［3］王澤溥，鄭志良.爆炸及其防護(hù)［M］.北京:兵器工業(yè)出版社，2008.

［4］應(yīng)付釗.抗爆建筑物的抗爆設(shè)計淺談［J］.醫(yī)藥工程設(shè)計，2007(6):58-60.