大學(xué)綜合樓安全評(píng)估及抗爆設(shè)計(jì)

【摘要】隨著我國(guó)國(guó)際地位的提升，遭受到恐怖襲擊的威脅日益增高，而綜合樓是校園內(nèi)最易受到恐怖襲擊的建筑物之一。本文對(duì)綜合樓進(jìn)行了安全評(píng)估，分析了使綜合樓風(fēng)險(xiǎn)最高的襲擊方式及部位并提出了降低風(fēng)險(xiǎn)的措施。另外，針對(duì)發(fā)生最頻繁的爆炸襲擊，對(duì)綜合樓從不同層次上進(jìn)行了抗爆設(shè)計(jì)。

【關(guān)鍵詞】綜合樓；安全風(fēng)險(xiǎn)；抗爆設(shè)計(jì)

當(dāng)今世界，恐怖活動(dòng)已成為國(guó)際社會(huì)安全的重大威脅，伊斯蘭國(guó)最近的一系列襲擊造成了巨大的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。我國(guó)加入WTO之后，國(guó)際地位逐步提升，在經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展的同時(shí)，受到恐怖襲擊的威脅也日益增加。因此，對(duì)重要建筑物進(jìn)行安全評(píng)估及抗爆設(shè)計(jì)迫在眉睫。爆炸是最常見(jiàn)的恐怖襲擊形式之一，當(dāng)代國(guó)際恐怖主義最主要的幾種活動(dòng)方式中，爆炸襲擊約占50%。到2002年，這一比例已升至65%以上。

該大學(xué)綜合樓共21層（98m），集辦公、科研、教學(xué)功能為一體，是該大學(xué)內(nèi)的最高樓。它位于學(xué)校東北角，學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)和一些學(xué)院都在綜合樓內(nèi)都有辦公室，每日還有眾多學(xué)生進(jìn)出，使得它在政治經(jīng)濟(jì)上的重要性不言而喻。近年來(lái)，國(guó)際上發(fā)生過(guò)多起校園恐襲擊案件。2014年2月24日，尼日利亞約貝州一所寄宿學(xué)校宿舍遭“博科圣地”武裝人員炸彈襲擊和縱火，至少40名學(xué)生喪生。因此，作為學(xué)校內(nèi)最重要的建筑物之一，綜合樓也應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和抗爆設(shè)計(jì)。

1、安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

1.1設(shè)施特征描述

該綜合樓在建筑上的最大特點(diǎn)是內(nèi)部直到頂層的中庭，螺旋上升的組合中庭造成了多處樓板缺失，局部抽柱和大跨度梁。這樣的設(shè)計(jì)帶來(lái)了結(jié)構(gòu)的豎向剛度不連續(xù)及扭轉(zhuǎn)變形，因此采用了“混凝土核心桶+鋼框架+不連續(xù)支撐和粘滯阻尼”這一復(fù)雜的結(jié)構(gòu)體系。綜合樓共有4個(gè)出入口，其中南面是主要出入口，其三面都緊靠道路，一面為廣場(chǎng)，但有植被覆蓋，大型車(chē)輛無(wú)法進(jìn)入。關(guān)鍵資產(chǎn)包括作為主要抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的豎向電梯井和周邊鋼框架的外部柱，以及位于南面廣場(chǎng)下的地下停車(chē)場(chǎng)。

1.2風(fēng)險(xiǎn)分析

對(duì)綜合樓的各部分按照不同的襲擊方式進(jìn)行襲擊可能性、易損性和后果分析，可得到各個(gè)部分的風(fēng)險(xiǎn)。鑒于之前國(guó)際上和我國(guó)發(fā)生過(guò)的襲擊事件，綜合樓最易受到郵包炸彈的攻擊，另外，由于學(xué)校門(mén)口缺乏金屬探測(cè)器對(duì)進(jìn)校車(chē)輛檢查，汽車(chē)炸彈和背包炸彈襲擊的可能性也不低。而就易損性而言，不論是建筑幕墻，建筑主結(jié)構(gòu)，地下停車(chē)場(chǎng)和建筑裝飾物，對(duì)汽車(chē)炸彈和背包炸彈幾乎是必將遭到損壞的，郵包炸彈及自殺式炸彈限于炸藥重量，對(duì)綜合樓各個(gè)部分造成的損傷不及前者。對(duì)于襲擊產(chǎn)生的后果，汽車(chē)炸彈將對(duì)建筑的玻璃幕墻、裝飾物、各結(jié)構(gòu)構(gòu)件和地下停車(chē)場(chǎng)帶來(lái)毀滅性的破壞，而背包炸彈、郵包炸彈產(chǎn)生的破壞可能是部分破損，但一定程度上是可以恢復(fù)的。

綜合以上分析，風(fēng)險(xiǎn)最高的是建筑主結(jié)構(gòu)在汽車(chē)炸彈下的影響。恐怖分子總是已造成更多的損傷為目的，而主結(jié)構(gòu)的破壞很可能會(huì)導(dǎo)致建筑的連續(xù)性倒塌，應(yīng)當(dāng)給予高度注意。

1.3降低風(fēng)險(xiǎn)的商去

根據(jù)以上的分析，可以依據(jù)情報(bào)收集、法律法規(guī)、CCTV監(jiān)控、保安和建筑防護(hù)規(guī)劃等方面提出降低風(fēng)險(xiǎn)的具體方法，這里主要提出有關(guān)建筑防護(hù)規(guī)劃方面的措施。

（1）通過(guò)場(chǎng)地規(guī)劃增加安全距離，由于爆炸產(chǎn)生的沖擊波隨距離增加衰減的很快，增加安全距離是一種有效降低風(fēng)險(xiǎn)的方式，缺點(diǎn)在于會(huì)大幅提高造價(jià)。

（2）在地下車(chē)庫(kù)入口處設(shè)置爆炸物探測(cè)器，綜合樓地下車(chē)庫(kù)直接與地下室相連，加上汽車(chē)炸彈的當(dāng)量很大，一旦在地下車(chē)庫(kù)發(fā)生爆炸，會(huì)對(duì)地下建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生毀滅性的破壞，甚至發(fā)生連續(xù)性倒塌。

（3）采用進(jìn)入控制設(shè)施，嚴(yán)格控制外來(lái)人員的進(jìn)入，避免在建筑內(nèi)部發(fā)生爆炸。

（4）抬高進(jìn)風(fēng)口，一旦在地下車(chē)庫(kù)或綜合樓發(fā)生爆炸，會(huì)在建筑物內(nèi)部產(chǎn)生大量濃煙，造成人員的窒息死亡，提高進(jìn)風(fēng)口能保證在緊急狀況下有新鮮空氣進(jìn)入從而排出濃煙。

2、抗爆設(shè)計(jì)

2.1抗爆防護(hù)等級(jí)

由于我國(guó)缺少抗爆防護(hù)設(shè)計(jì)相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，本文采用了丁陽(yáng)、方磊等人在《防恐建筑結(jié)構(gòu)抗爆防護(hù)分類(lèi)設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)研究》一文中提出的分類(lèi)方式，根據(jù)建筑物爆炸風(fēng)險(xiǎn)對(duì)綜合樓進(jìn)行抗爆防護(hù)分級(jí)。建筑結(jié)構(gòu)的爆炸風(fēng)險(xiǎn)取決于其抗爆重要性及爆炸易損性。其中，抗爆重要性是建筑物的重要程度，反映了受爆炸襲擊的可能性：爆炸易損性是指爆炸對(duì)建筑物造成破壞的易損程度，表征了建筑物受爆炸的可靠性。

綜合樓屬于文體建筑，由于其容納的人數(shù)較多，容易成為恐怖襲擊的目標(biāo)，可將其重要性確定為二級(jí)。對(duì)于爆炸易損性，由建筑結(jié)構(gòu)有無(wú)危險(xiǎn)材料堆放、人口容量、可能造成的間接傷害、類(lèi)型和高度等因素共同決定，根據(jù)各個(gè)量值相加，可以將綜合樓確定為易損等級(jí)“高”。綜合樓的抗爆重要性和爆炸易損性，確定綜合樓的爆炸風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為“高”，因而可決定其抗爆防護(hù)等級(jí)為2級(jí)。

2.2抗爆設(shè)計(jì)目標(biāo)

將綜合樓防恐怖爆炸設(shè)計(jì)目標(biāo)設(shè)定為四點(diǎn)：防止各單體的整體結(jié)構(gòu)在局部受襲后出現(xiàn)連續(xù)性倒塌；避免結(jié)構(gòu)柱在設(shè)防爆炸荷載下出現(xiàn)難以修復(fù)的破壞；避免玻璃幕墻在爆炸中產(chǎn)生的飛片對(duì)人員造威傷害；保證爆炸發(fā)生后人員疏散的通暢。

2.3空間防護(hù)環(huán)境

爆炸作用與其它形式的荷載作用相比，主要特點(diǎn)為：壓強(qiáng)大、隨距離增加衰減快、持續(xù)時(shí)間短。因此爆炸威力和最小安全距離兩個(gè)因素是首先需要考慮的荷載情況。保證了最小安全距離，才能確保建筑物達(dá)到設(shè)防水準(zhǔn)，因此最小安全距離須嚴(yán)格控制。

根據(jù)綜合樓的特點(diǎn)，可以劃分兩個(gè)安全區(qū)域：第一級(jí)安全區(qū)域，為綜合樓外圍到其室外路邊。主要是進(jìn)場(chǎng)車(chē)輛，要進(jìn)行檢查，以排除超過(guò)設(shè)防當(dāng)量的爆炸物進(jìn)入。第二級(jí)安全區(qū)域，為綜合樓室外路邊到室內(nèi)公共活動(dòng)區(qū)。該區(qū)域?yàn)橹饕O(shè)防區(qū)域，應(yīng)當(dāng)針對(duì)不同的襲擊手段設(shè)置各種防護(hù)設(shè)施，包括防撞欄桿、行李掃描設(shè)備、爆炸物嗅探裝置等，以保證設(shè)防關(guān)鍵構(gòu)件的最小安全距離。同時(shí)，應(yīng)當(dāng)在地下停車(chē)場(chǎng)入口設(shè)置爆炸物檢測(cè)裝置，將停車(chē)場(chǎng)納入室內(nèi)公共活動(dòng)區(qū)域考慮。

2.4建筑設(shè)計(jì)

“繁復(fù)”的建筑造型有時(shí)會(huì)對(duì)建筑物的抗爆性能不利。由于爆炸產(chǎn)生的空氣沖擊波遇建筑物及孔洞后產(chǎn)生的反射、繞流及方向改變等作用將會(huì)引起建筑物各種形式的破壞。研究表明，建筑物上的凹角和懸挑出的部分會(huì)聚集和放大爆炸沖擊波，而大的和平緩的凸角對(duì)防護(hù)爆炸沖擊波的效果相對(duì)較好。

2.5結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（1）為防止結(jié)構(gòu)的連續(xù)性倒塌，應(yīng)提高綜合樓主結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，可以采用增加結(jié)構(gòu)超靜定次數(shù)和適當(dāng)增加關(guān)鍵構(gòu)件數(shù)目等措施，增加冗余度。

（2）爆炸產(chǎn)生的主要是橫向荷載，因此可以將建筑物抗爆和抗震綜合考慮。

（3）爆炸可能導(dǎo)致較脆性材料發(fā)生破碎飛出，應(yīng)采用延性結(jié)構(gòu)。

（4）考慮到內(nèi)爆炸及傳人室內(nèi)的沖擊波的反向作用，預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量避免。

（5）綜合樓內(nèi)輕型鋼骨架一類(lèi)的輕質(zhì)隔墻容易被強(qiáng)沖擊波沖掉，抗爆性能不好，應(yīng)慎用。

結(jié)論：

隨著國(guó)際社會(huì)環(huán)境愈加復(fù)雜，應(yīng)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)恐怖襲擊有一定的認(rèn)識(shí)。對(duì)重要建筑的安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估并進(jìn)行相應(yīng)的防恐抗爆設(shè)計(jì)；我國(guó)應(yīng)當(dāng)加大在建筑物防恐抗爆方面的理論研究投入，早日出臺(tái)針對(duì)防恐抗爆的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，對(duì)恐怖襲擊進(jìn)行防范；建筑設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)培養(yǎng)防恐抗爆概念設(shè)計(jì)思維，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)從材料選用、結(jié)構(gòu)體系等方面綜合分析。