抗爆间室的抗爆设计

2012-04-12程国防张建军王春芝

山西建筑 2012年19期

程国防张建军王春芝

(1.中国兵器工业规划研究院，北京 100053;2.中交远洲交通科技集团有限公司，北京 100027)

0 引言

随着国内经济的发展，民爆行业日益向规模化、高度自动化的方向发展。其行业特点为原料、半成品和成品大多是易燃、易爆品。我国借鉴国外抗爆设计经验并进行了相关实验，陆续颁布了相应的设计规定。为了改善劳动条件及局部爆炸不影响相邻工序，并能排除故障后迅速组织生产。在新增或改造的民爆项目中，对抗爆建筑物均提出了明确的抗爆设计规定和要求。在易燃易爆部位需要采取防护措施，设置发生爆炸事故时能承受设计药量爆炸空气冲击波和碎片的局部作用而不发生震塌、飞散和穿透的钢筋混凝土结构，它广泛用于生产或贮存民爆行业危险品的建筑物，承受爆炸破坏产生能量，保护人员财产。钢筋混凝土抗爆结构中最典型的是危险品建筑物中的抗爆间室，抗爆间室主要承受爆炸事故的偶然性瞬时荷载，结构在弹塑性阶段工作。结构设计时通常可根据间室内生产或贮存的危险品性质、恢复生产的要求，按能承受一次或多次爆炸荷载进行设计。其墙体和屋盖宜为抗爆现浇钢筋混凝土，当设计药量大于1 kg时，墙厚不宜小于300 mm［1，2］;抗爆间室防护门通常为装甲防护门;抗爆间室朝向室外的一面为轻型泄压安全窗。本文通过一工程实例，总结抗爆结构钢筋混凝土结构设计。

1 抗爆间室爆炸作用的受力特点

抗爆间室内的爆炸为化学爆炸。其化学反应表现为产生大量能量，短期释放，产生压力波。乳化炸药爆炸物质高度凝聚，多呈固态。其特点为:

1)抗爆间室内炸药爆炸频率高;2)爆炸传播、蔓延、扩散较快，且为瞬间发生，其冲击波经墙体多次反射;3)抗爆间室内爆炸对建筑物的影响是局部的，设计得当，可以最大程度减小对建筑物的影响。

2 抗爆间室混凝土的材料特性

人防规范和抗爆间室规定对材料的要求都是采用调高设计结构材料动载强度系数方法进行设计。两者的材料强度提高系数比较见表 1，表 2［3］。

表1 抗爆结构的材料强度提高系数

3 抗爆间室的设计理论及方法

人防规范和抗爆间室在设计延性比方面有很大区别，这是由两者的受力特点不同决定的。抗爆间室的设计延性比和抗爆间室的设防等级有关。人防结构的允许延性比和构件的受力状态有关。两者的设计延性比如表3，表4所示。

表2 人防结构的材料的强度提高系数

表3 抗爆结构的允许延性比

表4 人防结构的允许延性比(人防规范)

人防结构对爆炸冲击波压力大小及持续时间的计算是考虑爆炸产生的荷载均为瞬间荷载，空气冲击波常简化为无升压三角形荷载，爆炸产生的荷载为突加三角形荷载下的结构反应，结构在冲击荷载下产生振动，结构产生的最大内力和变形大于峰值压力静载下的内力和变形［4］。

而抗爆间室按加工性质和事故频率采用不同的设防等级进行设计。抗爆间室根据间室内经受的满设计药量的爆炸事故次数，划分为三个设防等级，其容许延性比和设计延性比根据设防等级不同采取相应的数值。间室内的爆炸药量采取设计药量。对非TNT炸药的其他种类爆炸品，利用相应的TNT当量系数折算为相应的设计药量。

4 抗爆间室设计计算结果及分析

本工程为河南某化工厂的延期药生产工房，工程地上1层，建筑物总长53 m，总宽18.4 m，建筑高度4.6 m;建筑结构类型:框架结构，部分工序为危险工序，设计抗爆间室。抗爆间室为现浇钢筋混凝土抗爆结构，设防等级为三级。墙体及屋盖钢筋混凝土厚度均为300 mm，基础为钢筋混凝土条形基础，抗爆间室外为无盖抗爆屏院。设计要求:1)抗爆结构混凝土强度等级为C30。2)抗爆间室(含抗爆屏院)的药量均为6.0 kg的设计药量(TNT当量)，设防等级均为三级。3)间室与屏院应分别连续浇筑，不得设置施工缝，当不可避免时，应设在基础顶或屋面板下500 mm处，并以不少于受弯主筋截面面积之半的插筋予以加强，该钢筋锚入施工缝上下各40d。4)受力主筋应尽量避免采用接头，必要时应采用闪光接触对焊接头和绑扎接头，接头位置应设在墙或板距支承边1/4附近处，并应相互错开。5)在任一搭接长度(40d)的区段内，有接头的受力钢筋截面面积不得超过总截面面积的百分率为:绑扎接头25%，闪光对焊50%。6)钢筋混凝土墙一般设“S形”拉结筋，呈梅花形布置。7)不得采用脆性硬钢和冷拉钢筋。钢筋的抗拉强度实测值与屈服强度实测值的比值不应小于1.25，钢筋的屈服强度实测值与强度标准值的比值不应大于1.3。通过设防等级为三级进行设计计算，本工程抗爆间室墙厚设计为300，配筋计算为φ20@100/200。