18年消防工程师综合能力高频考点：爆炸危险性建筑的构造防爆
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一、 泄压
(一)泄压面积计算
爆炸能够在瞬间释放出大量气体和热量，使室内形成很高的压力。为了防止建筑物的承重 构件因强大的爆炸力遭到破坏，将-定面积的建筑构、配件做成薄弱泄压设施，其面积称为泄 压面积。根据《建筑设计防火规范~ ( GB 50016-2014) ，有爆炸危险的甲、乙类厂房，其泄 压面积宜按式 (2-8 一1)计算，但当厂房的长径比大于 3 时，宜将该建筑划分为长径比小于 等于 3 的多个计算段，各计算段中的公共截面不得作为泄压面积 。
长径比过大的空间在泄压过程中会产生较高的压力。以粉尘为例，空间过大，在爆炸后 期，未燃烧的粉尘一空气温合物受到压缩，初始压力上升，燃气泄放流动会产生紊流，使燃速 增大，产生较高的爆炸压力。因此，有可燃气体或可燃粉尘爆炸危险性的建筑物的长径比要避 免过大，以防止爆炸时产生较大超压，应保证所设计的泄压面积能有效作用。
(二)泄压设施
1.设直
当厂房、仓库存在点火源且爆炸性混合物的浓度合适时，就可能发生爆炸。为尽量减轻事 故的破坏程度，必须在建筑物或装置上预先开设面积足够大的、用低强度材料做成的压力地放 口。在爆炸事故发生时\及时开启泄压口，使建筑物或装置内由于可燃气体、蒸气或粉尘在密 闭空间中燃烧而产生的压力泄放出去，以保持建筑物或装置完好，减轻事故的危害。
一般情况r ，同样等量的爆炸介质在密闭的小空间里和在开敞的空地上爆炸，其爆炸戚力 不一样，破坏强度也不一样。在密闭的空间里爆炸破坏力大得多，因此易发生爆炸的建筑物应 设置必要的泄压设施。有爆炸危险的建筑物，设有足够的泄压面积，一旦发生爆炸时，就可大 大减轻爆炸时的破坏强度，不致因主体结构遭受破坏而造成重大人员伤亡。
2. 泄压设施的选择
当发生爆炸时，作为泄压面的建筑构、配件首先遭到破坏，将爆炸气体及时泄出，使室 内的爆炸压力骤然下降，从而保护建筑物的主体结构，并减轻人员伤亡和设备破坏。泄压是减 轻爆炸事故危害的一项主要技术措施，属于"抗爆"的一种。泄压设施可为轻质屋面板、轻质 墙体和易于泄压的门窗，但宜优先采用轻质屋面板，不应采用普通玻璃。易于泄压的门窗、轻 质墙体、轻质屋面板是指门窗的单位质量轻、玻璃较薄、墙体屋盖材料密度较小、门窗选用的 小五金断面较小、构造节点的处理上要求易摧毁和脱落等。用于泄压的门窗可采用模形木块固 定，门窗上用的金属百页、插销等可选用断面较小的，门窗的开启方向选择向外开，这样一旦 发生爆炸，因室内压力大，原关着的门窗上的小五金件可能被冲击波破坏，门窗则自动打开或 自行脱落以达到泄压的目的。这些泄压构件就建筑整体而言是人为设置的薄弱部位。当发生爆炸时，它们最先遭到破坏或开启，向外释放大量的气体和热量，使室内爆炸产生的压力迅速下 降，从而达到主要承重结构不破坏、整座厂房(库房)不倒塌的目的 。 对f世压构件和泄压面及 其设置的要求如下:
(1)泄压轻质屋面板。根据需要可分别由石棉水泥波形瓦和加气?昆凝土等材料制成，分为 有保温层或防水层、无保温层或防水层两种 。
( 2) 泄压轻质外墙分为有保温层、无保温层两种形式 。 常采用石棉水泥瓦作为无保温层 的世压轻质夕|、墙，而有保温层的轻质外墙则是在石棉水泥瓦外墙的内壁加装难燃木丝板作保温 层，用于要求采暖保温或隔热的防爆厂房。
(3)泄压窗可以有多种形式，如轴心偏上中悬1世压窗，抛物线形塑料板1世压窗等 。 窗户上 宜采用安全玻璃 。 要求泄压窗能在爆炸力递增稍大于室外风压时，能自动向外开启泄压 。
( 4 )泄压设施的世压面积按式 (2-8 一1)和表 2-8 一 1 计算确定 。
( 5 )作为1世压设施的轻质屋面板和轻质墙体的质量每平方米不宜大于 60 kgo
( 6 )散发较空气轻的可燃气体、可燃蒸气的甲类厂房(库房)宜采用全部或局部轻质屋面 板作为泄压设施 。 顶棚应尽量平整、避免死角，厂房上部空间应通风良好 。
(7)泄压面的设置应避开人员集中的场所和主要交通道路，并宜靠近容易发生爆炸的部位。
( 8 )当采用活动板、窗户、门或其他伎链装置作为1世压设施时，必须注意防止打开的泄压 孔由于在爆炸正压冲击波之后出现负压而关闭 。
( 9 )爆炸泄压孔不能受到其他物体的阻碍，也不允许冰、雪妨碍泄压孔和泄压窗的开启， 需要经常检查和维护。当起爆点能确定时，由压孔应设在距起爆点尽可能近的地方。当采用管 道把爆炸产物引导到安全地点时，管道必须尽可能短而直，且应朝向陈放物少的方向设置。因 为任何管道泄压的有效性都随着管道长度的增加而按比例减小。
( 10) 油压面在材料的选择上除了要求重量轻以外，最好具有在爆炸时易破碎成碎块的特 点，以便于泄压和减少对人的危害。同时，泄压面最好设置在靠近易发生爆炸部位，以保证顺 利泄压。爆炸时易形成尖锐碎片四散的材料，不应布置在公共走道或贵重设备的正面或附近。 有爆炸危险的甲、乙类厂房(库房)爆炸后，用于泄压的门窗、轻质墙体 、 轻质屋盖就被摧毁， 大量的高压气流夹杂爆炸物碎片从泄压面冲出，如邻近人员集中的场所、主要交通道路就可能出 现人员大量伤亡和交通道路堵塞，因此爆炸油压面应避开人员集中场所和主要交通道路。
( 11 )对于北方和西北寒冷地区，由于冰冻期长、积雪易增加屋面上泄压面的单位面积荷 载，使其产生较大重力，从而使泄压受到影响，所以应采取适当措施防止积雪 。
总之，应在设计中采取措施尽量减少世压面的单位质量和连接强度。
二、抗燥
(一)防爆结构形式的选择
对于有爆炸危险的厂房和库房，选择正确的结构形式，再选用耐火性能好、抗爆能力强的 框架结构，可以在发生火灾爆炸事故时有效地防止建筑结构发生倒塌破坏，减轻甚至避免危害 和损失。耐爆框架结构一般有以下三种形式:
(1)现浇式钢筋混凝土框架结构。这种耐爆框架结构的厂房整体性能好、抗爆能力强，但 工程造价高，通常用于抗爆能力要求高的防爆厂房。
( 2 )装配式钢筋混凝土框架结构。这种框架结构由于梁、柱与楼板等接点处的刚性较差，抗爆能力不如现浇式框架结构。若采用装配式钢筋混凝土框架结构，则应在梁、柱与楼根等接 点处预留钢筋焊接头并用高强度等级混凝土现浇成刚性接头，以提高耐爆强度。
( 3 )钢框架结构。这种框架结构虽然耐爆强度较高，但耐火极限低，能承受的极限温度 仅为 400 't: ，超过该温度便会在高温作用下变形倒塌。如果在钢构件外面加装耐火被覆层或喷 刷钢结构防火涂料，可以提高耐火极限，但这样做并非十分可靠，只要部分开裂或剥落就会失 效，故较少采用。
(二)隔爆设施
在容易发生爆炸事故的场所，应设置隔爆设施，如防爆墙、防爆门和防爆窗等，以局限爆 炸事故波及的范围，减轻爆炸事故所造成的损失。
1.防爆墙
防爆墙必须具有抵御爆炸冲击波的作用，同时具有一定的耐火性能。按材料划分，防爆墙的 构造设计可分为防爆砖墙、防爆钢筋1昆凝土墙、防爆单层和双层钢板墙、防爆双层钢板中间填混 凝士墙等。防爆墙上不得设置通风孔，不宜开门、窗、洞口，必须开设时，应加装防爆门窗。
(1)防爆砖墙。只用于爆炸物质较少的厂房和仓库。构造要求包括:柱间距不宜大于 6 m, 大于 6m 需增加构造柱;砖墙高度不大于 6m ，大于 6m 需增加横梁;砖墙厚度不小于 240 mm;
砖强度等级不应低于 MU1 0 ，砂浆强度等级不应低于 M5; 每 0.5 m 垂直高度应增设构造筋;两 端与钢泪凝土柱预埋焊接或 24 号镀钵钢丝绑扎。
(2) 防爆钢筋混凝土墙。理想的防爆墙，构造厚度不应小于 2oomm ，多为 5∞ m、 8∞ mm ， 甚至 1 m ，混凝土强度等级不低于 C20。
( 3 )防爆钢板墙。以槽钢为骨架，钢板和骨架钳p接或焊接在一起。
2. 防爆门
防爆门的骨架一般采用角钢和槽钢拼装焊接，门板选用抗爆强度高的锅炉钢板或装甲钢 板，故防爆门又称装甲门。装配门的钱链时，应衬有青铜套轴和垫圈，门扇四周边衬贴橡胶软 垫，以防止防爆门启闭时因摩擦撞击而产生火花。
3. 防爆窗
防爆窗的窗框应用角钢制作，窗玻璃应选用抗爆强度高、爆炸时不易破碎的安全玻璃。如 夹层内由两层或多层窗用平板玻璃，以聚乙烯醇缩了醒塑料作衬片，在高温下加压教合而成的 安全玻璃，抗爆强度高，一旦被爆炸波击破能借助塑料的教合作用，不会导致因玻璃碎片抛出 而引起伤害。
(三)抗爆计算
爆炸对结构产生破坏的程度与爆炸的性质和爆炸物质的数量有关。爆炸物质数量越大，积 聚和释放的能量越多，破坏力也越大。爆炸发生的环境或位置不同，其破坏作用也不同，在封 闭的房间、密闭的管道内发生的爆炸的破坏作用比在结构外部发生的爆炸要严重得多。当冲击 波作用在建筑物上时，会引起压力、密度、温度和质点迅速变化，而其变化是结构物几何形 状、大小和所处方位的函数。建筑物受破坏的程度不仅和爆炸波的波形、峰值超压及正相持续 时间等因素有关，而且和建筑物本身的性质如静态强度、自振频率及韧性等有关。建筑物大致 分为钢结构、泪凝土结构及砖石结构等几大类，国内外针对砖石结构建筑物遭受爆炸波破坏的 情况研究得较多。
(1)当爆炸发生在密闭结构中时，在直接遭受冲击波的围护结构上受到骤然增大的反射超压，并产生高压区。如果燃气爆炸发生在生产车间、居民厨房等室内环境下，一旦发生爆炸， 常常是窗玻璃被压碎，屋盖被气浪掀起，导致室内压力下降，反而起到了泄压保护的作用 c
Dragosavic 在体积为 20 旷的实验房屋内测得了包含泄爆影响的压力时间曲线，经过整理 绘出了室内理想化的理论燃气爆炸的升压曲线模型，如图 2-8-1 所示 c
图 2-8-1 中 A 点是泄爆点，压力从 O 点开始土升到 A 点出现泄爆(窗玻璃压碎) ，泄 爆后压力稍有上升随即下降，下降过程中有时会出现短暂的负超压，经过一段时间，由 于波阵面后的紊流及波的反射出现高频振荡。
图 2-8-1 中 p， 为泄爆压力 ， PI 为第一次压力峰值 ， P2 为第二次压力峰值 ， PW 为高频振荡峰值。 该试验是在空旷房屋中进行的，如果室内有家具或其他器物等障碍物，则振荡会大大减弱。对易爆建筑物在设计时需要有一个压力峰值的估算，作为确定窗户面积、屋盖轻重等的依 据，使得易爆场所一且发生燃爆能及时泄爆减压。最大爆炸压力计算公式为
式 (2-8-2 )不适用于大体积空间中爆炸压力估算和泄压计算。
( 2 )爆炸冲击波绕过结构物对结构产生动压作用。由于结构物形状不同，围护结构面相 对气流流动方向的位置也不同。在冲击波超压和动压的共同作用下，结构物受到巨大的挤压作 用，加之前后压力差的作用，使得整个结构物受到超大水平推力，导致结构物平移和倾斜。而 对于烟囱、指杆、塔楼及和架等细长形结构物，由于它们的横向线性尺寸很小，则所受合力就 只有动压作用，因此结构物容易遭到抛掷和弯折。
( 3 )地面爆炸冲击波对地下结构物的作用与对上部结构的作用有很大不同。主要影响因素 有以下三个:
1 )地面上空气冲击波压力参数引起岩土压缩波向下传播并衰减。
2 )压缩波在自由场中传播时参数变化。
3 )压缩波作用于结构物的反射压力取决于波与结构物的相互作用 O