爆炸危险性建筑的构造防爆

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， 将一定面积的建筑构、 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--2006） ， 有爆炸危险的甲、 乙类厂房， 其泄压面积宜按下式计算， 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

注：

1. 长径比为建筑平面几何外形尺寸中的最长尺寸与其横截面周长的积和 4. 0 倍的该建筑截面积之比。

2. K 尘 为压力传播速度。

参照 NFPA 68—2007《Guide for venting of deflag ration》 的相关规定和公安部天津消防研究所的有关研究试验成果确定了这一要求， 能在一定程度上解决依照规范设计、 满足规范要求，但不能有效泄压的问题。 有关爆炸危险等级的分级可参照美国和日本的相关规定， 见表 2-8-2 和表2-8-3。

（二） 泄压设施

1. 设置

当在厂房、 仓库存在点火源且爆炸性混合物的浓度合适时， 则可能发生爆炸。 为尽量减少事故的破坏程度， 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泄放口。 在爆炸事故发生时， 及时打开这些泄压口， 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， 就可以保持建筑物或装置完好， 减轻事故的危害。

2. 泄压设施的选择

当发生爆炸时， 作为泄压面积的建筑构、 配件首先遭到破坏， 将爆炸气体及时泄出， 使室内的崩炸压力骤然下降， 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盖、 轻质墙体和易于泄压的门窗但宜优先采用轻质屋盖， 不应采用普通玻璃。 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。 对泄压构件和泄压面积及其设置的要求如下。

1） 泄压轻质屋盖。 根据需要可分别由石棉水泥波形瓦和加气混凝土等材料制成， 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泄压轻质外墙， 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降温的防爆厂房。

3） 泄压窗可以有多种形式， 如轴心偏上中悬泄压窗、 抛物线形塑料板泄压窗等。 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） 泄压设施的泄压面积按式（2-8-1） 和表 2-8-1 计算确定。

5） 作为泄压设施的轻质屋面板和轻质墙体的单位质量不宜超过 60kG／ m2。

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盖作为泄压设施。 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、 门或其他铰链装置作为泄压设施时， 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， 泄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） 泄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， 泄压面设置最好靠近易发生爆炸部位， 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造成人员大量伤亡和交通道路堵塞， 所以爆炸泄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、 常常积雪， 易增加屋面上泄压面的单位面积荷载， 使其产生较大重力惯性， 从而使泄压受到影响， 因而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泄压面的单位质量（即重力惯性） 和连接强度。

二、 抗爆

（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， 减轻甚至避免造成危害和损失。 耐爆框架结构一般有如下 3 种形式。

（1） 现浇式钢筋混凝土框架结构。

（2） 装配式钢筋混凝土框架结构。

（3） 钢框架结构。

（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。 防爆墙的构造设计， 按照材料可分为防爆砖墙、 防爆钢筋混凝土墙、 防爆单层和双层钢板墙、 防爆双层钢板中间填混凝土墙等。 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。 （2） 防爆钢筋混凝土墙。 （3） 防爆钢板墙。

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。 门的铰链装配时， 应衬有青铜套轴和垫圈， 门扇四周边衬贴橡皮带软垫， 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板制作， 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， 以聚乙烯醇缩丁醛塑料作衬片， 在高温下加压粘合而成的安全玻璃， 抗爆强度高， 一旦受爆炸波击破能借助塑料的粘合作用， 不会导致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作用， 其破坏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， 破坏作用也越强烈。 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其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， 还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、 混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。Dragosavic 在体积为 20m3 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。

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、 桅杆、 塔楼及桁架等细长形结构物， 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3 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。

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