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玻璃幕墙的抗爆炸设计
(一)引言
随着科技的发展,人们对大型公共建筑的功能和艺术要求越来越高,玻璃幕墙装饰作为一种融建筑技术、建筑功能,以及建筑艺术为一体的建筑外维护构件,是建筑物的高级装修,在世界各国的高层标志性建筑中被广为采用,成为现代建筑的一种标志。传统幕墙的结构设计要求能满足抵抗外界的风荷载、自重和由地震或温度变化引发的偶然荷载等。进人21世纪,由于世界各国的恐怖活动日趋猖撅,玻璃幕墙作为建筑的外维护构建,它的抗爆性能直接关系到整个建筑物的安全性,装饰华丽、造价高昂的城市高层公共建筑玻璃幕墙往往会成为分子袭击的对象。最为典型是1996年美国联邦调查局A.RMurrah大楼被恐怖分子袭击,造成169人遇害,周围258栋建筑物的玻璃被震碎,碎裂玻璃超过10个街区,事后恐怖分子T.McVeigh陈述“选定该建筑物作为袭击目标是大量建筑玻璃的…存在”。  美国ARS防爆炸顾问咨询公司研究资料发现,恐怖袭击玻璃幕墙中75%的伤亡是由玻璃碎裂飞溅所造成,如果在爆炸事件发生时,所有建筑物的玻璃能完整地保留在框架中,那么冲击波能量将不能进入室内,室内物品就不会受到破坏:高速碎片也不会进入建筑物内或掉落地上造成伤害。所以提高玻璃幕墙的抗爆炸能力,可有效地减少恐怖袭击的人命伤亡。英国的Darrell Dbake等进行了改进玻璃窗承受爆炸荷载的评估试验,研究了在不同爆炸荷载等级下安全的特性,美国的Eve Hinman等分析了玻璃幕墙对爆炸效应的响应,提供了玻璃幕墙抗爆炸效应的设计、分析和试验结果,基于这些结果,给出了减轻爆炸对玻璃幕墙设计的方法。英国的A EI-Kadi[17]等分析了建筑设计对玻璃窗爆炸响应的影响,通过分析证明,减少玻璃窗的无支撑面积和使用大的长宽比可以提高玻璃窗抗冲击荷载的能力。
针对恐怖分子爆炸玻璃幕墙的威胁,国内外设计师相继提出了建筑幕墙的抗爆炸冲击波性能要求,但是目前国内还基本上没有相关的玻璃幕墙的抗爆炸设计技术规范及检测方法标准,有鉴于此,本文依照爆炸冲击波防护的原理,探讨玻璃幕墙的抗爆炸设计。
(二)爆炸综述
2.1  爆炸的定义
爆炸的定义:在足够小的容积内以极短的时间突然释放出能量,以致产生一个从爆源向有限空间传播开去的一定幅度的压力波,那么就说在该环境里发生了爆炸。这种能量可以是原来就以各种形式储存的该系统中。例如,它们可以包括核能、化学能、电能和压缩能等。炸药爆炸后,由于爆轰产物对周围空气的强烈压缩,产生压强很高的初始冲击波。当炸药在空气中爆炸时,便产生空气冲击波向周围传播。空气冲击波在传播过程中,冲击波阵面以超声速运动,随后由于能量不断的消耗,冲击波的速度迅速衰减,波阵面后的压力急剧下降。
  爆炸冲击波以超声速向周围扩散,瞬间便可在附近的建筑幕墙发生正反射或斜反射。建筑幕墙在受到空气冲击波的作用后,受到强大的冲击波作用力,并在极短的时间内发生变形。单元面板或整体面板在力的作用下开始向冲击波的初始方向退后,并把冲击波压力传递到幕墙的横梁与立柱。当冲击波作用在玻璃面板上时,由于玻璃为脆性材料,更易发生破坏。当冲击波压力到达玻璃的承受极限时,玻璃即可能发生破碎,甚至发生玻璃碎片飞溅现象;如果幕墙横梁与立柱受到的作用力超过其承受荷载时,幕墙的结构即可能发生破坏,即发生系统破坏。幕墙的破坏程度与空气冲击波作用在幕墙上的超压大小及作用的时间长短有密切的关系,或者说冲击波比冲量的变化使幕墙产生变形或破坏。
2.2  爆炸冲击波特性
1)众所周知爆炸能量的释放是通过冲击波完成的,因此研究爆炸,必须要了解爆炸所产生的冲击波的特性。当冲击波在空气中传播或与建筑物相互作用,以及施加荷载于建筑物上时,会引起压力、密度、温度和质点速度的迅速变化。通常所定义的冲击波的性质,既与那些可被方便地测量或观察的性质有关,又与那些可能关系到的爆炸模型的性质有关。
2)典型炸弹冲击波压力与持续时间关系
    图1是在一次爆炸试验中测量到的典型的入射或侧压力冲击波。这个数据是在距重量为5kg的T NT炸药1 7.3m的地方测量得到的。爆炸发生后(约3 7毫秒),压力急剧升高,然后迅速衰减,形成一个类似于三角形的脉冲图形,峰值压力(约为1 2 k P a)成为正相峰值(P s),它表示的是冲击波在一段时间内的运动状态。正相超高压(约为7.8毫秒),所持续的时间称为正相持续时(Tpos)。
 
冲击波脉冲is =1/2×最大压力值P s×正相持续时闻Tpos  is的单位是kPa;正相峰值压力和正相时间决定了冲击波的单位脉冲。这两个冲击波参数决定了冲击波产生的毁坏和伤害特性。
3)理想冲击波的性质。
冲击波前沿到达之前,压力为环境压力P0,在冲击波前沿的到达时刻ta 时,此时压力突然升高(在理论冲击波中是突变性的) ,达到峰值P++ P0,而后,在ta + T+期间内压力衰减到环境压力P0,,振幅再下降到幅度为负值P0,-P-,最后,在ta + T++T- 期间内压力回升到P0, P++ P0, 的大小通常被称为侧向峰值超压,或简称峰值超压。高于初始环境压力以上的时间历程叫正相时间T+, P0以下的区间,即幅度为P0,-P-,时间为T- 的区间,叫负相区或吸气区。
在大多数爆炸研究中,冲击波的负相区往往被忽视,人们只考虑或只提到与正相关联的爆炸参数(然而,某些迹象表明,对于分布爆源,负压区冲量和次生冲击可能占有相当重要的位置) 。理想爆炸侧向冲击波参数几乎从来都不代表施加与结构或爆炸目标上的真实压力荷载,所以定义了许多其它性质,以便得出更加接近于真实的爆炸荷载,或者提供这些荷载的上限。
2. 3  爆炸荷载
为了了解爆炸的破坏性,就必须了解作用在物体上的动荷载———爆炸荷载。爆炸破坏性的大小是由两个同等重要的因素决定,他们分别是炸弹的尺寸(转换质量W ,它是由同等数量的TNT 度量) 和爆炸源离目标的平行距离R 。例如,1993 年世贸中心地下室发生的爆炸的转换质量是81615 kgTNT,1995 年美国奥克拉赫马政府大厦发生的汽车炸弹的转换质量是1 814 kgTNT, 离政府大厦的距离是4175 m。
随着大量接近地面的TNT的爆炸,由这一半球形爆炸导致的瞬时最大压力随着一个离开爆源远近的距离函数而衰减。当形成的冲击波在前进中遇到目标或建筑物时它的瞬时最大压力就会因反射因素而放大,反射压力至少是冲击波压力的二倍,且于瞬时冲击的强度和转换质量成正比。
一般情况下,爆炸的最大荷载比建筑物常规设计的最大荷载大几个等级,例如1995 年奥克拉赫马政府大厦爆炸中,离爆源10 m的地方的冲击波压力为1316 MPa=1316x103 kPa(风速为45 m/ s的风压才1124 kPa) 。然而,最大压力却随着距离迅速的降低(见表2略) 。
 
作用在房屋结构上爆炸荷载对弹性振子的冲击响应(如图3) ,在很大的 T值(大于40 意味着受载结构周期的荷载持续试件T 很大) 的受载区称为准静态受载区,此区的最大动挠度是静挠度的2 倍。即:在该区域内,变形仅与峰值压力和构件的刚度K 有关,而与荷载持续时间T 和结构质量m 无关。对于很小的 T 值(小于0.4) 的受载区,图5 中的纵坐标和横坐标相等,因此有如下关系:
在该区域,变形与冲量I 成正比,因此把此区域称为冲量受载区,在冲量受载区中,同一冲量作用下,峰值荷载 与持续时间T 的任意配合,都会产生相同的最大位移Xmax 。
另外,还存在着第3 种受载区,它是连接冲量受载区和准静态受载区的过渡区。因为该区的变形与整个荷载- 时间过程有关,故称之为“动荷载区”。遗憾的是,在这个受载区没有近似的理想过程可供使用。所以,实际上,计算出图2 的准静态渐近线和冲量渐近线就可以得到整个响应的近似值。
(三)爆炸袭击对建筑物的破坏的特点。三种破坏方式
3.1爆炸袭击对建筑物的破坏作用比之其他类型的灾害(如地震、大风等)具有明显的特点。近距离爆炸作用于建筑物的冲击波荷载非常高,有时会比建筑物本身的设计荷载高出几个数量级,可导致建筑物产生严重的破坏。但是,爆炸产生的冲击波压力会随着与爆心距离的增加而迅速衰减,因此爆炸产生破坏作用的范围一般要比地震和大风等造成的灾害范围小。此外,爆炸荷载的持续时间比地震和大风等要短,前者的持续时间通常为几毫秒到几十毫秒,而后者的持续时间可长达数秒。从国外发生的一些典型恐怖爆炸破坏建筑物的事件看,建筑物的破坏情况与恐怖爆炸破坏建筑物的方式有关。根据爆炸中心与建筑物的相对位置关系和建筑物结构受爆炸后的破坏特点不同,可将爆炸破坏建筑物的方式分为三种:
3.2炸弹在建筑物外靠近建筑物爆炸方式。
这种爆炸方式的一个极端情况是炸弹与建筑物外墙或框架柱接触爆炸,可严重破坏建筑物的承重墙体、框架立柱等,导致建筑物产生倒塌,强烈的空气冲击波也可直接摧毁一些轻型结构。
3.3炸弹进人建筑物内爆炸方式。
内爆炸不仅可破坏爆心附近的墙体、结构构件,还可破坏生命线系统,堵塞通道、产生浓烟和尘土。但内爆炸对建筑结构的破坏程度取决于爆心与主体结构的相对位置关系;另一方面,由于爆炸发生在一个相对封闭的环境中,除非出现爆炸破坏一些关键承重构件后导致建筑物部分或总体倒塌的情况,爆炸产生的破坏被限制在一个相对小的范围。
 3.4炸弹(药)离建筑物较远距离爆炸方式。
建筑玻璃幕墙的抗爆炸设计主要防范炸弹(药)离建筑物较远距离爆炸方式。
这种方式对建筑物的破坏因素主要是空气冲击波,如果炸弹是触地或近地表爆炸,由爆炸诱发的强烈的地冲击也可通过地震动方式危及建筑物。这种情况下的空气冲击波和地震动主要引起建筑物产生两种类型的破坏或响应:
一是宏观表现明显的建筑物围护结构、特别是玻璃的破碎、窗户等的变形与破裂。
二是建筑结构产生整体响应,表现为结构的受力变形,从结构设计的角度看主要涉及的是强度和刚度问题。
这种破坏方式的一个典型实例是欧洲复兴与发展银行巩怖爆炸事件,该银行大楼是一上部为10层、下部基座为3层的塔式建筑,汽车炸弹爆炸的位置与大楼的距离约为1 15 m~160 m。该大楼为一现代混凝土板柱结构,带有坐落于3层基础上的非承载砌体墙。由于受到了另一建筑物的直接遮蔽,大楼的结构没有被严重破坏。但是,建筑物上大范围的玻璃被损坏(见图6),因而破碎的玻璃飞片对人员具有巨大的伤害潜力。
 
(四)玻璃幕墙爆炸事故的危险性评估
4.1参照中华人民共和国公共安全行业标准《防爆炸复合玻璃Blast resistant composited glass》GA 667-2006对玻璃幕墙爆炸事故的危险性评估
4.2空气冲击波安全级别
    根据炸药爆炸后产生的空气冲击波平均值,防爆炸复合玻璃分成7种安全级别,见表4
4.3防爆炸复合玻璃防止空气冲击波的能力应不小于0.11MPa,空气冲击波冲击后的玻璃质量应符合:
 a)爆炸后玻璃没有穿透现象,背面产生飞溅物,溅射距离不大于1 m定为L级;
  b)爆炸后玻璃背面没有飞溅物,定为M级;
  c)爆炸后最后一层玻璃光滑、完整,表面没有裂纹,定为H级。
4.4防爆炸玻璃根据建筑的特性一般应由使用方和主体设计方根据相关专业标准或工程规范确定等级.下文仅为参考建议:
冲击波4 1~1 0 3 kPa(6-1 5 PSI)用于加油站,煤气站,矿山等有爆炸危险、有毒、有害的生产及试验场所,既可观察到反应情况,又能防止爆炸及有毒有害气体对人健康的影响;冲击波1 0 3~3 1 0 kPa(1 5-4 5 PSI)用于警察局,军事基地等易于受袭击的设施;冲击波3 1 0 kPa(4 5 PSI)用于核电站,使馆等。
(五)抵抗炸弹冲击波建筑幕墙的设计和试验
5.1炸弹冲击波对建筑幕墙破坏原理的分析
炸弹爆炸是一个复杂的物理、化学反应变化的过程,爆炸装置可视为一个承受内压等于爆轰压力的容器,当压力超过壳体的屈服强度时,壳体产生拉伸或剪切破坏,爆炸便发生了。爆炸时能释放出大量的热并能生成大量的气体产物,在极短的时间内和有限的空间里释放出巨大的能量。炸药内的绝大部分物质转化为高温气体,急剧膨胀并压缩周围的气体,导致冲击波的产生。爆炸冲击波在空气中是以超声速传播的川。当炸药完成爆轰,爆轰波到达炸药和空气界面时,瞬时在空气中形成强冲击波,称为初始冲击波。初始冲击波阵面和爆炸产物一空气界面相重合,初始冲击波参数由炸药和介质性质所决定。初始冲击波作为一个强间断面,其运动速度大于爆炸产物一空气界面的运动速度,造成压力波阵面与爆炸产物一空气界面的分离。如果不考虑衰减的话,初始冲击波构成整个压力波的头部,其压强最高,压力波尾部压强最低,与爆炸产物一空气界面的压强相连续。爆炸产物第一次过度膨胀后,由于爆炸产物的压强低于空气的压强,立即在压力波的尾部形成稀疏波,并开始第一次反向压缩。此时,压力波和稀疏波与爆炸产物分离独立的向前传播。空气冲击波是以球面波的形式向前传播的,在传播过程中其压力变化情况如图16所示,其中:P0为大气压强,t+为正压持时,t-为负压持时,P+为正压区,P-为负压区。随着传播距离的增大,单位面积的能量减小,冲击波的压强和传播速度也迅速下降,其正压区也因为波的头部与尾部的速度差而被拉宽,由于存在稀疏波原因导致冲击波的压强在一定时间内会下降到比大气压强还低,因此经过时间t+后冲击波将进人负压区,随后慢慢衰减成音波,压强也恢复到正常的大气压强。
 
爆炸冲击波在传播过程中遇到建筑物时,一般会发生两种现象:反射和绕流。当冲击波遇到建筑幕墙刚性壁面时,质点速度立刻变为零,壁面处质点不断聚集,使压力和密度增加,这种反射的压力和脉冲将会对建筑玻璃幕墙产生垂直力和水平力的作用,造成玻璃幕墙的位移,变形,破裂,严重时破碎的玻璃还会对建筑物内的人员造成生命危险。绕流一般发生在建筑物高宽尺寸都不大的情况下,冲击波将会绕过建筑物,在建筑物的背面汇聚,从而对建筑物的里面造成破坏。一般爆炸冲击波对建筑幕墙的破坏取决于冲击波的峰值超压,超压冲量以及伴随着爆炸发生产生的动压三个因素,其中峰值超压是衡量冲击波最重要的参数。
5.2玻璃保持性数值(RET)
玻璃保持性数值(RET)是非常有效的测量技术和评估方法,根据玻璃的损失量对室内面和室外面的玻璃单元进行划
分等级分类。不管玻璃碎片往建筑物的墙内或墙外散射都可采用这种方法。RET是评估这些影响的一种技术指标。
  RET=爆炸冲击后残留在门窗幕墙玻璃重量/爆炸冲击前门窗幕墙玻璃重量。
  RET=O~1,随着RET的减小,越来越多的玻璃碎片离开框架,有可能变成爆炸的第二种武器或危害。
5.3建筑玻璃幕墙的抗爆炸设计主要表现在两个方面:
    1、  可以承受较大的炸弹爆炸冲击荷载;
   2、  受炸弹爆炸冲击后,玻璃保持在框架内。
在炸弹攻击和意外爆炸事件中,建筑玻璃幕墙的抗爆炸设计旨在最大限度地减少爆炸冲击波超高荷载和高速飞溅的玻璃碎片所造成的直接伤害,减少受攻击设施或爆炸中心周围设施的修复费用。  爆炸冲击波能量形成的荷载剧增,增大几倍甚至几十倍条件下保持玻璃不穿透,玻璃保持性值R E T ≈1_而单片玻璃(包括浮法玻璃、钢化玻璃、中空玻璃)一旦破碎,只要稍超过临界破碎压力R E T很快就跌到0.3以下,玻璃碎片散落,出现穿透性破坏。良好的抗爆炸建筑玻璃幕墙是一种可以在某种当量的炸弹爆炸攻击下。玻璃末脱离框架。保持完好或非穿透性破坏的高安全性能的特种玻璃幕墙。
 
普通玻璃幕墙(退火、钢化、半钢化)受炸弹爆炸冲击时,玻璃碎片散落,玻璃出现穿透性破坏,人员及室内设施受到严重的伤害。RET ≈0.1~0.2。
 
普通夹层玻璃幕墙受到炸弹爆炸冲击时.玻璃破裂,冲击波进入室内,严重时整张碎玻璃飞起,砸向人体引起严重伤害,整体损害范围小于普通玻璃。RET≈0.3~0.5。
 
图11   RET ≈0.8~1.0玻璃爆炸碎片杀伤示意图
防炸弹玻璃幕墙受到炸弹爆炸冲击时,玻璃向后弯曲,同时框架系统向后压缩缓冲,玻璃完整或出现破裂,但基本没有碎片溅出,确保室内人员和设施没有受到伤害。RET ≈1.0。
5.4抗爆炸玻璃幕墙设计的途径
为了使建筑玻璃幕墙能够抵抗炸弹冲击波的破坏,可以考虑从以下三个方面来进行设计。
(1)要选择合适的幕墙材料,尽量选择有很高抗爆抗冲击强度的安全玻璃,如钢花玻璃,夹层玻璃,low-E中空玻璃或者是其它新型玻璃材料,这些玻璃可以很好的防止冲击波的侵袭,即使玻璃被破坏,由于破碎后的碎片没有尖锐的棱角,可以减少对建筑物里面人员的伤害。
(2)可以选用多种玻璃材料,采用复合结构系统,以达到更好的防爆炸冲击效果。玻璃幕墙即要能防风挡雨,保温遮阳,又要能防震抗冲击,所以单一的玻璃材料往往很难满足所有的要求,这时可以考虑选用复合结构系统,来满足设计的要求,如在CCTV新台址幕墙玻璃的选择时,所用的复合系统玻璃配置由外向内所用的材料依次是:钢化夹层玻璃-12mm中空层一钢化夹层玻璃,其中,钢化夹层玻璃为:8mm钢化玻璃+1.52mm PVB膜+8mm钢化玻璃。选择钢化夹层玻璃为:8mm钢化玻璃+1.52mm SGP膜+8mm钢化玻璃则更好。
(3)合理划分单元玻璃的尺寸,选择具有防爆性能的玻璃铝合金框,一定要保证足够的玻璃槽口深度(一般为25-30mm ),以确保在爆炸发生时对玻璃有充分的约束,安装时用的密封胶要选择性能优良的进口结构硅酮胶,从而最大程度的保证玻璃幕墙系统的防爆炸冲击波性能。
5.5抗爆炸玻璃幕墙荷载计算准则的确立
针对抗爆炸冲击波设计的玻璃幕墙,为了从理论上验证其是否达到设计的要求,需要定量的计算来确定。但是目前国内还没有相关的技术规范介绍此类设计的计算方法。由于爆炸力属偶遇荷载,幕墙的支撑结构可以考虑按照弹塑性力学进行分析,对复杂的玻璃幕墙在爆炸冲击时的受力状态用近似的线性方程来处理,框架构件和配件的受力可以采用静荷载简化的方法,对玻璃幕墙进行抗爆炸初步设计。
由前面的炸弹冲击波对建筑幕墙的破坏原理分析可知,冲击波对幕墙的破坏主要来自峰值超压,超压冲量和随之产生的动压作用,即图16所示的阴影部分的荷载作用。冲击波的传播衰减过程是非线性的,要完全按照实际的受力来分析,计算过于复杂,因此可以考虑用直线来代替冲击波随时间的变化过程,这样冲击波荷载就可以简化成一个共角分布的荷载,如图12所示。
这样在分析玻璃幕墙的冲击波作用时,就可以用峰值超压P,超压冲量F,和冲击波持续时间t三个影响参数来确立设计准则,这些参数的初设计值可以由经验和爆炸试验来获得。另外,在爆炸荷载下玻璃产生裂纹时在内层生成的薄膜力会给周围框架施加玻璃平面内指向中心的拉力,因此在计算框架等的受力时还要考虑到这个拉力的作用,用静荷载简化的方法在这些构件的计算荷载组合中也应考虑加上这个拉力的等效线荷载,等效线荷载的大小也应由经验和试验来确定。
 
5.6玻璃幕墙的爆炸冲击波试验
根据上面提出的抵抗冲击波荷载计算方法可以对玻璃幕墙初步的设计,但是由于荷载计算是在近似处理和经验的条件下进行的,所以可能会有一定程度的误差,为了实际验证所设计玻璃幕墙的抗冲击波性能,还需要进一步的开展足尺寸冲击波试验,通过观察玻璃幕墙在真实的爆炸环境下的表现,进一步改进设计,以弥补理论和经验设计的不足,提高设计的可靠性。
冲击波试验一般有两种方法:
(1)距离试验,试验组件对已知特性的一定量炸药的冲击承受能力。
(2)激振管试验,通过在特意建造的小室内瞬间释放高压气流产生冲击脉冲。
但是在实际工程上,幕墙试验件在尺寸上符合试验要求的激振管很难买到,除非可以利用到像在美国存在的那种较大军事设施,否则激振管试验用于高层建筑大体量的玻璃幕墙冲击波试验往往不太可能。因此,建议参照中华人民共和国公共安全行业标准《防爆炸复合玻璃Blast resistant composited glass》GA 667-2006对玻璃幕墙选用距离试验来验证玻璃幕墙防爆炸性:
5.7央视新厦的幕墙爆炸荷载和抗爆炸试验
7.7.1中央电视台新台址工程是当今举世瞩目的一项建筑工程,其外围面积达11万平方米的幕墙工程力学结构组成复杂,材料力学性能与节能的要求高,要求抵御6.75Kpa的风荷载,强烈的大震不受破坏,同时在满足防爆炸设计性能前提下,幕墙厚度不超过113.6mm。央视新台址的幕墙更是对传统幕墙理念的跨越和突破,是一种薄型的铝合金玻璃幕墙。防爆炸幕墙设计在我国幕墙工程中尚属首例,为此建设部、公安部的有关专家作了大量的研究工作。国家建筑工程质量监督检验中心率先在国内开展了建筑幕墙、门窗等产品的抗爆炸冲击波试验,并于2006 年9 月在北京完成中央电视台新址的玻璃幕墙的抗爆炸冲击波的检测试验,完成了国内幕墙第一爆,这标志着我国建筑幕墙及其检测的技术已经有了新的提高。
5.7.2现有幕墙规范JGJ102-2003没有防爆炸的技术内容。央视新厦幕墙要求进行恆载、爆炸荷载、风荷载等偶然组合设计,据此一般都是进行弹塑性验算。
5.7,3偶然荷载,如撞击、爆炸等是由各部门以其专业本身特点,按经验采用,并在有关的标准中规定。目前对偶然作用或荷载,在国内尚未有比较成熟的确定方法,工程中可参考国际标准化协会正在拟订中的《人为偶然作用》(DIS10252)的规定,该标准目前主要是对在道路和河道交通中和撞击有关的偶然荷载(等效静力荷载)代表值给出一些规定,而对爆炸引起的偶然荷载仅给出原则规定。
5.7.4对于偶然设计状况(包括撞击、爆炸、火灾事故的发生),均应采用偶然组合进行设计。由于偶然荷载的出现是罕遇事件,它本身发生的概率极小,因此,对偶然设计状况,允许结构丧失承载能力的概率比持久和短暂状况可大些。考虑到不同偶然荷载的性质差别较大,目前还难以给出具体统一的设计表达式,建议由专门的标准规范另行规定。规定时应注意下述问题:首先,由于偶然荷载标准值的确定本身带有主观的臆测因素,因而不再考虑荷载分项系数;其次,对偶然设计状况,不必同时考虑两种偶然荷载;
(六)美国DTRA 玻璃防护的等级分类及玻璃贴安全防爆膜。
6.1美国国防部防恐怖局( DTRA )分类:
建筑物玻璃防护等级分类见图12示意和表3规定:
 
图13门窗玻璃爆炸碎片等级分类示意图
表4    门窗玻璃爆炸碎片等级分类表
分类        说明             外墙结构    室内结构         危害    保护
一等:玻璃没有裂纹或破裂    
玻璃没有破坏,       无损坏  没有玻璃碎片飞溅     无    好
充分保留在洞口内               RET ≈0.8~1.0
二等:允许玻璃出现裂纹,
但是必须完全保持在       无损坏     有小玻璃渣       小     较好
框架内,不能出现玻璃碎片             没有明显碎片飞溅
进入室内(允许有玻璃粉末)。              RET ≈0.6~0.8
三等  玻璃破碎,不完全      无损坏      玻璃碎片飞溅     低    中等
保留在洞口框架                   散落地面,离窗户
三等A:玻璃飞溅离窗户           最远处在1m---3m之间
最远处不超过1m               RET ≈0.6~0.4
三等B:玻璃飞溅离窗户
最远处在1m---3m之间
四等  玻璃破碎,不完全    无损坏     玻璃碎片飞溅             差    较差
保留在洞口框架                 散落地面,离窗户
      远处超过3m
高度不超过0.6m
RET ≈0.3~0,1
五等  玻璃灾难性破碎     无损坏    玻璃碎片飞溅          最差   最差
远处超过3m
高度超过0.6m
RET ≈0~0.1
一等和二等不会给居住者造成危险,三等至四等会造成较低的伤害,而五等属高危险的玻璃。
6.2一等.二等.三等A类玻璃破坏照片
 
6.4玻璃贴膜的起源、 玻璃贴膜用于提高普通浮法玻璃的安全节能性的应用可追述到1960年。当时研制膜的初衷,时为了控制太阳能负荷造成的制热、制冷的不均衡。早期的膜仅具有将太阳辐射反射出玻璃窗外,以阻止玻璃内表面的热量增加的性能。. m  随着制造工艺的不断发展,新一代的本体着色隔热膜诞生了, 它丰富的色彩为建筑师提供了广阔的设计空间。主要的颜色有:棕色、灰色、金色、琥珀色、蓝色、绿色等。
1970年美国的能源危机引出了膜的另一方面的性能开发--减少室内热能损失(即"保温性"。研究发现,聚酯膜不仅可作透明介质,更具有吸收和逆辐射长波红外线的能力。经过反复试验,膜的材料、结构有了大的改变,这一改变,更提高了膜的"保温性",也就产生了"低辐射膜"--LOW-E膜。
6.5玻璃贴膜的结构、性能、种类、及基本施工原理:( R*膜的最基本构成是:聚酯基片(PET),一面镀有防划伤层(SR),另一面是安装胶层及保护膜。施工安装时,将保护膜揭去,露出胶层的一面贴于玻璃内表面(如果是特别设计用于外贴的膜,则贴与玻璃外表面)。
PET是一种耐久性强、坚固、高韧性、耐潮、耐高、低温性均佳的材料。它清澈透明,经本体染色、金属化镀层、磁控溅射、夹层合成等多种工艺处理,成为具有不同特性的膜。
建筑用玻璃贴膜主要分为两大系列:建筑节能膜和安全膜。主要品种有:本体染色膜、热反射隔热膜、低反射隔热膜、高透光磁控溅射膜、低辐射(Low-E)膜、博物馆及档案馆专用膜、磨砂及半透明装饰膜、透明安全膜等。
四大基本特性:隔热节能、抗紫外线、美观舒适、安全防爆。
玻璃贴膜在建筑工业中可以被称为"两栖"产品,它既可用于旧楼翻新,也可用于新建大楼。
建筑节能膜厚度通常为1MIL~1.5MIL。
安全膜通常由单层或多层PET夹层合成,厚度有:2MIL(0.05mm)、4MIL(0.10mm)、7MIL(0.18mm)、11MIL(0.28mm)、15MIL(0.38mm);1mil≈ 0.0254mm
6.6美国国防部防恐怖局( DTRA )外窗玻璃贴安全防爆膜爆炸试验应用研究
美国国防部防恐怖局( DTRA )1998年1月22日和3月5日,柯特兰空军基地板栗试验场(AFB, N.M.)进行了外窗爆炸试验应用研究。
(七)结束语
7.1玻璃幕墙的抗爆炸设计是时代发展对现代高层建筑及幕墙提出的必然要求,,
随着科学进步与社会发展,建筑幕墙的应用将越来越多地应用到高层建筑中,如果建筑幕墙本身的安全性能尤其是抗爆炸冲击波性能得不到保证,一旦发生爆炸事件,可能造成巨大损失。抗爆炸冲击波性能是继气密、水密和抗风压性能之后提出的又一重要安全性能指标之一。玻璃幕墙的抗爆炸设计是时代发展对建筑尤其是现代高层建筑及幕墙提出的必然要求,虽然在我国还没有正式的技术规范对此做出规定,但在国内外的一些重要的工程建设项目中都考虑到了这方面的问题,明确提出把抗爆炸设计作为一项重要的设计原则。本文在玻璃幕墙抗爆炸原理分析的基础上,介绍了一些冲击波防护的理论计算及设计原则,在实际工程项目中,还可以考虑利用一些力学计算软件anssy,abaqus等,对爆炸的过程进行动态模拟仿真,在计算机中观察爆炸发生的过程,改进系统存在的不足,减少后续试验环节的重复次数,并使冲击波试验更具针对性,达到加快设计周期、降低设计成本的目的。
7.2 研究建筑物防恐怖爆炸袭击的工程技术措施具有十分重要的现实意义。近十多年来,全球范围内的恐怖爆炸袭击事件不断上升,已构成对城市乃至国家安全的重要威胁之一。政府办公和重要公共建筑物往往是恐怖爆炸袭击的主要目标,甚至民用建筑物也难幸免。因此,研究建筑物防恐怖爆炸袭击的工程技术措施具有十分重要的现实意义。
建筑物的安全与建筑物的设计有密切的关系,特别是在需要加强全球反恐意识的当代,美国的建筑设计界一直在叫响“建筑和结构工程师反恐怖”的口号,其目的一方面是强调建筑物的防爆性能与规划设计的密切关系,另一方面提出了对建筑物采取防爆和抗爆措施需要从建筑规划设计阶段开始的要求,建筑与规划设计师应该在结构工程师和防护专家的共同参与下考虑一些基本的爆炸防护设计概念。本文从
防护恐怖爆炸袭击的角度,讨论建筑规划设计阶段需要考虑的一些防护概念,从而提出建筑物防恐怖爆炸的概念设计。
防恐怖爆炸的概念设计指的是建筑和规划设计师需要在结构工程师、爆炸防护专家和安全顾问的共同参与下,根据建筑物可能遭受恐怖爆炸袭击的情况、爆炸对建筑物的破坏效应、各种爆炸破坏因素(如冲击波、破片、地冲击等)对建筑物的作用特点和规律,利用爆炸防护的一些基本概念设计出合理的建筑方案。因此,要求结构工程师和爆炸防护专家在建筑方案设计阶段,就能以自身拥有的建筑结构体系功能
及其受力、变形特征的整体设计概念、爆炸防护概念去帮助建筑和规划师开拓和实现业主梦寐以求的空间形式与功能,并在与建筑和规划师的创造性合作中,以承载力、防建筑物倒塌、减小爆炸次生破坏与杀伤作用为主导的概念设计和整体构思结构总体方案。
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