玻璃幕墙抗炸及设计.doc

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