淺談多層工業(yè)建筑的防爆設(shè)計(jì)

喬琦

引言：隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和工業(yè)用地的成本的增高，在實(shí)際工作中多層工業(yè)建筑形式越來(lái)越多的被運(yùn)用到，但有爆炸危險(xiǎn)性的多層工業(yè)建筑在防爆設(shè)計(jì)中有很多需注意的重點(diǎn)，難點(diǎn)。筆者結(jié)合在工作中遇到的一些實(shí)際案例淺談下多層工業(yè)建筑的防爆、泄爆的設(shè)計(jì)原則，和采取的具體措施。

一、工業(yè)建筑

工業(yè)建筑是指供人民從事各類(lèi)生產(chǎn)活動(dòng)的建筑物和構(gòu)筑物

工業(yè)建筑的生產(chǎn)類(lèi)別根據(jù)廠房在生產(chǎn)中使用或產(chǎn)生的物質(zhì)的性質(zhì)及數(shù)量等因素分為甲、乙、丙、丁、戊類(lèi)。相對(duì)應(yīng)的，廠房按各自的耐火等級(jí)，層數(shù)，生產(chǎn)類(lèi)別劃分每個(gè)防火分區(qū)所允許的最大面積。耐火等級(jí)、生產(chǎn)類(lèi)別越高的建筑對(duì)防火，防爆，疏散的設(shè)計(jì)要求就越嚴(yán)格。在工業(yè)廠房的設(shè)計(jì)中，不同的生產(chǎn)工藝流程對(duì)建筑有不同的需求，如化工石油化、藥品類(lèi)的廠房，在生產(chǎn)過(guò)程中有爆炸的危險(xiǎn)性，所以在滿足工藝設(shè)計(jì)的要求同時(shí)，必須更謹(jǐn)慎的考慮廠房防爆的問(wèn)題，以及，一旦發(fā)生爆炸能及時(shí)泄爆，把人傷和物損降到最低。

在實(shí)際項(xiàng)目的操作中，筆者發(fā)現(xiàn)有爆炸危險(xiǎn)的工業(yè)建筑在采用單層建筑形式時(shí)由于能采用輕質(zhì)屋面的泄壓的方式，泄壓面積較為充裕，能更好的滿足防爆設(shè)計(jì)，泄壓計(jì)算的要求。

但是由于生產(chǎn)工藝的需要，或者用地的經(jīng)濟(jì)型的考慮。我們?cè)诠I(yè)廠房的設(shè)計(jì)中常需要采用多層建筑的設(shè)計(jì)。是否能在這樣的條件下做好防爆、抗爆、泄爆設(shè)計(jì)，保障生產(chǎn)和人員的安全。

這是我們工業(yè)建筑設(shè)計(jì)人員需要考慮的一個(gè)問(wèn)題。

文章作者在上海某公司年產(chǎn)30萬(wàn)噸丙烯酸乳液項(xiàng)目生產(chǎn)車(chē)間的設(shè)計(jì)中就遇到了這樣的問(wèn)題。在本項(xiàng)目中生產(chǎn)車(chē)間的火災(zāi)危險(xiǎn)類(lèi)別為甲類(lèi)1項(xiàng)，耐火等級(jí)：一級(jí)。建筑層數(shù)為三層。為有爆炸危險(xiǎn)性的多層工業(yè)廠房。

多層工業(yè)建筑的防爆設(shè)計(jì)難點(diǎn)在于，要結(jié)合各層平面的布局，空間，交通，兼顧考慮防火，防爆分區(qū)的分隔和人員在發(fā)生爆炸時(shí)的安全疏散。

二、平面和空間

對(duì)于工業(yè)建筑的防爆設(shè)計(jì)，建筑的結(jié)構(gòu)形式的選用和泄壓面積的計(jì)算是復(fù)核建筑是否合乎規(guī)范要求，是否能夠在生產(chǎn)中保持安全穩(wěn)定，在發(fā)生爆炸時(shí)能保證生產(chǎn)廠房?jī)?nèi)的生產(chǎn)人員在安全時(shí)間內(nèi)疏散。并且把爆炸對(duì)周?chē)鷱S房和道路，人員的傷害控制到最小。

1、合理總平面布局

對(duì)于廠區(qū)有爆炸危險(xiǎn)性建筑的工程，在進(jìn)行整體規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)，需要對(duì)廠區(qū)的生產(chǎn)物品的危險(xiǎn)性進(jìn)行定性。然后分區(qū)設(shè)計(jì)。危險(xiǎn)品生產(chǎn)區(qū)與其他生產(chǎn)，生活區(qū)域距離應(yīng)嚴(yán)格按規(guī)范退界。上海也在今年實(shí)行了更為嚴(yán)格和精準(zhǔn)的《精細(xì)化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》DGJ08-2113-2013/J12465-2013。在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該遵循高標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求，不能和《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB50016-2006中對(duì)廠房退界的要求混淆。

2、選取有利于泄爆的結(jié)構(gòu)形式

《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB50016-2006中第3.6.2條:有爆炸危險(xiǎn)性的甲乙類(lèi)倉(cāng)房需要進(jìn)行防爆設(shè)計(jì)。此類(lèi)廠房宜獨(dú)立設(shè)置，并宜采用敞開(kāi)或半敞開(kāi)式，并且其承重結(jié)構(gòu)宜采用鋼筋混凝土或鋼框架、排架結(jié)構(gòu)形式。這樣的結(jié)構(gòu)形式?jīng)Q定了建筑在發(fā)生爆炸時(shí)既能及時(shí)泄爆，又能保持主要承重的結(jié)構(gòu)的堅(jiān)固穩(wěn)定。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)告訴我們，有爆炸危險(xiǎn)性的廠房需要選用既有穩(wěn)定牢固的承重結(jié)構(gòu)，又有大面積輕質(zhì)的泄壓設(shè)施，才能在發(fā)生事故時(shí)減少物損人傷。在多層工業(yè)廠房中采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)較為常見(jiàn)。

3、建筑內(nèi)爆炸區(qū)域的合理布置

有爆炸危險(xiǎn)的生產(chǎn)區(qū)域宜布置在單層廠房?jī)?nèi)，且應(yīng)把有爆炸危險(xiǎn)的生產(chǎn)裝置靠外墻設(shè)置，減小爆炸危害。在多層建筑中，有爆炸危險(xiǎn)的區(qū)域應(yīng)該避免放在底層或中間層，防止爆炸時(shí)破壞結(jié)構(gòu)，影響到上層建筑的結(jié)構(gòu)安全，故放在頂層靠外墻部位較為適合。有爆炸危險(xiǎn)的生產(chǎn)裝置應(yīng)盡量避開(kāi)建筑的梁、柱等主要承重構(gòu)件。當(dāng)然，這就需要工藝和建筑設(shè)計(jì)人員在初步設(shè)計(jì)生產(chǎn)裝置時(shí)有所考慮。

4、合理的劃分防爆分區(qū)進(jìn)行泄壓面積的計(jì)算

有爆炸危險(xiǎn)的甲、乙類(lèi)廠房，其泄壓面積按下式計(jì)算，A=10CV2/3

其中C值需要按照工藝生產(chǎn)中廠房?jī)?nèi)爆炸性危險(xiǎn)物質(zhì)的類(lèi)別選取。

但當(dāng)廠房的長(zhǎng)徑比大于3時(shí)，宜將該建筑劃分為長(zhǎng)徑比小于等于3的多個(gè)計(jì)算段，各計(jì)算段中的公共截面不得作為泄壓面積。所以體型過(guò)于瘦長(zhǎng)，劃分過(guò)多的泄壓分區(qū)的多層建筑的中間段及除頂層外的其他樓層在計(jì)算泄壓面積的時(shí)候很難滿足泄壓面積的要求。作者認(rèn)為在方案設(shè)計(jì)時(shí)就要規(guī)避這樣情況，反復(fù)運(yùn)算，在工藝布置滿足的情況下，同時(shí)進(jìn)行泄壓面積的計(jì)算。當(dāng)然，現(xiàn)在也可以使用一些核算泄壓面積的軟件建模進(jìn)行初步方案的演算。在上海某公司年產(chǎn)30萬(wàn)噸丙烯酸乳液項(xiàng)目生產(chǎn)車(chē)間的設(shè)計(jì)中作者也在方案初期進(jìn)行了計(jì)算。及時(shí)修正了建筑的平面的形態(tài)。使之更為合理。

三、防爆

1、工藝生產(chǎn)中的防爆

防爆設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于通過(guò)排除爆炸事故根源和減輕爆炸危害的措施，來(lái)達(dá)到防爆設(shè)計(jì)的目的，以便在一旦發(fā)生爆炸事故時(shí)能最大限度地減輕危害和損失。各種危險(xiǎn)品在生產(chǎn)操作中隱藏著爆炸危險(xiǎn)，生產(chǎn)工藝是否合理，生產(chǎn)操作是否規(guī)范，關(guān)系安危。筆者認(rèn)為，爆炸災(zāi)害的預(yù)防和控制應(yīng)放在源頭上。

2、防爆墻的設(shè)置

防爆墻指的是在爆炸中抗壓力較強(qiáng)的墻體，也稱耐爆墻、抗爆墻。多數(shù)設(shè)置在有爆炸危險(xiǎn)的廠房或倉(cāng)庫(kù)中。分隔爆炸危險(xiǎn)區(qū)和非爆炸危險(xiǎn)區(qū)。

常選用的材質(zhì)有：

防爆磚墻（用于爆炸物質(zhì)較少的廠房和倉(cāng)庫(kù)）

防爆鋼砼墻（常用的比較理想的防爆墻）

防爆鋼板墻（以槽鋼為骨架，鋼板和骨架鉚接或焊接在一起）

在保立佳項(xiàng)目中生產(chǎn)車(chē)間與一面相鄰的分控制是用耐火極限時(shí)間不小于4小時(shí)的防火、防爆墻隔開(kāi)，考慮控制室儀器較為昂貴，筆者選用的是防爆鋼砼墻，并需要結(jié)構(gòu)專業(yè)配合設(shè)計(jì)。

3、防爆門(mén)斗的設(shè)置

在電子版《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》2012版(送審稿)中3.6.10中對(duì)比2006版防火規(guī)范新增添了防爆門(mén)斗的設(shè)計(jì),即有爆炸危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)的樓梯間、室外樓梯或與相鄰區(qū)域連通處，應(yīng)設(shè)置門(mén)斗等防護(hù)措施。門(mén)斗的隔墻應(yīng)為耐火極限不應(yīng)低于2.00h的實(shí)體墻，門(mén)應(yīng)采用甲級(jí)防火門(mén)并應(yīng)與樓梯間的門(mén)錯(cuò)位設(shè)置。作者認(rèn)為防爆門(mén)斗的設(shè)計(jì)在有爆炸危險(xiǎn)的多層廠房的設(shè)計(jì)中很有必要。門(mén)斗能保護(hù)樓梯疏散門(mén)在爆炸時(shí)不被爆炸沖擊力損壞，是爆炸危險(xiǎn)區(qū)域到安全疏散區(qū)域的一個(gè)過(guò)渡空間。在設(shè)置防爆門(mén)斗時(shí)應(yīng)結(jié)合工藝布置，防止工藝設(shè)備影響人員的疏散。建議在各層平面圖中標(biāo)出疏散通道和疏散方向。

四、泄爆

1、泄爆形式

建筑泄壓一般采用輕質(zhì)屋面，輕質(zhì)墻體，易于泄爆的門(mén)窗。但是在考慮泄壓時(shí)最好優(yōu)先考慮爆炸是對(duì)周?chē)h(huán)境影響較小的輕質(zhì)屋面。

2、泄壓計(jì)算

有爆炸危險(xiǎn)的甲、乙類(lèi)廠房，其泄壓面積按下式計(jì)算，A=10CV2/3

其中C值需要按照工藝生產(chǎn)中廠房?jī)?nèi)爆炸性危險(xiǎn)物質(zhì)的類(lèi)別選取。

泄壓計(jì)算是防爆設(shè)計(jì)中最直觀的一種演算。經(jīng)過(guò)多個(gè)工程實(shí)踐，我總結(jié)出，單層廠房的泄爆一般很容易滿足。但更為常見(jiàn)的多層廠房的泄壓計(jì)算就比較復(fù)雜了。首先是按長(zhǎng)徑比劃分泄爆分區(qū)，位于建筑中部的泄爆區(qū)一般較難滿足泄壓面積的計(jì)算，總結(jié)發(fā)現(xiàn)當(dāng)按每段長(zhǎng)徑比等于三的大小劃分，更容易滿足計(jì)算要求。筆者認(rèn)為計(jì)算中可以扣除樓梯間，門(mén)斗，電梯間等一些沒(méi)有爆炸危險(xiǎn)的空間的體積，減小A值。在計(jì)算墻面泄壓面積的時(shí)候，應(yīng)該扣除承重的柱、梁的截面積。梁柱是需要在爆炸中保證堅(jiān)固的承重結(jié)構(gòu)。全部計(jì)算在墻面泄壓面積中不夠合理。所以在滿足規(guī)范要求的前提下，多層工業(yè)建筑需要墻面泄爆的時(shí)候，梁不適宜做的太高。需要在設(shè)計(jì)時(shí)和結(jié)構(gòu)專業(yè)溝通。

3、泄壓設(shè)施的材質(zhì)

用于泄壓的墻體，門(mén)窗，屋面的單位質(zhì)量，材質(zhì)，都有一定的要求。玻璃窗的開(kāi)啟方式宜為外開(kāi)，且玻璃五金的選取在爆炸中室內(nèi)外氣壓差達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)后宜摧毀，脫落的。玻璃采用安全玻璃，防止爆炸時(shí)產(chǎn)生尖銳碎片四處噴散。

在上海某公司年產(chǎn)30萬(wàn)噸丙烯酸乳液項(xiàng)目生產(chǎn)車(chē)間項(xiàng)目中，設(shè)計(jì)選用的泄壓窗玻璃為6mm厚鋼化玻璃。滿足規(guī)范要求。

五、總結(jié)

綜上所述，筆者在實(shí)際工程操作中發(fā)現(xiàn)多層工業(yè)廠房的部分泄壓區(qū)域的由于泄壓面過(guò)少，很難滿足泄壓計(jì)算要求。但是如果在方案初期，及時(shí)與其他專業(yè)配合，把建筑的結(jié)構(gòu)形式，平面體型，梁、柱截面的尺寸控制在合理的范圍內(nèi)，并選擇合適的泄壓材質(zhì)，和泄爆形式。即可以避免這個(gè)問(wèn)題。多層工業(yè)廠房的防爆設(shè)計(jì)需各個(gè)專業(yè)深入配合，嚴(yán)格地貫徹防火規(guī)范的要求，從全局出發(fā)，防爆是根本，泄爆為保障，統(tǒng)籌兼顧，積極采用有針對(duì)性的防爆、泄爆措施。做到保障生命和財(cái)產(chǎn)的安全。

參考文獻(xiàn)

[1]《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB50016-2006.

[2]電子版《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》2012版.

[3]《NFPA68《爆炸泄壓指南》（1990版）.

[4]《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》圖示05SJ811.