鋼結(jié)構(gòu)裝配式防爆墻方案介紹

歐陽丹丹

摘 要：根據(jù)當(dāng)前反恐形勢的要求，在近幾年國內(nèi)外裝配式防爆墻研究成果的基礎(chǔ)上，將現(xiàn)有的建筑鋼結(jié)構(gòu)體系推廣運用到裝配式防爆墻的設(shè)計中，提出了三種不同的鋼結(jié)構(gòu)裝配式防爆墻方案：柱—支撐結(jié)構(gòu)體系、平面桁架結(jié)構(gòu)體系、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)體系。其中平面桁架系網(wǎng)架結(jié)構(gòu)方案的整體性能好，抗震抗爆能力強，能有效地保護重要建筑物或目標(biāo)；受力合理，節(jié)省鋼材，具有良好的經(jīng)濟指標(biāo)；構(gòu)件工廠制作，現(xiàn)場安裝，能大大地加快施工速度，實現(xiàn)快速組裝，是防爆墻設(shè)計的一個發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu) 裝配式防爆墻 柱—支撐 平面桁架 網(wǎng)架

中圖分類號：TU894 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）05（c）-0053-02

Introduction on Plans of Steel Structure Assembling Blast Wall

OUYANG Dandan

（Hangzhou Non-Commissioned Officer Academy of CAPF， Hangzhou Zhejiang，310023，China）

Abstract：According to the current situation and the requirements of antiterrorism， and on the basis of the achievements on research of assembling blast walls at home and abroad in recent years， the existing construction steel structure system is applied to the design of assembling blast walls， three different kinds of steel structure assembling blast walls are proposed： column-brace structure system， plane truss structure system， space grid structure system. The plane truss grid system assembling blast wall has several advantages， such as good overall performance， strong anti-blast strength which can provide effective protection for important buildings or targets； reasonable bearing force， steels saving， good economic indicators； factory produced components， on-site installation which can greatly accelerate the pace of construction. It is a development orientation on research of blast walls.

Key Words：Steel Structure； Assembling Blast Wall； Column-Brace； Plane Truss； Space Grid

裝配式防爆墻具有組裝快速、承載力高、設(shè)置靈活方便等特點，近年來在反恐怖爆炸襲擊中得到了廣泛的應(yīng)用。目前常用的裝配式防爆墻材料有：塑料、砂土、混凝土、鋼材、水等[1-3]。其中鋼材強度高，塑性變形能力強，用于防爆墻設(shè)計時可使墻體厚度變薄，從而降低墻體自重，同時又能使墻體具有較好的延性變形能力，是一種較理想的墻體結(jié)構(gòu)用材。該文在現(xiàn)有建筑鋼結(jié)構(gòu)體系[4-5]的基礎(chǔ)上，提出了三種鋼結(jié)構(gòu)裝配式防爆墻方案，并對各種方案的特點進行了介紹。

1 柱—支撐結(jié)構(gòu)體系

該體系由柱、斜撐桿、水平支撐、水平系桿、垂直支撐等構(gòu)件組成（見圖1），其中柱可采用實腹柱和格構(gòu)柱。該方案具有如下特點：

柱和斜撐桿形成的平面結(jié)構(gòu)承擔(dān)面板傳來的爆炸荷載，斜撐桿與柱的連接點大致位于1/2柱高處，將柱分成上柱和下柱。上柱為受彎構(gòu)件，軸力很小，彎矩較大，下柱為壓彎構(gòu)件，軸力和彎矩均較大。若柱采用格構(gòu)柱（該格構(gòu)柱可為雙肢、三肢），則上、下柱的分肢及綴桿均為軸心受力構(gòu)件。也就是說，采用格構(gòu)柱比實腹柱更經(jīng)濟、合理，而格構(gòu)柱中，雙肢柱又比三肢柱更簡潔。

斜撐桿與基礎(chǔ)的連接節(jié)點為鉸節(jié)點，因而斜撐桿也為軸心受力構(gòu)件，柱腳為剛性柱腳，使得下柱的彎矩分布更加均勻。

端部第一柱間或第二柱間通過設(shè)置垂直支撐和水平支撐形成一個空間穩(wěn)定體，再通過水平系桿將其它平面結(jié)構(gòu)連接起來形成整體結(jié)構(gòu)。當(dāng)柱采用雙肢格構(gòu)柱時，還要在有垂直支撐處設(shè)置水平支撐，且水平系桿須布置成雙層。這種結(jié)構(gòu)的組成方式類似于一般的排架結(jié)構(gòu)廠房。

柱與其他構(gòu)件的連接節(jié)點采用螺栓連接的焊接鋼板節(jié)點，可以將構(gòu)件的工廠制作和現(xiàn)場組裝很好地協(xié)調(diào)起來。構(gòu)件在工廠制作，并將連接鋼板焊接于格構(gòu)柱上（采用相貫節(jié)點），之后，將其運到現(xiàn)場，用螺栓將各構(gòu)件的連接鋼板連接起來，從而形成整體結(jié)構(gòu)。這種節(jié)點形式方便施工安裝，同時也加快了施工速度。

2 平面桁架結(jié)構(gòu)體系

該體系由三角形平面桁架或梯形平面桁架、水平系桿、水平支撐、垂直支撐共同組成（見圖2）。該方案具有如下特點。

平面桁架承擔(dān)面板傳來的爆炸荷載，各桿件均為軸心受力構(gòu)件。平面桁架的兩根弦桿與基礎(chǔ)鉸接，可避免彎矩對基礎(chǔ)的不利影響。

兩端第一、二榀桁架間均設(shè)置垂直支撐，水平支撐及水平系桿而形成一個空間穩(wěn)定體，再通過水平系桿將其它平面桁架連接起來形成整體結(jié)構(gòu)。組成原則跟方案一完全一樣，所不同的是平面結(jié)構(gòu)的形式。除三角形平面桁架頂端的水平系桿只有一層外，其余水平系桿均為兩層。

三角形平面桁架由于弦桿在頂點處的夾角較小，節(jié)點構(gòu)造較為復(fù)雜，采用梯形桁架后，可以避免這種情況。平面桁架與其他構(gòu)件的連接節(jié)點形式及其構(gòu)件的制作安裝特點同柱—支撐體系。

3 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)體系

該體系可分為平面桁架組成的網(wǎng)架（平面桁架系網(wǎng)架）和四角錐組成的網(wǎng)架（四角錐系網(wǎng)架）兩種形式。該方案具有如下特點。

在爆炸荷載作用下，網(wǎng)架是空間整體受力的，各桿件均為軸心受力構(gòu)件。與以上兩種結(jié)構(gòu)方案不同的是，當(dāng)爆炸荷載作用在防爆墻局部的時候，未直接承受爆炸荷載作用的結(jié)構(gòu)部分也將參加工作，甚至在爆炸荷載作用方向不是很確定的情況下，結(jié)構(gòu)都具有很好的整體受力特性，這是以上兩種結(jié)構(gòu)不具備的。

平面桁架系網(wǎng)架主要是由垂直平面桁架和水平平面桁架正交組成。實際上在方案一的每一雙肢柱間和方案二的每一平面桁架間增設(shè)水平系桿和水平支撐即可得到平面桁架系網(wǎng)架。

四角錐系網(wǎng)架（見圖3）主要是由四角錐按正交正放原則組成。實際上在方案一中的每三肢格構(gòu)柱間再增設(shè)一根三肢格構(gòu)柱（此格構(gòu)柱的兩根外分肢與相鄰格構(gòu)柱外分肢共用），然后再用水平系桿將每一內(nèi)分肢連接起來，并取消格構(gòu)柱兩根外分肢間的斜綴桿即可得到四角錐系網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。

網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的節(jié)點通常為焊接球節(jié)點和螺栓球節(jié)點。由于防爆墻所承受的荷載很大，這兩種節(jié)點將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的用鋼量增大很多，當(dāng)球徑較大的時候?qū)⒂绊懡Y(jié)構(gòu)的外觀，而且螺栓球的配件，如：高強螺栓、套筒等，將可能采用非常規(guī)規(guī)格，給加工制造帶來不便，因此，這兩種節(jié)點用于防爆墻結(jié)構(gòu)中并不理想。

對于平面桁架系網(wǎng)架，垂直桁架（也即主桁架）與水平桁架（次桁架）之間的連接節(jié)點可采用方案一的節(jié)點形式，但對于四角錐系網(wǎng)架，由于腹桿與弦桿空間匯交，若仍采用螺栓連接的焊接鋼板節(jié)點，將會使構(gòu)件的連接變得復(fù)雜。

4 結(jié)語

綜合比較上述各種鋼結(jié)構(gòu)裝配式防爆墻結(jié)構(gòu)體系，平面桁架系網(wǎng)架結(jié)構(gòu)方案是一種較優(yōu)的結(jié)構(gòu)方案。該方案不僅具有網(wǎng)架結(jié)構(gòu)良好的整體受力特性，而且避免了四角錐網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的常規(guī)球節(jié)點連接方式，使桿件連接更加簡潔，施工更加方便快捷。

參考文獻

[1] 伍俊，劉晶波，劉元，等.裝配式防爆墻和活動路刺組合結(jié)構(gòu)的設(shè)計與應(yīng)用[J].防護工程，2007，29（6）：47-51.

[2] 伍俊，劉晶波，杜義欣.裝配式防爆墻結(jié)構(gòu)設(shè)計與設(shè)置距離[J].防護工程，2007，29（1）：49-52.

[3] 嚴(yán)東晉，丁娜娜.建筑物外部防爆墻的研究應(yīng)用現(xiàn)狀[C]//第五屆全國工程結(jié)構(gòu)安全防護學(xué)術(shù)會議論文集.2006：313-320.

[4] 沈祖炎，陳揚驥.網(wǎng)架與網(wǎng)殼[M].上海：同濟大學(xué)出版社，1997.

[5] 王肇民.建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計[M].上海：同濟大學(xué)出版社，2002.