摘要：结构抗爆设计不仅适用于军事目标，对于重要的民用建筑和工业建筑也需要引入抗爆要求，以满足建筑物的基本安全。重点阐述了国内外各类抗爆标准的发展情况，介绍了该类标准的最新动态；从标准适用对象和研究内容的角度出发，把各类抗爆标准分为结构抗爆标准、非结构抗爆标准和石油化工类标准；详细讲解了这些标准在进行结构体系或结构构件设计时的编制原则、编制方法和主要采取的方法、手段或措施。从结构安全等级分类角度、爆炸造成的次生灾害角度、不同类型的结构体系角度和国内外相关标准角度提出合理的标准化建议。
关键词：建筑结构；抗爆设计；抗爆标准；编制原则；标准建议
当今世界，恐怖活动已成为国际社会安全的重大威胁，其中爆炸是最常见的恐怖袭击形式之一，给所在国家乃至全世界的政治经济环境和人民生命财产造成了巨大破坏和损失。据相关资料统计，在1968—1987年20年间，爆炸袭击占全球恐怖活动的57%以上；1988年，美国兰德公司的研究报告指出，当代国际恐怖主义最主要的几种活动方式中，爆炸袭击约占50%；到2002年，这一比例已升至65%以上。近几年来，世界范围内各类恐怖爆炸袭击活动，特别是针对重要建筑结构的爆炸袭击更是愈演愈烈，对城市以及国家安全构成了重大威胁。
1对爆炸现象的认识
1.1何为爆炸
爆炸是一种剧烈的化学反应现象，是以炸药为介质在极短时间内完成能量释放，生成大量气体，并使周围介质的压力状态发生突跃式变化的过程，爆炸以做功的形式将内部势能转化为机械功。爆炸产生的荷载是由含能材料的快速扩张造成的压强扰动或从爆炸源辐射开的爆炸波，更确切地说爆炸压强是一种超压，因为它是相对于周围的环境条件而言，而不是一种绝对压强，冲击波是通过空气（或其他介质）以快于声速传播的高压爆炸波，冲击波的特点是有一个瞬时增压之后迅速衰退。压力波是低振幅且传播速度小于声速，压力波的特点是：相比于冲击波其增压相对较缓慢，压力衰退也相对较慢。多数情况下，相比于压力波，冲击波的破坏和损害都更严重。
1.2爆炸产生破坏的主要特点
与其他形式的自然危害相比，爆炸对建筑物的破坏作用具有以下特点：
1）爆炸袭击对建筑物的压强高出多个数量级；
2）爆炸产生的压力会随着到爆炸源距离的增大迅速衰减；
3）爆炸的持续时间极短（以毫秒计）；
4）与地震作用相反，建筑物的质量效应有利于爆炸作用引起的建筑物响应。
1.3爆炸产生破坏的主要形式
爆炸产生的主要破坏形式包括爆炸冲击波、爆炸飞溅碎片导致人员伤亡、爆炸直接毁坏建筑物以及爆炸次生破坏效应等。爆炸发生时，最主要的破坏形式爆炸冲击波。爆炸冲击波对建筑物的破坏力最强，造成的破坏区域最大，其危害主要包括对建筑及设施的破坏和对人员的杀伤，危害程度主要受炸药量、距爆炸点的距离、爆炸点高度、建筑结构的抗爆性能及人员的杀伤阂值等因素的影响。
爆炸中的另一主要破坏形式是爆炸中产生的高速飞溅碎片，会对建筑物和人员造成较大伤害。爆炸碎片的主要破坏作用在于以其质量高速撞击和击穿目标，碎片的杀伤力很大程度上取决于其命中目标时动能的大小。
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2 民用建筑结构的抗爆设计方法
2.1 抗爆设计目标及原则
民用建筑功能多，用途广，形式复杂多样，其抗爆设计较军事建筑往往困难的多，因为：（1）民用建筑结构构造复杂多样，而爆炸点位置及方位不确定，导致抗爆设计时需根据实际情况考虑各种可能发生爆炸的位置并分析其对建筑的伤害，增加了结构抗爆设计的复杂程度；（2）民用建筑结构类型、形式、功能、用途、重要性及使用要求等因素对结构的抗爆性能影响巨大，抗爆设计需要综合考虑各个不同因素的影响；（3）民用建筑结构非结构构件的“刚”“柔”平衡设计是建筑抗爆设计的难点之一。当发生外爆炸时，门窗等围护结构要“刚”，能有效抵抗外部冲击荷载的冲击，当发生内爆炸时，该类结构要“柔”，能有效泄爆，防止冲击波积聚对承重构件的伤害；（4）爆炸发生的不确定性；（5）炸药TNT量级的不确定性；（6）爆炸冲击波的大小和民用建筑结构的面积不确定性，导致设计结构泄爆措施困难。可见，民用建筑的抗爆设计很难形成统一的公式或固定的结论，所以民用建筑抗爆设计时应以达到抗爆设计目标的前提下，遵循通用的原则和设计流程。抗爆设计目标通常可分为：基本目标———结构不发生连续倒塌；优先目标———结构不因局部构件或结构损伤而发生整体破坏；高级目标———控制或减少爆炸产生的次生杀伤性飞片。抗爆设计应遵循的一般原则：（1）根据建筑功能分区，合理确定建筑内可能发生爆炸的位置及方位，判断并区分爆炸可能造成的伤害是对结构的整体伤害还是对构件的局部冲击损伤；（2）对于防止结构的整体伤害，应形成一套安全可靠的泄爆体系，结合结构自身分析结构在爆炸荷载下的动力响应，防止其在爆炸作用下整体失稳，并造成连续性倒塌；（3）对于构件的局部冲击损伤，应对可能发生局部冲击损伤的构件进行加固，防止承重构件在爆炸作用下丧失承载能力，从而影响到整体结构造成连续性倒塌；（4）平衡非结构构件的“刚”“柔”关系，避免其成为伤害人体的杀手，又要使其在内部爆炸情况下起到泄爆作用。（5）建筑方面要做好防火、排烟、人员疏散的措施，钢结构防火层设置应保证爆炸造成火灾时人们有充足的逃生时间，逃生出口、通道不因爆炸冲击而破坏。
2.2 破坏等级及安全距离
爆炸冲击波对周围建筑物的产生不同程度的破坏，造成严重的经济损失和大量的人员伤亡，因此科学地对民用建筑结构爆炸破坏等级进行划分是建筑物安全鉴定、确定设防水准和工程修复等工作的基础。国内建筑物爆炸破坏等级可根据上述爆炸冲击波对建筑物的损坏程度依次划分为7个等级。针对汽车或人体炸弹为主要爆炸袭击（已确定炸药TDT当量）时，建筑物离爆炸点超过某一临界值时不被破坏，这一临界距离即为安全距离，也是根据国家规定的建筑物安全等级标准确定的防护爆炸冲击波的最小距离。
2.3 抗爆设计方法
普通民用建筑结构（居住建筑等）和公共建筑结构（含大跨空间钢结构）各自特点决定了二者的抗爆设计方法是有差别的。对于普通民用建筑的抗爆设计，国内目前的研究尚少，国外研究成果较多，可供借鉴。除遵循上述抗爆设计原则外，美国ASCE在研究大量爆炸现场及爆炸实验分析的基础上，对爆炸灾害经验进行了总结，给出了普通民用建筑的抗爆设计方法。普通民用建筑抗爆设计的方法和主要流程可以概括为：①确定建筑物受到恐怖袭击的概率②确定爆炸袭击的量级和所受到的空气冲击波荷载的特性；③根据爆炸荷载特性，选择合适的抗爆结构体系及形式；④对结构及构件进行抗爆受力分析；⑤对维护结构（如门窗玻璃等）进行爆炸效应分析，选择合适的防爆玻璃，防止产生大量爆炸飞片；⑥对建筑辅助设备及附属物进行抗爆分析；⑦提出建筑结构的抗爆设计方案。
结束语：对所有建筑物进行抗爆设计是不经济的。我国正处于由粗放型经济向集约型的转型阶段，所以采用的设计方法不应该大幅地增加工程造价和设计者的负担，应满足可持续性发展和集约型社会建设的要求。所以应合理地对结构遭受爆炸概率进行统计，同时对建筑物按照用途、设计使用年限和重要性进行分类，根据分类提出相应的设计要求和安全等级就显得尤为重要。
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论文作者:刘长财
论文发表刊物:《基层建设》2018年第25期
论文发表时间:2018/9/17
标签：结构论文; 建筑物论文; 建筑结构论文; 冲击波论文; 构件论文; 标准论文; 民用建筑论文; 《基层建设》2018年第25期论文;