摘要：现如今，国际上恐怖事件时有发生，尤其作为直面犯罪的政府机构，警署大楼更是对防弹防爆提出了要求。幕墙不仅仅起到装饰和遮风挡雨的作用，作为外围护结构，也是大楼抵御恐怖袭击的第一道防线。本文就墨尔本警署大楼工程实例，基于建筑的安全考虑，阐述防弹防爆设计的基本原理，借鉴欧美国家已有相关成熟的防爆规范应用，为国内工程相关设计起到抛砖引玉的作用。研究成果可为相关应用研究提供参考。
关键词：幕墙；防弹；防爆；设计；应用；墨尔本警署大楼
1 引言
基于幕墙上的防弹防爆考虑在国内一般的工程项目中并不多见，但是随着近几年来恐怖性偶然性恶性事件的发生，幕墙作为外立面之外相关的功能也日益备受关注。接下来结合澳洲项目中的一些实际做法，谈谈幕墙工程中的防弹和防爆设计。
2 幕墙防弹防爆设计理论分析
2.1 防弹设计
2.1.1 防弹基本原理
夹层玻璃中间的PVB中间膜，由其把两个或两个以上的玻璃粘合而成。由于该材料具有不错的抗冲击性能，粘接性也很好，当玻璃在受到外力作用，产生开裂时，外部物体既不会穿透玻璃，也不会使玻璃碎片飞出而对人造成伤害，从而起到安全的作用。
2.1.2 防弹标准
我国采取的标准为GA 165-1997《防弹复合玻璃》。
2.2 防爆设计
2.2.1 爆炸定义
爆炸是在非常短时间内，巨大能量被释放出来，温度急剧升高，而且形成大量气体，在附近的介质中形成很高的压力，急剧迅速地向外扩张，产生的冲击波给建筑物带来了破坏。
2.2.2 防爆标准
我国暂无关于抗爆设计的正式规范，主要参考欧美标准。传统玻璃幕墙往往并没有专门地去进行防爆方面的考虑，这是由于一爆炸载荷大小、位置和概率的不确定性；二爆炸载荷的时间短，整个过程以um为单位计算；三爆炸荷载较大,其强度通常远大于风、地震等其他灾害的强度。
2.2.3 防爆设计原则
（1）爆炸作用简述
爆炸力属于偶遇荷载，可以按照弹塑性力学进行分析，对于幕墙龙骨等构件的受力,简化为线性静载荷，并进行防爆设计。防爆荷载还根据爆炸物的种类、量，和建筑物的放置距离有关。竖向的玻璃幕墙考虑防爆时，不应加入常规如风地震和其他活荷载的组合。需要进行单独检查，荷载组合系数为1.0。爆炸冲击波先作用于玻璃平面，垂直方向，施加三角爆炸荷载。然后,当夹层玻璃在爆炸载荷作用下产生裂纹时，内层产生的PVB膜力将张力施加到玻璃平面中的中心周围的框架构件上。
（2）防爆设计思路和基本注意事项
1)一个防爆建筑设计要从整体出发，根据建筑物的重要性，有不同的要求。
2)防爆的设计理念是强锚固次框架弱玻璃，原则上允许玻璃在爆炸冲击荷载的作用下可以破碎，但是龙骨是不能破坏的。由于幕墙是由铝合金作为主框架，它具有良好的延展性，所以在作为外护结构可以有良好的抗暴性。其延展性是相对的，变形要在一定范围内，现代幕墙防爆理念不是刚性抵御而是弹性延展吸收转移，这样对锚固件和主结构都不会产生太大的作用力。
3)固定玻璃的槽口必须要保持一定的深度，最小尺寸可以通过计算得到。在冲击波穿透PVB中间膜之前，整个玻璃板块应被限制在框架内,不会脱落。据统计，安全玻璃可以将伤害降低75%。
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4)此外，玻璃面板的尺寸也影响防爆性能，两者成反比关系。这是因为长宽越大，表面和内部缺陷的几率就越高。在外力作用下，由细小的裂纹导致玻璃破裂的可能性就越大，防爆效果也越差。
5)爆炸冲击荷载比传统幕墙作用力高出若干倍(此工程中防爆荷载为48Kpa，约为风荷载的20倍)，所以我们在进行防爆设计时，需要从材料和构造的角度进行全面的考虑。
3 墨尔本警署大楼幕墙防弹防爆设计工程应用分析
3.1 防弹构造设计
幕墙系统中，玻璃，铝型材均应该起到防弹作用。本工程中，防弹玻璃设计考虑两层玻璃，前面为标准的夹胶中空配置，破坏子弹的行进路线，使其失去继续向前的能力。后部玻璃厚50毫米，具有良好的弹性和韧性。它吸收大部分的冲击能量，并确保子弹不能穿透这个层。PVB中间膜在多层复合防弹玻璃中能有效地吸收子弹产生的大部分冲击压力，改变子弹前进方向，因而能有效的抵御子弹穿透，夹胶片保证玻璃在被子弹击穿后的完整性，不出现裂纹。但玻璃之间有缝隙，铝合金龙骨又无法起到防弹作用，故在层间位置采用16mm通长钢板。
3.2 材料防爆
3.2.1 玻璃面板的防爆设计
本工程采用了8mm +20mm中空层+6mm+0.76PVB+6mm的玻璃配置，其中部分采用钢化处理。玻璃作为脆性材料，实际过程中，碎片是造成人员伤亡的主要因素，所以应该尽可能地减少飞溅的玻璃碎片。使用PVB中间膜，其具有极强的粘结力,玻璃碎裂的时候,碎片会牢牢地粘附在PVB胶片上,避免了因到处溅落而对他人造成的伤害,尤其适用于高层建筑。一旦发生爆炸，玻璃都应保持在幕墙框架内，保证冲击波的能量不会进入到室内，保障室内人身财产安全。此外,在防爆玻璃幕墙中,不允许整块玻璃的脱落,用连续硅酮结构胶将夹胶玻璃固定在铝框上的做法被广泛应用。
3.2.2 铝型材的防爆设计
当爆炸发生时，铝型材横竖料应该具有足够的惯性矩，以防止主构件的变形过大，为了抵抗强大的爆炸力，本工程的竖料局部厚度达到12mm。转角处由于受力计算不过，故采取特制铁连接件代替标准位铝连接件。因为本工程采用的是单元式幕墙，当爆炸发生时，巨大的冲击波可能会导致公母企料分开，以至整个幕墙结构发生破坏，为此，我们在公母料前腔设计挂钩，300间距布置，将两根型材扣在一起，后腔设置了17mm厚的铝巴，插入至上一个单元体80mm，这样前后左右方向就可以抵抗爆炸的冲击荷载的同时，仍然保持整体受力状态。
将聚氨酯隔热胶被注入到被喷涂过的铝型材注胶槽时，隔热胶与表面处理层强力有效粘接，包裹着亚松AZO-BRADER机械锁锁钩，在注胶槽中形成牢固而持久的粘接力，整体受力，防止相对滑移，也构成整体型材框架系统防爆的重要环节。
3.2.3 构造防爆
本工程连接设计是防爆设计的重点。层间连接件设计与一般标准件有所不同，铝连接件本身无法抵抗爆炸产生的巨大的冲击力，我们在竖料与混凝土之间增加硬质垫块，使得爆炸产生的正压力通过垫块传递给混凝土，有效消化冲击力的同时减少了连接件的铝料用量。除此之外，连接装饰条的连接件与竖料连接共3颗螺丝，标准设计是3颗螺丝统一规格，而防爆设计下，上下两个螺丝较弱，采用M8不锈钢螺丝，而中间螺丝较强，为M16不锈钢螺丝，当爆炸发生时，受力较大的上下两颗螺丝先发生破坏后，装饰条在冲击破的作用下绕中间螺丝发生旋转而不至于使其脱离竖料。此外连接码齿板位置处，加密了M6机制螺丝，百叶格栅和穿孔铝板处横竖方向均加设500mm间距的螺杆，以达到防爆要求。埋件的锚筋也有针对防爆要求进行加密处理。
4 结论与建议
在没有多少经验借鉴的情况下，本文研发出了一种综合的防弹防爆设计方案，能够达到或超过爆炸所需的防护等级，相信墨尔本警署大楼幕墙防弹防爆设计不仅会增加我们幕墙设计的专业水平，还会为其它工程的相关设计提供参考。
参考文献
[1]GB17840-1999.防弹玻璃 [S].
[2]陈峻，汪大绥. 高层建筑玻璃幕墙防爆炸设计[J].建筑结构学报 , 2009 (s1) : 224-227
[3]佟克龙. 关于防弹玻璃幕墙设计思路的探索[J].山西建筑，2016 , 42 (1) :30-32
论文作者:陈曦
论文发表刊物:《新材料·新装饰》2018年8月上
论文发表时间:2019/3/13
标签：幕墙论文; 玻璃论文; 荷载论文; 墨尔本论文; 螺丝论文; 警署论文; 工程论文; 《新材料·新装饰》2018年8月上论文;