钢结构装配式防爆墙方案介绍

欧阳丹丹

摘 要：根据当前反恐形势的要求，在近几年国内外装配式防爆墙研究成果的基础上，将现有的建筑钢结构体系推广运用到装配式防爆墙的设计中，提出了三种不同的钢结构装配式防爆墙方案：柱—支撑结构体系、平面桁架结构体系、网架结构体系。其中平面桁架系网架结构方案的整体性能好，抗震抗爆能力强，能有效地保护重要建筑物或目标；受力合理，节省钢材，具有良好的经济指标；构件工厂制作，现场安装，能大大地加快施工速度，实现快速组装，是防爆墙设计的一个发展方向。

关键词：鋼结构 装配式防爆墙 柱—支撑 平面桁架 网架

中图分类号：TU894 文献标识码：A 文章编号：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

装配式防爆墙具有组装快速、承载力高、设置灵活方便等特点，近年来在反恐怖爆炸袭击中得到了广泛的应用。目前常用的装配式防爆墙材料有：塑料、砂土、混凝土、钢材、水等[1-3]。其中钢材强度高，塑性变形能力强，用于防爆墙设计时可使墙体厚度变薄，从而降低墙体自重，同时又能使墙体具有较好的延性变形能力，是一种较理想的墙体结构用材。该文在现有建筑钢结构体系[4-5]的基础上，提出了三种钢结构装配式防爆墙方案，并对各种方案的特点进行了介绍。

1 柱—支撑结构体系

该体系由柱、斜撑杆、水平支撑、水平系杆、垂直支撑等构件组成（见图1），其中柱可采用实腹柱和格构柱。该方案具有如下特点：

柱和斜撑杆形成的平面结构承担面板传来的爆炸荷载，斜撑杆与柱的连接点大致位于1/2柱高处，将柱分成上柱和下柱。上柱为受弯构件，轴力很小，弯矩较大，下柱为压弯构件，轴力和弯矩均较大。若柱采用格构柱（该格构柱可为双肢、三肢），则上、下柱的分肢及缀杆均为轴心受力构件。也就是说，采用格构柱比实腹柱更经济、合理，而格构柱中，双肢柱又比三肢柱更简洁。

斜撑杆与基础的连接节点为铰节点，因而斜撑杆也为轴心受力构件，柱脚为刚性柱脚，使得下柱的弯矩分布更加均匀。

端部第一柱间或第二柱间通过设置垂直支撑和水平支撑形成一个空间稳定体，再通过水平系杆将其它平面结构连接起来形成整体结构。当柱采用双肢格构柱时，还要在有垂直支撑处设置水平支撑，且水平系杆须布置成双层。这种结构的组成方式类似于一般的排架结构厂房。

柱与其他构件的连接节点采用螺栓连接的焊接钢板节点，可以将构件的工厂制作和现场组装很好地协调起来。构件在工厂制作，并将连接钢板焊接于格构柱上（采用相贯节点），之后，将其运到现场，用螺栓将各构件的连接钢板连接起来，从而形成整体结构。这种节点形式方便施工安装，同时也加快了施工速度。

2 平面桁架结构体系

该体系由三角形平面桁架或梯形平面桁架、水平系杆、水平支撑、垂直支撑共同组成（见图2）。该方案具有如下特点。

平面桁架承担面板传来的爆炸荷载，各杆件均为轴心受力构件。平面桁架的两根弦杆与基础铰接，可避免弯矩对基础的不利影响。

两端第一、二榀桁架间均设置垂直支撑，水平支撑及水平系杆而形成一个空间稳定体，再通过水平系杆将其它平面桁架连接起来形成整体结构。组成原则跟方案一完全一样，所不同的是平面结构的形式。除三角形平面桁架顶端的水平系杆只有一层外，其余水平系杆均为两层。

三角形平面桁架由于弦杆在顶点处的夹角较小，节点构造较为复杂，采用梯形桁架后，可以避免这种情况。平面桁架与其他构件的连接节点形式及其构件的制作安装特点同柱—支撑体系。

3 网架结构体系

該体系可分为平面桁架组成的网架（平面桁架系网架）和四角锥组成的网架（四角锥系网架）两种形式。该方案具有如下特点。

在爆炸荷载作用下，网架是空间整体受力的，各杆件均为轴心受力构件。与以上两种结构方案不同的是，当爆炸荷载作用在防爆墙局部的时候，未直接承受爆炸荷载作用的结构部分也将参加工作，甚至在爆炸荷载作用方向不是很确定的情况下，结构都具有很好的整体受力特性，这是以上两种结构不具备的。

平面桁架系网架主要是由垂直平面桁架和水平平面桁架正交组成。实际上在方案一的每一双肢柱间和方案二的每一平面桁架间增设水平系杆和水平支撑即可得到平面桁架系网架。

四角锥系网架（见图3）主要是由四角锥按正交正放原则组成。实际上在方案一中的每三肢格构柱间再增设一根三肢格构柱（此格构柱的两根外分肢与相邻格构柱外分肢共用），然后再用水平系杆将每一内分肢连接起来，并取消格构柱两根外分肢间的斜缀杆即可得到四角锥系网架结构。

网架结构的节点通常为焊接球节点和螺栓球节点。由于防爆墙所承受的荷载很大，这两种节点将导致结构的用钢量增大很多，当球径较大的时候将影响结构的外观，而且螺栓球的配件，如：高强螺栓、套筒等，将可能采用非常规规格，给加工制造带来不便，因此，这两种节点用于防爆墙结构中并不理想。

对于平面桁架系网架，垂直桁架（也即主桁架）与水平桁架（次桁架）之间的连接节点可采用方案一的节点形式，但对于四角锥系网架，由于腹杆与弦杆空间汇交，若仍采用螺栓连接的焊接钢板节点，将会使构件的连接变得复杂。

4 结语

综合比较上述各种钢结构装配式防爆墙结构体系，平面桁架系网架结构方案是一种较优的结构方案。该方案不仅具有网架结构良好的整体受力特性，而且避免了四角锥网架结构的常规球节点连接方式，使杆件连接更加简洁，施工更加方便快捷。

参考文献

[1] 伍俊，刘晶波，刘元，等.装配式防爆墙和活动路刺组合结构的设计与应用[J].防护工程，2007，29（6）：47-51.

[2] 伍俊，刘晶波，杜义欣.装配式防爆墙结构设计与设置距离[J].防护工程，2007，29（1）：49-52.

[3] 严东晋，丁娜娜.建筑物外部防爆墙的研究应用现状[C]//第五届全国工程结构安全防护学术会议论文集.2006：313-320.

[4] 沈祖炎，陈扬骥.网架与网壳[M].上海：同济大学出版社，1997.

[5] 王肇民.建筑钢结构设计[M].上海：同济大学出版社，2002.