【摘 要】高層建筑中，特別是商業(yè)建筑中，經(jīng)?？梢钥吹蕉嗖拾邤痰哪粔Γ粔Σ坏歉邔咏ㄖ蟹浅Ｖ匾慕Y構，也是體現(xiàn)高層建筑特色的重點，而防爆炸設計也是高層建筑玻璃幕墻在設計過程中需要重視的地方，本文重點對其進行了詳細分析。

【關鍵詞】高層建筑；玻璃幕墻；防爆炸設計

一、前言

高層建筑玻璃幕墻防爆炸設計對于高層建筑的安全性具有非常重要的意義，本文針對高層建筑中，防爆炸的設計要點進行分析，以及分析在設計過程中需要注意的事項。

二、高層幕墻防爆炸的重要性

隨著科技的發(fā)展，人們對大型公共建筑的功能和藝術要求越來越高，玻璃幕墻裝飾作為一種融建筑技術、建筑功能，以及建筑藝術為一體的建筑外維護構件，是建筑物的高級裝修，在世界各國的高層標志性建筑中被廣為采用，成為現(xiàn)代建筑的一種標志。傳統(tǒng)幕墻的結構設計僅要求能滿足抵抗外界的風荷載、自重和由地震或溫度變化引發(fā)的偶然荷載等。進入21世紀，由于世界各國的恐怖活動日趨猖撅，玻璃幕墻作為建筑的外維護構建，它的抗爆性能直接關系到整個建筑物的安全性，裝飾華麗、造價高昂的城市高層公共建筑玻璃幕墻往往會成為分子襲擊的對象。最為典型的是1996年美國聯(lián)邦調(diào)查局ARMurrah大樓被恐怖分子襲擊，造成69人遇害，周圍258棟建筑物的玻璃被震碎，碎裂玻璃超過10個街區(qū)。事后恐怖分子T·McVeigh陳述“選定該建筑物作為襲擊目標是因大量建筑玻璃的存在”。美國ARS防爆炸顧問咨詢公司研究資料發(fā)現(xiàn)，恐怖襲擊玻璃幕墻中75%的傷亡是由玻璃碎裂飛濺所造成，如果在爆炸事件發(fā)生時，所有建筑物的玻璃能完整地保留在框架中，那么沖擊波能量將不能進入室內(nèi)，室內(nèi)物品就不會受到破壞：高速碎片也不會進入建筑物內(nèi)或掉落地上造成傷害。

提高玻璃幕墻的抗爆炸能力，可有效地減少恐怖襲擊造成的人員傷亡。英國的DarrellDbake等進行了改進玻璃窗承受爆炸荷載的評估試驗，研究了在不同爆炸荷載等級下安全的特性。美國的EveHinman等分析了玻璃幕墻對爆炸效應的響應，提供了玻璃幕墻抗爆炸效應的設計、分析和試驗結果，基于這些結果，給出了減輕爆炸對玻璃幕墻設計的方法。英國的AEI—Kadi等分析了建筑設計對玻璃窗爆炸響應的影響，通過分析證明，減少玻璃窗的無支撐面積和使用大的長寬比可以提高玻璃窗抗沖擊荷載的能力。

針對恐怖分子爆炸玻璃幕墻的威脅，國內(nèi)外設計師相繼提出了建筑幕墻的抗爆炸沖擊波性能要求，但是目前國內(nèi)還基本上沒有相關的玻璃幕墻的抗爆炸設計技術規(guī)范及檢測方法標準，有鑒于此，本文依照爆炸沖擊波防護的原理，探討玻璃幕墻的抗爆炸設計。

三、玻璃幕墻常用的抗爆材料

1、鋼化玻璃

鋼化玻璃因為其很高的硬度和強度，常被廣泛用于高層建筑物當中。鋼化玻璃是將浮法玻璃加熱到一定程度之后迅速冷卻的產(chǎn)物，由于其溫度變化太快，外部遇冷快速固化，內(nèi)部來不及反應，只能慢慢冷卻，如此使玻璃表面產(chǎn)生的壓應力提高了玻璃的強度，一般比普通玻璃的機械強度要高3到5倍，內(nèi)部的張應力提高了玻璃的耐熱性和穩(wěn)定性。

如此，鋼化玻璃便可以承受一定范圍內(nèi)的外來撞擊和溫差變化，并且，遇到過大的撞擊力，不會肆意飛濺，而是變成像蜂窩狀小顆粒的整塊兒玻璃。因此，鋼化玻璃不但具有強度高和耐熱穩(wěn)定性高兩大優(yōu)點，安全性能高也是不容小覷的。

2、高強度單片防火玻璃

通過將浮法玻璃進行高溫煅燒，用特殊化學物質(zhì)處理，使玻璃表面的金屬鈉經(jīng)過二十幾個小時的替換，便形成了單片防火玻璃。既然是防火玻璃，毋庸置疑，當然具有很好的防火功效，它可以長時間在高達10000C的火焰中保持原樣。同樣的厚度，高強度單片防火玻璃的強度是浮法玻璃的6到12倍。如果遇到爆炸事故，它可以延長人們在緊急情況下撤離現(xiàn)場的時間，同樣也為救援工作爭取了時間。

3、防炸彈玻璃

防炸彈玻璃是目前我國生產(chǎn)出來的功能最安全的玻璃之一。它可以有效抵擋爆炸產(chǎn)生的沖擊波、高溫火焰產(chǎn)生的熱沖擊波和子彈沖擊波。玻璃幕墻的抗爆防護主要是針對爆炸所產(chǎn)生的急劇膨脹性沖擊波和巨大震動，要想抗得住炸彈襲擊的巨大威力，玻璃必須經(jīng)得起各種沖擊波和碎片攻擊的破壞效應。

4、安全防爆玻璃貼膜

安全防爆玻璃貼膜不但可以防止玻璃碎片到處飛濺，還可以抵制盜賊敲碎玻璃進入一些重要區(qū)域，保護藝術品不被破壞。從玻璃的防彈、防盜以及防爆的安全性能考慮，我們可以選擇更好的面材從設計上根本解決這個問題。

5、幕墻龍骨

幕墻龍骨一般選擇強度較高的鋼材，滿足爆炸時產(chǎn)生的峰值壓力，并且鋼材表面要采用防火材料處理。這樣才能抵抗各種高強度的爆炸壓力。

四、抵抗炸彈沖擊波建筑幕墻的設計要點

1、抗爆炸玻璃幕墻設計的途徑：

為了使建筑玻璃幕墻能夠抵抗炸彈沖擊波的破壞，可以考慮從以下三個方面來進行設計。

（1）要選擇合適的幕墻材料，盡量選擇有很高抗爆抗沖擊強度的安全玻璃，如鋼化玻璃，夾層玻璃，low-E中空玻璃或者是其它新型玻璃材料，這些玻璃可以很好地防止沖擊波的侵襲，即使玻璃被破壞，由于破碎后的碎片沒有尖銳的棱角，從而可以減少對建筑物里面人員的傷害。

（2）可以選用多種玻璃材料，采用復合結構系統(tǒng)，以達到更好的防爆炸沖擊效果。玻璃幕墻既要能防風擋雨，保溫遮陽，又要能防震抗沖擊，所以單一的玻璃材料往往很難滿足所有的要求，這時可以考慮選用復合結構系統(tǒng)，來滿足設計的要求，如在CCTV新臺址幕墻玻璃的選擇時，所用的復合系統(tǒng)玻璃配置由外向內(nèi)所用的材料依次是：鋼化夾層玻璃（12mm中空層）鋼化夾層玻璃，其中，鋼化夾層玻璃為：8mm鋼化玻璃+1.52mmPVB膜+8mm鋼化玻璃。

（3）合理劃分單元玻璃的尺寸，選擇具有防爆性能的玻璃鋁合金框，一定要保證足夠的玻璃槽口深度（一般為25～30mm），以確保在爆炸發(fā)生時對玻璃有充分的約束，安裝時用的密封膠要選擇性能優(yōu)良的進口硅酮結構膠，從而最大程度地保證玻璃幕墻系統(tǒng)的防爆炸沖擊波性能。

2、抗爆炸玻璃幕墻荷載計算準則的確立

針對抗爆炸沖擊波設計的玻璃幕墻，為了從理論上驗證其是否達到設計的要求，需要定量的計算來確定。但是目前國內(nèi)還沒有相關的技術規(guī)范介紹此類設計的計算方法。由于爆炸力屬偶遇荷載，幕墻的支撐結構可以考慮按照彈塑性力學進行分析，對復雜的玻璃幕墻在爆炸沖擊時的受力狀態(tài)用近似的線性方程來處理，框架構件和豎欞、橫楣等配件的受力可以采用靜荷載簡化的方法，對玻璃幕墻進行抗爆炸初步設計。

3、抵抗沖擊波荷載的試驗方法

通過荷載計算可以對玻璃幕墻進行初步的設計，但是由于荷載計算是在近似處理和經(jīng)驗的條件下進行的，所以可能會有一定程度的誤差，為了實際驗證所設計玻璃幕墻的抗沖擊波性能，還需要進一步開展足尺寸沖擊波試驗，通過觀察玻璃幕墻在真實的爆炸環(huán)境下的表現(xiàn)，進一步改進設計，以彌補理論和經(jīng)驗設計的不足，提高設計的可靠性。沖擊波試驗一般有兩種方法：（1）距離試驗，試驗組件對已知特性的一定量炸藥的沖擊承受能力。（2）激振管試驗，通過在特意建造的小室內(nèi)瞬間釋放高壓氣流產(chǎn)生沖擊脈沖。但是在實際工程上，幕墻試驗件在尺寸上符合試驗要求的激振管很難買到，除非可以利用到像在美國存在的那種較大軍事設施，否則激振管試驗用于高層建筑大體量的玻璃幕墻沖擊波試驗往往不太可能。因此，建議選用距離試驗來驗證玻璃幕墻的性能。

五、結束語

綜上所述，本文針對玻璃幕墻防爆性能的設計意義，以及常見材料的使用進行了詳細的分析，在這個基礎上對幕墻防爆性能的設計要點進行了探索，目的是提高在設計過程中的安全系數(shù)。

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