隨著科技的發(fā)展，人們對大型公共建筑的功能和藝術(shù)要求越來越高，玻璃幕墻裝飾作為一種融建筑技術(shù)、建筑功能，以及建筑藝術(shù)為一體的建筑外維護構(gòu)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(jié)構(gòu)設(shè)計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。進人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(gòu)建，它的抗爆性能直接關(guān)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。最為典型是1996年美國聯(lián)邦調(diào)查局A.RMurrah大樓被恐怖分子襲擊，造成169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。所以提高玻璃幕墻的抗爆炸能力，可有效地減少恐怖襲擊的人命傷亡。英國的Darrell Dbake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Eve Hinman等分析了玻璃幕墻對爆炸效應(yīng)的響應(yīng)，提供了玻璃幕墻抗爆炸效應(yīng)的設(shè)計、分析和試驗結(jié)果，基于這些結(jié)果，給出了減輕爆炸對玻璃幕墻設(shè)計的方法。英國的A EI-Kadi[17]等分析了建筑設(shè)計對玻璃窗爆炸響應(yīng)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(shè)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(guān)的玻璃幕墻的抗爆炸設(shè)計技術(shù)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(shè)計。

（二）爆炸綜述

2.1 　爆炸的定義

爆炸的定義：在足夠小的容積內(nèi)以極短的時間突然釋放出能量,以致產(chǎn)生一個從爆源向有限空間傳播開去的一定幅度的壓力波,那么就說在該環(huán)境里發(fā)生了爆炸。這種能量可以是原來就以各種形式儲存的該系統(tǒng)中。例如,它們可以包括核能、化學能、電能和壓縮能等。炸藥爆炸后，由于爆轟產(chǎn)物對周圍空氣的強烈壓縮，產(chǎn)生壓強很高的初始沖擊波。當炸藥在空氣中爆炸時，便產(chǎn)生空氣沖擊波向周圍傳播?？諝鉀_擊波在傳播過程中，沖擊波陣面以超聲速運動，隨后由于能量不斷的消耗，沖擊波的速度迅速衰減，波陣面后的壓力急劇下降。

　爆炸沖擊波以超聲速向周圍擴散，瞬間便可在附近的建筑幕墻發(fā)生正反射或斜反射。建筑幕墻在受到空氣沖擊波的作用后，受到強大的沖擊波作用力,并在極短的時間內(nèi)發(fā)生變形。單元面板或整體面板在力的作用下開始向沖擊波的初始方向退后，并把沖擊波壓力傳遞到幕墻的橫梁與立柱。當沖擊波作用在玻璃面板上時，由于玻璃為脆性材料，更易發(fā)生破壞。當沖擊波壓力到達玻璃的承受極限時，玻璃即可能發(fā)生破碎，甚至發(fā)生玻璃碎片飛濺現(xiàn)象；如果幕墻橫梁與立柱受到的作用力超過其承受荷載時，幕墻的結(jié)構(gòu)即可能發(fā)生破壞，即發(fā)生系統(tǒng)破壞。幕墻的破壞程度與空氣沖擊波作用在幕墻上的超壓大小及作用的時間長短有密切的關(guān)系，或者說沖擊波比沖量的變化使幕墻產(chǎn)生變形或破壞。

2.2 　爆炸沖擊波特性

1）眾所周知爆炸能量的釋放是通過沖擊波完成的,因此研究爆炸,必須要了解爆炸所產(chǎn)生的沖擊波的特性。當沖擊波在空氣中傳播或與建筑物相互作用,以及施加荷載于建筑物上時,會引起壓力、密度、溫度和質(zhì)點速度的迅速變化。通常所定義的沖擊波的性質(zhì),既與那些可被方便地測量或觀察的性質(zhì)有關(guān),又與那些可能關(guān)系到的爆炸模型的性質(zhì)有關(guān)。

2）典型炸彈沖擊波壓力與持續(xù)時間關(guān)系

圖1是在一次爆炸試驗中測量到的典型的入射或側(cè)壓力沖擊波。這個數(shù)據(jù)是在距重量為5kg的T NT炸藥1 7．3m的地方測量得到的。爆炸發(fā)生后(約3 7毫秒)，壓力急劇升高，然后迅速衰減，形成一個類似于三角形的脈沖圖形，峰值壓力(約為1 2 k P a)成為正相峰值(P s)，它表示的是沖擊波在一段時間內(nèi)的運動狀態(tài)。正相超高壓(約為7.8毫秒)，所持續(xù)的時間稱為正相持續(xù)時(Tpos)。

沖擊波脈沖is =1/2×最大壓力值P s×正相持續(xù)時聞Tpos is的單位是kPa；正相峰值壓力和正相時間決定了沖擊波的單位脈沖。這兩個沖擊波參數(shù)決定了沖擊波產(chǎn)生的毀壞和傷害特性。

3)理想沖擊波的性質(zhì)。

沖擊波前沿到達之前,壓力為環(huán)境壓力P0,在沖擊波前沿的到達時刻ta 時,此時壓力突然升高(在理論沖擊波中是突變性的) ,達到峰值P++ P0,而后,在ta + T+期間內(nèi)壓力衰減到環(huán)境壓力P0,,振幅再下降到幅度為負值P0,-P-,最后,在ta + T++T- 期間內(nèi)壓力回升到P0, P++ P0, 的大小通常被稱為側(cè)向峰值超壓,或簡稱峰值超壓。高于初始環(huán)境壓力以上的時間歷程叫正相時間T+, P0以下的區(qū)間,即幅度為P0,-P-,時間為T- 的區(qū)間,叫負相區(qū)或吸氣區(qū)。

在大多數(shù)爆炸研究中,沖擊波的負相區(qū)往往被忽視,人們只考慮或只提到與正相關(guān)聯(lián)的爆炸參數(shù)(然而,某些跡象表明,對于分布爆源,負壓區(qū)沖量和次生沖擊可能占有相當重要的位置) 。理想爆炸側(cè)向沖擊波參數(shù)幾乎從來都不代表施加與結(jié)構(gòu)或爆炸目標上的真實壓力荷載,所以定義了許多其它性質(zhì),以便得出更加接近于真實的爆炸荷載,或者提供這些荷載的上限。

2. 3 　爆炸荷載

為了了解爆炸的破壞性,就必須了解作用在物體上的動荷載———爆炸荷載。爆炸破壞性的大小是由兩個同等重要的因素決定,他們分別是炸彈的尺寸(轉(zhuǎn)換質(zhì)量W ,它是由同等數(shù)量的TNT 度量) 和爆炸源離目標的平行距離R 。例如,1993 年世貿(mào)中心地下室發(fā)生的爆炸的轉(zhuǎn)換質(zhì)量是81615 kgTNT,1995 年美國奧克拉赫馬政府大廈發(fā)生的汽車炸彈的轉(zhuǎn)換質(zhì)量是1 814 kgTNT, 離政府大廈的距離是4175 m。

隨著大量接近地面的TNT的爆炸,由這一半球形爆炸導(dǎo)致的瞬時最大壓力隨著一個離開爆源遠近的距離函數(shù)而衰減。當形成的沖擊波在前進中遇到目標或建筑物時它的瞬時最大壓力就會因反射因素而放大,反射壓力至少是沖擊波壓力的二倍,且于瞬時沖擊的強度和轉(zhuǎn)換質(zhì)量成正比。

一般情況下,爆炸的最大荷載比建筑物常規(guī)設(shè)計的最大荷載大幾個等級,例如1995 年奧克拉赫馬政府大廈爆炸中,離爆源10 m的地方的沖擊波壓力為1316 MPa=1316x103 kPa(風速為45 m/ s的風壓才1124 kPa) 。然而,最大壓力卻隨著距離迅速的降低(見表2略) 。

作用在房屋結(jié)構(gòu)上爆炸荷載對彈性振子的沖擊響應(yīng)(如圖3) ,在很大的 T值(大于40 意味著受載結(jié)構(gòu)周期的荷載持續(xù)試件T 很大) 的受載區(qū)稱為準靜態(tài)受載區(qū),此區(qū)的最大動撓度是靜撓度的2 倍。即:在該區(qū)域內(nèi),變形僅與峰值壓力和構(gòu)件的剛度K 有關(guān),而與荷載持續(xù)時間T 和結(jié)構(gòu)質(zhì)量m 無關(guān)。對于很小的 T 值(小于0.4) 的受載區(qū),圖5 中的縱坐標和橫坐標相等,因此有如下關(guān)系:

在該區(qū)域,變形與沖量I 成正比,因此把此區(qū)域稱為沖量受載區(qū),在沖量受載區(qū)中,同一沖量作用下,峰值荷載與持續(xù)時間T 的任意配合,都會產(chǎn)生相同的最大位移Xmax 。

另外,還存在著第3 種受載區(qū),它是連接沖量受載區(qū)和準靜態(tài)受載區(qū)的過渡區(qū)。因為該區(qū)的變形與整個荷載- 時間過程有關(guān),故稱之為“動荷載區(qū)”。遺憾的是,在這個受載區(qū)沒有近似的理想過程可供使用。所以,實際上,計算出圖2 的準靜態(tài)漸近線和沖量漸近線就可以得到整個響應(yīng)的近似值。

（三）爆炸襲擊對建筑物的破壞的特點。三種破壞方式

3.1爆炸襲擊對建筑物的破壞作用比之其他類型的災(zāi)害(如地震、大風等)具有明顯的特點。近距離爆炸作用于建筑物的沖擊波荷載非常高，有時會比建筑物本身的設(shè)計荷載高出幾個數(shù)量級，可導(dǎo)致建筑物產(chǎn)生嚴重的破壞。但是，爆炸產(chǎn)生的沖擊波壓力會隨著與爆心距離的增加而迅速衰減，因此爆炸產(chǎn)生破壞作用的范圍一般要比地震和大風等造成的災(zāi)害范圍小。此外，爆炸荷載的持續(xù)時間比地震和大風等要短，前者的持續(xù)時間通常為幾毫秒到幾十毫秒，而后者的持續(xù)時間可長達數(shù)秒。從國外發(fā)生的一些典型恐怖爆炸破壞建筑物的事件看，建筑物的破壞情況與恐怖爆炸破壞建筑物的方式有關(guān)。根據(jù)爆炸中心與建筑物的相對位置關(guān)系和建筑物結(jié)構(gòu)受爆炸后的破壞特點不同，可將爆炸破壞建筑物的方式分為三種：

3.2炸彈在建筑物外靠近建筑物爆炸方式。

這種爆炸方式的一個極端情況是炸彈與建筑物外墻或框架柱接觸爆炸，可嚴重破壞建筑物的承重墻體、框架立柱等，導(dǎo)致建筑物產(chǎn)生倒塌，強烈的空氣沖擊波也可直接摧毀一些輕型結(jié)構(gòu)。

3.3炸彈進人建筑物內(nèi)爆炸方式。

內(nèi)爆炸不僅可破壞爆心附近的墻體、結(jié)構(gòu)構(gòu)件，還可破壞生命線系統(tǒng)，堵塞通道、產(chǎn)生濃煙和塵土。但內(nèi)爆炸對建筑結(jié)構(gòu)的破壞程度取決于爆心與主體結(jié)構(gòu)的相對位置關(guān)系；另一方面，由于爆炸發(fā)生在一個相對封閉的環(huán)境中，除非出現(xiàn)爆炸破壞一些關(guān)鍵承重構(gòu)件后導(dǎo)致建筑物部分或總體倒塌的情況，爆炸產(chǎn)生的破壞被限制在一個相對小的范圍。

3.4炸彈(藥)離建筑物較遠距離爆炸方式。

建筑玻璃幕墻的抗爆炸設(shè)計主要防范炸彈(藥)離建筑物較遠距離爆炸方式。

這種方式對建筑物的破壞因素主要是空氣沖擊波，如果炸彈是觸地或近地表爆炸，由爆炸誘發(fā)的強烈的地沖擊也可通過地震動方式危及建筑物。這種情況下的空氣沖擊波和地震動主要引起建筑物產(chǎn)生兩種類型的破壞或響應(yīng)：

一是宏觀表現(xiàn)明顯的建筑物圍護結(jié)構(gòu)、特別是玻璃的破碎、窗戶等的變形與破裂。

二是建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生整體響應(yīng)，表現(xiàn)為結(jié)構(gòu)的受力變形，從結(jié)構(gòu)設(shè)計的角度看主要涉及的是強度和剛度問題。

這種破壞方式的一個典型實例是歐洲復(fù)興與發(fā)展銀行鞏怖爆炸事件，該銀行大樓是一上部為10層、下部基座為3層的塔式建筑，汽車炸彈爆炸的位置與大樓的距離約為1 15 m～160 m。該大樓為一現(xiàn)代混凝土板柱結(jié)構(gòu)，帶有坐落于3層基礎(chǔ)上的非承載砌體墻。由于受到了另一建筑物的直接遮蔽，大樓的結(jié)構(gòu)沒有被嚴重破壞。但是，建筑物上大范圍的玻璃被損壞(見圖6)，因而破碎的玻璃飛片對人員具有巨大的傷害潛力。

（四）玻璃幕墻爆炸事故的危險性評估

4.1參照中華人民共和國公共安全行業(yè)標準《防爆炸復(fù)合玻璃Blast resistant composited glass》GA 667-2006對玻璃幕墻爆炸事故的危險性評估

4.2空氣沖擊波安全級別

根據(jù)炸藥爆炸后產(chǎn)生的空氣沖擊波平均值，防爆炸復(fù)合玻璃分成7種安全級別，見表4

4.3防爆炸復(fù)合玻璃防止空氣沖擊波的能力應(yīng)不小于0.11MPa，空氣沖擊波沖擊后的玻璃質(zhì)量應(yīng)符合：

a)爆炸后玻璃沒有穿透現(xiàn)象，背面產(chǎn)生飛濺物，濺射距離不大于1 m定為L級;

b)爆炸后玻璃背面沒有飛濺物，定為M級;

c)爆炸后最后一層玻璃光滑、完整，表面沒有裂紋，定為H級。

4.4防爆炸玻璃根據(jù)建筑的特性一般應(yīng)由使用方和主體設(shè)計方根據(jù)相關(guān)專業(yè)標準或工程規(guī)范確定等級.下文僅為參考建議：

沖擊波4 1～1 0 3 kPa(6-1 5 PSI)用于加油站，煤氣站，礦山等有爆炸危險、有毒、有害的生產(chǎn)及試驗場所，既可觀察到反應(yīng)情況，又能防止爆炸及有毒有害氣體對人健康的影響；沖擊波1 0 3~3 1 0 kPa(1 5-4 5 PSI)用于警察局，軍事基地等易于受襲擊的設(shè)施；沖擊波3 1 0 kPa(4 5 PSI)用于核電站，使館等。

（五）抵抗炸彈沖擊波建筑幕墻的設(shè)計和試驗

5．1炸彈沖擊波對建筑幕墻破壞原理的分析

炸彈爆炸是一個復(fù)雜的物理、化學反應(yīng)變化的過程，爆炸裝置可視為一個承受內(nèi)壓等于爆轟壓力的容器，當壓力超過殼體的屈服強度時，殼體產(chǎn)生拉伸或剪切破壞，爆炸便發(fā)生了。爆炸時能釋放出大量的熱并能生成大量的氣體產(chǎn)物，在極短的時間內(nèi)和有限的空間里釋放出巨大的能量。炸藥內(nèi)的絕大部分物質(zhì)轉(zhuǎn)化為高溫氣體，急劇膨脹并壓縮周圍的氣體，導(dǎo)致沖擊波的產(chǎn)生。爆炸沖擊波在空氣中是以超聲速傳播的川。當炸藥完成爆轟，爆轟波到達炸藥和空氣界面時，瞬時在空氣中形成強沖擊波，稱為初始沖擊波。初始沖擊波陣面和爆炸產(chǎn)物一空氣界面相重合，初始沖擊波參數(shù)由炸藥和介質(zhì)性質(zhì)所決定。初始沖擊波作為一個強間斷面，其運動速度大于爆炸產(chǎn)物一空氣界面的運動速度，造成壓力波陣面與爆炸產(chǎn)物一空氣界面的分離。如果不考慮衰減的話，初始沖擊波構(gòu)成整個壓力波的頭部，其壓強最高，壓力波尾部壓強最低，與爆炸產(chǎn)物一空氣界面的壓強相連續(xù)。爆炸產(chǎn)物第一次過度膨脹后，由于爆炸產(chǎn)物的壓強低于空氣的壓強，立即在壓力波的尾部形成稀疏波，并開始第一次反向壓縮。此時，壓力波和稀疏波與爆炸產(chǎn)物分離獨立的向前傳播?？諝鉀_擊波是以球面波的形式向前傳播的，在傳播過程中其壓力變化情況如圖16所示，其中:P0為大氣壓強，t+為正壓持時，t-為負壓持時，P+為正壓區(qū)，P-為負壓區(qū)。隨著傳播距離的增大，單位面積的能量減小，沖擊波的壓強和傳播速度也迅速下降，其正壓區(qū)也因為波的頭部與尾部的速度差而被拉寬，由于存在稀疏波原因?qū)е聸_擊波的壓強在一定時間內(nèi)會下降到比大氣壓強還低，因此經(jīng)過時間t+后沖擊波將進人負壓區(qū)，隨后慢慢衰減成音波，壓強也恢復(fù)到正常的大氣壓強。

爆炸沖擊波在傳播過程中遇到建筑物時，一般會發(fā)生兩種現(xiàn)象:反射和繞流。當沖擊波遇到建筑幕墻剛性壁面時，質(zhì)點速度立刻變?yōu)榱悖诿嫣庂|(zhì)點不斷聚集，使壓力和密度增加，這種反射的壓力和脈沖將會對建筑玻璃幕墻產(chǎn)生垂直力和水平力的作用，造成玻璃幕墻的位移，變形，破裂，嚴重時破碎的玻璃還會對建筑物內(nèi)的人員造成生命危險。繞流一般發(fā)生在建筑物高寬尺寸都不大的情況下，沖擊波將會繞過建筑物，在建筑物的背面匯聚，從而對建筑物的里面造成破壞。一般爆炸沖擊波對建筑幕墻的破壞取決于沖擊波的峰值超壓，超壓沖量以及伴隨著爆炸發(fā)生產(chǎn)生的動壓三個因素，其中峰值超壓是衡量沖擊波最重要的參數(shù)。

5.2玻璃保持性數(shù)值(RET)

玻璃保持性數(shù)值(RET)是非常有效的測量技術(shù)和評估方法，根據(jù)玻璃的損失量對室內(nèi)面和室外面的玻璃單元進行劃

分等級分類。不管玻璃碎片往建筑物的墻內(nèi)或墻外散射都可采用這種方法。RET是評估這些影響的一種技術(shù)指標。

RET=爆炸沖擊后殘留在門窗幕墻玻璃重量／爆炸沖擊前門窗幕墻玻璃重量。

RET=O～1，隨著RET的減小，越來越多的玻璃碎片離開框架，有可能變成爆炸的第二種武器或危害。

5.3建筑玻璃幕墻的抗爆炸設(shè)計主要表現(xiàn)在兩個方面：

1、可以承受較大的炸彈爆炸沖擊荷載；

2、受炸彈爆炸沖擊后，玻璃保持在框架內(nèi)。

在炸彈攻擊和意外爆炸事件中，建筑玻璃幕墻的抗爆炸設(shè)計旨在最大限度地減少爆炸沖擊波超高荷載和高速飛濺的玻璃碎片所造成的直接傷害，減少受攻擊設(shè)施或爆炸中心周圍設(shè)施的修復(fù)費用。爆炸沖擊波能量形成的荷載劇增，增大幾倍甚至幾十倍條件下保持玻璃不穿透，玻璃保持性值R E T ≈1_而單片玻璃(包括浮法玻璃、鋼化玻璃、中空玻璃)一旦破碎，只要稍超過臨界破碎壓力R E T很快就跌到0.3以下，玻璃碎片散落，出現(xiàn)穿透性破壞。良好的抗爆炸建筑玻璃幕墻是一種可以在某種當量的炸彈爆炸攻擊下。玻璃末脫離框架。保持完好或非穿透性破壞的高安全性能的特種玻璃幕墻。

普通玻璃幕墻(退火、鋼化、半鋼化)受炸彈爆炸沖擊時，玻璃碎片散落，玻璃出現(xiàn)穿透性破壞，人員及室內(nèi)設(shè)施受到嚴重的傷害。RET ≈0.1～0．2。

普通夾層玻璃幕墻受到炸彈爆炸沖擊時．玻璃破裂，沖擊波進入室內(nèi)，嚴重時整張碎玻璃飛起，砸向人體引起嚴重傷害，整體損害范圍小于普通玻璃。RET≈0.3～0.5。

圖11 RET ≈0.8～1.0玻璃爆炸碎片殺傷示意圖

防炸彈玻璃幕墻受到炸彈爆炸沖擊時，玻璃向后彎曲，同時框架系統(tǒng)向后壓縮緩沖，玻璃完整或出現(xiàn)破裂，但基本沒有碎片濺出，確保室內(nèi)人員和設(shè)施沒有受到傷害。RET ≈1.0。

5．4抗爆炸玻璃幕墻設(shè)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(shè)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，如鋼花玻璃，夾層玻璃，low-E中空玻璃或者是其它新型玻璃材料，這些玻璃可以很好的防止沖擊波的侵襲，即使玻璃被破壞，由于破碎后的碎片沒有尖銳的棱角，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(fù)合結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，以達到更好的防爆炸沖擊效果。玻璃幕墻即要能防風擋雨，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(fù)合結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，來滿足設(shè)計的要求，如在CCTV新臺址幕墻玻璃的選擇時，所用的復(fù)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中空層一鋼化夾層玻璃，其中，鋼化夾層玻璃為:8mm鋼化玻璃+1.52mm PVB膜+8mm鋼化玻璃。選擇鋼化夾層玻璃為:8mm鋼化玻璃+1.52mm SGP膜+8mm鋼化玻璃則更好。

(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)良的進口結(jié)構(gòu)硅酮膠，從而最大程度的保證玻璃幕墻系統(tǒng)的防爆炸沖擊波性能。

5．5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(shè)計的玻璃幕墻，為了從理論上驗證其是否達到設(shè)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(guān)的技術(shù)規(guī)范介紹此類設(shè)計的計算方法。由于爆炸力屬偶遇荷載，幕墻的支撐結(jié)構(gòu)可以考慮按照彈塑性力學進行分析，對復(fù)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(gòu)件和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(shè)計。

由前面的炸彈沖擊波對建筑幕墻的破壞原理分析可知，沖擊波對幕墻的破壞主要來自峰值超壓，超壓沖量和隨之產(chǎn)生的動壓作用，即圖16所示的陰影部分的荷載作用。沖擊波的傳播衰減過程是非線性的，要完全按照實際的受力來分析，計算過于復(fù)雜，因此可以考慮用直線來代替沖擊波隨時間的變化過程，這樣沖擊波荷載就可以簡化成一個共角分布的荷載，如圖12所示。

這樣在分析玻璃幕墻的沖擊波作用時，就可以用峰值超壓P，超壓沖量F，和沖擊波持續(xù)時間t三個影響參數(shù)來確立設(shè)計準則，這些參數(shù)的初設(shè)計值可以由經(jīng)驗和爆炸試驗來獲得。另外，在爆炸荷載下玻璃產(chǎn)生裂紋時在內(nèi)層生成的薄膜力會給周圍框架施加玻璃平面內(nèi)指向中心的拉力，因此在計算框架等的受力時還要考慮到這個拉力的作用，用靜荷載簡化的方法在這些構(gòu)件的計算荷載組合中也應(yīng)考慮加上這個拉力的等效線荷載，等效線荷載的大小也應(yīng)由經(jīng)驗和試驗來確定。

5．6玻璃幕墻的爆炸沖擊波試驗

根據(jù)上面提出的抵抗沖擊波荷載計算方法可以對玻璃幕墻初步的設(shè)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(shè)計玻璃幕墻的抗沖擊波性能，還需要進一步的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(shè)計，以彌補理論和經(jīng)驗設(shè)計的不足，提高設(shè)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(shè)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，建議參照中華人民共和國公共安全行業(yè)標準《防爆炸復(fù)合玻璃Blast resistant composited glass》GA 667-2006對玻璃幕墻選用距離試驗來驗證玻璃幕墻防爆炸性:

5．7央視新廈的幕墻爆炸荷載和抗爆炸試驗

7．7.1中央電視臺新臺址工程是當今舉世矚目的一項建筑工程，其外圍面積達11萬平方米的幕墻工程力學結(jié)構(gòu)組成復(fù)雜，材料力學性能與節(jié)能的要求高，要求抵御6.75Kpa的風荷載，強烈的大震不受破壞，同時在滿足防爆炸設(shè)計性能前提下，幕墻厚度不超過113.6mm。央視新臺址的幕墻更是對傳統(tǒng)幕墻理念的跨越和突破，是一種薄型的鋁合金玻璃幕墻。防爆炸幕墻設(shè)計在我國幕墻工程中尚屬首例，為此建設(shè)部、公安部的有關(guān)專家作了大量的研究工作。國家建筑工程質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心率先在國內(nèi)開展了建筑幕墻、門窗等產(chǎn)品的抗爆炸沖擊波試驗，并于2006 年9 月在北京完成中央電視臺新址的玻璃幕墻的抗爆炸沖擊波的檢測試驗，完成了國內(nèi)幕墻第一爆，這標志著我國建筑幕墻及其檢測的技術(shù)已經(jīng)有了新的提高。

5．7.2現(xiàn)有幕墻規(guī)范JGJ102-2003沒有防爆炸的技術(shù)內(nèi)容。央視新廈幕墻要求進行恆載、爆炸荷載、風荷載等偶然組合設(shè)計，據(jù)此一般都是進行彈塑性驗算。

5．7,3偶然荷載，如撞擊、爆炸等是由各部門以其專業(yè)本身特點，按經(jīng)驗采用，并在有關(guān)的標準中規(guī)定。目前對偶然作用或荷載，在國內(nèi)尚未有比較成熟的確定方法，工程中可參考國際標準化協(xié)會正在擬訂中的《人為偶然作用》(DIS10252)的規(guī)定，該標準目前主要是對在道路和河道交通中和撞擊有關(guān)的偶然荷載(等效靜力荷載)代表值給出一些規(guī)定，而對爆炸引起的偶然荷載僅給出原則規(guī)定。

5．7.4對于偶然設(shè)計狀況(包括撞擊、爆炸、火災(zāi)事故的發(fā)生)，均應(yīng)采用偶然組合進行設(shè)計。由于偶然荷載的出現(xiàn)是罕遇事件，它本身發(fā)生的概率極小，因此，對偶然設(shè)計狀況，允許結(jié)構(gòu)喪失承載能力的概率比持久和短暫狀況可大些。考慮到不同偶然荷載的性質(zhì)差別較大，目前還難以給出具體統(tǒng)一的設(shè)計表達式，建議由專門的標準規(guī)范另行規(guī)定。規(guī)定時應(yīng)注意下述問題:首先，由于偶然荷載標準值的確定本身帶有主觀的臆測因素，因而不再考慮荷載分項系數(shù)；其次，對偶然設(shè)計狀況，不必同時考慮兩種偶然荷載；

（六）美國DTRA 玻璃防護的等級分類及玻璃貼安全防爆膜。

6.1美國國防部防恐怖局（ DTRA ）分類:

建筑物玻璃防護等級分類見圖12示意和表3規(guī)定：

圖13門窗玻璃爆炸碎片等級分類示意圖

表4 門窗玻璃爆炸碎片等級分類表

分類說明外墻結(jié)構(gòu) 室內(nèi)結(jié)構(gòu) 危害保護

一等：玻璃沒有裂紋或破裂

玻璃沒有破壞, 無損壞沒有玻璃碎片飛濺無好

充分保留在洞口內(nèi) RET ≈0.8～1.0

二等：允許玻璃出現(xiàn)裂紋，

但是必須完全保持在無損壞有小玻璃渣小較好

框架內(nèi)，不能出現(xiàn)玻璃碎片沒有明顯碎片飛濺

進入室內(nèi)(允許有玻璃粉末)。 RET ≈0.6～0.8

三等玻璃破碎，不完全無損壞玻璃碎片飛濺低中等

保留在洞口框架散落地面,離窗戶

三等A:玻璃飛濺離窗戶最遠處在1m---3m之間

最遠處不超過1m RET ≈0.6～0.4

三等B:玻璃飛濺離窗戶

最遠處在1m---3m之間

四等玻璃破碎，不完全無損壞玻璃碎片飛濺差較差

保留在洞口框架散落地面,離窗戶

遠處超過3m

高度不超過0.6m

RET ≈0.3～0,1

五等玻璃災(zāi)難性破碎無損壞玻璃碎片飛濺最差最差

遠處超過3m

高度超過0.6m

RET ≈0～0.1

一等和二等不會給居住者造成危險，三等至四等會造成較低的傷害，而五等屬高危險的玻璃。

6.2一等.二等.三等A類玻璃破壞照片

6．4玻璃貼膜的起源、玻璃貼膜用于提高普通浮法玻璃的安全節(jié)能性的應(yīng)用可追述到1960年。當時研制膜的初衷，時為了控制太陽能負荷造成的制熱、制冷的不均衡。早期的膜僅具有將太陽輻射反射出玻璃窗外，以阻止玻璃內(nèi)表面的熱量增加的性能。. m 隨著制造工藝的不斷發(fā)展，新一代的本體著色隔熱膜誕生了，它豐富的色彩為建筑師提供了廣闊的設(shè)計空間。主要的顏色有：棕色、灰色、金色、琥珀色、藍色、綠色等。

1970年美國的能源危機引出了膜的另一方面的性能開發(fā)--減少室內(nèi)熱能損失（即"保溫性"。研究發(fā)現(xiàn)，聚酯膜不僅可作透明介質(zhì)，更具有吸收和逆輻射長波紅外線的能力。經(jīng)過反復(fù)試驗，膜的材料、結(jié)構(gòu)有了大的改變，這一改變，更提高了膜的"保溫性"，也就產(chǎn)生了"低輻射膜"--LOW-E膜。

6.5玻璃貼膜的結(jié)構(gòu)、性能、種類、及基本施工原理：( R*膜的最基本構(gòu)成是：聚酯基片（PET），一面鍍有防劃傷層（SR），另一面是安裝膠層及保護膜。施工安裝時，將保護膜揭去，露出膠層的一面貼于玻璃內(nèi)表面（如果是特別設(shè)計用于外貼的膜，則貼與玻璃外表面）。

PET是一種耐久性強、堅固、高韌性、耐潮、耐高、低溫性均佳的材料。它清澈透明，經(jīng)本體染色、金屬化鍍層、磁控濺射、夾層合成等多種工藝處理，成為具有不同特性的膜。

建筑用玻璃貼膜主要分為兩大系列：建筑節(jié)能膜和安全膜。主要品種有：本體染色膜、熱反射隔熱膜、低反射隔熱膜、高透光磁控濺射膜、低輻射（Low-E）膜、博物館及檔案館專用膜、磨砂及半透明裝飾膜、透明安全膜等。

四大基本特性：隔熱節(jié)能、抗紫外線、美觀舒適、安全防爆。

玻璃貼膜在建筑工業(yè)中可以被稱為"兩棲"產(chǎn)品，它既可用于舊樓翻新，也可用于新建大樓。

建筑節(jié)能膜厚度通常為1MIL~1.5MIL。

安全膜通常由單層或多層PET夾層合成，厚度有：2MIL(0.05mm)、4MIL(0.10mm)、7MIL(0.18mm)、11MIL(0.28mm)、15MIL(0.38mm)；1mil≈ 0.0254mm

6.6美國國防部防恐怖局（ DTRA ）外窗玻璃貼安全防爆膜爆炸試驗應(yīng)用研究

美國國防部防恐怖局（ DTRA ）1998年1月22日和3月5日，柯特蘭空軍基地板栗試驗場（AFB, N.M.）進行了外窗爆炸試驗應(yīng)用研究。

（七）結(jié)束語

7.1玻璃幕墻的抗爆炸設(shè)計是時代發(fā)展對現(xiàn)代高層建筑及幕墻提出的必然要求，，

隨著科學進步與社會發(fā)展，建筑幕墻的應(yīng)用將越來越多地應(yīng)用到高層建筑中，如果建筑幕墻本身的安全性能尤其是抗爆炸沖擊波性能得不到保證，一旦發(fā)生爆炸事件，可能造成巨大損失?？贡_擊波性能是繼氣密、水密和抗風壓性能之后提出的又一重要安全性能指標之一。玻璃幕墻的抗爆炸設(shè)計是時代發(fā)展對建筑尤其是現(xiàn)代高層建筑及幕墻提出的必然要求，雖然在我國還沒有正式的技術(shù)規(guī)范對此做出規(guī)定，但在國內(nèi)外的一些重要的工程建設(shè)項目中都考慮到了這方面的問題，明確提出把抗爆炸設(shè)計作為一項重要的設(shè)計原則。本文在玻璃幕墻抗爆炸原理分析的基礎(chǔ)上，介紹了一些沖擊波防護的理論計算及設(shè)計原則，在實際工程項目中，還可以考慮利用一些力學計算軟件anssy,abaqus等，對爆炸的過程進行動態(tài)模擬仿真，在計算機中觀察爆炸發(fā)生的過程，改進系統(tǒng)存在的不足，減少后續(xù)試驗環(huán)節(jié)的重復(fù)次數(shù)，并使沖擊波試驗更具針對性，達到加快設(shè)計周期、降低設(shè)計成本的目的。

7.2 研究建筑物防恐怖爆炸襲擊的工程技術(shù)措施具有十分重要的現(xiàn)實意義。近十多年來，全球范圍內(nèi)的恐怖爆炸襲擊事件不斷上升，已構(gòu)成對城市乃至國家安全的重要威脅之一。政府辦公和重要公共建筑物往往是恐怖爆炸襲擊的主要目標，甚至民用建筑物也難幸免。因此，研究建筑物防恐怖爆炸襲擊的工程技術(shù)措施具有十分重要的現(xiàn)實意義。

建筑物的安全與建筑物的設(shè)計有密切的關(guān)系，特別是在需要加強全球反恐意識的當代，美國的建筑設(shè)計界一直在叫響“建筑和結(jié)構(gòu)工程師反恐怖”的口號，其目的一方面是強調(diào)建筑物的防爆性能與規(guī)劃設(shè)計的密切關(guān)系，另一方面提出了對建筑物采取防爆和抗爆措施需要從建筑規(guī)劃設(shè)計階段開始的要求，建筑與規(guī)劃設(shè)計師應(yīng)該在結(jié)構(gòu)工程師和防護專家的共同參與下考慮一些基本的爆炸防護設(shè)計概念。本文從

防護恐怖爆炸襲擊的角度，討論建筑規(guī)劃設(shè)計階段需要考慮的一些防護概念，從而提出建筑物防恐怖爆炸的概念設(shè)計。

防恐怖爆炸的概念設(shè)計指的是建筑和規(guī)劃設(shè)計師需要在結(jié)構(gòu)工程師、爆炸防護專家和安全顧問的共同參與下，根據(jù)建筑物可能遭受恐怖爆炸襲擊的情況、爆炸對建筑物的破壞效應(yīng)、各種爆炸破壞因素(如沖擊波、破片、地沖擊等)對建筑物的作用特點和規(guī)律，利用爆炸防護的一些基本概念設(shè)計出合理的建筑方案。因此，要求結(jié)構(gòu)工程師和爆炸防護專家在建筑方案設(shè)計階段，就能以自身擁有的建筑結(jié)構(gòu)體系功能

及其受力、變形特征的整體設(shè)計概念、爆炸防護概念去幫助建筑和規(guī)劃師開拓和實現(xiàn)業(yè)主夢寐以求的空間形式與功能，并在與建筑和規(guī)劃師的創(chuàng)造性合作中，以承載力、防建筑物倒塌、減小爆炸次生破壞與殺傷作用為主導(dǎo)的概念設(shè)計和整體構(gòu)思結(jié)構(gòu)總體方案。

??： 吊掛肋玻點式玻璃幕墻深化設(shè)計

??： 6平方米玻璃幕墻成亮點中部新城鄰里中心封頂