一种减小爆炸碎片抛散范围的仓库结构及其建构方法

本发明属于安全工程，尤其涉及一种减小爆炸碎片抛散范围的仓库结构及其建构方法。

背景技术：

1、随着城市建设范围的不断扩大，易爆物仓库的安全防护越来越难以满足规范要求，易爆物仓库因发生意外事故而导致的内爆炸将会产生包括空气冲击波、地冲击和爆炸碎片抛散等3种危害。目前易爆物仓库常用结构形式多为整体浇筑钢筋混凝土结构，发生内爆炸时仓库结构物也会产生大量的碎片抛散，墙体内钢筋首先会蓄能形成“弹弓效应”导致混凝土碎片加速抛射，随后其自身断裂并形成碎片弹射。

2、民用爆炸物品工程设计安全标准（gb 50089－2018）建议的安全防护方式为在易爆物仓库周围设置防护屏障（天然或人工挡墙）。随着材料科学不断发展，除传统的岩土体防爆挡墙、钢筋混凝土防爆挡墙外各种新型材料及新结构形式被应用于防爆挡墙，如：论文《密闭空间内三种防爆隔墙的减爆吸能效应分析》、《钢板－砂土－钢板组合防爆墙对爆炸冲击波的防护效应分析》、《网型防爆墙防护效果分析及设计方法研究》等提出的多层复合结构防爆挡墙、护栏型防爆墙、网型防爆墙等新型防爆墙结构。然而防爆墙的位置设置不当，则可能导致有墙比无墙时的冲击波超压更大，造成的更大危害。同时额外设置的防护挡墙还会增大飞散碎片的数量，造成更大的二次伤害。《覆土弹药库安全距离的关键因素分析》一文提出采用覆土的方式使原有仓库结构转变为覆土库结构，虽然覆土可以降低爆炸冲击波和爆炸飞散物对周围人员和设施的影响，且具有一定的经济优势，然而覆土增强了对结构的约束，使得荷载波形更为复杂，导致产生的冲击波压力峰值非常高。此外，一种高性能仿生防爆墙（cn103981962b）、一种装配式抗爆减爆墙及其施工方法（cn108442573b）、一种装配式钢纤维高强混凝土钢板组合抗爆墙体（cn206769106u）等专利提出的方法主要适用于小当量的恐怖袭击防护，同时也仅能设置在被防护的建筑物上，不能从根源上降低爆炸的影响。

3、综上所述，现有的防护屏障虽然可以从一定程度上降低碎片抛散的影响范围，但对于储药密度高、当量大的易爆物仓库不起作用，屏障设置不当可能会增大抛散碎片的数量反而加剧偶然性内爆炸的危害。同时现有方法多为额外设置的防护结构，抑或是在需要被防护的建筑物上设置的防护结构，并未从易爆物仓库结构本身出发来优化设计以降低内爆炸的危害。因此亟需对易爆物仓库的结构进行优化设计，从根源上降低爆炸的影响。

技术实现思路

1、本发明在于提供一种减小爆炸碎片抛散范围的仓库结构及其建构方法，基于“仓库整体拼装、砌筑块体强度高、构件连接弱”的设计思想，通过钢纤维混凝土预制块拼装成墙体，再通过轻质柱间斜拉系统对墙体进行支撑，避免易爆物仓库在内爆炸作用下碎片抛散速度快、距离远、二次伤害大的情况。

2、为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：

3、第一方面，本发明提供一种减小爆炸碎片抛散范围的仓库结构，其特征在于，包括：预制立柱，拼装墙体，预制顶板以及柱间斜拉系统；

4、所述拼装墙体包括多块错缝拼接的钢纤维混凝土预制块，多面拼装墙体构成易爆物存储空间；

5、所述预制立柱设置于相邻两面拼装墙体的连接处，所述预制立柱高于拼装墙体；

6、所述预制顶板覆盖于各预制立柱顶部；

7、所述柱间斜拉系统包括交叉设置于每相邻两根预制立柱之间的碳纤维绳。

8、可选地，所述钢纤维混凝土预制块的材料中包括混凝土以及钢纤维；

9、所述钢纤维混凝土预制块具有两种规格，分别为预制块一和预制块二，所述预制块一体积为 l*b*h，并在 l/4和3 l/4处沿高度方向分别开设有直径为 d的通孔，所述预制块二体积为 l/2* b*h，并在 l/4处沿高度方向开设有直径为 d的通孔，其中， l为钢纤维混凝土预制块长度， b为钢纤维混凝土预制块厚度， h为钢纤维混凝土预制块高度；

10、所述预制块一和预制块二之间通过有机粘结剂粘接，各预制块一和预制块二中的通孔均在拼装墙体高度方向上贯通，所述通孔中注有机粘结剂。

11、可选地，所述钢纤维混凝土预制块的材料中还包括疏水材料，用于将拼装墙体变为疏水墙体。

12、可选地，所述预制立柱为重型钢结构，其埋深为地面以上高度的1/3至1/2；

13、仓库中轴线两侧的预制立柱中中同侧预制立柱的埋深相同，不同侧预制立柱的埋深差值根据预制顶板的排水需求调节；

14、所述预制立柱的长度与宽度均为 b，其与拼装墙体之间通过有机粘结剂粘接。

15、可选地，所述预制立柱还均匀立设在仓库中轴线处，用于在仓库内部空间中加强对预制顶板的支撑，所述预制立柱之间架设有型钢梁。

16、可选地，所述预制顶板为轻型钢结构；

17、所述预制顶板与预制立柱通过预埋锚栓连接，与拼装墙体通过有机粘结剂粘接。

18、可选地，所述碳纤维绳两端绑接有末端挂钩，所述预制立柱上嵌设有多个挂环，碳纤维绳通过末端挂钩与预制立柱上的挂环连接。

19、可选地，所述仓库结构还包括仓库门以及门上承重横梁；

20、所述仓库门的高度为钢纤维混凝土预制块高度的整数倍；

21、所述门上承重横梁的厚度与钢纤维混凝土预制块的厚度一致，高度为钢纤维混凝土预制块高度的整数倍，承重长度为仓库门承重长度的2至3倍。

22、第二方面，本发明提供一种减小爆炸碎片抛散范围的仓库结构的建构方法，包括：

23、步骤一、根据设计要求在建设场地布置好柱距，根据预设的埋深进行钻孔后安装预制立柱；

24、步骤二、在相邻两根预制立柱之间，将两种规格的钢纤维混凝土预制块通过有机粘结剂交错拼接，形成一面错缝拼接的拼装墙体，其中，所述两种规格的钢纤维混凝土预制块包括预制块一和预制块二，所述预制块一体积为 l*b*h，并在 l/4和3 l/4处沿高度方向分别开设有直径为 d的通孔，所述预制块二体积为 l/2* b*h，并在 l/4处沿高度方向开设有直径为 d的通孔，其中， l为钢纤维混凝土预制块长度， b为钢纤维混凝土预制块厚度， h为钢纤维混凝土预制块高度；

25、步骤三、其他面拼装墙体均按步骤二中的方法进行拼装，其中，对出口一面的拼装墙体进行拼装时，预留出仓库门以及门上承重梁的空间，该面钢纤维混凝土预制块拼接完成后，在预留的门顶标高处拼装门上承重横梁，并在门上承重横梁下方安装仓库门；

26、步骤四、各拼装墙体均拼装完成后，向拼装墙体中每一条贯穿通孔中注入有机粘结剂；

27、步骤五、将两根碳纤维绳通过其两端绑接的末端挂钩交叉搭接在预制立柱上的挂环上；

28、步骤六、将预制顶板通过锚栓与各预制立柱连接。

29、可选地，所述步骤二的具体建构方法包括：

30、在相邻两根预制立柱之间，沿相对的两个侧面分别按照相反顺序将两种规格的钢纤维混凝土预制块通过有机粘结剂依次交错拼接，该相邻两根预制立柱之间的剩余空间通过长度为 l规格的钢纤维混凝土预制块以及有机粘结剂进行拼接填补，形成一面拼装墙体。

31、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：

32、1、基于“仓库整体拼装、砌筑块体强度高、构件连接弱”的思想采用钢纤维混凝土预制块拼装墙体，采用预制立柱和预制顶板与拼装墙体快速拼装构筑易爆物仓库，并采用柱间斜拉系统对拼装墙体提供内向支撑，不仅可以通过成本较低的方式实现快速构筑，而且可以从根源上降低内爆炸碎片抛散速度及影响范围，提高了易爆物仓库的安全性及经济性；

33、2、采用有机粘结剂对构件之间进行粘接既可以节省钢筋、增强墙体整体性又可在爆炸高温作用下迅速热软化，有利于在内爆炸时迅速失效、弱化墙体的整体性，进一步降低碎片抛散距离且避免产生二次碎片，并且使用有机粘结剂对整体结构拼装完成后可快速投入使用；

34、3、在普通混凝土配比的基础上中掺入钢纤维和疏水材料，不仅可以显著提升混凝土的强度，同时还可以将亲水表面转变为疏水表面，可降低雨水入渗侵蚀，提升耐久性，并且钢纤维的掺入使墙体具有良好的防弹能力，避免极端情况下易爆物仓库遭流弹击穿而发生内爆炸；

35、4、采用重钢型结构作为预制立柱，不仅自身强度高，还可以根据实际情况设置不同埋深以提高稳定性，并可通过调整不同侧预制立柱的埋深以实现对两侧预制立柱地面以上高度的调整，从而使预制顶板水平或倾斜以适应降雨排水的需求；

36、5、采用轻型钢结构作为预制顶板既能保证良好的结构承载能力又能减轻仓库顶部荷载；

37、6、门上承重横梁承重长度约为仓库门承重长度的2~3倍，可有效降低挠度提高承载性能。