Защита зданий и сооружений от внутренних взрывов

Обеспечение защиты производственных зданий и сооружений от взрыва в случае аварий оборудования имеет исключительное значение. При возникновении по тем или иным причинам взрыва предусматриваются специальные технические решения, одним из которых является применение в ограждениях легко- сбрасываемых конструкций (ЛСК). Так, в результате взрывного горения газо-, паро- и пылевоздушных смесей нагрузки, действующие на ограждающие и несущие конструкции, увеличиваются. Использование же ЛСК приводит к снижению этих нагрузок.

Обеспечение взрывоустойчивости зданий и сооружений при внутренних аварийных взрывах может осуществляться по двум направлениям:

а) снижение избыточного давления, возникающего при внутреннем аварийном взрыве;

б) повышение прочности и устойчивости конструкций к действию аварийных (взрывных) нагрузок.

Сочетание обоих указанных направлений является необходимым условием разработки оптимальных решений по обеспечению взрывоустойчивости зданий и сооружений при внутренних аварийных взрывах.

Для снижения избыточного давления, возникающего при внутренних аварийных взрывах, используются предохранительные конструкции (ПК). В качестве ПК обычно используются стекла глухого остекления помещения (разрушающиеся ПК), открывающиеся наружу створки оконных пролетов, двери и ворота (вращающиеся ПК), а также легкосбрасываемые стеновые пакеты и облегченные плиты покрытий помещений (смещающиеся ПК).

С помощью ПК избыточное давление в помещении при аварийном взрыве снижается до допустимой величины (АРлоп).

При проектировании зданий и сооружений взрывоопасных производств величину АРД0П следует принимать не менее 5 кПа. Для зданий и сооружений, конструкции которых не рассчитываются на действие избыточного давления, возникающего при внутреннем аварийном взрыве, разрешается при соответствующем обосновании принимать Д/^оп= 3 кПа.

Несущие конструкции зданий и сооружений, подвергающиеся действию избыточного давления при внутреннем аварийном взрыве, должны рассчитываться на основное и особое сочетание нагрузок с учетом этого давления (СП 20.13330.2011 «Нагрузки и воздействие»).

Предохранительные конструкции устанавливаются в наружном ограждении помещений взрывоопасных производств. Под действием избыточного давления, возникающего при внутреннем аварийном взрыве, ПК должна вскрываться наружу.

Для снижения избыточного давления, возникающего при аварийных взрывах, до допускаемой величины, в первую очередь надо использовать наружное остекление помещений. При этом в качестве ПК могут использоваться стекла глухого остекления помещения, а также открывающиеся створки (лучше с вертикальным шарниром) оконных переплетов (рис. 10.3, а). Наряду с остеклением могут использоваться легкосбрасываемые панели (рис. 10.3, б). Применение смещающихся ПК в виде легкосбрасываемых стеновых панелей следует предусматривать в тех случаях, когда это не представляет опасности поражения людей, находящихся вблизи здания или сооружения, в котором устраиваются ПК.

Если требуемая площадь проемов, перекрываемых ПК, не может быть размещена в стенах здания (сооружения), то их следует располагать в покрытии взрывоопасного помещения. Для устройства ПК в покрытии помещений целесообразно использовать фонари (рис. 10.3, в). Устройство ПК в виде облегченных плит, устанавливаемых в покрытии помещения (рис. 10.3, г) может быть достаточно эффективным только при сравнительно большом значении Д/^оп.

Примеры установки ПК в одноэтажном промышленном здании

Рис. 10.3. Примеры установки ПК в одноэтажном промышленном здании:

а - глухое остекление; б - легкосбрасываемые стеновые панели; в - использование фонарей; г - использование облегченных плит покрытия в качестве ПК

Предохранительные конструкции следует размещать как можно ближе к ожидаемым местам воспламенения горючей смеси (ГС), образующейся в аварийных ситуациях во взрывоопасном помещении. При отсутствии данных о местах возможного воспламенения ГС в помещениях, линейные размеры которых по длине, высоте и ширине не более чем в три раза отличаются один от другого, ПК следует размещать равномерно по площади стен помещения, а при необходимости и в его покрытии. В сильно вытянутых в длину помещениях ПК располагают, как правило, в боковых стенах по длине помещения, а также в его покрытии. В помещениях, имеющих большую высоту, ПК следует размещать преимущественно в их стенах.

При проектировании зданий и сооружений для взрывоопасных производств (прежде чем выбрать конструктивные схемы, материалы конструкций, разработать объемно-планировочные решения) следует иметь информацию о защите конструкций и сооружений в целом от нагрузок, возникающих при взрыве горючих смесей внутри помещения.

Прежде чем определить площадь легкосбрасываемых элементов наружных ограждающих конструкций к, м23, приходящуюся на 1 м3 объема помещения, необходимо предварительно вычислить объем взрывоопасной смеси, м3:

где т - количество поступивших в помещение веществ, г; С'ст - стехиометрическая концентрация взрывоопасной смеси, г/м3.

Расчетная степень расширения продуктов горения

где р - максимальная степень расширения продуктов горения; а - коэффициент заполнения объема взрывоопасной смесью.

Воздействие взрыва на горизонтальные легкосбрасываемые элементы (за исключением листового стекла) наружных ограждающих конструкций, кгс/м2:

где S - площадь легкосбрасываемого элемента наружной ограждающей конструкции, м2, принимаемая согласно данным, представленным в проекте (для элемента площадью менее 1 м2 - условно равна 1 м2); Рг - воздействие взрыва на горизонтальную поверхность, кгс/м2, при нормальной скорости горения vr до 1 м/с; при других значениях нормальной скорости горения vr:

здесь / - вес 1 м2 легкосбрасываемого элемента наружных ограждающих конструкций, кгс; Vnou - объем помещения, м3, определяемый в пределах внутренних поверхностей ограждающих конструкций.

Воздействие взрыва на вертикальные легкосбрасываемые элементы (за исключением листового стекла) наружных ограждающих конструкций, кгс/м2:

Воздействие взрыва на листовое оконное стекло Р*т, кгс/м2, определяют

независимо от его расположения в пространстве (вертикальное, горизонтальное, наклонное) по формуле:

где рст - воздействие взрыва, кгс/м2, разрушающее листовое оконное стекло (при двойном остеклении) с соотношением сторон 1:1; г - коэффициент условий работы.

При этом необходимо иметь в виду, что воздействие взрыва при промежуточных значениях площади одного листа стекла следует определять интерполяцией; площадь одного листа стекла, используемого в качестве легкосбрасываемого элемента, толщиной 3, 4 или 5 мм, соответственно должна быть не менее 0,8, 1 или 1,5 м2; воздействие же взрыва, разрушающее листовое оконное стекло при одинарном остеклении, нужно принимать равным 0,85РСТ.

Общая площадь остекления оконного листового стекла в окнах и фонарях, м2:

где кст - удельная площадь оконного листового стекла, м23.

Если нельзя полностью запроектировать требуемую площадь остекления, определяемую по формуле (10.83), то необходимо предусмотреть дополнительно горизонтальные (в покрытии) или вертикальные (в стенах) легкосбрасываемые элементы наружных ограждающих конструкций, площадь которых, м2, вычисляют по формулам:

где S'” - площадь остекления в ограждающих конструкциях, предусмотренная

проектом, м2; кг - удельная площадь горизонтальных легкосбрасываемых элементов наружных конструкций, м23; кв - площадь вертикальных легкосбрасываемых элементов наружных конструкций, м23; ?ст - площадь оконного листового стекла, м23.

В зданиях без естественного освещения (без окон и фонарей) площадь легкосбрасываемых элементов наружных ограждающих конструкций (горизонтальных S"p или вертикальных ) определяют в зависимости от конструктивного решения здания по формулам (10.83) - (10.85) с соответствующей заменой в них значений S”, S”, к”.

Таким образом, требуемая площадь легкосбрасываемых элементов наружных ограждающих конструкций, м23, приходящаяся на 1 м3 объема помещения:

где р0 - атмосферное давление, р0 = 104 кгс/м2 (~ 105 Па).

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >