Определить безопасность взрыва для складского кирпичного здания

Обновлено: 25.01.2025

Расчет монолитного здания на нагрузки от внешнего взрыва

Добрый день.
Пытаюсь разобраться с расчетом при внешнем взрыве. Здание НЕ сооружение гражданской обороны, а обычная операторная на заводе.
Вот какой вопрос возник: "ПОСОБИЕ ПО ОБСЛЕДОВАНИЮ И ПРОЕКТИРОВАНИЮ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ, ПОДВЕРЖЕННЫХ ВОЗДЕЙСТВИЮ ВЗРЫВНЫХ НАГРУЗОК" и "ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ ПРИ АВАРИЙНЫХ ВЗРЫВНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ" объясняют как считать динамические нагрузки от внешнего взрыва и как потом определять эквивалентные статические нагрузки, при условии, что на руках вся информация о взрывной волне (в том числе и продолжительность действия). У меня на руках сейчас только задание от технологов, где указана нагрузка 100кПа в зоне разрушения (здание операторной, как раз попадает в эту зону). Никаких других графиков и продолжительностей нет.

В "Пособии. " есть 2 "разных" методики определения коэффициента динамичности:
- по главе 5.4 но там необходимо иметь всю информацию о взрывной волне, считать частоты собственных колебаний и т.д.
- по главе 5.5 там сразу даны коэффициенты динамичности 2.4, 1.2 и 0.6, и больше ничего считать не надо вроде.

Я правильно понимаю, что в моем случае нужно считать по главе 5.5?
Откуда и как вообще посчитаны коэффициенты в главе 5.5?
Почему такая значительная разница между коэффициентами в 5.5 и 5.4? (в 5.5 макс 2.4, а в 5.4 не больше 2)
Почему в книге (которую я описал выше) эти коэффициенты уже не фигурируют?

В общем и другие вопросы есть. Если кто-то найдется, кто проконсультирует, то буду очень благодарен.
p.s. to moderator пересоздаю тему в ЖБ конструкциях, с расчетом на то, что здесь может быть больше людей, сведующих в теме, чем в основной ветке

UPDATE: в соответствии с постановлением 1521, вступает в силу СП 88.13330 "Защитные сооружения гражданской обороны", в котором написано, что "4.1 Защитные сооружения гражданской обороны предназначены для защиты укрываемых в военное время и при чрезвычайных ситуациях мирного времени. " тогда как в предыдущем СНиПе было написано, что данные защитные сооружения проектируются ТОЬКО для военного времени. Таким образом считаю, что необходимо проектировать данное здание только с учетом СП 88 и без учета пособия, которое я упомянул выше. В данном СП прописаны все возможные варианты нагрузок на укрытия. Пособие же возможно будет полезно в том случае, если у вас на руках есть все параметры взрыва, а не как у меня только давление по фронту ударной волны. Интересно, будет увидеть комментарии экспертизы.

Определить безопасность взрыва для складского кирпичного здания

Руководство по безопасности "Методы обоснования взрывоустойчивости зданий и сооружений при взрывах топливно-воздушных смесей на опасных производственных объектах"

I. Общие положения

2. Настоящее Руководство содержит рекомендации к обоснованию взрывоустойчивости зданий и сооружений при взрывах топливно-воздушных смесей, образующихся в атмосфере при промышленных авариях на опасных производственных объектах.

3. Руководство рекомендуется применять для определения зоны ударно-волнового воздействия и показателя риска разрушения зданий и сооружений при авариях с взрывами облаков ТВС.

4. Руководство рекомендуется применять при обеспечении требований промышленной безопасности при проектировании, строительстве, капитальном ремонте, техническом перевооружении, реконструкции, эксплуатации, консервации и ликвидации опасных производственных объектов (ОПО), в том числе при:

обосновании устойчивости зданий и сооружений к ударной волне в соответствии с требованиями промышленной безопасности;

разработке декларации промышленной безопасности ОПО;

разработке специальных технических условий на проектирование и строительство ОПО;

иных работах, связанных с проведением количественного анализа риска аварийных взрывов.

5. Настоящее Руководство не распространяется на оценку опасностей внутренних взрывов в помещениях и аппаратах (химических реакторах).

6. Организации, осуществляющие работы по обоснованию взрывоустойчивости зданий и сооружений на ОПО, могут использовать иные обоснованные способы и методы, чем те, которые указаны в настоящем Руководстве.

7. В Руководстве применяются сокращения, а также термины и определения, приведенные в приложениях N 1 и 2 к настоящему Руководству.

II. Общие рекомендации по обоснованию взрывоустойчивости

8. Общие рекомендации по обоснованию взрывоустойчивости зданий и сооружений основаны на методах:

а) моделирования и расчета аварийного истечения и распространения опасных веществ при всех возможных сценариях аварийной разгерметизации оборудования и воспламенении облаков топливно-воздушных смесей;

б) расчета зон разрушения при воздействии ударной волны при аварийных взрывах ТВС;

в) расчета показателей риска взрыва ТВС, включающих оценку частоты превышения амплитуды давления на фронте падающей ударной волны для каждого (при необходимости) здания, сооружения на территории размещения ОПО;

г) применения обоснованных критериев допустимого риска разрушения зданий с учетом их типа (конструктивного исполнения).

9. Основные положения настоящего Руководства соответствуют рекомендациям:

10. При оценке последствий взрывов рекомендуется учитывать основные механизмы развития взрывных явлений, таких как дрейф облака топливно-воздушных смесей, режим взрывного превращения (дефлаграция (детонация), воздействие взрыва для зданий и сооружений в соответствии с Руководством по безопасности "Методика оценки последствий аварийных взрывов топливно-воздушных смесей".

11. Основным показателем взрывоустойчивости зданий, сооружений, технических устройств или иных материальных объектов (далее - здания) является величина предельного давления во фронте падающей ударной волны (УВ) , которую могут воспринять конструкции здания без потери ими несущей способности или пригодности к дальнейшей эксплуатации. Величину для зданий рекомендуется определять по данным проектирования или эксплуатации, а для сооружений и технических устройств - согласно приложению N 3 к Федеральным нормам и правилам в области промышленной безопасности "Общие правила взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств", Руководству по безопасности "Методические основы по проведению анализа опасностей и оценки риска аварий на опасных производственных объектах" или другим нормативным или методическим документам.

12. Рекомендуется принимать, что взрывоустойчивость здания по критерию максимально возможной взрывной нагрузки при внешнем взрыве обеспечивается, если выполняется условие, при котором здание находится вне максимальной возможной зоны действия ударной волны с амплитудой давления на фронте ударной волны, превышающей проектное давление:

, (1)

где - предельное (проектное) давление во фронте ударной волны, на которое рассчитано k-е здание (k = 1, 2, …);

- давление во фронте падающей на здание ударной волны;

n - номер сценария (n = 1, 2, …, N);

N - число сценариев со взрывом.

В случае невозможности выполнения условия (1) для обоснования взрывоустойчивости рекомендуется использовать результаты количественного анализа риска взрыва и вероятностный критерий, согласно которому частота разрушения здания в течение года не должна превышать допустимую величину :

С учетом критериев допустимого пожарного риска для взрывопожароопасных производственных объектов и данных по условной вероятности гибели людей в разрушенных зданиях, приведенных в Федеральных нормах и правилах в области промышленной безопасности "Общие правила взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств", рекомендуемая величина допустимой частоты воздействия взрыва на здание не должна превышать 10 год.

13. Для расчетов зон разрушения рекомендуется использовать:

Пример расчета зон разрушения при взрыве на установке приведен в приложении N 5 к настоящему Руководству.

14. Для расчета последствий аварии с выбросом ОВ и взрывом облака ТВС в помещениях рекомендуется использовать методы вычислительной гидродинамики.

III. Основные показатели взрывоопасности

15. Для обоснования взрывоустойчивости зданий рекомендуется использовать показатели взрывоопасности для обоснования взрывоустойчивости зданий, приведенные в таблице N 3-1 приложения N 3 к настоящему Руководству.

Набор показателей рекомендуется определять в соответствии с целями работы, выбором методов и критериев, применяемых для обоснования взрывоустойчивости. Примеры расчетов зон разрушения при взрыве на установке и показателей риска разрушения для обоснования взрывоустойчивости зданий приведены в приложениях N 5 и 6 к настоящему Руководству.

Метод количественной оценки риска взрыва, рекомендуемый для обоснования взрывоустойчивости зданий, приведен в разделе IV настоящего Руководства.

IV. Метод количественной оценки риска взрыва

16. Процедура обоснования взрывоустойчивости, основанная на количественной оценке риска взрыва, учитывает:

вероятность и последствия всех возможных сценариев выброса опасных (горючих) веществ (ОВ), приводящих к взрыву и воздействию избыточного давления УВ на здания;

тип зданий (устойчивость к УВ);

допустимую частоту воздействия взрыва, приводящего к нарушению устойчивости (повреждению, разрушению) здания;

вероятностный критерий взрывоустойчивости здания - выполнение условия (2).

Основные этапы количественной оценки риска взрыва для обоснования взрывоустойчивости зданий и сооружений отображены на блок-схеме (Рисунок 1 настоящего Руководства).

Рисунок 1. Основные этапы количественной оценки риска взрыва

17. Планирование и организация работ по анализу риска осуществляется в соответствии с разделом IV Руководства по безопасности "Методические основы по проведению анализа опасностей и оценки риска аварий на опасных производственных объектах" и требованиями заказчика. Для проведения работ по анализу риска рекомендуется привлекать специалистов, аттестованных в области промышленной безопасности и имеющих опыт экспертизы декларации промышленной безопасности опасных производственных объектов.

18. При идентификации опасностей рекомендуется использовать следующие закономерности возникновения и развития аварий с выбросом ОВ.

18.1. Возникновение и развитие аварии обусловлено свойствами опасных веществ, условиями их содержания и характером выброса опасных веществ, объемом веществ, окружающими условиями и своевременностью мер по локализации аварии. Следует также учитывать возможность каскадного развития аварий, различные стадии которой могут быть не связаны со взрывом, в соответствии с Руководством по безопасности "Методические основы по проведению анализа опасностей и оценки риска аварий на опасных производственных объектах".

Условно можно выделить два типа аварий, которые могут существенно отличаться вероятностями их возникновения:

аварии с полным разрушением оборудования, содержащего сжиженный газ или газ под давлением;

аварии, связанные с неполным разрушением оборудования, то есть с истечением вещества через образовавшееся дефектное отверстие.

Из аварий первого типа наиболее часто встречающиеся - это разрывы сосудов, содержащих газ под давлением. Также часто из аварий первого типа встречаются разрушения сосудов, содержащих жидкие углеводороды или сжиженные газы. Такие разрывы происходят обычно под действием внешнего нагрева емкости в результате пожара, например, пролитого горючего. В этом случае авария может пойти по сценарию с образованием "огненного" шара (в иностранных источниках такой сценарий обычно обозначается BLEVE - вскипание паров кипящей, перегретой жидкости) или газового взрыва. Условная вероятность образования "огненного" шара (то есть вероятность его возникновения при попадании емкости в пожар) определяется на основе статистических данных, а при их отсутствии может приниматься равной 0,7.

Второй тип аварии - истечение вещества через образовавшееся отверстие - наиболее вероятный. Он включает в себя и разрывы трубопроводов, и истечение через неисправные вентили, и потери герметичности в результате внешнего воздействия, коррозии или превышения эксплуатационных норм. Многообразие сценариев определяется различием физических явлений для различного фазового состояния истекающего вещества. Анализ аварий показывает, что примерно 90% аварий на трубопроводах происходит путем истечения вещества через отверстие, трещины и 10% - путем полного разрыва (на полное сечение) или образованием протяженной трещины. Так, при выбросе горючей жидкости из резервуара при наличии источника воспламенения, возможно ее мгновенное воспламенение (в том числе с образованием горящей струи) или воспламенение после образования разлитой лужи горючего вещества ("пожар пролива"). В этом случае вероятностью барического воздействия на здания вне струи можно пренебречь.

18.2. Рекомендуется рассматривать следующие основные факторы и причины возникновения аварий с выбросом и образованием ТВС:

изменение гидравлического сопротивления рабочих каналов (секций) технологического оборудования или соединительных трубопроводов, например, вследствие гидратообразования, парафино- и солеотложений, пенообразования газожидкостных потоков или залповых выбросов жидкости;

полная закупорка трубопроводов и арматуры ледяными и кристаллогидратными пробками;

эрозионный или коррозионный износ стенок проточной части оборудования, трубопроводов;

нарушение технологического режима работы оборудования, например, неоправданное изменение термобарических параметров эксплуатации;

дефекты изготовления или монтажа оборудования;

наличие значительного числа переходов подземных трубопроводов в надземные, являющихся местами повышенной коррозионной активности и концентрации напряжений;

наличие большого числа арматуры, тройников, переходников, фасонных частей, то есть мест с усложненной технологией проведения строительно-монтажных работ, ухудшенным контролем качества сварных швов, повышенной концентрацией напряжений;

сложная пространственная стержневая конструкция надземных трубопроводов;

обвязки технологических аппаратов с большим числом жестких и скользящих опор, испытывающие значительные переменные температурные и газодинамические нагрузки;

ошибки на стадии проектных решений;

недостаточно качественный диагностический контроль и несвоевременное выполнение ремонтных работ по обеспечению герметичности трубопроводов, сосудов, аппаратов;

Определить безопасность взрыва для складского кирпичного здания

ПОСОБИЕ
по обследованию и проектированию зданий и сооружений, подверженных воздействию взрывных нагрузок

Заместитель генерального директора С.М.Гликин

Руководитель сектора усиления конструкций В.А.Коробков

ПРЕДИСЛОВИЕ

В АО "ЦНИИПромзданий" были выполнены две работы, касающиеся основных положений расчета и проектирования элементов зданий при воздействии аварийных и других видов взрыва: "Пособие по проектированию несущих и ограждающих конструкций промышленных зданий для взрывоопасных производств", 1994 г., "Методические указания по проектированию новых и обследованию существующих строительных конструкций зданий и сооружений взрывоопасных производств", 1996 г. Первая из них была утверждена Госстроем России в письме от 26.05.1993 г. N 4.2-09-131/93.

Наличие двух работ затрудняет использование их материалов в обследовании и реальном проектировании. Поэтому целесообразным является создание на основе этих работ единого документа, который мог бы дать ответы на основные вопросы, связанные с воздействием взрывов на строительные конструкции.

Следует подчеркнуть, что формализация таких задач может быть выполнена на математических уровнях, очень разных по глубине. Принято считать, что математический аппарат должен соответствовать точности исходных данных. В проблеме взрывов последние достаточно определены, в то же время подготовка инженеров-строителей не всегда соответствует предлагаемым математическим методикам. Поэтому в данном пособии принят упрощенный подход к некоторым краеугольным проблемам расчета на взрывные нагрузки, в частности расчетам по предельным состояниям 1б.

Перечень вопросов, затронутых в пособии, достаточно велик: изложены требования к обследованию существующих и проектированию новых зданий и сооружений взрывоопасных производств, некоторые частные способы определения нагрузок, действующих на конструкции, способы расчета площади предохранительных легкосбрасываемых конструкций и их конструктивные решения, методы расчета железобетонных, стальных и каменных конструкций на взрывные нагрузки, а также примеры определения площади предохранительных конструкций и расчета отдельных строительных элементов.

Пособие может быть использовано при разработке проекта "Инженерно-технические мероприятия гражданской обороны. Мероприятия по предупреждению чрезвычайных ситуаций" и составлении Декларации о безопасности, так как содержит материалы по предупреждению взрывов и определению ущербов от их последствий. Пособие может применяться при воздействии как дефлаграционных, так и детонационных взрывов.

В пособии использованы концептуальные подходы к проблеме взрывов и отдельные результаты исследований сотрудников Госгортехнадзора России и МГСУ академика А.А.Шаталова, д.т.н., академика А.В.Мишуева, д.т.н., профессора Б.С.Расторгуева, к.т.н., доцента А.А.Комарова, а также материалы, разработанные д.т.н., профессорами В.А.Горевым, Л.П.Пилюгиным, Г.Г.Орловым.

Пособие одобрено секцией строительных конструкций зданий НТС АО "ЦНИИПромзданий" (протокол от 20.07.2000 г. N К-21).

1. ВВЕДЕНИЕ

1.1. Настоящие указания содержат материалы для обследования и проектирования строительных конструкций помещений, зданий и сооружений*, которые могут подвергаться воздействию аварийных взрывов газо-паро-пылевоздушных горючих смесей (ГПВС) или взрывчатых веществ (ВВ).

* Далее по тексту, где это возможно, слова "помещения, здания и сооружения" заменены словом "здания".

Указания могут применяться в следующих случаях:

- при проектировании новых взрывопожароопасных объектов промышленности, энергетики, транспорта и т.д.;

- для определения взрывоустойчивости* строительных конструкций существующих зданий при возможных внешних и внутренних взрывах;

* Под условным термином "взрывоустойчивость" понимается предельное давление во фронте взрывной волны, которое могут воспринять конструкции здания без потери ими несущей способности или пригодности к дальнейшей эксплуатации.

- при восстановлении повреждённых или разрушенных зданий, а также их отдельных конструкций;

- при текущем определении технического состояния строительных конструкций взрывоопасных объектов;

- при прогнозировании ущерба от последствий внешних и внутренних взрывов на объектовом, местном и региональном уровнях.

Указания не распространяются на помещения и здания, обследование и проектирование которых осуществляется по специальным нормам и правилам.

1.2. Аварийные взрывы могут иметь детонационный и дефлаграционный характер.

Детонационные взрывы в атмосфере характеризуются совместным движением ударной волны и химической зоны горения со сверхзвуковой скоростью или скоростью, близкой к скорости звука. В момент подхода ударной волны к препятствию давление скачком повышается от атмосферного до значения * во фронте волны, а затем постепенно убывает.

* Обозначение применяется обычно для детонационных взрывов [30], для дефлаграционных взрывов может быть принято .

По прошествии времени от момента прихода ударной волны фаза сжатия переходит в фазу разряжения, но максимальное разряжение . Одновременно с давлением в фазе сжатия возникает движение воздуха в направлении распространения волны (скоростной напор). В фазе разряжения воздух движется в обратном направлении.

Модель детонационного взрыва реализуется при взрывах оружия массового поражения, обычных взрывчатых веществ, например тротила, и, в ряде случаев, при подрыве смесей углеводородных газов с воздухом.

Дефлаграционное горение в атмосфере с дозвуковой скоростью распространения пламени характеризуется тем, что фронт пламени является "проницаемым поршнем", создающим при движении впереди себя волну сжатия. Избыточное давление в волне сжатия постепенно увеличивается от фронта волны к фронту пламени. Максимальные значения избыточного давления и скоростного напора достигаются перед фронтом пламени, позади которого образуется огненный шар с высокой температурой излучения (18002500 °С). Дефлаграционные взрывы создают волну сжатия, переходящую на дальних расстояниях в слабую ударную волну.

1.3. Дефлаграционное взрывное горение в полузамкнутом объёме (внутренний взрыв) характеризуется одинаковым давлением в каждой точке объёма в данный момент времени. При этом отношение линейных размеров здания или помещения, оборудованных сбросными проёмами для снижения до безопасного значения, не должно превышать 10.

1.4. Взрывобезопасность объекта должна обеспечиваться:

- системой предотвращения взрыва (взрывопредупреждение);

- системой противовзрывной защиты (взрывозащита);

1.5. Взрывозащита - это мероприятия, обеспечивающие защиту обслуживающего персонала, технологического оборудования, а также зданий и сооружений от опасных и вредных воздействий взрыва, основными из которых являются:

- максимальное избыточное давление ;

- обрушающиеся конструкции зданий, оборудования, коммуникаций и разлетающиеся их части;

- опасные факторы пожара (открытый огонь и искры, токсичные продукты горения, дым и т.д.).

1.6. К строительным мероприятиям по взрывопредупреждению и взрывозащите относятся:

- рациональная планировка территории предприятия;

- расположение на ней технологических установок, зданий и сооружений, обеспечивающее эффективное проветривание и исключающее образование зон возможного скопления взрывоопасных паров и газов;

- размещение зданий административного, хозяйственно-бытового назначения вне зоны опасной интенсивности воздействия взрывной волны;

- рациональное взаимное размещение технологических установок и производственных зданий с учётом воздействия на них взрывной волны, исключающее возможность последовательного развития аварии;

- устройство защищённых пунктов управления технологическими процессами во взрывоопасных зданиях (операторные);

- использование предохранительных (легкосбрасываемых) конструкций (стёкол глухого остекления, открывающихся наружу створок оконных переплётов, дверей, ворот, легкосбрасываемых стеновых панелей и покрытий);

- ограничение разлива жидкости при возможных авариях (устройство обвалования, поддонов и т.д.);

- обоснованный выбор материалов и устройство поверхностей (твёрдых покрытий), снижающих скорость теплоотдачи, количество испарившейся жидкости и пр.;

- размещение технологического оборудования на открытых этажерках и площадках и т.д.

1.7. Количественная оценка допустимой степени возникновения чрезвычайных ситуаций (ЧС), в том числе от взрывов ГПВС, должна определяться возможным социальным, экологическим и экономическим ущербами [1, 2].

В настоящее время формируется единое мнение, что территории с социальным риском, не превышающим 10, являются безопасными и не должны предусматривать дополнительных мероприятий (кроме типовых) по предупреждению опасных воздействий и защите от них.

1.8. Уровень ЧС от взрывов ВВ или ГПВС определяется, прежде всего, территорией поражения, характером и масштабом опасности. При этом учитываются различные сценарии развития ЧС. Масштабы опасности определяются величиной ущерба. В зависимости от вероятности развития ЧС в пределах одного типа аварии или катастрофы может прогнозироваться разная величина ущерба [3, 18, 21].

При выявлении и пространственно-временном прогнозировании возникновения взрывов и развития их последствий, т.е. возможных сценариев развития опасных процессов, необходимо учитывать пожары, обрушение конструкций здания, а также следующие аварии: на энергетических системах, транспорте, на коммунальных системах инженерного обеспечения городских территорий и промышленных очистных сооружениях, с выбросами радиоактивных, сильнодействующих ядовитых (СДЯВ) и биологически опасных веществ, с воздействием ионизирующего и электромагнитного излучений и т.д.

1.9. Мероприятия по обеспечению взрывоустойчивости здания или снижению нагрузок от взрыва должны определяться на основе технико-экономического сравнения альтернативных вариантов, при реализации которых однозначно обеспечивается выполнение заданных требований и сопоставимость по целевому эффекту. Объём стоимостных и натуральных показателей мероприятий должен сравниваться с показателями, характеризующими последствия взрывов с учётом вероятности их возникновения, т.е. величиной возможного ущерба.

1.10. Различают внешние и внутренние по отношению к зданиям и сооружениям взрывы, мероприятия по защите от которых имеют принципиально разный характер [27].

1.11. Проектная документация для строительства или реконструкции зданий и сооружений взрывоопасных производств по составу и объёму выполняется в соответствии с требованиями нормативных документов.

Пояснительная записка к проекту должна содержать перечень заданных требований и обоснование принятых решений [18].

2. ВНЕШНИЕ ВЗРЫВЫ

2.1. Общие положения

2.1.1. Настоящие указания содержат материалы для проектирования несущих и ограждающих конструкций промышленных зданий при внешних взрывах, включающие строительные мероприятия по взрывозащите, рекомендации по объёмно-планировочным и конструктивным решениям взрывоустойчивых объектов, а также расчёт несущих и ограждающих систем зданий и их отдельных элементов.

Указания распространяются на обследование и реконструкцию взрывоустойчивых зданий. В материалах основное внимание уделено взрывам ГПВС и обычных ВВ. При проектировании защитных сооружений гражданской обороны (ЗСГО) необходимо использовать указания и положения документов [12, 30].

2.1.2. При выполнении условия

где - избыточное давление во фронте проходящей воздушной волны в фазе сжатия, определяемое по соответствующим методикам;

- нормативное значение ветрового давления, определяемое по [4], конструкции, узлы и основания таких зданий следует рассчитывать только на основное сочетание нагрузок, т.е. без учёта воздействия взрыва.

2.1.3. В настоящее время нормативные документы регламентируют особые условия проектирования зданий управления производством (операторных) взрывопожароопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих предприятий, в которых предусмотрено постоянное пребывание технического персонала [20].

Расчёты показывают, что существующие здания операторных не выдерживают нагрузок от аварийных взрывов газовоздушных горючих смесей (ГС). При традиционных конструктивных решениях эти здания пришлось бы располагать от источника взрыва на расстояниях более километра, что экономически нецелесообразно и практически невозможно. Взрывоустойчивые здания являются объектами нового типа по конструктивному исполнению.

Для других зданий и сооружений взрывопожароопасных производств взрывозащитное исполнение без специального обоснования не предусматривается.

2.1.4. Во взрывоустойчивых зданиях должна быть исключена возможность разрушения основных несущих и ограждающих конструкций. Допускаются повреждения конструкций случайного характера, не влияющие на их прочность, устойчивость и некоторые эксплуатационные характеристики, а также требующие незначительных материальных затрат на проведение ремонтных работ.

2.1.5. Обеспечение взрывоустойчивости при внешних аварийных взрывах ГС может осуществляться по двум направлениям:

- снижением избыточного давления , за счёт удаления зданий операторных от потенциальных источников взрыва ГС;

- повышением прочности и устойчивости конструкций к действию динамических нагрузок от воздушной волны взрыва ГС.

При разработке оптимальных решений по обеспечению взрывоустойчивости зданий при внешних аварийных взрывах ГС рекомендуется учитывать оба указанных направления.

2.1.6. При проектировании конструкций взрывоустойчивые здания следует относить к I-му классу ответственности зданий и сооружений [4].

2.1.7. В настоящих указаниях рассматриваются отдельно стоящие, не заглубленные в грунт и не обвалованные грунтом взрывоустойчивые здания.

2.1.8. Взрывоустойчивые здания на территориях предприятий следует располагать:

- на расстояниях от соседних зданий и сооружений, превышающих половину высоты большего из них, но не менее расстояний, определяемых по [14];

Действия взрыва на здания, сооружения и оборудование

При взрыве действует весьма мощная , кратковременная и переменная по величине нагрузка (см. рис. 17.2). Эта нагрузка возникает в результате действия газообразных продуктов взрыва и ударной волны.

Наиболее разрушительными продуктами взрыва и ударной волны подвергаются здания и сооружения больших размеров с легкими несущими конструкциями, значительно возвышающимися над поверхностью земли, а также немассивные бескаркасные сооружения с несущими стенами из кирпича и бетона. Подземные же и заглубленные в грунт сооружения с жесткими несущими конструкциями обладают значительной сопротивляемостью разрушению. Из вышеперечисленных параметров ударной волны решающим (характеризующим разрушение) является избыточное давление >Р₁. При разрушении высокого оборудования с малой площадью (мачты, трубы, шкафы с аппаратурой управления) определяющим является скоростной напор Р_ск.

Разрушения подразделяются на полные, сильные, средние и слабые

Полные разрушения. В зданиях и сооружениях обрушены перекрытия и разрушены все основные несущие конструкции. Восстановление невозможно. Оборудование, средства механизации и другая техника восстановлению не подлежат. В коммуникационно-энергетических сетях (КЭС) имеются разрывы кабелей, разрушения участков трубопроводов, опор воздушных линий электропередач и т. п.

Сильные разрушения. В зданиях и сооружениях значительные деформации несущих конструкций, разрушена большая часть перекрытий и стен. Восстановление возможно, но нецелесообразно, так как практически сводится к новому строительству с использованием некоторых сохранившихся конструкций. Оборудование и механизмы большей частью разрушены и значительно деформированы. Отдельные детали и узлы оборудования могут быть использованы как запасные части. В КЭС разрывы и деформации на отдельных участках подземных сетей, деформации воздушных линий электропередач и связи, разрывы технологических трубопроводов.

Средние разрушения. В зданиях и сооружениях разрушены главным образом не несущие, а второстепенные конструкции ( легкие стены перегородки, крыши, окна, двери). Возможны трещины в наружных стенах и вывалы в отдельных местах. Перекрытия и подвалы не разрушены, часть помещений пригодна к эксплуатации. Для восстановления требуется капитальный ремонт, выполнение которого возможно собственными силами. Оборудование требует капитального ремонта. В КЭС значительные разрушения и деформации элементов, которые можно устранить капитальным ремонтом.

Слабые разрушения. В зданиях и сооружениях разрушена часть внутренних перегородок, заполнения дверных и оконных проемов. Оборудование имеет незначительные деформации. В КЭС имеются незначительные разрушения и поломки конструктивных элементов зданий, сооружений, оборудования, получивших слабые разрушения, как правило, требуется текущий ремонт.

Контрольные вопросы

Что называется ударной волной?
Объясните механизм образования воздушной ударной волны.
Назовите основные параметры ударной волны.
От каких параметров зависит время действия ударной волны?
Какие разрушения на здания и сооружения оказывает воздушная ударная волна?

Лекция N 18

Зоны действия взрыва

Различают следующие зоны действия взрыва (см. рис. 18.1).

Избыточное давление, кПа (кгс/см 2 ).

Рис. 18.1. Зоны действия взрыва:

I- детонационной волны; II-продуктов взрыва; III-воздушной ударной волны

Зона I с радиусом r₁ - зона действия детонационной волны в пределах облака газовоздушной смеси. Характеризуется интенсивным дробящим действием, в результате которого конструкции разрушаются на отдельные фрагменты, разлетающиеся с большими скоростями от центра взрыва. Радиус этой зоны может быть приближенно определен по формуле

, м

(18.1)

где m - масса взрывоопасного вещества, образовавшего газо-воздушную смесь, т.

Избыточное давление, создаваемое продуктами взрыва на внешней границе зоны Р₁=1500 - 1700 кПа (15. 17 кгс/см 2 ).

Зона II (r₁-r₂) - зона действия продуктов взрыва, охватывающая всю площадь разлета продуктов газо-воздушной смеси в результате ее взрыва. Радиус этой зоны определяется по формуле

Внешняя граница рассматриваемой зоны характеризуется избыточным давлением Р₁ II = 300 кПа (3 кгс/см 2 ). В этой зоне происходит полное разрушение зданий и сооружений под действием расширяющихся продуктов взрыва. На внешней стороне границы этой зоны образующаяся воздушная волна отрывается от продуктов взрыва и движется самостоятельно от центра взрыва. Продукты взрыва, исчерпав всю свою энергию, расширившись до плотности, соответствующей атмосферному давлению, больше не производят разрушительного действия.

Избыточное давление в любой точке зоны II может быть определено по формуле

, кПа

(18.3)

где r - расстояние от центра взрыва до рассматриваемой точки, м.

Зона III (r₃-r₂) - зона действия воздушной ударной волны включает три подзоны: IIIа - подзона сильных, IIIб - подзона средних и IIIв - подзона слабых разрушений, каждая из которых характеризуется избыточным давлением во фронте ударной волны на их внешних границах Р₁ II = 50 (0.5); 30 (0.3 ) и 10 (0.1) кПа (кгс/см 2 ) соответственно. На внешней границе зоны III ударная волна вырождается в звуковую, слышимую еще на значительных расстояниях.

Избыточное давление в зоне III в зависимости от расстояния до центра взрыва может быть рассчитано по формулам.

Для этого предварительно определяется относительная величина

где r₁ - радиус зоны I;

r₃ - радиус зоны III или расстояние от центра взрыва до точки в этой зоне, в которой требуется определить избыточное давление воздушной ударной волны:

при

, кПа ;

(18.5)

при

, кПа .

(18.6)

Пример. Требуется определить избыточное давление, ожидаемое в районе механического цеха при взрыве емкости, в которой находится 100 т сжиженного пропана.

Исходные данные: расстояние от емкости до цеха 300 м.

Решение. 1. Определяем радиус зоны детонационной волны ( зона I ):

2. Вычисляем радиус зоны действия продуктов взрыва (зоны II):

3. Сравнивая расстояние от центра взрыва до цеха (300 м ) с найденными радиусами зон, делаем вывод, что цех находится за пределами этих зон, и, следовательно, может оказаться в зоне действия воздушной ударной волны ( зона III ). Далее находим избыточное давление на расстоянии 300 м, используя расчетные формулы для зоны III и принимая r₃=300 м.

Для этого определяем относительную величину к:

Так как к<2, то используем формулу (18.5):

Вывод. При взрыве 100 т сжиженного пропана цех окажется под воздействием воздушной ударной волны с избыточным давлением около 60 кПа, что соответствует зоне сильных разрушений.

Действия взрыва на человека

Продукты взрыва и образовавшаяся в результате их действия воздушная ударная волна способны нанести человеку различные травмы, в том числе смертельные.

В указанных выше зонах I и II наблюдается полное поражение людей, связанное с разрывов тела на части, обугливанием под действием расширяющихся продуктов взрыва, имеющих весьма высокую температуру.

В зоне III поражение людей вызывается как непосредственным, так и косвенным воздействием ударной волны.

При непосредственном воздействии ударной волны основной причиной появления травм у людей является мгновенное повышение давления воздуха, что воспринимается человеком как резкий удар. При этом возможны повреждения внутренних органов, разрыв кровеносных сосудов, барабанных перепонок, сотрясение мозга, различные переломы и т. п. Кроме того, скоростной напор воздуха, обуславливающий метательное действие ударной волны, может отбросить человека на значительное расстояние и причинить ему при ударе о землю (или препятствие) различные повреждения.

Метательное действие скоростного напора воздуха заметно сказывается в зоне с избыточным давлением более 50 кПа (0.5 кгс/см 2 ), где скорость перемещения воздуха более 100 м/с, что значительно превышает скорость ураганного ветра.

Характер и тяжесть поражения людей зависят от величины параметров ударной волны, положения человека в момент взрыва и степени его защищенности. При прочих равных условиях наиболее тяжелые поражения получат люди, находящиеся в момент прихода ударной волны вне укрытий в положении стоя. В этом случае площадь воздействия скоростного напора воздуха будет примерно в 6 раз больше, чем в положении человека лежа.

Поражения, возникающие под действием ударной волны подразделяются на легкие, средние, тяжелые и крайне тяжелые (смертельные). Характеристики поражений приведены в табл. 18.1.

Таблица 18.1.

Характеристики поражений человека действием воздушной ударной волны

Вид поражений	Характеристики поражения	Величина избыточного давления Р₁, кПа (кгс/см 2 )
Легкие	Легкая контузия, временная потеря слуха, ушибы и вывихи конечностей	20. 40 (0.2 . 0.4)
Средние	Травмы мозга с потерей сознания, повреждения органов слуха, кровотечение из носа и ушей, сильные переломы и вывихи конечностей	40. 60 (0.4 . 0.6)
Тяжелые	Сильная контузия всего организма, повреждения внутренних органов и мозга, тяжелые переломы конечностей. Возможны смертельные исходы	60. 100 (0.6 . 1.0)
Крайне тяжелые	Получаемые травмы очень часто приводят к смертельному исходу	>100 (1.0)

Поражения людей, находящихся в момент взрыва в зданиях и сооружениях, зависит от степени их разрушения. Так, например, при полных разрушениях зданий следует ожидать полной гибели находящихся в них людей. При сильных и средних разрушениях может выжить примерно половина людей, а остальные получат травмы различной тяжести. Многие могут оказаться под обломками конструкций, а также в помещениях с заваленными или разрушенными путями эвакуации.

Косвенное воздействие ударной волны заключается в поражении людей летящими обломками зданий и сооружений, камнями, битым стеклом и другими предметами, увлекаемыми ею.

При слабом разрушении зданий гибель людей маловероятна. Однако часть из них может получить различные травмы.

Выявление и оценка обстановки в чрезвычайных ситуациях

При прогнозировании обстановки при авариях со взрывом, принято выделять, как и в очаге ядерного поражения, четыре зоны:

Все указанные зоны находятся в пределах действия воздушной ударной волны при взрывах ГВС, ГПВС и ПВС. В связи с этим, после расчета избыточного давления Р_ф на различных расстояниях от центра взрыва, на план объекта наносятся зоны с радиусами соответственно равными 50; 30; 20; 10 кПа. Затем по величине Р_ф в районе зданий (сооружений) объекта определяют по табл. 3.27 степень их разрушения, а по табл. 3.28 характеристику степени разрушения зданий.

Следует заметить, что о степени разрушения здания в целом судят по характеру разрушения отдельных его элементов (см. табл. 3.29). Если |Р_ф||Р_ф| (предельное значение давления), то элемент считается вышедшим из строя.

При прогнозировании инженерной обстановки определяют вероятность поражения персонала, объем и высоту завалов, протяженность заваленных проездов, дальность разлета осколков и др. вопросы.

Читайте также: