ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНАЯ РАЗРУШАЮЩАЯСЯ КОНСТРУКЦИЯ ОГРАЖДЕНИЯ ЗДАНИЙ
PROTECTIVE COLLAPSIBLE STRUCTURE OF BUILDING GUARD

Изобретение относится к защитным устройствам, применяющимся во взрывоопасных и радиоактивных объектах, таких как легкосбрасываемые панели и кровли, противовзрывные ограждения и заслонки, клапаны избыточного давления.
Известно устройство противовзрывных панелей (заявка DE №19638658, МПК E04B 1/92 от 16.04.1998), где возможность поднятия и опускания панели на прежнее место при взрыве осуществляется действием пружин, вставленных в патрубки-опоры.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является противовзрывная панель по патенту РФ №2334063, Кл. E04B 1/92, Б.И. №28 от 20.09. 2008 (прототип), состоящая из бронированного металлического каркаса с бронированной металлической обшивкой и наполнителем - свинцом. В покрытии объекта у проема заделаны четыре опорных стержня, телескопически вставленные в неподвижные патрубки-опоры, заделанные в панели. Для фиксации предельного положения панели к торцам опорных стержней приварены листы-упоры.
Технически достижимый результат - повышение надежности срабатывания разрушающихся взрывозащитных устройств при аварийном взрыве на объекте.
Это достигается тем, что в предохранительной разрушающейся конструкции ограждения, содержащей железобетонные панели размером 6000×1800 мм, панель состоит из разрушающейся и неразрушающейся частей, при этом неразрушающаяся часть выполнена в виде несущих ребер, размещенных по контуру разрушающейся части, а разрушающаяся часть выполнена в виде, по крайней мере, двух коаксиально расположенных углублений в стене здания, одна из которых, внешняя, образована плоскостями правильной четырехугольной усеченной пирамиды с прямоугольным основанием, а другая - внутренняя, представляет собой две наклонные поверхности, соединенные ребром, с образованием паза, при этом толщина стены от ребра до внешней поверхности ограждения здания должна быть не менее δ=20 мм, при этом при воздействии ударной, взрывной нагрузки этот участок стены может быть разделен на отдельные части, к несущим ребрам, размещенным по контуру организованно разрушающейся конструкции, прикреплены, по крайне мере, три горизонтальных стержня, на которых расположен бронированный экран, который фиксируется на стержнях пружинами, расположенными между жестко соединенными со стержнями упорами и бронированным экраном, а для сбора осколков разрушающейся конструкции к стержням, расположенным в нижней части, прикреплено корыто.
На фиг. 1 представлена схема предохранительной разрушающейся конструкция ограждения зданий, на фиг. 2 - характер изменения давления Δp от времени τ при горении горючих смесей внутри помещения.
Предохранительная разрушающаяся конструкция ограждения (фиг. 1) безфонарных зданий (организованно разрушающаяся конструкция - ОРК), в которых отсутствуют оконные проемы, состоит из железобетонных панелей 1 размером 6000×1800 мм. Панель состоит из разрушающейся и неразрушающейся частей. Неразрушающаяся часть выполнена в виде несущих ребер 9 (200×150 мм), размещенных по контуру ОРК. Разрушающаяся часть выполнена в виде, по крайней мере, двух коаксиально расположенных ниш (углублений в стене здания), одна из которых, внешняя, образована плоскостями 2, 3, 4, 5 правильной четырехугольной усеченной пирамидой с прямоугольным основанием, а другая - внутренняя, представляет собой две наклонные поверхности 6 и 7, соединенные ребром 8, с образованием паза, при этом толщина стены от ребра 8 до внешней поверхности ограждения здания должна быть не менее δ=20 мм. За счет этих пазов в стене здания, при воздействии ударной, взрывной нагрузки этот участок стены может быть разделен на отдельные части. Соединение разрушающихся частей панели в пазах производится арматурой (на чертеже не показано) с таким расчетом, чтобы плиты не деформировались при перевозке, монтаже и ветровой нагрузке.
Углубления в стене здания (ниши), одна из которых, внешняя, образована плоскостями 2, 3, 4, 5 правильной четырехугольной усеченной пирамиды с прямоугольным основанием, а другая - внутренняя, представляет собой две наклонные поверхности 6 и 7, соединенные ребром 8, могут быть заполнены теплозвукопоглощающим материалом 10 и закрыты декоративной, легко разрушающейся при взрыве панелью 11. К несущим ребрам 9, размещенным по контуру организованно разрушающейся конструкции, прикреплены, по крайне мере, три горизонтальных стержня 12, на которых расположен бронированный экран 13, который фиксируется на стержнях 12 пружинами 14, расположенными между жестко соединенными со стержнями упорами 15 и бронированным экраном 13, а для сбора осколков разрушающейся конструкции, к стержням 13, расположенным в нижней части, прикреплено корыто 16.
Предохранительная разрушающаяся конструкция зданий работает следующим образом.
max
вск
доп
доп
Для большинства газовоздушных смесей (ГВС) максимальное давление взрыва в замкнутом объеме p при µ=1 составляет 0,7÷1,0 МПа, т.е. в 6÷9 раз превышает атмосферное давление. Такое давление создает нагрузку, существенно превышающую несущую способность конструкций (стен, перекрытий) промышленных зданий. Очевидно, что такое большое давление допускать нельзя. Для этого при разработке проекта производства предусматриваются проемы. На фиг. 2 представлен характер изменения давления Δp от времени τ при горении горючих смесей внутри помещения: Δp - давление, вызывающее вскрытие предохранительных конструкций (ПК); Δp - допускаемое давление в помещении (Δp=5 кПа); 1 - динамика изменения давления для помещений с проемами; 2 - динамика изменения давления для помещений с ПК.
Рассмотрим основные сценарии, приводящие к возгоранию горючих систем (ГС) для сжатых газов - разгерметизация оборудования с образованием газовоздушных смесей; для ЛВЖ - аварийный разлив жидкости с образованием паровоздушных смесей; для пылей - скопление пыли на поверхностях конструкций и оборудования с образованием пылевоздушных смесей.
На практике для отвода энергии в процессе горения широко используются предохранительные конструкции. Для этого необходимо в нарушенных ограждающих конструкциях зданий иметь такое количество отверстий, которые смогли бы обеспечить пропуск требуемого количества как сгоревшего, так и холодного газа. Эти отверстия принято называть сбросными, а конструкции, их ограждающие - предохранительными конструкциями (ПК). Предохранительные конструкции вскрываются при сравнительно небольшом избыточном давлении и тем самым обеспечивают возможность интенсивного истечения газа (продуктов горения и непрореагировавшей части ГС) через образовавшиеся проемы из помещения в наружную атмосферу. Истечение газа в атмосферу приводит к снижению избыточного давления в помещении. Степень снижения давления зависит от площади ПК, закономерностей их вскрытия, вида ГС, характера загазованности помещения, его объемно-планировочного решения и других факторов. Весьма интересное применение в качестве ПК получили стекла, остекления помещений. Стекла, используемые в качестве ПК, могут устанавливаться как в стенах здания (в виде застекленных оконных переплетов), так и в фонарях (фонарных надстройках), монтируемых на покрытии сооружения. В последнем случае может использоваться не только вертикальное остекление, но и наклонное и горизонтальное остекления. Образование проемов в застекленных оконных переплетах и фонарях (фонарных надстройках) происходит в результате разрушения стекол под действием избыточного давления, возникающего в помещении при взрывном горении ГС. Закономерности вскрытия остекления в значительной степени зависят от размеров стекол, их толщины, условий закрепления и вида остекления (одинарное, двойное или тройное).
Имеются решения ПК в виде облегченных сбрасываемых стеновых панелей. Эти панели крепятся к каркасу здания таким образом, чтобы при сравнительно небольшом избыточном давлении, возникающем в помещении при взрывном горении ГС, обеспечивалось разрушение креплений и отделение панелей от каркаса. В результате сброса стеновых панелей ликвидируется определенная часть наружного ограждения помещения. В покрытиях сооружения ПК могут устраиваться в виде облегченных плит, перекрывающих заранее предусмотренные проемы. Освобождение этих проемов осуществляется в результате подъема плит под действием нагрузки, возникающей при взрывном горении ГС. Значительный интерес представляют организованно разрушающиеся конструкции (ОРК). Вскрытие ОРК происходит в результате разрушения плит при взрывном горении. Разрушение плит происходит в местах размещения специальных пазов. Толщина слоя бетона в пазу δ=20 мм. Рассмотренные типы ОРК при действии нагрузок быстро разрушаются, не образуя при этом обломков, хорошо сохраняют тепло в отапливаемых зданиях и изготавливаются с использованием существующей технологической оснастки, ОРК представляют собой железобетонные панели размером 6000×1800 мм. Панель состоит из разрушающейся и неразрушающейся частей. Неразрушающаяся часть выполнена в виде несущих ребер (200×150 мм), размещенных по контуру. Плиты имеют ослабленные участки за счет прямолинейных, треугольных в поперечном сечении пазов. За счет этих пазов плита при воздействии нагрузки может быть разделена на отдельные части. Соединение разрушающихся частей панели в пазах производится арматурой с таким расчетом, чтобы плиты не деформировались при перевозке, монтаже и ветровой нагрузке.
Углубления в стене здания заполнены теплозвукопоглощающим материалом 10 и закрыты декоративной, легко разрушающейся при взрыве панелью 11, что позволяет сохранить теплоизоляцию здания и комфортность нахождения персонала в нем.
Получена формула для определения потребной площади таких проемов:
3
Где Vo - свободный объем помещения, м;
α - коэффициент интенсификации горения;
н
w - нормальная скорость распространения пламени в смеси стехиометрического состава, м/с;
3
ρ - плотность газов, истекающих из проемов, кг/м;
ε - степень теплового расширения продуктов сгорания;
доп
Δp - допускаемое давление в помещении (5 кПа).
Использование предложенного технического решения позволяет осуществить предотвращение взрывоопасных объектов от разрушения и снижение поступления вредных веществ в атмосферу при аварийном взрыве.
Бронированный экран 13, который фиксируется на стержнях 12 пружинами 14, расположенными между жестко соединенными со стержнями упорами 15 и бронированным экраном 13, служит для предотвращения попадания осколков наружу и сбора их в корыто 16.