JP5614624B2

JP5614624B2 - 爆風圧低減構造体

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Publication number: JP5614624B2
Application number: JP2010119522A
Authority: JP
Inventors: 山野辺　宏治; 宏治山野辺
Original assignee: Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Corp
Priority date: 2010-05-25
Filing date: 2010-05-25
Publication date: 2014-10-29
Anticipated expiration: 2030-05-25
Also published as: JP2011246920A

Description

本発明は、壁面に作用する爆風圧（圧力波）を低減可能な爆風圧低減構造体に関する。

例えば水素等の可燃性ガスを製造したり貯蔵したりする施設等では、万一の爆発事故に備えて、爆発の爆風に耐え得る耐爆風構造体（躯体）によって建物の壁やスラブを形成することが好ましい。

ところで、上記した施設等の閉鎖空間や半閉鎖空間で爆発事故が発生すると、その圧力波（衝撃波）が壁面や天井面、床面等で何度も反射を繰り返し、この圧力波の多重反射によって施設内の機器類などに甚大な被害が及ぶおそれがある。そこで、上記した被害を抑制するために、閉鎖空間の壁面や天井面、床面等に圧力波を吸収する吸収板を設置して爆風圧を低減させる方法が考えられる。

例えば、下記特許文献１に示されているように、壁構造体の内側に、壁構造体の内面を被覆する吸収板が配設された爆風圧低減構造体が提案されている。上記した吸収板は、壁構造体の内面に対して間隔をあけて配設されている。そして、吸収板と壁構造体との間にはダンパーが介装されており、このダンパーを介して支持された吸収板は、横方向（壁面に対して垂直な方向）に移動可能となっている。この爆風圧低減構造体によれば、空間内部で爆発が発生すると、その圧力波によって吸収板が押圧され、爆風エネルギーがダンパーによって吸収される。これにより、爆発による空間内部の被害を低減させることができる。

特開２００５−２８２２６６号公報

しかしながら、上記した従来の技術では、吸収板と壁構造体との間にダンパーを介装させる必要があり、施工が煩雑であるという問題がある。また、上記した爆風圧低減構造体では、複数のダンパーを必要とするのでコストが高いという問題がある。

本発明は、上記した従来の問題が考慮されたものであり、爆発による対象空間内部の被害を低減させることができ、且つ、安価かつ容易に施工することができる爆風圧低減構造体を提供することを目的としている。

本発明に係る爆風圧低減構造体は、爆発が発生し得る対象空間と該対象空間の外部とを仕切る構造体本体と、該構造体本体の対象空間側に配設されて該構造体本体の内面を被覆する耐爆シートと、が備えられ、該耐爆シートが前記構造体本体の内面から離間して配設されて該構造体本体と前記耐爆シートとの間に間隙部が形成され、前記耐爆シートにスリットが形成され、前記耐爆シートが少なくとも間隙部側に撓み変形可能な可撓性を有しており、前記対象空間で爆発が発生した際に、爆発によって生じる圧力波のうちの一部を前記耐爆シートで反射させ、残りの圧力波を前記スリットを通過させて前記間隙部に入射させ、前記間隙部内に入射させた圧力波を前記耐爆シートと前記構造体本体の間の前記間隙部内で複数回反射させて爆風圧のピーク値を低減させるように構成されていることを特徴としている。

このような特徴により、対象空間において爆発が発生すると、その圧力波によって耐爆シートが押圧され、耐爆シートが間隙部側に撓み変形してスリットが拡幅される。これにより、爆発の圧力波のうちの一部が耐爆シートで反射されるが、残りの圧力波がスリットを通過して構造体本体と耐爆シートとの間（間隙部）に入射される。この間隙部に入射された圧力波は構造体本体の内面で反射する。この反射した圧力波によって耐爆シートが押圧され、撓み変形した耐爆シートが戻ってスリットが縮幅される。これにより、間隙部内の圧力波が少なくとも一時的に閉じ込められ、圧力波が間隙部内で多数回反射を繰り返すことや圧力波の波形の位相のずれによって爆風圧のピーク値が低減される。

また、本発明に係る爆風圧低減構造体は、前記スリットの縁部同士が重ね合わせられていることが好ましい。
これにより、上述したように構造体本体の内面で反射した圧力波によって耐爆シートが押圧され、撓み変形した耐爆シートが戻ってスリットが縮幅されたとき、スリットの縁部同士が重ね合わせられて上記した間隙部が密閉される。これにより、間隙部内の圧力波が少なくとも一次的に対象空間内に全く流出されずに確実に閉じ込められるので、爆風圧のピーク値が確実に低減される。

また、本発明に係る爆風圧低減構造体は、前記耐爆シートの対象空間側に、該耐爆シートを対象空間側から押さえて該耐爆シートの対象空間側への撓み変形を拘束する押さえ部材が配設されていることが好ましい。
これにより、上述したように構造体本体の内面で反射した圧力波によって耐爆シートが押圧され、撓み変形した耐爆シートが元の位置まで戻ったとき、押さえ部材によって耐爆シートが押さえられて耐爆シートの対象空間側への撓み変形が拘束される。これにより、間隙部内の圧力波によって耐爆シートが対象空間側に撓み変形することが抑制されるので、スリットが拡幅されず、間隙部内の圧力波が対象空間に流出することが防止され、爆風圧のピーク値が確実に低減される。

また、本発明に係る爆風圧低減構造体は、前記構造体本体と前記耐爆シートとの間に、前記構造体本体に固定されて前記耐爆シートを保持する下地材が配設されていることが好ましい。
これにより、耐爆シートが所定位置に設置しやすくなり、耐爆シートと構造体本体との間に所望の幅の間隙部が容易に形成される。

本発明に係る爆風圧低減構造体によれば、圧力波の一部が耐爆シートで反射し、残りが耐爆シートのスリットから通過することで爆風圧のピーク値が低減されるので、圧力波の多重反射による対象空間内の被害を低減させることができる。また、スリットが形成された耐爆シートを構造体本体の内面に離間して配設するだけであるので、安価かつ容易に爆風圧低減構造体を形成することができる。

本発明の実施の形態を説明するための爆風圧低減構造体の縦断面図である。本発明の実施の形態を説明するための爆風圧低減構造体の立面図である。本発明の実施の形態を説明するための爆風圧低減構造体の縦断面図である。

以下、本発明に係る爆風圧低減構造体の実施の形態について、図面に基いて説明する。

図１に示す爆風圧低減構造体１は、例えば水素ガス等の可燃性ガスを製造或いは貯蔵する施設の壁やスラブ等の躯体構造であり、閉鎖空間或いは半閉鎖空間を画成する構造体である。この爆風圧低減構造体１の概略構成としては、構造体本体２と、下地材３と、耐爆シート４と、押さえ部材５と、を備えている。

構造体本体２は、爆発が発生し得る対象空間Ｘとその対象空間Ｘの外部とを仕切る壁或いはスラブであり、例えば鉄筋コンクリート造の構造体である。なお、構造体本体２の構造は適宜変更可能であり、例えば鋼製の構造体であってもよい。

下地材３は、耐爆シート４を保持するための支持部材であり、構造体本体２と耐爆シート４との間に配設されて構造体本体２に固定されている。詳しく説明すると、下地材３は、例えばＩ形鋼などの鋼材からなる。この下地材３は、ウェブ３０を構造体本体２の内面に対して垂直にした向きで構造体本体２の内面に沿って水平に配設されている。また、下地材３は、鉛直方向に複数並設されており、複数の下地材３は、所定の間隔をあけて平行に配設されている。なお、下地材３の一方（構造体本体２側）のフランジ３１は、構造体本体２内に定着した図示せぬアンカーボルト等を介して構造体本体２の内面に固定されている。

耐爆シート４は、構造体本体２の対象空間Ｘ側に配設されて構造体本体２の内面を被覆するシートである。この耐爆シート４は、構造体本体２の内面から離間して配設されており、耐爆シート４と構造体本体２との間に間隙部１０が形成されている。また、この耐爆シート４には、水平方向（一方向）に延在する複数のスリット４０が形成されている。これら複数のスリット４０は、鉛直方向に間隔をあけて並列されており、各スリット４０は、隣り合う下地材３，３の中間の位置にそれぞれ形成されている。詳しく説明すると、耐爆シート４は、下地材３の他方（対象空間Ｘ側）のフランジ３２に沿って水平方向に延在する複数の帯状のシート４１からなる。これら複数のシート４１は、各下地材３のフランジ３２にそれぞれ配設されており、鉛直方向に平行に並設されている。そして、隣り合うシート４１の縁部の間には、上記したスリット４０が形成されており、スリット４０の縁部同士、つまり隣り合うシート４１の縁部同士は重ね合わせられている。

上記した耐爆シート４（シート４１）は、軽量かつ強度があるシートからなる。また、耐爆シート４は、爆風圧による入力エネルギーによる最大撓みがある想定以上の変形となる可撓性を有するシートであり、爆発の圧力波によって間隙部１０側に撓み変形可能である。また、耐爆シート４は、塑性ひずみが生じてもよいが、塑性変形倍率として略１００倍まで許容するシートであり、爆風圧による入力エネルギーによって破断しないシートである。このような耐爆シート４としては、例えば高強度プラスチックシートがある。

ここで、耐爆シート４に関する有効圧評価および応答計算結果について説明する。
なお、耐爆シート４の一例として、断面幅Ｂ＝1.0ｍ、シート厚（断面厚）ｔ＝0.002ｍ、断面積Ａ＝0.002ｍ^２、ヤング係数Ｅ＝4×10⁶ｋＰａ（４ＧＰａ）、断面二次モーメントＩ＝6.67×10^-10ｍ^４、単位体積質量ρ＝0.9ｔｏｎ／ｍ^３、スパンＬ＝0.2ｍ、引張強度（降伏強度σｙ）＝4×10⁴ｋＰａ（４０ＭＰａ）の高強度プラスチックシートを想定する。また、爆風圧（爆轟による衝撃波）の一例として、ピーク圧Ｐ_０＝1000ｋＰａ（１ＭＰａ）、正圧継続時間：０．００２ｓｅｃの爆風圧を想定する。

上記した条件で、耐爆シートの端部固定時（片持ち梁形式）の固有周期Ｔｓは次式（１）のとおりになる。

また、上記した条件で、１質点換算による等価剛性Ｋｅ、等価質量ｍｅ、有効圧Ｐｓ作用時変形δ_０はそれぞれ次式（２）、（３）、（４）のとおりになる。ただし、有効圧Ｐｓは、固有周期Ｔｓに対する爆風圧のみかけの周期Ｔ_０の比に基づきＰｓ≒0.1Ｐ_０（0.1は衝撃係数）とする。

また、１質点系における曲げ降伏時変形の降伏時全荷重Ｐｙ、降伏時変形δｙはそれぞれ次式（５）、（６）のとおりになり、耐爆シートの降伏変位に対する有効圧作用による変形の比率（塑性倍率）δ_０／δｙは次式（７）に示すようになる。

上記したように塑性倍率がほぼ１００となり、耐爆シートが破断しないことが確認できる。なお、本計算は微小変形を想定した略算であるが、大変形を考慮して評価すれば、本計算による略算値より小さな変形が算出されることから、本計算は安全側に評価できる。

押さえ部材５は、耐爆シート４を対象空間Ｘ側から押さえて耐爆シート４の対象空間Ｘ側への撓み変形を拘束する部材である。この押さえ部材５は、水平方向に延在する横筋５０と鉛直方向に延在する縦筋５１とを格子状に組み立てて構成されたメッシュ筋からなる。この押さえ部材５は、耐爆シート４の対象空間Ｘ側に耐爆シート４に沿って配設されており、固定クリップ６を介して下地材３に固定されている。詳しく説明すると、複数の横筋５０は、下地材３に対応する位置にそれぞれ配置されており、複数の下地材３と同間隔で配筋されている。すなわち、隣り合う横筋５０，５０の間に上記した耐爆シート４のスリット４０が形成されている。また、縦筋５１は、横筋５０よりも耐爆シート４側に配設されており、この縦筋５１と下地材３の他方（対象空間Ｘ側）のフランジ３２との間に耐爆シート４（シート４１）を挟み込んだ状態で固定クリップ６によって前記フランジ３２に括り付けられている。

次に、上記した構成からなる爆風圧低減構造体１の作用及び効果について説明する。

上記した爆風圧低減構造体１で囲繞された対象空間Ｘにおいて爆発が生じると、その圧力波によって耐爆シート４が押圧され、耐爆シート４が間隙部１０側に撓み変形し、重なり合ったシート４１の縁部が開いてスリット４０が拡幅（開口）される。これにより、爆発の圧力波のうちの一部が耐爆シート４で反射され、残りの圧力波がスリット４０を通過して間隙部１０に入射される。

上述したように間隙部１０に入射された圧力波は、構造体本体２の内面で反射し、その反射した圧力波によって耐爆シート４が対象空間Ｘ側に押圧され、撓み変形した耐爆シート４が戻ってスリット４０が縮幅される。これにより、間隙部１０内の圧力波が少なくとも一時的に閉じ込められ、圧力波が間隙部１０内で多数回反射を繰り返すことや圧力波の波形の位相のずれによって爆風圧のピーク値が低減される。その結果、圧力波の多重反射による対象空間Ｘ内の被害を低減させることができる。

また、上述したようにスリット４０が縮幅されたとき、シート４１（スリット４０）の縁部同士が重ね合わせられて間隙部１０が密閉される。これにより、間隙部１０内の圧力波が少なくとも一次的に対象空間Ｘ内に全く流出されずに確実に閉じ込められるので、爆風圧のピーク値が確実に低減され、対象空間Ｘ内の被害を確実に低減させることができる。
また、上述したように撓み変形した耐爆シート４が元の位置まで戻ったとき、押さえ部材５によって耐爆シート４が押さえられて耐爆シート４の対象空間Ｘ側への撓み変形が拘束される。これにより、間隙部１０内の圧力波によって耐爆シート４が対象空間Ｘ側に撓み変形することが抑制されるので、スリット４０が拡幅されず、間隙部１０内の圧力波が対象空間Ｘに流出することが防止され、爆風圧のピーク値が確実に低減され、対象空間Ｘ内の被害を確実に低減させることができる。

また、上記した爆風圧低減構造体１では、下地材３のフランジ３２に複数のシート４１を張り付けた後、押さえ部材５を被せて固定クリップ６で固定するだけで爆風圧低減構造体１が形成されるので、安価かつ容易に爆風圧低減構造体１を形成することができる。したがって、上記した爆風圧低減構造体１は、例えば地下室などのような広い対象空間Ｘの壁やスラブに好適である。

また、構造体本体２と耐爆シート４との間に下地材３が配設されており、この下地材３によって耐爆シート４が保持されているので、耐爆シート４が所定位置に設置しやすく、耐爆シート４と構造体本体３との間に所望の幅の間隙部１０が容易に形成される。これにより、容易に爆風圧低減構造体１を形成することができる。

以上、本発明に係る爆風圧低減構造体の実施の形態について説明したが、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上記した実施の形態では、建物等の室内空間を画成する壁及びスラブ（天井及び床）について説明しているが、本発明に係る爆風圧低減構造体は、対象空間Ｘに配設された柱や梁等であってもよい。さらに、本発明に係る爆風圧低減構造体は、建物を構成する構造体でなくてもよく、例えば、機械や装置を収容する筐体（ハウジング）や、コンテナ等の箱体であってもよい。

また、上記した実施の形態では、耐爆シート４が複数のシート４１から構成され、隣り合うシート４１，４１の間がスリット４０となっているが、本発明は、一枚のシートに切れ目（スリット４０）を入れた構成の耐爆シートであってもよい。
また、上記した実施の形態では、隣り合うシート４１，４１の縁部同士（スリット４０の縁部）が重なり合っているが、本発明は、隣り合うシート４１の縁部同士が横並びに隣接していてもよく、或いは、隙間をあけて平行に形成されていてもよい。
また、上記した実施の形態では、水平方向に延在するスリット４０が耐爆シート４に形成されているが、本発明は、これに限定されず、例えば鉛直方向に延在するスリットが耐爆シートに形成されていてもよい。さらに、本発明は、直線状のスリット４０が形成された耐爆シート４に限定されず、例えば曲線状に延在するスリットが耐爆シートに形成されていてもよい。

また、上記した実施の形態では、横筋５０と縦筋５１とからなるメッシュ筋状の押さえ部材５が備えられているが、本発明は、他の構成の押さえ部材を用いることも可能であり、例えばアングル材やフラットバーからなる押さえ部材を用いることも可能である。さらに、本発明は、押さえ部材５を省略することも可能である。

また、上記した実施の形態では、構造体本体２と耐爆シート４との間にＩ形鋼からなる下地材３が配設されているが、本発明は、他の構成の下地材を用いることも可能であり、例えば溝形鋼やＨ形鋼などの他の重量鉄骨材やＣチャンネル等の軽量鉄骨材を用いてもよく、或いは、木下地などの鋼材以外の部材からなる下地材であってもよい。さらに、本発明は、下地材を省略することも可能であり、例えば押さえ部材を躯体に固定して、耐爆シートを押さえ部材に連結して保持する構成であってもよい。

また、上記した実施の形態では、高強度プラスチックシート以外の耐爆シートを用いることも可能であり、例えば、極薄の金属板や不燃性木板、不燃性布などからなる耐爆シートを用いることも可能である。

その他、本発明の主旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上記した変形例を適宜組み合わせてもよい。

１爆風圧低減構造体
２構造体本体
３下地材
４耐爆シート
５押さえ部材
１０間隙部
４０スリット
Ｘ対象空間

Claims

爆発が発生し得る対象空間と該対象空間の外部とを仕切る構造体本体と、
該構造体本体の対象空間側に配設されて該構造体本体の内面を被覆する耐爆シートと、
が備えられ、
該耐爆シートが前記構造体本体の内面から離間して配設されて該構造体本体と前記耐爆シートとの間に間隙部が形成され、
前記耐爆シートにスリットが形成され、
前記耐爆シートが少なくとも間隙部側に撓み変形可能な可撓性を有しており、
前記対象空間で爆発が発生した際に、爆発によって生じる圧力波のうちの一部を前記耐爆シートで反射させ、残りの圧力波を前記スリットを通過させて前記間隙部に入射させ、前記間隙部内に入射させた圧力波を前記耐爆シートと前記構造体本体の間の前記間隙部内で複数回反射させて爆風圧のピーク値を低減させるように構成されていることを特徴とする爆風圧低減構造体。
請求項１に記載の爆風圧低減構造体において、
前記スリットの縁部同士が重ね合わせられていることを特徴とする爆風圧低減構造体。
請求項１または２に記載の爆風圧低減構造体において、
前記耐爆シートの対象空間側に、該耐爆シートを対象空間側から押さえて該耐爆シートの対象空間側への撓み変形を拘束する押さえ部材が配設されていることを特徴とする爆風圧低減構造体。
請求項１から３の何れか一項に記載の爆風圧低減構造体において、
前記構造体本体と前記耐爆シートとの間に、前記構造体本体に固定されて前記耐爆シートを保持する下地材が配設されていることを特徴とする爆風圧低減構造体。