框―筒结构建筑物的折叠爆破拆除分析

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[摘要]高层建筑增加了拆除工作的难度，因此框-筒结构的高层建筑物需要对其采取折叠爆破的拆除方式进行，以提高建筑结构拆除的整体性。本文先是对数值计算方法进行了概述，随后又对模型与爆破方案进行了阐述，最后对数值模拟结果的比较进行了分析。

[关键词]框-筒结构建筑物 折叠爆破拆除 爆炸

[中图分类号]TU97 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2013）-9-243-1

在超高层建筑物中，建筑结构的刚度都很大，并且建筑物的高度少则百米，多则几百米。如果遇到地震等自然灾害的破坏之后，很难通过机械设备和人工作业的方法对其进行拆除，更何况此类建筑物，多处于城市的中心位置，且周围的人流较为密集，爆破拆除也没有优势显现，难度很大。目前，我国对于框-筒结构建筑物进行研究和分析较少，且还不受到重视，就目前我国已有的与框-筒结构建筑物的折叠爆破拆除分析有关的资料中得知，大多数都是使用有限元软件对其进行研究和分析。

1数值计算方法

数值的计算可以通过有限元软件进行，当在有限元软件中使用中心差分类型的时间积分法时，时刻t处的加速度就可以使用下面的公式进行表示：

at=（Ftext-Ftint）/M （1）

在公式（1）中， Ftext――承受的外部力的矢量；Ftint――承受的内部力的矢量，Ftint可以这样表示： Ftint=∑（∫ΩBΥσndΩ+Fhg）+Fcon，公式中，Fhg――沙漏电阻；Fcon――接触力。

速度与位移可以表示为：νt+Δt/2=νt-Δt/2+αtΔtt（2）；μt+Δt=μt+νt+Δt/2Δtt+Δt/2（3）；在公式中，Δtt+Δt/2=5（Δtt+Δtt+Δt）。在方程式的应用过程中，既不需要对刚度矩阵进行转换，也不需要收敛检查内部矢量中的非线性问题。比较有利于框-筒结构建筑物发生大变形、大位移时的研究。

2模型与爆破方案

在一建筑物结构中，建筑物的结构高是63m，建筑物东西之间的距离为32米，南北之间的距离为42.3m，总共是19层，大楼由于遭遇火灾的破坏，很多的框架结构已经出现倒塌的现象，但是大楼中的电梯的筒形结构还存在着，因此也符合框-筒结构建筑物的要求。框架结构柱是通过变截面进行设计的，截面尺寸如表1所示：

建筑物中梁的截面尺寸是0.6×0.5m，楼层之间的厚度为0.3m，电梯空间内的剪力墙的厚度为0.25m，楼层高度分别是：1层：3.7m；2―5层：2.6m；6层和7层分别是2.7m和3.9m；8―19层：3.2m。框―筒建筑物的实体如图1所示：

2.1爆破方案

在此建筑物的爆破过程中要充分考虑两种起爆方案，根据在建筑物爆破中的切口高度与延迟时间的不同，会制定3种不同的建筑爆破方案。方案分别为：方案一：如果在建筑物中南北位置上的切口完全一致，难在西侧的最后位置上会保留一排支撑立柱，按照一定的顺序进行起爆，并将延迟时间定为0.5s；方案二与方案一保持一致；方案三：建筑物北侧中的2排柱子，共4根，作为建筑物的4层的炸高使用，南侧的2排柱子作为3层的炸高使用，南侧的切口高度相较于北侧而言略低1层，从而能够保证建筑物的整体结构在倒塌时，会向南倾斜，按照一定的顺序进行起爆，且起爆延迟时间分别为：1―5：0.25s；5―8：0.5s；此时，建筑物后排的支撑立柱会被炸毁。这3中爆破方案中，筒形结构的部分均属于剪力墙体。

2.2有限元模型

按照建筑物的实际尺寸，在结合共节点分离式模型，对所要爆破的建筑物进行模型的建立，模型会对建筑物中的实际钢筋结构进行简化，立柱在建筑物爆破倒塌的过程中，会承受很大的弯矩作用，因而钢筋结构在建筑物的爆破过程中起着非常重要的作用。模型应该按照爆破建筑物中实际情况进行模型的建立，只是将模型中钢筋的数量、尺寸、布置情况按照同等比例进行缩减，每个梁中包括6根钢筋，电梯的筒形结构中的剪力墙在建筑结构倒塌时，会承受主要的压力，因而模型中的剪力墙中没有设置钢筋。为了遵循对建筑模型实行简化的原则，模型结构的设置中，就没有将建筑箍筋纳入考虑的范围，也没有考虑1―4层车库中伸出的部分。

建筑物的有限元模型会建立2中：一种是遵循建筑物结构轴对称原则，对建筑物建立1/2的模型，最后对模型进行镜像的处理；在爆破方案三中，爆破所需的切口高度与延迟时间都存在着很大差异，因此模型在建立的过程中，要充分考虑建筑物中的电梯筒形结构。为了能够非常直观的将建筑物在爆破过程中在地面上的倒塌范围看出来，在建筑物的西、南、北三侧各取3m，建筑物东侧留出32m即可，这也是建筑物在实际爆破中所要倒塌的范围。

3数值模拟结果的比较

在方案一中，建筑物的结构会受到底部爆破结构形成的影响，再加上建筑物自身的作用从而发生偏转，建筑物中的1―6层会受到非常严重的压缩，但是建筑物中的剪力墙部分被保留了下来，这在一定程度上提高了建筑结构的整体性，建筑物在与大地接触的过程中，会有多个完整性极高的刚性体形成，并且在建筑物上部结构的作用下，建筑物上的混凝土结构的碎块会飞出去。

在方案二中，建筑物11层与12层位置的切口在3s时，会发生闭合，从而会在11层的位置上形成一个所谓的活动铰，随后建筑物所有的结构活动都会围绕这个活动铰进行。建筑物1层的支撑立柱会在5.2s左右屈服，建筑结构在下坐的同时会发生反转，经过6.5s左右，建筑物的整个结构就已经倒塌完成。

在方案三中，位于建筑物底部的立柱在进行爆破时的延迟时间被缩短，再加上建筑物的支撑立柱会被完全炸毁，这在一定程度上增加了建筑的下坐冲力，因而建筑结构下部会发生极为严重的压缩。建筑物12层以上的支撑立柱不需要进行炸毁，但由于建筑结构在下坐是的冲击力，将会在建筑结构的上部形成多个活动铰，使得建筑结构出现完全倒塌的现象。

4结语

综上所述，在对建筑物进行爆破的额过程中，不同的起爆方式，会导致支撑立柱出现不同的破坏位置，因而建筑结构在下坐的过程中，下坐距离会存在着较大的差异。建筑结构在爆破后下坐到制定的区域范围内，但是如果使用方案一对建筑结构进行爆破时的难度较大。通过有限元对建筑结构的爆破进行分析和研究，证明了数值模拟技术在建筑结构爆破中的可行性极高。

参考文献

[1]彭韬宇.框架结构建筑物爆破拆除失稳倒塌分析及计算机模拟[D].宁波大学，2009.

[2]李东阳.19层楼房单向折叠爆破拆除[J].爆破，2013（02）.

[3]李晓杰，齐凯文，闫鸿浩，吴桂顺，陈培灵，李文全.金马大厦折叠爆破拆除塌落与爆破振动分析[J].工程爆破，2012（02）.