高耸建筑物爆破拆除切口高度理论计算

第１　２卷　第２期　２　０　０　６年６月　工程爆破　ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ　ＢＬＡＳＴＩＮＧ　Ｖｏ１．１２．Ｎｏ．２　Ｊｕｎｅ　２００６　文章编号：１００６—７０５１【２００６１０２～００５６—０３　高耸建筑物爆破拆除切口高度理论计算　傅菊根　，姜建农２，张宇本　（１．安徽理工大学，安徽淮南２３２００１；２．江西工业工程职业技术学院，江西萍乡３３７０５５）　摘　要：对于爆破拆除砖结构的烟囱、水塔等建筑物的切口高度．一般采用建筑物壁厚的１．５～２．０　倍，能满足炸高要求，可以保证其定向倒塌。但对于钢筋混凝土等高耸建筑物，由于爆破切口处有钢筋　支撑。如果还按此经验取值。则难以保证其定向倒塌。为此，本文根据压杆的强度、刚度要求和稳定承载　能力极限，应用钢结构设计原理，计算钢筋混凝土高耸建筑物的切口高度。其计算结果与列举的工程爆　破实践切口高度的取值相吻合，对类似工程有参考价值。　关键词：高耸建筑物；爆破拆除；切口高度；理论计算　中图分类号：ＴＵ７４６．５：ＴＤ２３５．１　文献标识码：Ａ　ＴＨＥＯＲＥＴＩＣＡＬ　ＣＡＬＣＵＬＡＴＩＯＮ　０Ｆ　Ｎ０ＴＣＨＥＤ　ＨＥＩＧＨＴ　ＡＢＯＵＴ　ＴＯＷＥＲ　ＢＵＩＬＤＩＮＧ　ＤＥＭ０ＬＩＳＨＥＤ　ＢＹ　ＢＬＡＳＴＩＮＧ　ＦＵ　Ｊｕ—ｇｅｎ　，ＪＩＡＮＧ　Ｊｉａｎ—ｎｏｎｇ　，ＺＨＡＮＧ　Ｙｕ—ｂｅｎ　（１．Ａｎｈｕｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈｕａｉｎａｎ　２３２００１，Ａｎｈｕｉ，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｊｉａｎｇｘｉ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｐｉｎｇｘｉａｎｇ　３３７０５５，Ｊｉａｎｇｘｉ，Ｃｈｉｎａ）　ＡＢＳＴＲＡＣＴ：Ｉｔ　ｉｓ　ａ　ｃｏｍｍｏｎ　ｋｎｏｗｌｅｄｇｅ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｎｏｔｃｈｅｄ　ｈｅｉｇｈｔ　ｏｆ　ｔａｌｌ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｂｕｉｌｄｉｎｇ　ｄｅｍｏｌｉｓｈｅｄ　ｂｙ　ｂｌａｓｔｉｎｇ　ｉｓ　１．５－－２．０　ｔｉｍｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｗａｌｌ　ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ　ｏｆ　ｂｕｉｌｄｉｎｇ，ｗｈｉｃｈ　ｍｅｅｔｓ　ｔｈｅ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ　ｏｆ　ｓｔａｎｄ—ｏｆｆ　ａｎｄ　ｄｉ—　ｒｅｃｔｉｏｎａｌ　ｃｏｌｌａｐｓｅ．Ｂｕｔ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｃａｓｅ　ｏｆ　ａ　ｔｏｗｅｒ　ｂｕｉｌｄｉｎｇ，ｓｉｎｃｅ　ｔｈｅｒｅ　ｉｓ　ａ　ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ　ｓｔｅｅｌ　ｂａｒ　ａｔ　ｔｈｅ　ｂｌａｓｔｉｎｇ　ｃｕｔ，ｔｈｅ　ｈｅｉｇｈｔ　ｄｅｄｕｃｔｅｄ　ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ｃｏｍｍｏｎ　ｋｎｏｗｌｅｄｇｅ　ｉｓ　ｈａｒｄ　ｔｏ　ｅｎｓｕｒｅ　ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ　ｃｏｌｌａｐｓｅ．Ｆｏｒ　ｔｈｉｓ　ｒｅａｓｏｎ，ｔｈｅ　ｐｒｅｓｅｎｔ　ｐａｐｅｒ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ｒｉｇｉｄｎｅｓｓ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ　ａｎｄ　ｓｔａｂｌｅ　ｌｉｍｉｔ　ｏｆ　ｂｅａｒｉｎｇ　ｃａｐａｃｉｔｙ　ｏｆ　ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ　ｂａｒ，　ｔｈｅ　ｎｏｔｃｈｅｄ　ｈｅｉｇｈｔ　ｏｆ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｔｏｗｅｒ　ｂｕｉｌｄｉｎｇ　ｃａｎ　ｂｅ　ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ．Ｔｈｅ　ｐｒｏｄｕｃｅｄ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ａｇｒｅｅ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｏｎｅｓ　ｕｓｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ　ｂｌａｓｔｉｎｇ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ａｎｄ　ｔ　ｈｅｒｅｆｏｒｅ，ａｒｅ　ｖａｌｕａｂｌｅ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｓｉｍｉｌａｒ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．　ＫＥＹ　ＷＯＲＤＳ：Ｔｏｗｅｒ　ｂｕｉｌｄｉｎｇ；Ｂｌａｓｔｉｎｇ　ｄｅｍｏｌｉｔｉｏｎ；Ｎｏｔｃｈｅｄ　ｈｅｉｇｈｔ；Ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　引　言　高耸建筑物定向爆破拆除技术经过几十年的工　程实践，已经总结了不少成功经验，爆破工程师对这　一筋混凝土高耸建筑物定向爆破拆除切口参数时，仅　考虑支撑处钢筋的拉力反弯矩，却没有考虑切口内　被炸裸露钢筋的支承力，尤其是对切口高度的计算，　首先是利用公式计算切口高度，然后再根据经验在　公式计算结果的基础上增大数倍，这说明计算公式　存在较大问题。为此，本文应用钢结构承载能力和　稳定原理，探讨了高耸建筑物定向爆破拆除切口高　度的理论计算公式，为类似爆破工程提供理论参考　依据。　技术的掌握也达到了相当成熟的地步，尤其对砖　或索混凝土结构高耸建筑物爆破拆除切口形式、长　度和高度等参数，总结了很实用的经验公式和资料。　但对于钢筋混凝土的高耸建筑物定向爆破拆除切口　参数研究不够深入。大量研究资料表明，在确定钢　２　基本原理　收檀日期：２００６一Ｏｌ一１０　作者简介：傅菊根，土木工程系。教授。　高耸建筑物定向爆破拆除原理是在其下部炸开　维普资讯 http://www.cqvip.com

傅菊根等：高耸建筑物爆破拆除切口高度理论计算　．５７．　一个缺口或炸掉一部分支撑，使建筑物失稳倾斜，并　要求切口合闭时，建筑物重心投影应偏离出支撑面，　使之在重力作用下加速倾倒。因此，切口高度和长　度必须满足以下３个条件，才能保证高耸建筑物定　向倒塌：①炸开口之后保留部分应能够支撑上部的　总重量。保证高耸建筑物不后坐；②倾倒力矩必须大　于支撑力矩，支撑力矩应考虑支撑钢筋的反力矩和　保留部分牵拉的反力矩；③开口合拢时，高耸建筑物　的重心要偏出支撑面¨Ｊ。　对于砖或索混凝土结构烟囱、水塔等高耸建筑　物爆破切口高度，由于爆破后切口处的砖砌体全部　被炸掉，解除了切口处的支撑结构，因此切口高度满　足切口上下闭合时重心偏出支撑面，即切口高度为　壁厚的１．５～２．０倍，可以保证砖或素混凝土结构烟　囱、水塔定向倒塌。但对于钢筋混凝土结构烟囱、水　塔，切口处被炸掉的是混凝土，而竖向钢筋依然保留　在结构中，起着支撑上部的作用。如果爆破切口高　度仅满足切口上下闭合时重心偏离支撑面，但满足　不了使钢筋失稳失去承载能力的高度，钢筋混凝土　烟囱、水塔将炸而不倒，这样的失败案例在爆破拆除　中屡见不鲜，给爆破拆除施工带来极大的安全隐患。　因此，在计算钢筋混凝土高耸建筑物的定向爆破切　口高度时，必须考虑切口处钢筋的强度、刚度和稳定　承载能力。　３基本假设　对于切口处的钢筋，在炸药爆炸作用下会产生　变形，变形后对钢筋产生一个附加弯矩，变形越大，　弯矩越大，钢筋的承载能力就越小。钢筋的变形是　个未知数。附加弯矩也就无法确定。另外切口上下　两端对钢筋的约束也无法确定，它有可能是刚性或　半刚性的，也有可能是铰接的，因此无法确定钢筋的　实际承载能力。　为了计算方便，本计算方法作了如下假设：①钢　筋为理想弹性直杆；②切口上下两端混凝土对钢筋　的约束为刚性；③钢筋仅受轴向荷载作用。无横向荷　载或弯矩作用。通过上述假设，实际提高了钢筋的　理论承载能力，增大了钢筋的稳定承载能力长度，即　增大了爆破切口高度。只要满足该高度要求，完全　可以保证钢筋混凝土烟囱、水塔等高耸建筑物定向　倒塌。　４爆破切口高度计算　要使钢筋失去承载能力，爆破切口处的钢筋应　满足以下３个条件之一：　（１）结构自重对钢筋施加的荷载达到或超过了　其强度承载能力，即达到或超过钢筋的抗压强度，使　钢筋压溃而倒塌。　（２）爆破切口处钢筋的刚度指标达到或超过某　一数值时。使钢筋在荷载作用下产生较大变形，失去　承载能力而倒塌；　（３）结构自重对钢筋施加的荷载达到或超过了　其稳定承载能力，钢筋失去稳定承载能力，使结构失　稳而倒塌。　４．１按强度要求计算切口高度　切口爆破后，在切口处高耸建筑物上部的重量　由原来的钢筋和混凝土共同承担，改变为钢筋独立　承担。因此，当建筑物上部的重量足够大或布筋较　少时，钢筋被压溃而失去承载能力，使高耸建筑物定　向倒塌。此时钢筋的压应力达到或超过其抗压强　度，即　＝Ｐ／Ａ＞￣，“　（１）　式中：Ｐ是单根钢筋所承受的压力，Ｎ；Ａ是钢筋的　截面面积，ｍｍ　；．　是钢筋的抗压强度，Ｎ／ｍｍ２。　对于钢结构设计来说。式（１）仅适用于粗短截面　削弱严重的压杆。对于高耸建筑物定向爆破切口处　的钢筋压应力如果达到或超过其抗压强度，则切口　处的钢筋起不到支撑作用，可按砖或素混凝土结构　的烟囱、水塔爆破切口高度确定【２］，即　ｈ≥Ｄ　（１＋ｃｏｓ｛／）／（４Ｈ）　（２）　式中：Ｄ是切口下缘外半径；２口是支撑体弧长对　应的圆心角；Ｈ是建筑物的重心高度。　４．２根据刚度要求计算切口高度　钢筋混凝土爆破时，一般只使钢筋周围的混凝　土脱离钢筋，切口处的钢筋还支撑着建筑上部结构　的重量。如果爆破切口的高度不够，而钢筋支撑力　足够大时，依然可使钢筋混凝土高耸建筑物炸而不　倒。因此，要保证钢筋混凝土高耸建筑物爆破后倒　塌，切口处裸露钢筋的长细比应大子规范规定的长　细比Ｌ引，即　≥［　］　（３）　式中：　是钢筋的长细比；［　］是钢结构设计规范　所规定的长细比，一般取［　］＝１５０。根据材料截面　的几何特性的计算公式，钢筋的长细比为：　＝ｐｈ／ｉ　（４）　式中：　是轴心压杆计算长度系数，刚性固定时　＝０．５［　；ｈ是爆破切口高度，ｍｍ；ｉ是钢筋截面回　转半径，ｉ＝ｄ／４，而ｄ为钢筋直径，ｍｍ。　维普资讯 http://www.cqvip.com

・５８・　工程爆破　将式（４）代入式（３）得　表１钢筋混凝土烟囱水塔实际切口高度与理论计算高度　ｈ≥ｄ［　］／（４　）　（５）Ｔａｂｌｅ　１　Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ　ｏｆ　ａｃｔｕａｌ　ｎｏｔｅｈｅｄ　ｈｅｉｇｈｔ　４．３　按稳定性计算切口高度　ａｎｄｔｈｅｏｒｅｎｃａＩ阻ｌｃｕＩａｎ０ｎ　０ｔ删ｍｏｒｃｅｄ　由于钢筋假设为理想弹性直杆，根据欧拉定律，　：：竺：：：：：！竺：：：：：！　：：：：　兰　包钢３座水塔　１８０　其临界应力　盯ｃｒ　７／＂‘Ｅ／　ＯＪ　—　４０　罟０１８￣１８０　　要使爆破切口的钢筋屈服。结构上部的重量对　铁三处水塔　２００　３５　０１２＠１８０　钢筋的压应力大于钢筋的临界应力，即　式中Ｅ是钢筋的弹性模量。Ｅ＝２．盯＝Ｐ／Ａ￣Ｅ／；ｔ　０６×１０　Ｎ／ｍｍ０。（７）　整理式（７）可得　≥　￣／ＡＥ／Ｐ　（８）　将式（８）代入式（４）得　＾≥　（９）　通过上述理论分析，得到了高耸钢筋混凝土建　筑物控制爆破切Ｅｌ高度的３个计算公式。在式（５）　和式（９）中，只要知道钢筋的直径和单根钢筋承受的　荷载，就可以计算出控制爆破切口高度。　５工程实例分析　某车务段水塔为搭挂式倒锥形水塔，属钢筋混　凝土筒形结构，底部壁厚为２００ｍｍ，混凝土标号为　Ｃ３０，竖向配有８中２５的主钢筋和　１２＠２００的钢　筋，塔体外径为３．Ｏｍ。由于塔体配筋率较低，在切　口处，塔体重量对钢筋施加的载荷超过了其抗压强　度，按以往的成功经验，定向爆破切口高度取４倍的　壁厚，即ｈ＝８００ｍｍ。爆破后水塔成功地定向倒塌。　但在某小区，有一座与车务段水塔外形相似的水塔，　所不同的是竖向配筋为　２Ｏ＠１８０，定向爆破切口　高度同样取用ｈ＝８００ｍｍ，但该水塔爆破后切口处　钢筋全部裸露竖立，起着支撑作用，水塔没有倒塌。　其主要原因是塔体配筋粗且多，切Ｅｌ高度不够，使切　口处钢筋的稳定承载能力大于水塔重量对钢筋施加　的压应力。按公式（５）计算，该水塔的切口高度为ｈ　≥１５００ｍｍ。表１是筒形钢筋混凝土烟囱、水塔爆破　实际切Ｅｌ高度与理论计算切Ｅｌ高度的对照表【　】，　可以看出，两者的结果是基本吻合的。　　：—　结构名称　——　————　詈　———　爆破效果　６　结　论　通过钢结构设计原理分析。得到了高耸钢筋混　凝土建筑物的控制爆破切Ｅｌ高度计算公式，公式的　计算方法简单适用。且计算结果与工程爆破实践基　本吻合。它克服了以往首先通过繁琐计算，然后再　按经验取值法的敝端。对工程实践，尤其对没有设　计或施工图的高耸钢筋混凝土筒形建筑物控制爆　破，有重要的理论指导意义。　参考文献：　［１］刘殿中．工程爆破实用手册［Ｍ］．北京：冶金工业出版　社．１９９９．　［２］金骥良．高耸建筑物定向爆破倒塌设计参数的计算公式　［Ａ］．第七届工程爆破学术会议论文集［Ｃ］．成都，２００１，　４１６—４２１．　［３］赵熙元，柴昶，武人岱．建筑钢结构设计手册［Ｍ］．北京：　冶金工业出版社．１９９５．　［４］刘声扬．钢结构［Ｍ］．武汉：武汉工业大学出版社，１９９２．　［５］梁启智．钢结构［Ｍ］．广州：华南理工大学出版社，２００３．　［６］杨年华．薄壁钢筋混凝土烟囱和水塔定向爆破拆除［Ｊ］．　工程爆破，２００５，１１（４）：４２—４５．　［７］宝志华，张富贵，蒋琳，等．在苛刻环境中控制爆破拆除　大吨位钢筋砼水塔［Ｊ］．工程爆破，２００５，１１（４）：４６—４９．　［８］焦永斌．倒锥壳水塔控制爆破实践［Ｊ］．爆破，２００４（３）：　５２—５５．