复杂环境下框-筒结构楼房内向折叠爆破拆除技术研究.pdf

第38卷第1期 2021年3月 Vol. 38 No.l Mar. 2021 bMg d o i10.3963/j. issn . 1001 -487X. 2021.01.013 复杂环境下框■筒结构楼房内向折叠 爆破拆除技术研究 難粘张广贝何文賦2,钱起飞胡矿 1.辽宁工程技术大学爆破技术研究院，阜新123000；2,辽宁工大爆破工程有限责任公司，阜新123000 摘要通过对待拆框-筒结构楼房的周围环境和结构特性分析，采用“内向折叠”的爆破拆除方案。利用 ABAQUS有限元分析软件对预拆除后建筑结构的稳定性分析，结合应力分布状况确定预处理方案。结果表 明立柱受弯矩较为明显，钢筋在最大拉应力作用下处于弹性工作状态;框架结构内应力合理，有向中心弯曲 变形的趋势，结构处于稳定状态。爆破方案选取较大炸高，在1、2、4、5层布设爆破切口，切口由上而下逐渐 增大;单层20根立柱根据位置设计不同爆破参数与延期时间，采用11个段别半秒延期雷管形成的孔内延期 与3个段别毫秒延期雷管形成的孔外延期相结合的爆破网路。为保证倒塌方向和控制触地振动，个别位置 立柱延期时间作出了调整，结合有效安全防护和减振措诫,达到了设计预期爆破效果。 关键词框-筒结构楼房；内向折叠；爆破拆除；预处理；爆破网路 中图分类号TU746.5 文献标识码A 文章编号1001 -487X202101 -0080 - 07 Study on Inward Folding Blasting Demolition Technolog y of Frame Tube Structure Building in Complex Environment FEI Ho ng-lu , ZHANG Guang-b ei ,HE Wen-b in , QIAN Qi-f ei ,HU Gang 1. Bl a st in g Tec hn o l o gy Resea r c h I n st it u t e,Lia o n in g Tec hn ic a l Un iver sit y,Fu x in 123000,Chin a； 2. Lia o n in g Go n gd a Bl a st in g En gin eer in g Co . ,Lt d . ,Fu x in 123000,Chin a Abstract According to the surrounding environment and structural characteristics of a frame tube structure building to be demolished,the blasting demolition scheme of “inward folding“ was adopted. The finite element analy sis software ABAQUS was used to analyze the stability of the pre-demolished building structure and determine the pretreatment scheme combined with the stress distribution. The results show that the moment applied to the column was obvious, and the reinforcement was in elastic working state under the maximum tensile stress ； the internal stress of the frame structure was reasonable. Bending deation presented a trend towards the center, and the structure was in a stable state. In the blasting scheme, high blasting point was selected. In addition, blasting cuts were arranged in layers 1,2,4 and 5 ,and the cuts were gradually increased from top to bottom. Various blasting parameters and de lay times were set according to the positions of 20 single-layer columns, and the blasting network consisted of 11 half second delay detonators and 3 millisecond delay detonators. In order to ensure the collapse direction and control the ground vibrations, the delay times of columns at individual positions were adjusted. Combined with effective safety protection and vibration reduction measures, the blasting effect had met the design expectation. The study can be used as reference for similar projects. Key Words frame tube structure building ； inward folding ； blasting demolition ； pretreatment ； blasting network 第38卷第1期费鸿禄，张广贝,何文斌，等 复杂环境下框-筒结构楼房内向折叠爆破拆除技术研究81 1工程概况 待拆建筑物为沈阳市沈河区敬宾街的富丽华大 酒店，主楼含工艺装饰塔高度高度144. 29 m,共 29层,建筑面积32 732 m2,该建筑物于90年代由于 多种外界因素变为烂尾楼，应市政规划要求对其主 楼部分进行爆破拆除。受场地限制与多种周围环境 因素影响,将主楼分为两部分拆除作业门29层爆 破协同机械作业降层拆除,1 6层一次性作业爆破 1.1 工程环境 待拆建筑物地处人口密集区，周围环境复杂，临 近建筑物最近距离为39 m,为爆破作业带来了各种 困难。其中北侧86 m为沈阳市沈医二院心理卫生 医院,东北侧83 m处为中铁九局六公司大厦，西北 侧92 m处为客车售票处，东侧39 m为别墅区及龙 汉城市花园，南侧54 m处为沈阳市消防广场，西侧 44 m敬宾街为城市主干道，车流量较大。主要爆破 环境如图1所示。 拆除。本文为1 6层一次性爆破技术研究。 敬宾街 敬宾街 图1爆破周围环境示意图（单位m） Fig. 1 Schematic diagram of surrounding environment of blasting（ unitm） 12建筑物结构特点 7 29层降层拆除后，剩余待爆主楼部分二次 加固结构繁多,强度高且稳定性强,一至五层钢筋混 凝土立柱标号C60,梁C40；六层立柱C50,梁C30。 楼高为29. 55 m,南北长为35. 8叫东西宽为 32. 8 mol层楼高为6 m,2-4层楼高为4. 8 m,5层 楼高为3. 8 m,5、6层之间夹层为2.2 m的管道层,6 层为3.15 m。主楼中每层有5排5列共22根立柱, 分别对应图2中A〜E排、I〜V列，其中1〜5层 立柱的截面尺寸为1200 mm X 1200 mm,6层立柱的 收稿日期 2020-10-11 作者简介费鸿禄1963 -,男，山东省日照人，教授、博士生导师， 辽宁工程技术大学爆破技术研究院院长，从事工程爆破和 地下工程有关方面的科研与教学工作，E-mail feihong lu 163. comQ 通讯作者张广贝1996 -，男,河南省南乐人，硕士研究生,从事爆 破工程方向研究,E-mail381587500 qq. como 截面尺寸为1100 mm X 1100 mmo主楼中心核心筒 结构南北方向长15. 7 m,东西方向宽9.1 m,内含2 个楼梯间,4个电梯井。待爆楼体平面图及北侧立 面图分别如图2、图3所示。 2爆破方案设计 剩余待爆楼体高垮比较小，采用定向爆破法不 易倒塌，且倒塌后触地冲击大,也不易达到良好的爆 破解体效果；西侧临近别墅建有地下民用储藏室,该 建筑各项指标标准较低;北侧心理卫生医院警戒工 作与患者疏散作业难度较大，通过环境因素和方案 比较选用内向折叠法。内向折叠法即自上而下对楼 房每层的内承重构件予以充分破坏，结构在重力的 作用下由中心开始向下垮落,并拉动外侧墙柱梁向 中心移动,从而实现内向的折叠坍塌九刀。 82爆破2021年3月 图2待爆楼体平面示意图单位mm Fig. 2 Plan of the building to be blasted unit mm 核心筒 图3待爆楼体北侧立面示意图 Fig. 3 North elevation of the building to be blasted 2.1预处理 对于框■筒结构的建筑物,核心筒自成一体，重 量大，整体性较好⑶，如不预处理爆后不会充分解 体,影响爆堆高度，还会产生相当大的触地振动。因 此将楼房的一至三层的核心筒结构、隔断墙以及楼 板进行机械拆除处理并清运腾空,为楼房倒塌提供 空间。 结合工程实例，利用ABAQUS数值模拟软件对 初步预处理后的建筑结构稳定性进行分析,根据剪 力墙分布情况，选取楼房配重较大的东半侧部分建 立数值模拟模型。梁板结构的应力分布特征如图4 3所示，数据表明剪力墙与框架的联系梁处较多 出现应力集中，最为集中受力的部位在6层剪力墙 开口上方的短梁梁端处;框架结构中各梁存在的内 力适中，梁系所有截面中，最大拉应力45 MPa ,钢筋 处于弹性工作状态;板上无明显应力，刚度连续性良 好;立柱受弯矩较为明显，整体应力最大位置为C 排IV列立柱中心高度为14. 5 m处，拉应力达到 83.52 MPa。框架结构以向中心方向的平面弯曲变 形为主,结构整体位移如图4 d所示，整体挠度3 层与6层保持一致,具有内核心筒沉外框架梁 柱体系升的变形趋势，为楼房结构内向折叠倒塌 方向奠定基础。 综上所述，初步预拆除结构呈稳定状态,且配重 方向合理。结合数值模拟数据及工程经验对各楼层 制定具体预处理方案⑷1由于楼板无明显应力， 为降低楼板对楼体的支撑作用和挤压作用,只保留 3、6层顶板，其余不影响作业的楼板部分全部清除。 23层与6层顶板预处理方案如图5a 所示，在 i-n ,iv-v列立柱之间的楼板处人工破碎混凝土 形成60 c m的倒塌挤压缓冲带。36层核心筒的 中心位置剔出一条南北方向宽为2 m的贯穿裂缝带 只破碎混凝土，保留钢筋，并与3层4 m裂缝带 相衔接,使之整体呈现出梯形形状，处理后效果如图 6所示。44层至管道层预处理方案如图5b c d 所示，其中5层与管道层的剪力墙与框架的 联系梁处应力最为集中,在施工过程中要实时观察。 5由于待爆楼体的镜面对称性，采用人工或机械 预处理皿列的两根立柱，保留与外墙衔接的短梁部 分起到高处防护作用。6根据以往工程经验，应 使用风镐将核心筒内楼梯“拦腰斩断”，将混凝土破 碎露出钢筋;对于保留楼层的楼板采用“十字型”切 割缝;核心筒东西两侧的剪力墙打圆弧形预留洞做 弱化处理。见图5。 2.2爆破切口 针对预处理后的建筑物，采用“化整为零”原 则，分为1-3东、1・3西、4・6东、4・6西共4个爆破区 域,选择在1、2、4、5层的承重结构进行钻眼爆破作 业。每个区域2个爆破切口，共8个爆破切口实现 区域性东西方向内收倒塌26。 楼体待爆立柱为C60混凝土 ,32根＜/25 mm竖 向钢筋，加密网格式箍筋直径为12 mm,上下间距 为10 c m,钢筋混凝土立柱强度较高，因此设计炸高 要略大于理论炸高。立柱破坏高度计算公式如 下[ 7,8] H KB H加 1 式中H为立柱破坏高度，m；K为经验系数, K二1. 5 2. 0；〃为立柱截面的长边长,m；氐.为立 柱的最小破坏高度，氐.30〜50d ,d为钢筋直 径，c m。 根据理论计算并结合施工经验，并对1 式计 算做出适当调整;4、5层I、V列立柱炸高取1.5 m； 5层H、IV列立柱炸高取2 m；4层U、IV列立柱炸高 取3m。1、2层I、V列排立柱炸高取2 m；2层H、 IV列立柱炸高取3 m；l层H、W列立柱炸高取 4.5 m。爆破切口示意图如图6所示。 第38卷第1期费鸿禄，张广贝,何文斌，等 复杂环境下框-筒结构楼房内向折叠爆破拆除技术研究83 a 6层楼板应力分布图 a Stress distribution of 6th floor b框架及剪力墙连梁侧面应力分布南侧，左西右东视角 b Side stress distribution of frame and shear wall coupling beam south side, left West and rig ht east perspective oog g g oom oo oo oo oo oom a oog g g oom oo oo oo oo oom a - -0 - -0 j 2e 6eg 4e 8e 2e 6e le 5e 9e 3e le le j 2e 6eg 4e 8e 2e 6e le 5e 9e 3e le le 5 0 5 0 怨盗 .17 .48 .78 .08 | .25 .17 .48 .78 .08 | .25 eses7 7 8. 7.东西宽度为37.1 m, 是原来的1.131倍;高度为13.1 m,是原来的0. 443 倍,爆破整体效果较好，与设计预期相符合。 保留做围挡。 b爆破过程中 b During blasting a爆破前 a Before blasting c爆破过程中 c During blasting d爆破后 d After blastin 图9爆破效果 Fig. 9 Blasting effect 1 内向折叠法爆破属于原地坍塌的一种特殊 爆破方式，最大化预处理对倾倒方向无影响的配重 结构和影响楼房破碎度的结构,布设多个由上而下 逐渐增大的爆破切口，两侧结构在重力作用下向中 间坍塌。这种爆破方式爆破飞石控制范围小，场地 要求低，适用于工程环境比较复杂的情况。 2框■筒结构楼房的内向折叠法爆破拆除中预 处理工作对爆破效果有较大影响，基于ABAQUS有 限元分析软件对基本预处理后的建筑结构稳定性分 析，结合数值模拟为制定具体预处理方案提供技术 支持，为爆破倒塌方向奠定基础，最大程度优化楼房 破碎效果。 3起爆点位置影响两侧倒塌的倾斜角度，从 而决定爆堆在东西方向的前冲趋势方向;爆破网路 中延期时间递减的方向与爆堆在南北方向的前冲趋 势方向一致。事实表明调整1层V列与1 4层U 列立柱雷管延期段位取得了较为明显的成果。 参考文献References ［1］ 汪旭光爆破设计与施工［M ］.北京冶金工业出版 社,2011. ［2］ 史家境，程贵海，郑长青.建筑物爆破拆除理论与实践 86爆破2021年3月 [M],北京中国建筑工业出版社,2009. 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