CN113154978A - 框架筒体高层建筑爆破拆除方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及建筑物爆破技术领域，具体而言涉及框架筒体高层建筑爆破拆除方法，包括以下步骤：步骤1、确定爆破切口，步骤2、在爆破建筑的中段高度层设置爆破松散区；步骤3、剪力墙预处理；步骤4、确定爆破部位并装药；步骤5、爆破顺序确定；步骤6、防护处理及爆破。本发明对楼房两端的筒体剪力墙、中间框架的墙体进行预处理，降低整体结构的刚性，尽可能增加塑性铰的数目，另外，通过延时爆破，爆破切口上方部分先触地，建筑顶部部分后触地，这样可以充分使建筑在触地瞬间发生剪切破坏，使结构发生解体，同时也减少了触地时的能量，大大降低对地面的震动，减少爆破地震波对周围环境的影响。

Description

框架筒体高层建筑爆破拆除方法

技术领域

本发明涉及建筑物爆破技术领域，具体而言涉及框架筒体高层建筑爆破拆除方法。

背景技术

据统计，我国目前在建和已建成的100m以上高层建筑中，采用框架筒体结构的占60％以上。根据外围结构构成的不同，筒体结构可以分成两类：由剪力墙构成的薄壁筒和由密排柱深裙梁组成的框筒。

根据由一个或多个筒体组合方式之不同，筒体结构可以有多种形式：框筒(单筒)、筒中筒(二重筒)、多重筒、群筒(多筒)及组合筒(成束筒)等。由于建筑、设备等功能的需要，高层建筑的核心部位往往是人流、货流及管道、线路集中之处，建筑师常在这个部位设置电梯、楼梯、竖向管线井及服务井，这些井本来就需要围护，这就自然地为设置竖向抗侧力结构创造了条件，所以通常在建筑物的核心部位设置筒体。当外围为普通框架时，就构成框架—筒体结构体系。

单独筒和单独框架在水平荷载作用下的侧移曲线分别为弯曲型和剪切型，前者上部侧移大，后者下部侧移大，但是框-筒结构体系框架、筒体的侧向变形，通过各楼盖的协调而达到一致，框架底部的最大层间侧移角和芯筒顶部的最大层间侧移角均被减小，原来构件上下层间侧移角严重不均的情况得到改善，这就使得框架筒体结构抗侧刚度加强。

而由于框架和框剪楼房的刚度的加强，在定向爆破后有可能出现倾倒但未破碎解体的情况，使爆堆很高，形成不稳定的结构，不利于爆堆清运施工的安全。

发明内容

本发明目的在于提供框架筒体高层建筑爆破拆除方法，加大预处理，对剪力墙以及柱子、梁和墙的节点钻孔进行松动爆破，能降低整体建筑的刚性，尽可能增加塑性铰的数量，不仅能降低倾倒后对地面的冲击，也有利于结构倾倒后的解体。

为了实现上述目的，本发明提供一种框架筒体高层建筑爆破拆除方法，包括以下步骤：

步骤1、确定爆破切口，爆破切口被设置成三角形切口，爆破切口的高度h满足：

式中，H为爆破建筑的高度，L为爆破建筑沿倾倒方向的长度；

步骤2、在爆破建筑的中段高度层设置爆破松散区；

步骤3、预处理，将爆破切口以及爆破松散区范围内的非承重墙全部预先拆除，对爆破建筑倒塌方向的剪力墙拆除，爆破切口范围内的电梯井、楼梯井、管道井结构进行拆除；

步骤4、确定爆破部位并装药，框架部分：倒塌方向切口范围内的立柱，倒塌方向的背侧立柱不爆破，筒体部分：爆破切口范围内的所有墙和承重柱，且承重柱的爆破高度大于框架部分的立柱爆破高度；

步骤5、爆破顺序确定，按倒塌方向，由外向内延时爆破形成爆破切口，当爆破切口形成后，再对爆破松散区进行爆破；

步骤6、防护处理及爆破，在需保护目标一侧的爆破部位悬挂竹笆，在倾倒方向设置多个缓冲层和减震沟，在其余方向设置一道减震沟，设置好防护后即可起爆；

其中，在步骤4中，爆破部位还包括：每层后承重柱的底部和承重柱上部和梁板的结合部位，剪力墙和混凝土梁柱的结合部位，剪力墙和承重墙的相交部位，连梁和剪力墙柱的结合部位。

优选的，在步骤4中，倒塌方向立柱的破坏高度H_P满足下式：H_P＝K(B+H_min)，式中K—经验系数，一般取1.0～1.5；B—支柱截面在倾倒方向上的边长，cm；H_min—支柱的最小破坏高度，cm。

优选的，所述爆破切口高度被设置为4层，爆破部位包括：倒塌方向1-4层第一排立柱，倒塌方向1-3层第二排立柱，倒塌方向1-2层第三排立柱。

优选的，所述爆破松散区的高度被设置成两层，爆破部位包括爆破松散区内向着倒塌方向的前三排立柱。

优选的，在步骤5中，爆破被分为四段，第一响为第一层前两排立柱和二三四层的第一排立柱，以及一二层第一跨两端的筒体墙壁；第二响为二三四层的第二排立柱及第二跨两端的筒体墙壁；第三响一二两层第三排立柱及第三跨两端的筒体墙壁；第四响为爆破松散区内前三排的立柱。

优选的，爆破的第1段采用瞬发非电导爆管雷管；第2段采用2段半秒差非电导爆管雷管；第3段采用3段半秒差非电导爆管雷管；第4段采用4段半秒差非电导爆管雷管。

优选的，在步骤4中，立柱的破坏高度可按下式计算：H_J＝K*B，式中K—经验系数，一般取1.0～1.5；B—支柱截面在倾倒方向上的边长，cm。

优选的，在步骤3中，框架结构内的剪力墙采用爆破方式拆除，厚度大于25cm的剪力墙采用水平布孔方式，厚度大于25cm长度大于2m的剪力墙采用水平布孔和水平布孔结合的方式。

优选的，在步骤3中，筒体结构内的剪力墙采用机械法对剪力墙进行开洞处理。

优选的，在步骤3中，电梯井、楼梯井、管道井结构采用长臂镐头机进行预拆除，只保留电梯间的梁柱、墙角、拐角和墙节点，在后续步骤中对保留节点装药爆破。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明对楼房两端的筒体剪力墙、中间框架的墙体进行预处理，降低整体结构的刚性，尽可能增加塑性铰的数目，尤其是在剪力墙的节点处布置炮孔，使刚性框架形成铰链，增大剪切破坏，同时增大能量消耗，减少倾倒后的震动，并由于塑性铰以及建筑本身的结构重量，在倾倒后塑性铰产生结构变形使结构瓦解。

在建筑底部设置了爆破切口，爆破切口倾倒方向的承重墙和支柱被爆破，而倒塌反方向的墙柱不实施爆破，不仅可以防止下座，且在倾倒后增加对塑性铰的压力，促进结构解体，并在建筑中层设置了爆破松散区，以利于解体和降低整体落地冲击。

爆破部位的装药采用半秒差延期雷管起爆，使爆破能量逐次释放，且保证楼体的上部逐次落地，避免同时落地带来的落地冲击。

应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的发明主题的一部分。另外，所要求保护的主题的所有组合都被视为本公开的发明主题的一部分。

结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本发明教导的前述和其他方面、实施例和特征。本发明的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本发明教导的具体实施方式的实践中得知。

附图说明

附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本发明的各个方面的实施例，其中：

图1是本发明框架筒体高层建筑爆破拆除方法实施例中框架筒体建筑水平截面结构示意图；

图2是本发明框架筒体高层建筑爆破拆除方法实施例中框架筒体建筑竖直截面结构示意图；

图3是本发明框架筒体高层建筑爆破拆除方法实施例中塑性铰形成的结构示意图；

图4是本发明框架筒体高层建筑爆破拆除方法实施例中剪力墙炮孔分布结构示意图；

图5是本发明框架筒体高层建筑爆破拆除方法实施例中墙角炮孔分布的结构示意图。

具体实施方式

为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。

在本公开中参照附图来描述本发明的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本发明的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意框架筒体高层建筑爆破拆除方法来实施，这是因为本发明所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本发明公开的一些方面可以单独使用，或者与本发明公开的其他方面的任何适当组合来使用。

结合图1-2所示，本实施例中，被爆破建筑为框架部分1和位于框架部分1两端的筒体部分2组成，建筑高度20层，筒体刚度大，抗震性能好，整体性好，质量大，框架筒体结构可以采用定向倾倒，但是由于整体刚度较大，定向倾倒后，结构可能无法解体，使爆堆很高，形成不稳定的结构，不利于爆堆清运施工的安全，本发明旨在实现，加大预处理，对剪力墙以及柱子、梁和墙的节点钻孔进行松动爆破，能降低整体建筑的刚性，尽可能增加塑性铰的数量，不仅能降低倾倒后对地面的冲击，也有利于结构倾倒后的解体。

本实施例中提供一种框架筒体高层建筑爆破拆除方法，包括以下步骤：

步骤1、确定爆破切口11，爆破切口11被设置成三角形切口，爆破切口11的高度h满足：

式中，H为爆破建筑的高度，L为爆破建筑沿倾倒方向的长度。

本实施例中，楼房高度67.5m，沿倾倒方向的长度15.3m，爆破切口11高度的范围为4.5～17m，由于筒体结构刚性较大，充分保证倾倒的前提下，爆破切口11高度取h取9m，本实施例中切口高度确定为1-4层。

步骤2、在爆破建筑的中段高度层设置爆破松散区12；如此，能进一步的降低建筑的刚性，保证在倾倒后能够解体，本实施例中，确定的高度范围是建筑的9-10层。

步骤3、预处理，将爆破切口以及爆破松散区范围内的非承重墙全部预先拆除，对爆破建筑倒塌方向的剪力墙拆除，爆破建筑内的电梯井、楼梯井、管道井结构进行拆除。

如此，在保证楼房稳定的前提下，尽量破坏建筑的整体刚度，减少爆破的工作量和炸药总用量、减小爆破震动危害效应，利于主爆体的定向倾倒与解体，对能够预先拆除的部位实施预拆除。

具体的，承重墙和楼梯的处理，爆破切口以及爆破松散区范围内的非承重墙全部预先拆除，不能预先处理的部位在布孔和装药时，加大布孔的高度和范围，并适当增加药量，将其充分破碎。楼梯间在爆破前进行处理时，将楼梯每一陂的上下部位(即每一陂切两处)用风镐将混凝土切断，每一处的切点只保留钢筋，使之既方便施工人员进出，又能确保主体楼房倒塌时不受其影响。倒塌的背向楼梯间只对1-3层进行处理。

进一步的，结合图1-2所示，对剪力墙的处理：首先对框架结构1爆破区域倒塌方向的倒塌侧剪力墙4尽可能拆除，保留背侧剪力墙5，对于两端的筒体结构2中筒体剪力墙23中间有承重柱21的，在保证建筑结构稳定的前提下，用机械法以及结合试爆拆除部分筒体剪力墙23，拆除后的墙洞以拱形为宜。处理短肢剪力墙方向时，如果不是朝倒塌方向尽量拆除，把多向剪力墙保留倒塌方向的，其余破坏或拆除。

另外，对爆破范围内的电梯井、楼梯井、管道井结构(梁、柱、墙)对楼房倒塌亦有较大影响，爆破前用长臂镐头机进行预拆除，破坏其强度和刚度，只保留电梯间的梁柱、墙角、拐角和墙节点，最后与主楼爆破一起爆破，以确保施工安全性。不能预先处理的部位，在布孔和装药时加大布孔的高度和范围，并适当增加药量，将其充分破碎。

步骤4、确定爆破部位并装药，框架部分：倒塌方向切口范围内的立柱3，倒塌方向的背侧立柱不爆破，筒体部分：爆破切口范围内的所有墙和承重柱21，且承重柱21的爆破高度大于框架部分1的立柱3爆破高度。

具体的，建筑底部倒向1-4层的承重墙和立柱3。将所有承重墙和立柱3炸毁相同高度，为减少二次破碎量，可以考虑把上层靠重力摔不断的较大构件钻孔截断。倒塌反方向的立柱3不实施爆破，以防止下座，但可预先切断部分钢筋。筒体结构2中的承重墙和承重柱21爆破高度大于框架结构1中的承重墙和立柱3爆破高度，且承重墙的爆破切口比承重柱21高一些，使倒塌方向形成一定高度的爆裂口，反向的墙柱在起爆的瞬间起相对支撑作用。即依靠爆破高度差和起爆时间差形成倾覆力矩，使楼房定向倾倒。

结合图2所示，爆破切口1高度被设置为4层，爆破部位包括：倒塌方向1-4层第一排立柱，倒塌方向1-3层第二排立柱，倒塌方向1-2层第三排立柱。爆破松散区2的高度被设置成两层，爆破部位包括爆破松散区内向着倒塌方向的前三排立柱。

在可选的实施例中，倒塌方向立柱3的破坏高度H_P满足下式：H_P＝K(B+H_min)，式中K—经验系数，一般取1.0～1.5；B—支柱截面在倾倒方向上的边长，cm；H_min—支柱的最小破坏高度，cm；每层的立柱3破坏高度大于1.7m，即可确保完全失稳。

在可选的实施例中，药孔参数：最小抵抗线W：对于50cm厚钢筋混凝土筒体墙壁，取W＝25cm，对于20cm厚钢筋混凝土筒体墙壁，取W＝10cm；对于80×80cm取W＝35cm，对于70×70cm立柱，取W＝30cm。药孔间距a：a＝1.2～1.5W。排距b：b＝0.85a。立柱排距取10～12cm。孔深L：对于墙壁，垂直于墙面穿孔，L＝(δ+h)/2，平行于墙面穿孔，L＝S-δ；对于立柱，垂直于短边穿孔L＝B-δ/2(δ为墙壁或立柱厚度；h为药包长度；B为立柱的最大边长，S为保留墙壁的长度，但S应小于3m)。

其中，在钻孔时，应使炮孔深度L大于最小抵抗线W，要确保炮孔装药后的净堵塞长度L1大于或等于(1.1～1.2)W，即L1≥(1.1～1.2)W。炮孔直径：炮孔直径取d＝38～44mm

装药参数：炸药单耗K：见表4.1。根据试爆及实际强度、临空面情况及爆破部位现场确定。单孔(个)装药量Q：根据体积原理的药量计算公式，药量计算可按下式确定：

Q＝K*V，式中；

Q—药孔内单个装药的药量，kg；

K—炸药单耗，kg/m³。

V—每个炮孔担负的爆破体积，m³。

根据理论计算和试爆效果确定的单耗，确定装药参数如下：

优选的，为解体充分，便于破碎和清运，应适当增加破坏范围，一层各排立柱3炸高取3m，二层以上每层各排立柱3炸高取2m，可确保万无一失，倒塌背向一排的立柱3破坏高度取1.5m，可确保形成塑性铰。

进一步的，剪力墙和柱、梁的节点处进行布孔，有利于剪切破坏，同时有利于塑性角的形成。承重柱21布孔应该距离最下面一定距离，有利于形成塑性角，同时在每层梁、墙和柱子的节点处进行布孔，进行松动爆破，有利于形成塑性角。这样可以在倒塌过程中增大内能的消耗，减少触地时的能量。

其中，在剪力墙和柱、梁的节点处的布孔，装药量与上表中剪力墙节点中的装药量相同。

结合图3所示，在建筑中竖向的支承柱31、横向的梁柱32之间设置炮孔33，具体的，爆破部位还包括：每层支承柱的底部和支承柱上部和梁板的结合部位，剪力墙和混凝土梁柱的结合部位，剪力墙和承重墙的相交部位，连梁和剪力墙柱的结合部位。

如此，可尽可能增加塑性铰的数目，增大剪切破坏，使建筑倾倒后易于变形，同时增大能量消耗，降低倾倒后的震动。

结合图4所示，承重墙、剪力墙布孔方式：一般布置水平孔41分层布置，对于墙厚为50cm剪力墙，长度超过2米的，采用平行墙面布孔水平孔41和垂直墙面布孔垂直孔42方式相结合的方式。需要布置多排时，应使药孔交错配置，呈“梅花”形。如要增大药孔深度，可布成向下的倾斜孔。

结合图5所示，墙角是承重墙建筑结构的强固部位，从外面布置的第一水平炮孔43和第二水平炮孔44，在两面墙上高度位置应当错开，防止一面墙上布置的药孔钻入另一面墙中。

立柱3上的药孔：通常根据柱截面形状尺寸进行布置，对于正方形截面支柱，一般上下布置一列孔；对于矩形截面支柱，其药孔一般应左右交错配置。对于只有两个临空面的支柱，除在柱上布孔外，还应在支柱两侧墙壁上布孔，为支柱创造临空面。

步骤5、爆破顺序确定，按倒塌方向，由外向内延时爆破形成爆破切口，当爆破切口形成后，再对爆破松散区进行爆破。

具体的，爆破被分为四段，第一响为第一层前两排立柱和二三四层的第一排立柱，以及一二层第一跨两端的筒体墙壁；第二响为二三四层的第二排立柱及第二跨两端的筒体墙壁；第三响一二两层第三排立柱及第三跨两端的筒体墙壁；第四响为爆破松散区内前三排的立柱。

进一步的，爆破的第1段采用瞬发非电导爆管雷管；第2段采用2段半秒差非电导爆管雷管；第3段采用3段半秒差非电导爆管雷管；第4段采用4段半秒差非电导爆管雷管，总的延期时间(从开始点火至所有装药爆炸完毕所需时间)为1.5s。

步骤6、防护处理及爆破，在需保护目标一侧的爆破部位悬挂竹笆，在倾倒方向设置多个缓冲层和减震沟，在其余方向设置一道减震沟，设置好防护后即可起爆。

在本实施例中，在重点保护目标一侧及其它爆破部位上，悬挂2层竹笆，避免个别飞石逸出，以防止爆破飞石对居民楼的影响。设置三道高5.5m的缓冲层，以及倒塌正前方开挖四道深3m、宽3m的减振沟，其余三个方向各开挖一道相同尺寸的防振沟，有效地防止了楼房塌落振动对周边造成的危害。

进一步的，在爆破周围用防护网和竹笆进行二次防护，防止飞石。

当防护处理设置完之后即可进行爆破。

爆破后的效果，整个大楼整体倒塌，完全在预定的倒塌区域内。经测量，倒塌后长度为63.5m，宽为36m，底部向南移动11.5m，东西错位仅2m左右，底部高14.5m，前端进入缓冲层，并低于地面1.5m，基本上在缓冲层范围内倒塌。底部所有的钢筋混凝土柱和剪力墙全部断裂，有利于爆渣的清运。从爆破后反映和观察，没有出现飞石，没有太大的噪声，爆破后引起的尘土在10秒钟散去，对周围环境基本上没有影响。

结合以上实施例，本发明对楼房两端的筒体剪力墙、中间框架的墙体进行预处理，降低整体结构的刚性，尽可能增加塑性铰的数目，另外，通过延时爆破，爆破切口上方部分先触地，建筑顶部部分后触地，这样可以充分使建筑在触地瞬间发生剪切破坏，使结构发生解体，同时也减少了触地时的能量，大大降低对地面的震动，减少爆破地震波对周围环境的影响。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (10)

1.一种框架筒体高层建筑爆破拆除方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、确定爆破切口，爆破切口被设置成三角形切口，爆破切口的高度h满足：

式中，H为爆破建筑的高度，L为爆破建筑沿倾倒方向的长度；

步骤2、在爆破建筑的中段高度层设置爆破松散区；

步骤3、预处理，将爆破切口以及爆破松散区范围内的非承重墙全部预先拆除，对爆破建筑倒塌方向的剪力墙拆除，爆破切口范围内的电梯井、楼梯井、管道井结构进行拆除；

步骤4、确定爆破部位并装药，框架部分：倒塌方向切口范围内的立柱，倒塌方向的背侧立柱不爆破，筒体部分：爆破切口范围内的所有墙和承重柱，且承重柱的爆破高度大于框架部分的立柱爆破高度；

步骤5、爆破顺序确定，按倒塌方向，由外向内延时爆破形成爆破切口，当爆破切口形成后，再对爆破松散区进行爆破；

步骤6、防护处理及爆破，在需保护目标一侧的爆破部位悬挂竹笆，在倾倒方向设置多个缓冲层和减震沟，在其余方向设置一道减震沟，设置好防护后即可起爆；

其中，在步骤4中，爆破部位还包括：每层后承重柱的底部和承重柱上部和梁板的结合部位，剪力墙和混凝土梁柱的结合部位，剪力墙和承重墙的相交部位，连梁和剪力墙柱的结合部位。

2.根据权利要求1所述的框架筒体高层建筑爆破拆除方法，其特征在于，在步骤4中，倒塌方向立柱的破坏高度H_P满足下式：H_P＝K(B+H_min)，式中K—经验系数，一般取1.0～1.5；B—支柱截面在倾倒方向上的边长，cm；H_min—支柱的最小破坏高度，cm。

3.根据权利要求1所述的框架筒体高层建筑爆破拆除方法，其特征在于，所述爆破切口高度被设置为4层，爆破部位包括：倒塌方向1-4层第一排立柱，倒塌方向1-3层第二排立柱，倒塌方向1-2层第三排立柱。

4.根据权利要求3所述的框架筒体高层建筑爆破拆除方法，其特征在于，所述爆破松散区的高度被设置成两层，爆破部位包括爆破松散区内向着倒塌方向的前三排立柱。

5.根据权利要求4所述的框架筒体高层建筑爆破拆除方法，其特征在于，在步骤5中，爆破被分为四段，第一响为第一层前两排立柱和二三四层的第一排立柱，以及一二层第一跨两端的筒体墙壁；第二响为二三四层的第二排立柱及第二跨两端的筒体墙壁；第三响一二两层第三排立柱及第三跨两端的筒体墙壁；第四响为爆破松散区内前三排的立柱。

6.根据权利要求5所述的框架筒体高层建筑爆破拆除方法，其特征在于，爆破的第1段采用瞬发非电导爆管雷管；第2段采用2段半秒差非电导爆管雷管；第3段采用3段半秒差非电导爆管雷管；第4段采用4段半秒差非电导爆管雷管。

7.根据权利要求1所述的框架筒体高层建筑爆破拆除方法，其特征在于，在步骤4中，立柱的破坏高度可按下式计算：H_J＝K*B，式中K—经验系数，一般取1.0～1.5；B—支柱截面在倾倒方向上的边长，cm。

8.根据权利要求1所述的框架筒体高层建筑爆破拆除方法，其特征在于，在步骤3中，框架结构内的剪力墙采用爆破方式拆除，厚度大于25cm的剪力墙采用水平布孔方式，厚度大于25cm长度大于2m的剪力墙采用水平布孔和水平布孔结合的方式。

9.根据权利要求1所述的框架筒体高层建筑爆破拆除方法，其特征在于，在步骤3中，筒体结构内的剪力墙采用机械法对剪力墙进行开洞处理。

10.根据权利要求9所述的框架筒体高层建筑爆破拆除方法，其特征在于，在步骤3中，电梯井、楼梯井、管道井结构采用长臂镐头机进行预拆除，只保留电梯间的梁柱、墙角、拐角和墙节点，在后续步骤中对保留节点装药爆破。

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