武汉市某大型公共建筑结构爆区分析

武汉市某大型公共建筑结构爆区分析

1电梯厅和中间走廊概况龙华大厦位于武昌蛇山南麓的武隆路附近。由于武汉第一文化区的总体规划和建设，它必须被拆除。楼房北侧16—18m是待拆除的8层楼房;西侧距围墙2.7m,围墙外有一配电房,6.5m是5层居民楼房;南侧紧邻武珞路,环境复杂:距地下ϕ300自来水管2m,高压线杆4.5m,距地下人行通道4.0—5.9m,电车线9m,车行道10m;东侧为空旷场地。紧邻龙华大厦东侧、南侧和西侧地下密布电力、电信、给排水管线。武珞路车流、人流量较大。爆区周围环境极复杂,具体环境示意图见图1。龙华大厦为11层框架结构,平面呈“^”形布置,两边对称。总长53.0m,宽18.25m,高38.40m。横向有4排立柱,纵向有8排立柱。立柱尺寸为550mm×550mm、600mm×600mm,大部分砼梁为300mm×500mm、250mm×400mm。电梯厅及中间走廊为现浇楼板,板厚11cm,其它部位楼板为预制板,有电梯井和楼梯各2个,建筑面积约11000m2。具体的大楼结构见图2。2全球爆炸方案的选择和确定2.1爆堆工程的工程特点1)待拆楼房为现浇钢筋混凝土框架结构,且平面呈异型,其梁柱截面尺寸大,刚性大,倒塌后不易解体。2)其地势东高西低,对倒塌及破碎效果、控制后坐、滑移不利。3)立柱排数少,排间跨度大,势能转换也快,不易控制后坐。爆堆对地下通道的影响不好预估。4)爆区环境复杂。楼房南侧紧邻人行地下通道及市政设施,可供坍塌的范围小;且地处市区主干道,人流与车流量较大。工程西侧为中南财大招待中心围墙,围墙外有配电房,牵涉面大。东北部为龙华寺,且属二级文物保护单位的宗教建筑,坍塌震动和飞石的影响需要加强控制。东、南、西三侧密布管线,必须保证其保护措施的有效性。根据周边的环境,选择合理的倒塌方式及倒塌方向至关重要。2.2爆破方案i:i1.7s后起爆,排间和楼间微差不明显根据龙华大厦的结构特点及周边环境的具体情况,采取的方案为:切割分离、延迟起爆向东定向倒塌。即将楼房在电梯厅处沿⑤轴—⑦轴之间切割成东西2块相互独立的部分,爆区I沿对角方向向东倒塌。爆区II迟于爆区I1.7s后起爆,沿排间方向向东倒塌。总体的爆破方案见图3。其主要内容有:1)爆区I向东沿对角线方向定向倒塌,切口布于1—5层。爆区II向东定向倒塌,切口布于1—5层;2)爆区II迟于爆区I1.7s后爆破;3)立柱排间及楼房层间微差460ms,纵、横梁炮孔与相邻立柱同时爆破;4)采用非电导爆管雷管孔内、孔外延时接力起爆网路;5)采用近体防护、覆盖防护和保护性相结合的综合防护措施。3破后修复,确定墙后重新铺设其排放的建筑物1)拆除影响倒塌的相邻建(构)筑物及设施。如大楼东侧、北侧的房屋全部拆除,西侧围墙及配电房后移,爆破后修复;2)⑤轴—⑦轴之间用人工、机械拆除到顶,将楼房分成独立的两部分;3)电梯间墙体拆除至8层,室内楼梯拆除至8层,8层以上削弱刚性;4)楼内所有的墙体最大限度地拆除并将渣块转移至地面;5)拆除影响施工和倒塌的室内室外装修、装饰等;6)东、南、西侧外悬挑阳台拆除至6层,以控制爆堆侧向堆积的范围。4爆炸参数设计4.1立柱和梁的爆炸设计1承载力的计算立柱的破坏高度H由式(1)确定:H=K(B+Hmin)(1)Η=Κ(B+Ηmin)(1)式(1)中,H为承重立柱的破坏高度,m;K为与建筑物倒塌有关的系数,一般K=1.5—2.0;B为立柱截面的长边,m;Hmin为承重立柱的最小破坏高度。为使楼房坍塌充分,经式(1)计算后,再做适当的调整。为更好地明确各立柱的位置,在设计时对立柱进行了编号,具体的编号见图3,立柱的破坏高度见表1及表2。2梁破坏为确保爆破效果,在梁与立柱连接处沿梁的中心线布置2个垂直孔。4.2爆破参数的确定在进行爆破参数的设计时,一般需要设计的参数有最小抵抗线w,炮孔间距a,孔深l,以及单孔装药量q。根据公式计算及参照类似工程经验后采用的爆破参数见表3。表3内药量值为岩石乳化炸药的用量;各立柱下部两孔的夹制作用较大,故在上述药量的基础上增加10%;二楼以上的有弯折效应,单孔装药量根据楼层自下而上按10%递减。立柱炮孔沿中心线单排布置,部分大断面立柱布置双排炮孔;纵向梁沿中心线布垂直孔。4.3爆炸网的设计4.3.1排间层间延迟接爆采用导爆管孔外延时接力起爆网路。即每个炮孔内装一发高段位导爆管雷管,孔外用低段位导爆管雷管实现排间或层间延期接力传爆,同段间采用复式交叉,以提高网路可靠性。在网路的最前端用数枚瞬发电雷管起爆。4.3.2延长时间见表4。5安全防护5.1爆炸事件对损伤的影响1qx用量计算为控制爆破震动效应,采用了多段多区起爆技术,目的是降低最大一次起爆药量Qmax。爆破震动用式(2)校核:Qmax=R3(VKPKK′)3α(2)Qmax=R3(VΚΡΚΚ′)3α(2)式(2)中,Qmax为一次齐爆药量,kg;R为保护目标至爆点距离,m;VKP为允许振动速度,cm/s;K为与地质条件有关的系数,取K=150;α为地震波衰减系数,取α=2.0;K′为修正系数,取K′=0.5。若以居民楼为保护目标进行震动校核,取V=5cm/s,取R=17m,经计算Qmax=84.56kg。而爆破时最大单响药量不超过45kg,所以爆破震动效应是安全的。2地面地震资料楼体在塌落过程中冲击地面产生震动,且其强度比爆破震动要大、频率要低,对四周建(构)筑物危害更大,必须引起足够重视。为降低塌落震动效应的危害,应尽量防止构件同时触地,而采用分段分区使构件依次触地来控制塌落震动。同时采用多种有效措施控制塌落震动。塌落震动由式(3)检算:V=Kt[(mgHσ)1/3/R]β(3)V=Κt[(mgΗσ)1/3/R]β(3)式(3)中,V为塌落引起的地表振速,cm/s;m为下落构件质量,t;g为重力加速度,m/s2;H为构件中心的高度,m;σ为地面介质的破坏强度,MPa,一般取10MPa;R为观测点至冲击地面中心的距离,m;Kt、β为衰减参数,分别取Kt=3.37,β=1.66。爆区II的总质量约为3600t,大楼倾倒时并非自由落体,故按总质量的1/3估算,重心落差H取17m,以地下通道为保护目标R取25m,由上式计算得出在地下通道处塌落震动为3.84cm/s,以西面5层居民楼为保护目标R取34m,由上式计算得出在地下通道处塌落震动为2.42cm/s,爆区I的总质量约为4000t,以北面龙华寺为保护目标R取38m,由上式计算得出在龙华寺处塌落震动为2.05cm/s,均在允许震动范围内。为保护周边环境主要采用了以下减震措施:将整个大厦设计向东面倒塌,使楼房倒塌点尽量地远离其它建筑物;在爆破设计采用多段多区起爆,使大楼在空中解体,化整为零,降低单体冲击地面的总重量;在大楼倒塌着地部分设置缓冲垫层;将大楼内部的非承重墙及室内装饰全部拆除,部分承重墙拆除,并将渣体运到楼外,降低大楼的总重量。3竹保护对龙华寺建筑防护的设计飞石防护形式采用“覆盖防护、近体防护和保护性防护相结合”的综合防护方案,即:爆破切口范围内立柱爆破部位用浸水草帘捆绑;有效厚度不小于15cm,草帘外侧捆绑麻袋2层,铁丝网1层;楼房四周用高强度双层竹笆墙加草帘封闭,高度为9.0m,三楼以上在室内搭设竹笆墙防护;四周重要设施必要时进行保护性防护;在龙华寺大门外侧搭设双排钢管脚手架外挂竹笆及防护网进行被动防护,长度为80m,高12m。在龙华大厦南侧靠马路搭设长100m,高12m的双排钢管脚手架外挂竹笆及防护网,防止飞石对市政设施造成影响。4爆破前后的注意事项楼房爆破时产生的大量的粉尘对爆区周围的环境和空气质量有一定的影响,必须采取有效的措施来减小粉尘带来的空气污染。一是在爆破前充分润湿楼房的各部位;二是在爆破部位悬挂水袋;三是在爆破后利用消防车向爆堆洒水。5.2地下通道龙华寺内固沙放坡保护本次拆除工程周边各种市政公用管线密集,且与待拆楼房距离很近,埋深较浅。必须根据各种管线类别,采取不同的保护措施。1)对于地下管线,采用在其上部覆盖钢板,再铺沙袋的保护措施。具体为在南侧、西侧地面铺设2cm厚钢板,每块钢板长约6m,宽4m,上面再铺设50cm厚的沙袋。见图4(b)。2)地下人行通道采用沙袋填充的保护方法。具体做法为地下通道龙华寺入口侧用沙袋填满。见图4(a)。3)对大楼周围的电杆进行支撑保护,在楼房倾倒反方向对电杆采用钢管脚手架支撑。防止电杆在被挤压时倒塌,在电杆周围垒砌沙袋墙,防止坍塌时个别碎块对电杆造成冲击。4)西侧中南财大接待中心围墙及配电房提前移至离龙华大厦10m远处,爆破后恢复。6爆破过程中,对周