樓房爆破后支撐鉸鏈設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)析

周鳳儀，鄭永澤

(湖南南嶺民爆工程有限公司， 湖南 長沙 410217)

隨著樓房爆破的逐漸高大化，樓房爆破的后支撐鉸鏈設(shè)計(jì)理論經(jīng)歷了“單柱（墻）式”、“斷腳筋式”、“不裝藥式”和“后支撐鉸鏈前移技術(shù)”4種模式。

1 單柱（墻）式

該模式特征是不管樓房多高都把最后一排柱（墻）做為支撐鉸鏈,即最后一排柱（墻）以單獨(dú)一響來設(shè)計(jì)起爆網(wǎng)路。但當(dāng)樓房高度超過 8層時(shí),在樓房起爆失穩(wěn)瞬間，樓房荷載作用在鉸鏈柱（墻）上的強(qiáng)度可能會(huì)超過鉸鏈柱（墻）的承載能力，使鉸鏈柱（墻）發(fā)生瞬斷，樓房后坐,影響樓房倒塌形態(tài)和解體效果,嚴(yán)重時(shí)可能造成樓房?jī)A而不覆。鉸鏈柱（墻）發(fā)生瞬斷機(jī)理見圖1。

當(dāng)圖 1（a）中①、②、③柱起爆瞬間,樓房失穩(wěn)并產(chǎn)生傾覆力矩,力矩作用點(diǎn)在柱④與梁結(jié)合部稍下一點(diǎn)的位置，使柱④在該點(diǎn)斷裂；失穩(wěn)前傾的樓房產(chǎn)生水平反力，將柱④從根部推斷，引發(fā)樓房后坐。

圖1 鉸鏈柱(墻)發(fā)生瞬斷后坐過程

可采用式（1）判斷鉸鏈柱（墻）是否發(fā)生瞬斷：

式中，σ為鉸鏈柱（墻）承受的荷載，N/mm2；q為樓房單位面積的質(zhì)量，通常 q取(8-10)×10-3N/mm2；S樓為樓房的總面積,mm2；S樓為鉸鏈柱（墻）的總面積，mm2；[σ]為鉸鏈柱混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，N/mm2。

2 斷腳筋式

該模式特征是將支撐鉸鏈柱的混凝土保護(hù)層剝離，將暴露的豎筋割斷一半。其弊端是樓房失穩(wěn)后支撐鉸鏈柱內(nèi)的豎筋起著限制樓房后坐的作用,若把后支撐鉸鏈柱中限制樓房后坐的豎筋一半預(yù)先割斷，會(huì)使樓房失穩(wěn)塌落過程中后坐明顯，對(duì)樓房后方較近的重要保護(hù)建（構(gòu)）筑物可能造成破壞。同時(shí)后坐還會(huì)造成樓房的落高降低，落地沖擊力減小，樓房解體效果變差。后支撐鉸鏈斷腳筋后樓房后坐機(jī)理見圖2。

當(dāng)圖2（a）中①、②、③柱逐次起爆，樓房失穩(wěn)并產(chǎn)生與樓房倒塌方向相反的水平推力，推動(dòng)樓房后坐，是鉸鏈柱內(nèi)的豎筋有效地限制了樓房的后坐。若將支撐鉸鏈內(nèi)的豎向配筋割斷一半，樓房會(huì)后坐（沖）。

圖2 鉸鏈柱個(gè)腳筋后發(fā)生后坐過程

樓房失穩(wěn)后倒塌反向水平推力采用式（2）計(jì)算：

式中，XA為樓房失穩(wěn)后倒塌反向水平推力，kN；Φ為樓房失穩(wěn)后的瞬時(shí)傾角，(°)；Φ0為樓房失穩(wěn)后的初始傾角，(°)，Φ0=tg-1(e/Hz)；e為支撐鉸鏈寬度中點(diǎn)距樓房質(zhì)心投影點(diǎn)的距離，m；Hz為樓房質(zhì)心高度，m；K為系數(shù)，K=(H2+B2)/(12Hz2)；H為樓房高度，m；B為樓房寬度，m；q、S樓符號(hào)意義同前。

支撐鉸鏈內(nèi)的豎筋限制后坐力采用式（3）計(jì)算：

式中，T為支撐鉸鏈豎筋抗拉斷力，N；n為支撐鉸鏈豎筋總根數(shù)，根；t為單根豎筋抗拉斷力，N，t=fyAs；fy為支撐鉸鏈豎筋強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，N/mm2；As為支撐鉸鏈豎筋斷面積，mm2。

滿足后支撐鉸鏈設(shè)計(jì)合理且不斷腳筋，支撐鉸鏈豎筋抗拉斷力應(yīng)滿足T＞XA。

3 不裝藥式

該模式特征是在設(shè)計(jì)的支撐鉸鏈上不布置炮孔進(jìn)行適當(dāng)削弱爆破。其弊端是由于在設(shè)計(jì)的支撐鉸鏈上不布置炮孔進(jìn)行適當(dāng)削弱爆破,等同于在支撐鉸鏈上沒設(shè)定折斷位置，折斷位置由樓房失穩(wěn)后按結(jié)構(gòu)力學(xué)自行決定，其斷裂線見圖3。

理論與實(shí)踐證明，框架結(jié)構(gòu)的斷裂線不在一樓柱的根部，而在梁柱的結(jié)合部稍下一點(diǎn)的位置，剪力墻結(jié)構(gòu)的斷裂線在不打孔部分的前部向上輻射斷裂，切口起爆后斷裂線以下部分會(huì)后坐沖出。

4 后支撐鉸鏈前移技術(shù)

該模式特征主要有以下4點(diǎn)：

（1）多柱（墻）組成的支撐鉸鏈體系炮孔內(nèi)裝同一段別雷管，支撐鉸鏈有足夠的強(qiáng)度，保證支撐鉸鏈前面的承重構(gòu)件爆除瞬間，支撐鉸鏈孔未爆前支撐不斷裂。

圖3 鉸鏈部分不裝藥式的斷裂線

（2）為保證支撐鉸鏈孔未爆前支撐體系不斷裂和后坐，必須保證σ＜[σ]和T＞XA兩個(gè)必要條件。

（3）破壞高度由前至后遞減，最后一排的松動(dòng)高度按1倍左右立柱窄面寬度選取。

（4）支撐鉸鏈單耗由前至后遞減，最后一排的單耗按不超過0.8 kg/m3控制，使支撐鉸鏈構(gòu)件混凝土碎裂裹籠。

該模式支撐鉸鏈體系承載力采用式（4）計(jì)算：

式中，Nu為支撐鉸鏈體系承載力，N；fc為混凝土抗壓設(shè)計(jì)強(qiáng)度，N/mm2；A為支撐鉸鏈體系混凝土柱（墻）的總截面積，mm2；fy、As符號(hào)意義同前；Ψ為鋼筋混凝土構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)，見表1。

表1 鋼筋混凝土構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)

其支撐鉸鏈體系不發(fā)生瞬斷的條件為：

式中，Nu、q、S樓符號(hào)意義同前

5 結(jié) 論

本文簡(jiǎn)要介紹了后支撐鉸鏈4種設(shè)計(jì)理論的特征和弊端，并對(duì)其鉸鏈柱（墻）發(fā)生瞬斷的機(jī)理進(jìn)行分析，給出了每種方法鉸鏈柱（墻）瞬斷的判斷公式，在工程設(shè)計(jì)中，可根據(jù)實(shí)際情況，計(jì)算選擇合理的后支撐鉸鏈設(shè)計(jì)，本文可為樓房爆破提供一定的設(shè)計(jì)指導(dǎo)。