拆除爆破建筑物倾倒可靠性验算方法.pdf

工程爆破 ENGINEERING BLASTING ２０１９ 年 １２ 月第 ２５ 卷第 ６ 期 www ． cseb ． org ． cn／／xhqk／indexframe ． htmlDecember ２０１９｜Engineering Blasting ｜Vol ． ２５ ，No ． ６ 文章编号 １００６-７０５１（２０１９）０６-００５１-０５ 收稿日期 ２０１８-１２-２８ 作者简介 黎蜀明（１９５５ － ） ， 男 ， 大学专科 ， 高级工程师 ， 从事矿山开采和城市爆破技术工作 。 E-mail １３９０２４５２７９１＠ １６３ ． com 拆除爆破建筑物倾倒可靠性验算方法 黎蜀明 ， 樊荆连 （深圳市华海爆破工程有限公司 ， 广东 深圳 ５１８０１９） 摘 要 为了判断拆除爆破高耸建筑物能否倾倒 ， 以设置坐标系的方法 ， 通过几何关系求得建筑物倾斜时的重心位置和侧面轮廓线 各拐点的坐标值 ， 再用计算公式求出侧面面积 ， 最后用面积矩法求出重心位置 。 将相关计算式和参数输入 Excel 表 ， 可以便捷地对建 筑物倾倒的可靠性作出判断 。 关键词 拆除爆破 ； 建筑物倾倒验算 ； Excel 计算判断 ； 重心 ； 面积矩 中图分类号 TU７４６ ． ５ 文献标志码 A doi １０ ． ３９６９／j ． issn ． １００６-７０５１ ． ２０１９ ． ０６ ． ００９ Dumping reliability checking for demolition blasting of buildings LI Shu-ming ，FAN Jing-lian （Shenzhen Huahai Blasting Engineering Co ．，Ltd ．，Shenzhen ５１８０１９ ， Guangdong ， China） Abstract In order to judge whether a high-rise building can be dumped by demolition blasting ，the position of the center of gravity when the building is inclined can be obtained by setting coordinate system and the coordinate values of each inflection point of the side contour line ，then the side area is calculated by using the calculation ula ，and finally the position of the center of gravity is obtained by using the area moment ．By ting the above related ulas and parameters into Excel table ，the reliability of building dumping can be judged conveniently ． Key words demolition blasting ； checking calculation of building dumping ； Excel computational judgement ； gravity ； area moment 建筑物拆除爆破后 ， 有两种情况表明达到了 预期效果 一是建筑物重心因条件限制虽未移出 边柱（墙） ， 但爆破后建筑物解体 ； 二是建筑物重心 移出边柱并充分倒塌 ， 建筑物必然解体 。 在拆除 爆破建筑物的施工中 ， 有时会出现倾而不倒的现 象 。 究其主要原因 倾倒方向切口炸高不够 ， 倒塌 后的重心没有移出建筑物的边柱（墙） ， 加之切口 单耗过低 ， 导致建筑物破碎不充分 ， 残余应力阻碍 了建筑物的倒塌速度 ， 或倒塌触地处有松软垫层 ， 倒塌后的惯性冲击力不够大 ， 不足以将上部结构 破坏 。 ２０１７ 年 ９ 月某市一旧楼爆破后倾而不倒 ， 原因是倒塌方向切口炸高不够 ， 加之地面有些建 筑垃圾的缓冲作用 ， 使楼体结构没有解体 ， 导致倾 而不倒（见图 １）。 图 1 爆破后倾而不倒的状态 Fig ． １ No collapse after blasting 万方数据 Engineering Blasting工程爆破 ， ２０１９ ， ２５（６） ５１-５５ 拆除爆破建筑物失稳切口高度大部分用倾倒 角 ［１］来衡量 ， 根据经验一般取 ２５～ ４０。 这种方法 有两点不足 一是取值范围过大 ， 不太好精准把 握 ， 尤其对于缺少实践经验的设计人员 ； 二是对切 口闭合时建筑物重心是否移出边柱不能确定 ， 选 取的角度如果太大 ， 会造成不必要浪费 ； 如果过 小 ， 遇上抗震烈度高的“楼坚强”可能倾而不倒 。 所以 ， 有人提出以建筑物倾倒瞬间杆件受力情况 来计算切口高度 ［２］ ， 该方法对高度不大的建筑物 比较适用 ， 但计算比较繁杂 。 为此 ， 本文在引入力 矩概念的基础上 ， 介绍了通过几何关系求建筑物 倾倒切口闭合时重心位置的方法 。 力可以被看作 是一定体积内的物体重量 ， 体积又是由面积构成 的 ， 在此利用面积代替力矩中的力 ， 而重心与建筑 物倒塌转轴（见图 ２O 点）之间的水平距离 L 相当 于力臂 。 通过力矩概念延伸到面积矩 ［３］ ， 虽然它 们的量纲不同 ， 但实质内涵是相同的 。 图 2 建筑物倾倒的重心位置 Fig ． ２ Location of gravity center of building collapse １ 设置坐标系 只要计算出建筑物倒塌侧面的重心位置 ， 就 可判断是否能够倒塌 。 计算面积和重心位置需先 设置坐标系 ， 以确定倾斜建筑物侧面各拐角部位 的坐标 。 以建筑物倒塌反方向的边柱（墙）垂直于 切口底边（图 ２ 中横坐标为地面）的 O 点为原点 ， 是 x 或 y 轴的起始点 ， 均为 ０ 。 向上为 x 增值方 向 ， 倒塌方向为 y 的增值方向（见图 ２）。 将建筑物 的倒塌方向设在坐标系第一象限和第四象限（本 文为第一象限）。 如果切口的底边高出地面一定 距离 ， 那么图 ２ 中触地的 A 点就在第四象限 。 ２ 面积矩计算 计算力求简洁 ， 只要满足计算要求 ， 尽量减少 计算单元 。 倒塌方向是 y 的增值方向 ， 因此有些 点只需有 y 坐标值即可 。 因为在这里将 y 值等同 于力臂 ， 最终结果是想求出建筑物倾倒切口闭合 时（见图 ２ 虚线）重心 g 的 y 值 ， 即 yg。 为了达到这一目的 ， 先将建筑物倾倒切口闭 合时的形态（虚线部分）划分为三角形△ACO 和 △ACB ， 分别求出它们的面积（AACO、AACB）和面积 矩（AACOL 、AACBL）。 求面积前要先确定三角形各 点（A 、B 、C 、O）的坐标值 ； 求力臂只需要确定 ２ 个 三角形重心（g１ 、g２）的 y 值（y g１ 、y g ２ ）即可 ； 求 y g１ 、y g ２ 前需要知道这 ２ 个三角形共边中点 ac 的 y 值 ， 即 yac。 相关计算公式如表 １ 所示 ， 从表 １ 最 后一栏计算公式中可以知道 ， 切口闭合时整个建 筑物倾倒的 yg是加权平均后的值 ， 它一定是在 y ＝ yg线上（见图 ２）。 建筑物倾倒切口闭合时（虚线部分）各点坐标 值的计算式 ， 按照顺序分别放在表１ 对应的坐标计 算式一栏中 ； ２ 个三角形的面积和 ２ 个面积矩的计 算式在表 １ 的最后一列 ； 最后建筑物倾倒的 yg的 计算式在 y 列中最后一行 。 本文省略了计算式的 推导过程 ， 它的正确性可以用表 ２ 的计算结果来 证明 。 ２５工程爆破 ENGINEERING BLASTING 第 ２５ 卷 万方数据 www ． cseb ． org ． cn／／xhqk／indexframe ． htmlDecember ２０１９｜Engineering Blasting ｜Vol ． ２５ ，No ． ６ 表 1 计算式 Table １ ula 点位及项目坐标及项目代号单位 坐标计算式 xy 面积和面积矩计算式 AyAm略 h sinα ／ ByBm略H － hsin α ＋ yA／ CxC 、y CmHcosαHsinα／ OxO 、y Om略０h／ acyacm略 yC ＋ y A ２ ／ g１ y g １ m略 yO－ ２骀 ３ yO－ yac／ g２ y g ２ m略 yB－ ２� ３ （y B－ yac） ／ △ACO 面积 AACOm２／／ １ ２ h２＋ D２xC △ACB 面积 AACBm２／／ １c ２ H － hD △ACO 面积矩 AACOLm３／／ １鲻 ２ h２＋ D２xCy g１ △ACB 面积矩 AACBLm３／／ １ ２ H － hDy g２ gygm／ AACOL ＋ AACBL AACO＋ AACB ／ 表 2 倾倒验算 Table ２ Dumping check 点位及项目坐标及项目代号单位 坐标值 xy 面积和面积矩相关参数名称相关参数及倾倒判断 AyAm略１１忖． １８／建筑物高 H ／m３０“ ByBm略２２忖． ３６／建筑物宽 D ／m１０“ CxC 、y Cm２６H． ８３１３忖． ４２／切口高 h ／m５ OxO 、y Om０q０ ／切口开口角／α２６３３′５４″ ac yac m略１２忖． ３０／sin０厖． ４４７ ２１ g１ y g １ m略８挝． ２０／cos０厖． ８９４ ４３ g２ y g ２ m略１５忖． ６５／倾倒判断可以倾倒 △ACO 面积 AACOm２／／１５０5． ００／／ △ACB 面积 AACBm２／／１２５5． ００／／ △ACO 面积矩 AACOLm３／／１ ２２９W． ８４／／ △ACB 面积矩 AACBLm３／／１ ９５６W． ５６／／ gygm／１１忖． ５９／／／ ３ 建筑物倾倒判断 判断拆除爆破建筑物倾倒分为３ 种情况 ① 假 定建筑物倾倒切口闭合时重心 g 移出倾倒时的边 墙（柱）（图 ２ 中的 yg超出 A 点） ， 即 yg ＞ y A时判 断为“可以倾倒”（见表 ２ 中 A 点和 g 点的 y 值 yA 、y g） ；② yg虽没有出边柱 ， 但在惯性力的作用 下可能会倾倒 ， 在这个范围内划为“不确定”（本例 设定 ０ ． ８５yA＜ yg≤ yA） ；③ yg小于一定的数值划 为“不能倾倒”（例如 yg＜ ０ ． ８５yA）。 其中第 ① 种 情况可以确定建筑物能够倾倒 ， 第 ② 种和第 ③ 种 情况就要根据现场情况和凭借设计者的经验来划 ３５第 ６ 期黎蜀明 ， 等 拆除爆破建筑物倾倒可靠性验算方法 万方数据 Engineering Blasting工程爆破 ， ２０１９ ， ２５（６） ５１-５５ 分和确定 。 ４ 应用计算举例 假设图 ２ 的 H 、D 、h 分别为 ３０ 、 １０ 、 ５ m 。 如 果用常规方法计算 ， 只要按表１ 计算式的顺序逐个 计算即可 。 如果计算单元较多 ， 每次计算比较繁 杂 ， 可以将这些计算式输入 Excel 表 ， 每次使用时 只需要输入相关参数 ， 便可输出判断结果 ， 如表 ２ 最后一列 。 由于 Excel 计算表可以重复使用 ， 能够 节省大量的计算时间 ， 还可用于不同尺寸的建筑 物 ， 也可用于同一建筑物的参数调整 ， 如切口高度 的调整 ， 以获得最优参数 。 为了方便叙述 ， 将表 ２ 截图（见图 ３） ， 用于介 绍制作 Excel 验算表的操作方法 。 只介绍比较典 型的几格数据的计算输入 ， 其他数据计算可以仿 照这个操作自行完成 。 图 3 倾倒验算表截图 1 Fig ． ３ Screenshot of collapse checklist １ １）首先输入 、 计算基础数据 。 ① 先在 H 列 ３ 、 ４ 、 ５ 行分别填入建筑物高 H 、 宽 D 及切口高 h 的数据 。 ② 在 H 列 ６ 行输入 “ ＝ TEXT （DEGREES （ASIN（H７））／２４ ， ＂［h］mm＇ss”＂）” 。 括弧里的 “H７”是指 H 列７ 行的 sin 值 。 H 列 ６ 行也可以不 输入 ， 它并不影响后述的计算结果 ， 只是可以直观 地看到开口角的度数 。 ③ 在 H 列 ７ 、 ８ 行分别输入 sin 、 cos 计算公式 “ ＝ SIN （ATAN （ ＄ H ＄ ５／＄ H ＄ ４））”和“ ＝ H４／ （H４＾ ２ ＋ H５＾ ２）＾ ０ ． ５” ， 得到开口角的 sin 和 cos 值 。 “H４ 、H５”分别是 H 列的 ４ 、 ５ 行（以下意义类似）。 ２）根据表 １ 计算式排列秩序 ， 分别在表 ２ 相应 的格子中输入计算式 。 先在 D 、 E 列的 ３ ～ ９ 行输入各点坐标值计算 式 ， 再在 F 列 １０ ～ １３ 行输入面积和面积矩的计算 式 ， 最后在 E 列 １４ 行输入重心 g 的 y 坐标 yg值 的计算式 。 举例三角形面积△ACO 的输入计算 。 △ACO 计算式为 １ ２ h ２ ＋ D ２ xC， 将该计算 式输入到 F 列 １０ 行 “ ＝ （１／２） * （H５＾２ ＋ H４＾２）＾ ０ ． ５ * D５” ， 按“保存”后该格立刻显示 １５０ ． ００ 数值 （见图 ３）。 ３）倾倒判断输入 。 在 H 列 ９ 行输入 “ ＝ IF （E１４ ＜ ０ ． ８５ * E３ ， ＂不能倾倒＂ ， IF（E１４ ＞ E３ ， ＂可 以倾倒＂ ， IF（E１４ ＜ ＝ ０ ． ８５ * E３ ， ＂不确定＂ ， IF（E１４ ＜ E３ ， ＂不确定＂ ， ＂不确定＂））））” 。 这是一个 ３ 层 嵌套的 IF 函数 ， 它能分别反映“不能倾倒” 、 “可以 倾倒”和“不确定”３ 种状态 。 到此验算表制作完成 ， 如果改变表 ２H 列 ３ 、 ４ 、 ５ 行的任一数值 ， 结果都会变化 。 假设将 H 列 ５ 行改为 ３ ， 在 H 列 ９ 行立刻显示倾倒“不确定” ， H 列 ６ 行显示“１６４１′５７″”（见图４） ； 假设将 H 列５ 行 改为２ ， 在 H 列９ 行显示“不能倾倒”（见图 ５）。 sin 和 cos 及其他数值均会随之变化 。 图 4 倾倒验算表截图 2 Fig ． ４ Screenshot of collapse checklist ２ ４５工程爆破 ENGINEERING BLASTING 第 ２５ 卷 万方数据 www ． cseb ． org ． cn／／xhqk／indexframe ． htmlDecember ２０１９｜Engineering Blasting ｜Vol ． ２５ ，No ． ６ 图 5 倾倒验算表截图 3 Fig ． ５ Screenshot of collapse checklist ３ 需要注意的是 Excel 表格输入时应将输入法 切换到英文（注释符双引号内可以随便输入）。 最 后在列 、 行前输入“ ＄ ” ， 将计算式打上“铆钉” ， 这 有利于保持计算式的稳定性 ， 防止在复制粘贴过 程中产生错误 。 ５ 结语 为了表述简洁和计算方便 ， 将原始重心设在 建筑物 １／２ 高处 ， 这显然与实际不完全相符 ， 实践 应用时还需视现场情况确定重心高度 。 可以根据 本方法的思路 ， 将表１ 中的计算式作相应调整 。 另 外 ， 本文没有将建筑物在拆除爆破时的倾倒惯性 考虑在内 ， 使用该方法需要结合设计人员的经验 。 尽管方法存在上述瑕疵 ， 但依然可以帮助设计和 安全评估人员提供解决问题的思路和定量分析的 参考依据 ， 为拆除爆破建筑物倾倒验算增加了一 种选择 。 参考文献（References） ［１ ］ 周凤仪 ， 朱金华 ， 邱进芬 ． 楼房爆破切口高度设计探讨 ［J］ ． 采矿技术 ， ２００７（３） ９２-９３ ． ZHOU F Y ， ZHU J H ， QIU J F ． Discussion on design of blasting incision height of building ［J］ ． Mining Technology ， ２００７（３） ９２-９３ ． ［２ ］ 申荣光 ， 蒋华林 ， 杨英明 ． 建（构）筑物拆除爆破切口高 度理论分析［J］ ．中国科枝信息 ， ２０１５（２１） ２５-２７ ． SHEN R G ，JIANG H L ， 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