【AT】如何炸楼？
来源：iStructure 6park.com
在2018年11月中旬的空间结构会议开幕式上，蓝天教授发表了演讲，分享了他在美国和加拿大游历期间的见闻和思考。
其中，谈到具有历史意义的Georgia穹顶于2017年11月20日爆破拆除，大家深感惋惜。
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▲Georgia穹顶旧照
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1992年建成的Georgia穹顶由Levy等人设计，作为1996年亚特兰大奥运会的主场馆。由于体系创新，该类型穹顶被称为Levy穹顶。
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▲新旧两个体育馆合影
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如此具有历史意义的建筑为什么要拆除?Georgia体育场南侧新建了一个带有可开合屋顶的新体育场，离得非常近。有团体向州长办公室申请保留Georgia穹顶，但政府认为保留一个7万人的体育场在经济上是不可行的。所以，最终决定爆破拆除Georgia穹顶。
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▲Georgia Dome爆破过程
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Georgia穹顶距离新建的体育馆只有25m，如何保证建筑爆破的碎片不影响新建的体育馆？
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对于爆破拆除，很多人的第一印象可能是这样的。
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但实际上，这是爆炸，不是爆破。爆破拆除的核心理念并不是把整个建筑炸的灰飞烟灭，而是只破坏关键的承重结构，以让建筑可控制地倒塌，在重力的作用下尽可能地破碎成小块儿，并且尽可能地降低对周围环境的影响，比如周围有房子、周围有地铁线路，都将对爆破拆除提出更高的要求。
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如今主流的爆破拆除主要由三种方式：定向倾倒法、原地垂直塌落法和内爆法。

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三种爆破方法
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01
定向倾倒法
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定向倾倒法是在建筑下部
炸出一个三角形的切口
让建筑朝着切口方向倾倒，冲击地面而解体
通常要预留出大于建筑高度
 2/3 ~ 3/4 的倒塌场地
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这种方法施工简单，成功率高
是国内最常用的方法
也叫定向爆破
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切口高度如果过小
有可能造成爆破后倾而不倒的尴尬局面
过大则可能酿成
上层建筑倾覆翻滚的危险情况
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对于较高的建筑
还可以安排多个切口
形成折叠倾倒，缩短倒塌距离。
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1999年2月28日
上海长征医院16层病房大楼
朝同一个方向开设多个切口
按照设计方向准确倒塌在预定范围内
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主楼高56m，最高点（电梯动力房）68.4m
爆破后，主楼向南倾出17.1m
其中电梯动力房倾出30.6m
爆堆高度11.6m
周围建筑及设施安然无恙
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02
原地垂直塌落法
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原地垂直塌落法是让建筑物底部
一定高度的承重结构瞬时全部爆破
使其垂直塌落冲击地面而解体
通常只需预留 1/3 ~ 1/4 建筑高度的
塌落场地即可
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主要适用于
砖砌楼房、单层排架厂房
等结构强度本身就低的建筑物
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但是如果楼本身强度比较高
也有可能出现炸了下面几层
上面的完整坐下来的情况 6park.com
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03
内爆法
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内爆法则是依次
破坏建筑内部的承重结构
让外围的构件向内倾倒
互相撞击碎裂从而塌落
可以让建筑几乎全塌落在自身区域内
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内爆法非常适合拥挤的城市空间
在美国应用广泛，但方法非常复杂
国内案例较少
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严格来说，内爆是一种内部坍塌的事件
因为外部大气压力大于内部压力
例如，如果你从玻璃管中抽出空气
它可能会内爆
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建筑物内爆并非真正的内爆
大气压力不会拉动或推动结构向内
是重力使其坍塌
但是，内爆这个词通常用于描述这种拆除
我们就理解为这是一个约定俗成的命名
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对不同的材料使用不同的爆炸物
并根据材料的厚度确定所需的炸药数量
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对于混凝土柱
使用传统的乳化炸药即可
炸药只是浸泡在高度易燃的化学品
或化学品混合物中的吸收性填料
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当化学品被点燃时，它会迅速燃烧
在短时间内产生大量的热气体
这种气体迅速膨胀
对周围的任何物质施加
巨大的向外压力（约10GPa） 6park.com
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两种炸药的使用 6park.com
01
乳化炸药
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乳化炸药的主要成分为硝酸铵
爆速一般在4000m/s 左右
价格低廉，应用广泛
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将这种爆炸性材料塞入狭窄的钻孔中
当爆炸物被点燃时
突然向外的压力会发出强大的冲击波
以超音速破坏柱子
将混凝土粉碎成微小的块状物
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02
塑胶炸药
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主要成分是环三次甲基三硝胺
爆速可超过 8000 m/s
能直接切断钢材
非常适合钢混结构建筑的爆破
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由于钢材比混凝土强度更高
对于具有钢支撑结构的建筑物
通常使用专门的爆炸性材料环三次甲基三硝胺
简称为RDX

基于RDX的爆炸性化合物
以非常高的速度膨胀
高达每秒8,230米
实际上，也不是将整个钢柱粉碎
而是利用爆炸形成的切片直接穿过钢板
将其切成两半
或是将燃炸药在柱的一侧引爆
以将其推向特定方向
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两个建筑的爆破案例
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01
高层建筑爆破
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典型的高层建筑爆破方式是这样的：
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▲拆除前全景
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▲爆破设计，确定倾倒方向
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▲确定爆破楼层
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▲确定爆破构件
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确定哪些构件是事先破除的
哪些是要被爆破拆除
哪些位置要先切断钢筋等等
并且设定好爆破时间，0.3s延迟~1.75s延迟
靠近倾倒方向的构件延迟少
远离倾倒方向的构件延迟多
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▲爆破前准备工作
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移除软装，预先削弱隔墙
隔墙并不承重，但是也会阻碍结构的倒塌
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▲试验爆破
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使用多少炸药
是可以根据原结构的图纸计算出来的
但大多数时候，爆破时不会仅仅依赖这些数据
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为了确保柱子不会过载或欠载
爆破前会对一些柱子进行试验爆破
爆破工程师根据试爆的情况
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确定拆除柱子所需的最小爆炸装药量
通过尽可能地减少炸药的用量
最大限度地减少飞溅碎片
减少损坏附近建筑的可能性
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▲围栏和织物保护
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为了进一步减少飞行碎片
在每根柱子周围缠绕围栏和土工织物
围栏使大块混凝土不会飞出
织物则捕获大部分较小的碎片
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▲引爆装置，延迟装置。
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▲爆破实施
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▲平整场地
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02
大跨空间结构爆破
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对于大跨空间结构
爆破拆除的案例并不多
Georgia穹顶可能由于爆破实施时间不长
网上没有相关资料
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下面以西雅图国王穹顶（Kingdome）为例
介绍大跨空间结构的爆破拆除方式 6park.com
Kingkome是第一个在美国
被拆除的大型圆顶体育场
为混凝土薄壳结构
1976年3月27日建成
2000年3月26日，爆破拆除
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Controlled Demolition Inc. 负责此项目的拆除
经过一年半的结构分析
并考虑周围环境的影响，最终内爆方案被采用
爆破Kingdome的两个重要挑战在于：
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1. 穹顶的拱肋为向外的推力
若把柱底爆破成铰，柱子很有可能向外倾倒
而在柱子的倾倒半径内有房屋和铁路轨道
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2. 爆破将产生125000吨混凝土碎片
这些碎片从高处坠落的能量
将对埋设在地下的管线、周围的铁轨
和建筑产生非常不利的影响
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为了控制震动，CDI设计了一个程序
可以引爆小型炸药，以解体屋面结构
使其在空中解体
而不是整个地坠落到地面
同时，预先压碎混凝土看台和座椅
作为混凝土屋面落下的缓冲装置
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以进一步控制屋面下落产生的震动
为了，达到预期的爆破效果
爆破单位共钻了5905个孔
分布在柱、环梁、屋盖梁上
共装填了2.1t炸药
并且，将爆炸顺序共分为900次延迟
以精确控制结构的坠落
并减少因空气超压而形成的碎片
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分步解读一下kingdome爆破的实施步骤

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第1步
分析结构，结构柱、环梁、屋顶混凝土拱肋 6park.com
显然，这些是结构的传力构件
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第2步
在关键位置处布置炸药
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第3步
爆破节点处包裹防护织物 6park.com
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第4步
第一阶段，引爆三个等分的扇形区域
每个扇形的区域，引爆柱脚和拱肋的1/3高度位置
这样形成一个机构，使柱子外内倾斜倒塌
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第5步
由于环梁仍保持完整
第一阶段引爆后
其余未爆破的柱子被环梁带着往内倾斜
因此，几秒钟后
其余区域也引爆柱脚和拱肋1/3高的位置
这样，支撑柱均往内倾斜倒塌。
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第6步。最后，一些小的炸药在空中引爆
使得穹顶解体更加彻底
约20s后，整个结构倒塌
呈现完美地向内倒塌的形状
对周围的影响做到了最小
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Kingdome爆破视频如下
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小结
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爆破可以认为是结构工程的逆向工程
结构上强调的是防连续倒塌
而爆破其实注重的就是连续倒塌
倒塌过程的控制是爆破的关键
但实际倒塌的过程是强非线性的过程
一般很难预测，所以经验性很重要
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正是因为其强非线性
所以很难被预先在计算机里面模拟
在Georga穹顶爆破前
业主委托原设计方TT进行了爆破的计算机模拟分析
模型分析的结果很好
但是实际上仍有部分结构在当天的爆破中未被解体
后面通过又一次爆破实现解体
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▲Georgia爆破后剩余的结构
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参考文献：
1. 知乎：回形针PaperClip，如何科学地拆倒一座楼https://zhuanlan.zhihu.com/p/48164559
2. http://en.wikipedia.org
3. DEMOLITION OF A HIGH RISE TOWER BLOCK. Dick Green.
5. 本文图片均来源于网络，版权属于原作者或网站
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贴主:学习不是很好于2021_02_25 8:45:03编辑
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