楼房爆破后支撑铰链设计方法简析

周凤仪，郑永泽

(湖南南岭民爆工程有限公司， 湖南 长沙 410217)

随着楼房爆破的逐渐高大化，楼房爆破的后支撑铰链设计理论经历了“单柱（墙）式”、“断脚筋式”、“不装药式”和“后支撑铰链前移技术”4种模式。

1 单柱（墙）式

该模式特征是不管楼房多高都把最后一排柱（墙）做为支撑铰链,即最后一排柱（墙）以单独一响来设计起爆网路。但当楼房高度超过 8层时,在楼房起爆失稳瞬间，楼房荷载作用在铰链柱（墙）上的强度可能会超过铰链柱（墙）的承载能力，使铰链柱（墙）发生瞬断，楼房后坐,影响楼房倒塌形态和解体效果,严重时可能造成楼房倾而不覆。铰链柱（墙）发生瞬断机理见图1。

当图 1（a）中①、②、③柱起爆瞬间,楼房失稳并产生倾覆力矩,力矩作用点在柱④与梁结合部稍下一点的位置，使柱④在该点断裂；失稳前倾的楼房产生水平反力，将柱④从根部推断，引发楼房后坐。

图1 铰链柱(墙)发生瞬断后坐过程

可采用式（1）判断铰链柱（墙）是否发生瞬断：

式中，σ为铰链柱（墙）承受的荷载，N/mm²；q为楼房单位面积的质量，通常 q取(8-10)×10-3N/mm²；S楼为楼房的总面积,mm²；S楼为铰链柱（墙）的总面积，mm²；[σ]为铰链柱混凝土强度设计值，N/mm²。

2 断脚筋式

该模式特征是将支撑铰链柱的混凝土保护层剥离，将暴露的竖筋割断一半。其弊端是楼房失稳后支撑铰链柱内的竖筋起着限制楼房后坐的作用,若把后支撑铰链柱中限制楼房后坐的竖筋一半预先割断，会使楼房失稳塌落过程中后坐明显，对楼房后方较近的重要保护建（构）筑物可能造成破坏。同时后坐还会造成楼房的落高降低，落地冲击力减小，楼房解体效果变差。后支撑铰链断脚筋后楼房后坐机理见图2。

当图2（a）中①、②、③柱逐次起爆，楼房失稳并产生与楼房倒塌方向相反的水平推力，推动楼房后坐，是铰链柱内的竖筋有效地限制了楼房的后坐。若将支撑铰链内的竖向配筋割断一半，楼房会后坐（冲）。

图2 铰链柱个脚筋后发生后坐过程

楼房失稳后倒塌反向水平推力采用式（2）计算：

式中，XA为楼房失稳后倒塌反向水平推力，kN；Φ为楼房失稳后的瞬时倾角，(°)；Φ0为楼房失稳后的初始倾角，(°)，Φ0=tg-1(e/Hz)；e为支撑铰链宽度中点距楼房质心投影点的距离，m；Hz为楼房质心高度，m；K为系数，K=(H2+B2)/(12Hz2)；H为楼房高度，m；B为楼房宽度，m；q、S楼符号意义同前。

支撑铰链内的竖筋限制后坐力采用式（3）计算：

式中，T为支撑铰链竖筋抗拉断力，N；n为支撑铰链竖筋总根数，根；t为单根竖筋抗拉断力，N，t=fyAs；fy为支撑铰链竖筋强度设计值，N/mm2；As为支撑铰链竖筋断面积，mm2。

满足后支撑铰链设计合理且不断脚筋，支撑铰链竖筋抗拉断力应满足T＞XA。

3 不装药式

该模式特征是在设计的支撑铰链上不布置炮孔进行适当削弱爆破。其弊端是由于在设计的支撑铰链上不布置炮孔进行适当削弱爆破,等同于在支撑铰链上没设定折断位置，折断位置由楼房失稳后按结构力学自行决定，其断裂线见图3。

理论与实践证明，框架结构的断裂线不在一楼柱的根部，而在梁柱的结合部稍下一点的位置，剪力墙结构的断裂线在不打孔部分的前部向上辐射断裂，切口起爆后断裂线以下部分会后坐冲出。

4 后支撑铰链前移技术

该模式特征主要有以下4点：

（1）多柱（墙）组成的支撑铰链体系炮孔内装同一段别雷管，支撑铰链有足够的强度，保证支撑铰链前面的承重构件爆除瞬间，支撑铰链孔未爆前支撑不断裂。

图3 铰链部分不装药式的断裂线

（2）为保证支撑铰链孔未爆前支撑体系不断裂和后坐，必须保证σ＜[σ]和T＞XA两个必要条件。

（3）破坏高度由前至后递减，最后一排的松动高度按1倍左右立柱窄面宽度选取。

（4）支撑铰链单耗由前至后递减，最后一排的单耗按不超过0.8 kg/m³控制，使支撑铰链构件混凝土碎裂裹笼。

该模式支撑铰链体系承载力采用式（4）计算：

式中，Nu为支撑铰链体系承载力，N；fc为混凝土抗压设计强度，N/mm2；A为支撑铰链体系混凝土柱（墙）的总截面积，mm²；fy、As符号意义同前；Ψ为钢筋混凝土构件的稳定系数，见表1。

表1 钢筋混凝土构件的稳定系数

其支撑铰链体系不发生瞬断的条件为：

式中，Nu、q、S楼符号意义同前

5 结 论

本文简要介绍了后支撑铰链4种设计理论的特征和弊端，并对其铰链柱（墙）发生瞬断的机理进行分析，给出了每种方法铰链柱（墙）瞬断的判断公式，在工程设计中，可根据实际情况，计算选择合理的后支撑铰链设计，本文可为楼房爆破提供一定的设计指导。