高层建筑结构爆破震动效应及安全分析

摘 要：在我国城乡改造建设中，时常会面对拆除建筑物的难题。往往这些建筑物都是结构完整、可破坏性较低，除此之外就是这些将要拆除的建筑物处于其他高层建筑结构周围，这时候我们一般选用的是定向爆破的手段。但是定向爆破会在爆破初期产生巨大的震动，这不仅会扰动地质结构，还会对高层建筑带来很大的影响。在本文中我们就爆破对周边高层建筑物的影响展开讨论。

关键词：高层建筑；爆破震动；安全距离

中图分类号：[TU208.3] 文献标识码：A

1 爆破震动对高层建筑的影响

爆破震动的问题一直存在于工程当中，也一直困扰着工程技术人员，其难度往往存在于对周边高层建筑的影响。它的涉及范围也是相当的广泛。包括有结构力学的研究、岩石力学的研究、空气动力学的研究、冲击动力学的研究、损伤力学的研究、爆炸力学的研究等等，所涵盖的面很大，在考虑其对建筑物的影响的同时就要顾及这些附加因素的影响。在爆破中，每次选择的埋设炮眼不同、炸药药量不同、埋设方法不同都会改变爆破震动带来的效果。这对高层建筑物也会有很多危害。

1.1 爆炸震动对高层建筑物地基的影响

炸药在埋设在岩层中，起爆的瞬间会产生大量的能量，这样的能量会使岩层朝不同的方向飞出，使得周边的岩层产生扰动，这个扰动会以波的形式向周围所有的方向辐射出去。在理论研究中，我们会将这样的形式以质点的运行轨迹表现出来。比如质点的初始速度、加速度、位移等等参数指标。在传播一段时间后会以波形图的形式呈现出来。在周边高层建筑物在受到外力波的作用下，也会发生一定程度的扰动，这样的扰动程度以波的传播距离和大小为依据，当波的能量大，高层建筑就会波动的幅度较大，当波传播的距离较远，且传播的能量较小，高层建筑物受到的扰动就相应减小。

高层建筑物的地基一般的埋深比普通的建筑物要深，对于土的厚实度方面要求也相对比较高。在地基建设初期，会使用夯实机不断的夯实地基土层以达到密实的效果，但是在受到爆破震动的影响下就会使地基基础受到影响，使得土层出现松动的现象，情况较轻时会出现不均匀沉降，如果受到的影响很大，还会出现塌陷的现象。

1.2 爆炸震动对高层建筑物伸缩缝的影响

高层建筑物在设计之初就会充分考虑到建筑物会因为各种原因发生不均匀沉降和变形，设计人员就会在施工中有目的性的设置伸缩缝和沉降缝，以便对建筑物起到柔性保护。但是在受到了爆炸震动的影响后，由于地基出现了不稳定的现象，建筑物就无法发生正常的沉降，整个高层建筑还有可能出现整体的偏歪。这时候早前设置为保护建筑物的施工缝都起不到任何的效果。

在爆炸的时候，岩石中会产生大量的热量，这些热量在短时间不会迅速的散发出去，会继而影响周围的建筑物。在高层建筑中，受到地基温度升高的影响，会产生许多的危害。导致材料受到不同温度的影响会出现变形、失效。混凝土在受到高温后，会失去很好的抗压能力。钢绞线在受到高温时会失去原有的抗拉强度。还有些预应力材料受到高温会有能量损失的现象发生。材料的变形就会引起整个结构出现变形，施工缝也就发挥不出应有的功能。

1.3 爆炸震动对高层建筑物受力的影响

在爆炸震动对高层建筑物的影响中，最不可逆的就是建筑物的受力上发生了改变。高层建筑结构在受到爆炸震动的作用下，受到弯扭应力是很常见的。这些都是由于能量在传递过程中，使周围的土质结构在受力上重新分布，由于高层建筑物在刚度上是整体性的，基本上没有柔性基础作为保障，设计中的假设阶段也没有对结构产生弯扭荷载有一定的考虑，致使结构在原先受拉压荷载的同时还要承受弯扭荷载的影响。在很多的受力结构上，本来受到轴心受压的构件，在很短的时间内会变成偏心受压。另外还有构件受到了弯扭组合的作用，使得结构极易出现不稳定的情况。

2 如何降低爆破震动对高层建筑物的影响

2.1 加大施工投入力度

在爆破时，我们可以选用较之前量少的炸药，并采取少量多次的爆破方式。虽然这样的爆破会增大成本的开支，也会带来诸多的不方便，但是这样可以很有效的对爆破外产生的影响合理的把控。在材料的选择上，尽量多选择耐久度较好的材料，在最可能发生弯扭变形的地方，选择材料上要尤为注意。也可以再高层建筑物的外围设立地下隔离墙，以阻挡外来能量对建筑物的不利影响。

2.2 设计中考虑多方面因素

现如今，很多国家的建筑施工规范中都有提及结构受到弯扭变形的偶然性，在设计中要充分考虑到弯扭组合对结构物的严重影响，对以往设计为轴心受压的时候，适当的考虑偏压的作用，其中包括大偏压和小偏压两种。在加强高层结构物的设计中，增加刚性结构外还要设置一些柔性基础结构，起到抵御外界荷载的作用。

2.3 控制爆破效果

在爆破震动中产生大能量的波，会是周边的高层建筑物发生小幅度的位移。为了控制爆破震动对结构物的影响，事先要对结构物作位移测量，观测好高层周围的地质情况，来确定高层建筑物较为可靠的破坏标准。这个标准就包括建筑物附近地质的情况、建筑物与震动的破坏关系等等因素。还要考虑到地面传播震动的快慢、强度，预测地面震动强度与爆心距。最为重要的是在源头上改善这些危害。要充分考虑到爆破时炸药的用量，和设计爆破孔的选择，以及制定出爆破震动的安全距离，通过这上面的方法减少爆破产生的危害以及控制震动对高层建筑物的影响。

3 考虑高层和震动之间的关系

对于结构自身的频率也要进行测算。当高层建筑物的频率与爆破震动传递过来的频率较为相近时，结构物受到的影响就会增大，我们要人为的减少这样的情况发生，避免高层建筑物出现剧烈的震动。在利用波的相关原理来解释这一现象就是，当爆破震动产生的波传递到高层建筑物时，建筑物本有的波形会与震动的波形汇合，如果两个波形都出在波峰（波谷）的状态下，结构物就会随着震动发生共振的现象。当两列波处于波峰碰波谷的情况时，相互的能量就会抵消，产生不出任何的效应。为了保护高层建筑结构，技术人员就要尽可能的将两列波的波峰、波谷错开，一起到保护建筑物的作用。

在爆破地点与高层建筑物之间设立多个震动检测站，对传递过来的能量作出初步的估算，好让技术人员在第一时间可以采取措施降低传递过来的能量，起到保护建筑物的作用。

结语

爆破震动会对高层建筑产生很多的危害，但是这些危害的程度可以通过一些技术手段来降低。本文中对爆破中产生的震动进行了详细的阐述，对于震动在传递后对高层建筑物结构的危害也具体进行了说明，重点是文中提出了改善这一现状的方式方法，目的就是最大可能的降低震动对高层建筑结构的影响。

参考文献

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[2]吕西林，周德源.房屋结构抗震设计理论与实例[J].同济大学出版社，1994，6（10）：67-70.

[3]周家汉，陈善良，杨业敏.爆破拆除建筑物时震动安全距离的确定[J].冶金工业出版社，2000，10（12）：101-108.

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