基于结构共振理论的建筑物拆除新思路(2)
3.2 模型计算(以两层框架为例)
已知第一层楼面和屋面的质量分别为m1、m2,第一层和第二层的层间剪切刚度分别为k1、k2。
计算结构的刚度系数,如图1:
求解频率方程得自振频率:
3.3 实施措施
钢筋混凝土框架结构高层建筑物具体措施共振拆除时,可先进行预处理打掉非承重的隔墙然后再安装共振器激振建筑结构使其破坏,所用的共振器可用发动机提供足够的动力。而对于框架剪力墙结构的建筑物而言,同样宜先进行预拆除,可以使用人工大锤或者风镐按照拆除方案进行预切断,每层剪力墙的预拆除高度不得小于1.0 m,为了预防剪力墙四周掏空而整体下落,保留了2 m左右宽度的墙柱,通过这样的处理,剪力墙变为若干个立柱,之后通过安装共振器给残余的结构施加同频率的策动力致使其破坏。
拆除时为了保护附近的建筑物,降低其受到结构体倒塌引起的地面震动的影响,可以在拆除区周围挖若干条一定深度和宽度的沟槽,构成固体与气体的分界面使振源所产生的应力波由分界面反射回去。为确保该区域地下管线不受损,在建筑物塌落范围内,用建筑垃圾铺设垫层。此外还采取搭设防护墙控制飞石、建筑物洒水控制烟尘等工程控制措施保证建筑物拆除安全达到理想的效果。
4 共振拆除的优点
共振拆除方法比以往拆除技术更加经济、环保、安全。此法可以控制和减少拆除爆破建筑物产生的爆破噪声和爆破有害气体对环境的影响。而且,这种方法中间环节的能量转换少,能量利用率较高,符合可持续发展战略要求。
另外,共振拆除利于部分资源的回收,传统的拆除方法作用于整体性好的框架或框剪结构时,建筑物倒塌后解体较差,,常成为横卧的逐层堆积体,增加了对建筑垃圾处理工序中初分、破碎、筛分的工作量和相关的费用投入。而在共振拆除过程中的混凝土被破坏得更彻底,这有利于钢筋和混凝土进行较好的分解,以便对钢筋进一步的清理,使建筑垃圾的回收更方便。
在理论设计上,此方法突破传统的主要承载结构失稳原理从建筑物空间整体结构出发使结构由一个几何不可变体系转变为几何可变体系,利用共振器拆除建筑物的原理简单明了,拆除前的预处理精度要求不像传统的爆破手段那么高,对从业人员来说比较容易控制和掌握。此种方法不局限于楼房的拆除,还能推广至桥梁等构筑物的拆除,在未来会成为绿色拆迁的主流。
5 结语
综观国内外拆除爆破的研究进展,不难发现拆除爆破的发展正经历着由经验到理论,由定性到定量的转变。该文提出了一种基于结构动力学的拆迁方法使结构共振破坏。但本技术还存在几点不足,第一该技术未得到实验验证,只是一个假想理论;再者,目前建筑物的结构体系多样,还需更深入地对各种体系进行理论计算。上述方面还有待于继续研究。但在将来,随着研究地深入,该技术会得到普遍推广与应用。
参考文献
[1] 汪旭光,于亚伦.21世纪的拆除爆破技术[J].工程爆破,2000(1).
[2] 徐书雷,郑学召,王小林,等.浅述国内外拆除爆破现状[J].爆破,2003(2).
[3] 段宝福,毕卫国,高文乐,等.钢筋混凝土框架结构高层建筑物的爆破拆除[J].爆破器材,2007(4).
[4] 包世华.结构力学[M].3版.武汉:武汉理工大学出版社,2010.
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