城市高层框架-筒体结构建筑物拆除数值模拟研究

基于爆炸载荷的框架结构建筑物拆除数值模拟研究爆破拆除技术在城市改扩建工程中得到广泛的应用,然而现代社会建筑物结构形状日趋复杂,拆除爆破理论还停留在半经验半理论阶段,难以满足实际工程的需要。

数值模拟技术具有科学性、方便性和经济性等优点,已经成为研究拆除爆破理论的有效辅助方法。

爆炸载荷作为拆除爆破领域中一项重要的因素,长期以来在数值模拟中未得到体现,框架结构作为广泛使用的建筑结构形式,研究爆炸载荷对框架结构建筑物爆破拆除倒塌过程的影响具有重要意义。

本文运用等效爆炸载荷方法,采用数值模拟技术对爆炸载荷作用下框架结构建筑物拆除过程进行了研究,主要工作和成果包括:(1)基于建筑物爆破拆除力学模型研究,提出了爆炸载荷作用模型,对爆炸载荷的两种加载方式进行了研究。

分析了炸药在立柱中的爆炸过程,计算了炮孔壁上峰值压力,并进行了验证。

探讨了等效爆炸载荷作用机理,提出了拆除爆破数值模拟中等效爆炸载荷方法的加载方式。

(2)开展了爆炸载荷作用下三层等比例小框架爆破拆除模型试验,采用高速拍照设备、锰铜压阻仪和测振仪等设备对框架结构倒塌过程进行了分析研究,研究结果表明爆炸载荷对结构的倒塌过程和最后倒塌姿态有着较大的影响,爆炸载荷引起的爆破振动幅值较大,在建筑物爆破拆除数值模拟研究中需要加载爆炸载荷。

(3)针对小框架爆破拆除模型实验,建立了真实爆炸载荷加载和等效爆炸载荷施加两种方法结构有限元模型,通过数值模拟方法对比分析了爆炸载荷加载下框架模型的破坏倒塌过程,两种方法中结构的倒塌过程变化较为一致,且最终倒塌姿态也相似。

模拟中支撑立柱应变最大值发生时间和幅值相差很小,爆破振动和结构触地振动产生的时间和峰值也较为一致,研究结果验证了等效爆炸载荷方法的准确性和可行性。

(4)通过加载等效爆炸载荷,研究了钢筋混凝土框架厂房结构双向折叠“原地坍塌”爆破拆除过程。

数值模拟方法重现了双向折叠“原地坍塌”爆破拆除技术的具体实现过程,研究结果肯定了爆炸载荷对结构爆破拆除过程的影响,同时进一步验证了等效爆炸载荷方法的有效性。

超高层建筑工程经济指标初步分析经对当前国内钢筋砼超高层建筑工程资料收集及比较分析，由于各工程所建地域、设计效果及兴建时间不同，工程的造价也略有不同，具体分析如下表：工程名称时间结构形式基础形式建筑高度(m)含钢量含砼量总建筑面积(m2)地下室面积（m2）结构合同造价（万元）主体单方造价（元/m2）折算值（kg/m2)(m3/m2)（元/m2）深圳特区报新闻大厦1996．1～1997.10框筒结构满堂基础182 128 0.58 96320 11200 13832 1436 1250深圳鸿昌广场1995.5～1998.10筒中筒满堂基础218 97 0.56 135349 14700 17671 1306 1150武汉建银大厦1995.5～1998.9框剪结构满堂基础188 89 0.45 123814 15747 11562 934 1000深圳金域蓝湾三期2005.3～现今框剪结构满堂基础158.7 135 0.63 78967 9458 9513 1204深圳捷美商务中心2004.7～现今框筒结构满堂基础218 90 0.48 119247 23000 12604 1057贵阳贵航大厦2003.12～2006.3筒剪结构桩基筏板132 85 0.42 6500地下2层6500 1000地上38层贵阳香格里拉大厦2005.5～现今框筒结构桩基筏板206 120 0.7 100000地下4层11000 1100地上52层注：折算值为结合当时材料、人工及施工工艺与当前的材料、人工及施工工艺比较，折算到现在。

超高层办公写字楼：超高层建筑工程的附属工程（含给排水、空调、强电、弱电、消防、暖通、电梯等）单方造价为550-750元/平方米，其中如果超高层建筑为酒店则要高一些，为800元/平方米；超高层建筑的外墙一般为干挂石材幕墙或干挂玻璃幕墙，单方造价一般在500-650元/平方米（含外窗）。

贵阳地区兴建超高层办公写字楼土建结构部分的造价一般在1000-1200元/平方米，附属工程为550-750元/平方米，外墙装饰工程在500-650元/平方米；而贵阳地区高层建筑工程的土建结构在750-900元/平方米，附属工程在200-300元/平方米，外墙装饰工程在350-450元/平方米（贴面砖，含外窗但不含保温），钢筋含量在50-75公斤/平方米，砼含量在0.32-0.4立方米/平方米。

0引言城市用地日益紧张，同时又受城区狭窄场地、施工进度、人员财产安全等影响，使得爆破拆除技术在城区建筑改造重建工程中越来越常见。

得益于计算机技术的更新迭代，建（构）筑物的爆破拆除技术有了快速的发展，到如今已经形成较为完备的工程科学技术体系[1-2]。

通过数值仿真模拟建（构）筑物的倒塌过程及形态已经有较多的研究[3-7]，本文基于前人的研究，采用双向微折叠爆破拆除技术，运用底层卸载减振方法，使用ANSYS/LS.DYNA 软件对高层建筑物破坏过程和触地振动进行了研究，与实际监测数据进行比对，验证双向微折叠爆破拆除技术在工程爆破中的效应，优化施工方案，以期研究成果能够对类似的爆破拆除工程提供一定的借鉴。

1爆破原理及方法1.1拆除原理一般来说，建（构）筑物的爆破拆除是根据设计思路来反向考虑的，即通过破坏柱、梁、楼板等主要称重支撑构件，打破结构的受力稳定平衡，使其在重力的作用下失稳倒塌解体。

爆破切口形成之后，切口处剩余结构要能够在短时间内支撑上部结构；同时，在重力形成的倾覆力矩作用下，支撑上部结构绕切口处支点转动。

撑住和转动几乎是同时发生的，只有当建筑物转动并产生一定的能量之后，才能够发生碰撞破碎和触地解体。

所以，爆破切口的形式对于爆破拆除的倒塌方向和效果至关重要，对爆破切口的形式也有一定的要求[8]。

1.2双向微折叠爆破拆除技术双向微折叠爆破拆除技术属于折叠倒塌形式的一种特殊形式，主要是根据某些特殊的拆除爆破工程实践所设计的一种切口形式。

结构开设上下两个切口，切口形式可以根据工程实际分别设计，上部切口开口朝向与主倒塌方向相反，率先起爆，用来控制地面振动、触地冲击距离等，降低对狭小场地的要求；下部切口开口朝向为主倒塌方向，结合场地环境设计，保证主体结构解体破坏。

它的原理基于以下步骤：①结构分析：在进行拆除前，对建筑物或结构物进行仔细分析，确定其内部的构造和强度分布，包括建筑物的材料类型、支撑结构、强度等方面的详细信息。

高层建筑筒体结构理论分析及拟动力试验研究的开题报告一、选题背景随着城市化进程的不断加速和经济的快速发展，高层建筑逐渐成为城市发展的重要标志和人们居住的首选。

但是，由于高层建筑的结构特殊性和工程复杂性，对于其结构的设计和安全性评估一直存在较大的挑战和风险。

特别是在筒体结构方面，仍然存在一定的理论和技术瓶颈，如结构的静力和动力响应、材料的耐久性等问题。

因此，加强对高层建筑筒体结构理论的深入研究和拟动力试验的探索，将对高层建筑的安全运行和城市发展的可持续性产生积极的促进作用。

二、研究内容和方法本研究的主要内容是对高层建筑筒体结构的理论分析和拟动力试验的研究。

具体来说，包括以下几个方面：1. 筒体结构的数学模型及静力分析：建立高层建筑筒体结构的数学模型，分析其静力响应和变形规律，探讨结构的稳定性和安全性。

2. 筒体结构的动力响应分析：运用反应谱法和时程分析法等方法，分析筒体结构在地震、风荷载等自然灾害下的动力响应特性，评估结构的动态稳定性。

3. 拟动力试验的设计和实施：基于数值模拟分析结果，设计相应的拟动力试验方案，包括实验装置的设计、测试参数的设置、实验过程的控制等，利用振动台等设备进行试验。

4. 实验结果的分析和评估：对拟动力试验的结果进行分析和评估，比对实测数据和数值模拟结果，验证模型的可靠性和科学性，评估结构的安全性和耐久性。

本研究采用的方法主要是数值模拟和拟动力试验相结合，以求得较为准确和可靠的结果。

在数值模拟方面，采用ANSYS等专业软件进行模型建立和静动力分析，并通过反应谱法和时程分析法等技术评估结构的动态响应特性；在拟动力试验方面，利用振动台等设备进行试验，验证模型的可行性和科学性，并对试验结果进行分析和评估。

三、研究意义和创新性本研究的意义和创新性主要表现在以下几个方面：1. 对高层建筑筒体结构的理论进行深入研究和探索，提高结构设计和安全评估的可靠性和科学性。

2. 利用数值模拟和拟动力试验相结合的研究方法，为高层建筑的结构设计和安全评估提供了一种新的思路和方法。

超高层框架核心筒结构工程设计研究论文（五篇模版）第一篇：超高层框架核心筒结构工程设计研究论文摘要：框架核心筒结构以其优异的内部空间灵活度、超高的整体稳定性、出色的抗震和力学性能成为高层建筑最优先选择的结构形式。

文章结合具体工程实例对超高层框架核心筒结构在工程结构设计中的设计过程，计算控制参数等进行说明。

为工程结构设计提供参考，为类似结构提供借鉴。

关键词：多遇地震的弹性动力时程分析；中震不屈服验算；中震弹性计算1工程概况地上结构40层，房屋高度为144.8米；结构型式为混凝土结构框架—核心筒体结构。

外框架柱-2层～22层采用型钢混凝土结构，梁采用钢筋混凝土梁。

楼层和屋面层采用现浇钢筋混凝土楼面。

抗震等级：核心筒剪力墙一级，混凝土框架一级；中震时出现小偏心受拉的混凝土特一级构造。

外框架平面轴线尺寸为37.1m×34.6m，长宽比值为1.07。

混凝土核心筒外墙中心线尺寸为14.275m×13.8m。

房屋高度为144.8m，结构高宽比值为4.2，核心筒高宽比值为10.5。

一层层高为5.4m，二层层高为5.0m，公寓层层高均为3.25m，办公层层高度为3.9m。

2计算及分析该项目分别采用SATWE、ETABS程序进行三围空间整体的内力位移计算，并采用中国建筑科学研究院建筑工程软件研究所研发的SATWE程序的弹性时程分析法进行多遇地震下的补充计算，采用PUSHOVER程序的静力弹塑性分析方法进行罕遇地震下的结构弹塑性计算。

对楼面开大洞的楼层采用弹性楼板计算。

2.1采用SATWE进行小震与风作用的弹性计算计算结果如下：地震总质量恒载的总质量84181.297t；50%活载的总质量5472.247t；地震总质量89653.547t。

有效质量系数X方向98.45%；Y方向97.25%结构周期第一平动周期3.9743s，第一扭转周期2.7928s，第一扭转周期与第一平动周期比0.703。

风荷载作用下最大层间位移：X方向风1/1238，Y方向风1/1214。

框—筒结构建筑物的折叠爆破拆除分析[摘要]高层建筑增加了拆除工作的难度，因此框-筒结构的高层建筑物需要对其采取折叠爆破的拆除方式进行，以提高建筑结构拆除的整体性。

本文先是对数值计算方法进行了概述，随后又对模型与爆破方案进行了阐述，最后对数值模拟结果的比较进行了分析。

[关键词]框-筒结构建筑物折叠爆破拆除爆炸在超高层建筑物中，建筑结构的刚度都很大，并且建筑物的高度少则百米，多则几百米。

如果遇到地震等自然灾害的破坏之后，很难通过机械设备和人工作业的方法对其进行拆除，更何况此类建筑物，多处于城市的中心位置，且周围的人流较为密集，爆破拆除也没有优势显现，难度很大。

目前，我国对于框-筒结构建筑物进行研究和分析较少，且还不受到重视，就目前我国已有的与框-筒结构建筑物的折叠爆破拆除分析有关的资料中得知，大多数都是使用有限元软件对其进行研究和分析。

1数值计算方法数值的计算可以通过有限元软件进行，当在有限元软件中使用中心差分类型的时间积分法时，时刻t处的加速度就可以使用下面的公式进行表示：at=（Ftext-Ftint）/M （1）在公式（1）中，Ftext——承受的外部力的矢量；Ftint——承受的内部力的矢量，Ftint可以这样表示：Ftint=∑（∫ΩBΥσndΩ+Fhg）+Fcon，公式中，Fhg——沙漏电阻；Fcon——接触力。

速度与位移可以表示为：νt+Δt/2=νt-Δt/2+αtΔtt（2）；μt+Δt=μt+νt+Δt/2Δtt+Δt/2（3）；在公式中，Δtt+Δt/2=5（Δtt+Δtt+Δt）。

在方程式的应用过程中，既不需要对刚度矩阵进行转换，也不需要收敛检查内部矢量中的非线性问题。

比较有利于框-筒结构建筑物发生大变形、大位移时的研究。

2模型与爆破方案在一建筑物结构中，建筑物的结构高是63m，建筑物东西之间的距离为32米，南北之间的距离为42.3m，总共是19层，大楼由于遭遇火灾的破坏，很多的框架结构已经出现倒塌的现象，但是大楼中的电梯的筒形结构还存在着，因此也符合框-筒结构建筑物的要求。

Construction &DesignForProject工程建设与设计１引言内爆法是利用少量的炸药对建筑物的承重结构造成一定的破坏，从而导致整个结构在重力的作用下完全倒塌的过程。

因此内爆法是一种较好的在拥挤城市中爆破拆除高楼等建筑物或构筑物的手段。

２研究内容及研究目标２．１研究目标建立一套切实可行的框架结构建筑物内爆法拆除设计数值模拟，为内爆法理论研究的突破开辟一条新的途径。

２．２主要研究内容1）框架结构内爆法拆除设计基本原理；2）框架结构建筑物爆破拆除数值模型；3）根据所建框架结构建筑物模型进行材料属性的修改，最后在K 文件里，修改材料转化的时间间隔，得到最优的间隔时间和起爆顺序；4）通过对不同爆破拆除方案数值模拟爆破倒塌效果的比较，得出框架结构建筑物内爆法拆除的最优方案。

３内爆法拆除理论内爆法的主要原理是：运用炸药拆除建筑物的一些主要梁和柱，预处理电梯井和楼梯，让被炸部分构件下落，把下面的建筑结构撞碎。

炸药只相当于楼房倒塌的催化剂，起作用的实际上是建筑物的重力，坍塌部分带动未坍塌部分下落。

实现一次内爆拆除，炸药对整个地板或墙壁的扭折、弯曲、倾倒有选择性破坏或改变结构支撑柱梁的作用。

３．１内爆法拆除方法首先是建筑物的结构物由超静定体系至临界状态；其次建筑物结构失稳达到临界状态体系到几何可变状态。

最后是结构全部或部分悬空后，以一定的速度向下坠落的过程。

３．２内爆法拆除倒塌机理3.2.1内爆法拆除结构物的主要作用机理1）扭折破坏机理，利用钢筋混凝土材料的抗拉抗扭性能弱的特点，位于底部的爆破拆除楼层由于采用微差起爆，按照从左到右或者从中间向两边的方式，结构承重构件逐渐减少且朝一个或几个方向集中，梁楼板等水平构件跨度逐渐加大而发生弯曲破坏。

2）破坏节点刚度，梁在竖向变形时导致承重构件不再保持竖直状态而是保持一定的倾角，从而大幅降低柱的承载能力。

3）冲击破坏机理。

一是结构间的碰撞。

二是结构与地面的碰撞。