在年11月中旬的空间结构会议开幕式上,蓝天教授发表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穹顶于年11月20日爆破拆除，大家深感惋惜。

▲Georgia穹顶旧照

年建成的Georgia穹顶由Levy等人设计作为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。

▲新旧两个体育馆合影

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。

▲GeorgiaDome爆破过程

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？

对于爆破拆除，很多人的第一印象可能是这样的

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。

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

1.三种爆破的方法

01.定向倾倒法

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。

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。

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。

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。

年2月28日，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。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。

02.原地垂直塌落法

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。

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。

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。

03.内爆法

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。

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。

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。

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。

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。

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

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）

2.两种炸药使用

01.乳化炸药

乳化炸药的主要成分为硝酸铵爆速一般在m/s左右价格低廉，应用广泛。

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。

02.塑胶炸药

主要成分是环三次甲基三硝胺，爆速可超过m/s，能直接切断钢材，非常适合钢混结构建筑的爆破。

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,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。

3.两个建筑的爆破案例

01.高层建筑爆破

典型的高层建筑爆破方式是这样的：

▲拆除前全景▲爆破设计，确定倾倒方向▲确定爆破楼层▲确定爆破构件

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。

▲爆破前准备工作

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。

▲试验爆破

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。

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，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。

▲围栏和织物保护

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。

▲引爆装置，延迟装置。▲爆破实施▲平整场地

02.大跨空间结构的爆破

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。

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。

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，年3月27日建成，年3月26日，爆破拆除。

ControlledDemolitionInc.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：

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。

2.爆破将产生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。

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。

分步解读一下kingdome爆破的实施步骤

第1步分析结构，结构柱、环梁、屋顶混凝土拱肋，显然，这些是结构的传力构件

第2步在关键位置处布置炸药

第3步爆破节点处包裹防护织物

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。

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。

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。

小结

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。

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。

▲Georgia爆破后剩余的结构

参考文献：

1.知乎：回形针PaperClip，如何科学地拆倒一座楼

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