逆向拆除技術在房建鋼筋混凝土結構中的應用

陳春名

（中鐵建設集團有限公司，北京100043）

1 鋼筋混凝土結構的特征

在20 世紀20 年代， 人們發現在鋼筋與混凝土結合使用時可以制造出更加堅固的結構。 這種結構可以大大減少建筑物的重量，同時具有更高的抗震性能和耐久性，這為城市建設帶來了新的機遇。 鋼筋混凝土結構存在5 大特征，具體如下。

1）耐久性好：鋼筋混凝土結構具有很高的抗壓強度和抗拉強度，耐久性比其他建筑材料強，可以承受很大的外力，由于鋼筋的不變性，耐久性更強。

2）建筑成本低：鋼筋混凝土是一種比較便宜的建筑材料，并且可以快速施工，構造簡單，質量輕，可以節省更多的基礎建設費用。

3）施工迅速：鋼筋混凝土結構可以快速施工，在短時間內完成大規模的建設， 而其他類型的建筑材料則需要較長時間才能完成。

4）維護方便：維護鋼筋混凝土結構非常簡單，不需要定期維護，只需要定期檢查、保持干燥和清潔即可。

5）可靠性高：鋼筋混凝土結構不僅具有很好的抗震性能，而且具有良好的可靠性，可以抵抗災害和自然環境的影響。 混凝土基于彈性和塑性相耦合的破壞模式， 可充分反映拉壓應力作用下的強度差異，剛度和強度劣化，并可在拉壓反復作用下產生剛度回復現象。 具體的混凝土拉壓剛度恢復示意圖如圖1 所示。

圖1 混凝土拉壓剛度恢復示意圖

圖1 中，E0為彈性模量；dt為折減因子；σto為破壞應力；σt為抗拉強度；dc為臨界損傷值；Wc為臨界破壞功；Wt為總破壞功；ε 為材料發生度形變相較于原始長度的比例。 隨著載荷由拉伸轉變為壓縮，混凝土中的裂紋逐漸愈合，抗壓剛度逐漸恢復到原來的抗壓剛度。 在加載方式由壓力轉變為拉力后，混凝土的拉伸剛度并未得到恢復。 在此基礎上，研究提出了一種基于保守性的分析方法，并沒有將鋼筋對鋼筋的約束強化作用納入計算中， 而是直接使用了規范推薦的鋼筋混凝土的設計參數。 根據GB 50010—2010《混凝土結構設計規范》（2015年版）和ABAQUS 中的其他數據，對C25 混凝土的軸壓和軸拉性能進行了分析，結果見表1。

表1 混凝土材料以及ABAQUS混凝土塑性損傷參數

如表1 所示，混凝土材料強度、標準值、設計值以及彈性模量的數值已經給出， 材料在拉壓彈性階段對應的破壞系數是0，在物質在進入彈塑性階段后，破壞系數有了快速的發展，在混凝土被壓縮到頂峰強度時，破壞系數大約是0.35，受拉破壞系數大約是0.1。

2 逆向拆除技術的基本原理

逆向拆除技術是一種有效拆除結構的技術， 它是指將結構拆除的步驟和順序與建筑過程的步驟和順序相反進行的一種拆除方法[1]。它要求拆除工作先拆除完最后一層混凝土支撐體，再一步步拆除前面的混凝土支撐體，最后拆除建筑物最上層樓板，以及后續的屋架等結構，實現對結構的安全拆除。 逆向拆除技術在房建鋼筋混凝土結構中是有效的拆除方法。 它可以保證建筑物的結構安全，并且拆除過程簡單，操作簡便，耗時少，噪聲小，污染少，可以有效拆除結構。 首先，進行安全檢查，清理現場，防止落物及其他危害，然后，從最上層的樓板拆到下層支撐體，從下層支撐體開始，一步步拆到最下層樓板，最后，拆除屋架等其他結構，實現安全拆除。 逆向拆除技術是一種拆除技術，它是以鋼筋混凝土結構為主體，以結構、模板、螺栓等為輔， 以運用較大的力量和分離性來逆向拆除結構[2]。其與傳統拆除技術的不同之處在于， 傳統的拆除技術是從外部施加力量將結構分離，而逆向拆除技術則是從內部拆除，以內部的力量將結構拆開。 逆向拆除技術的優勢在于可以有效避免對結構的影響，因此，可以更好地保護結構的完整性。 逆向拆除技術的適用范圍也更廣， 它可以應用于具有一定復雜性的結構，如橋梁、管道、柱、框架等，這些結構比較容易受到傳統拆除技術的影響。 此外，逆向拆除技術的拆除速度更快，可以更好地滿足工程的進度要求。 在不符合規定的情況下，剛性比及最小樓層受剪承載力比不能達到規定要求。 這是因為，在不改變橫向變形和角度位移的情況下， 保持了節約材料的原則。 原結構效應設計得到的部件承受力及剛度大于折減效應后的設計筒體部件的概率很高， 這也說明了使用逆向拆除技術建造的結構， 如果核心筒的設計可以達到其強度和剛度的要求， 那么在千斤頂之上的結構豎向部件發生破壞的可能性就會相對較小。

綜上所述，在進行逆向拆除建筑的核心筒的設計時，必須對其變形、角變形等進行嚴格的控制，并加強核心筒與結構的連接節點。 由于可拆除房屋的抗震能力指數較小，因此，對其扭轉不均勻性、 剛度比以及最小樓層受剪承載能力等要求應予以放松。 逆向拆除技術應用在房建鋼筋混凝土結構中，主要是用于結構改造、頂升、支撐等活動。 在這些活動中，逆向拆除技術可以有效縮短結構拆除和改造的時間并降低成本。 此外，還可以有效保護原有結構，從而減少結構破壞和損壞。

3 逆向拆除技術在房建鋼筋混凝土結構中的應用

該項目位于貴州省貴陽市百花大街， 貴州輪胎有限公司（原地址）的原料倉庫內，是1 棟4 層的混凝土多層框架建筑，層高從下至上分別為6.67 m、5.4 m、5.1 m 以及6.6 m。 為防止側翻，本工程于2 樓、4 樓設置了橫向拉索，并于1 樓設置了導軌，以確保本工程能依著預定的路徑進行下落。首層安裝導向裝置，為了讓上部結構能夠遵循既定的路徑進行下降，在結構的1樓，需要將引導裝置進行安裝，使用16b 槽鋼（160 mm×65 mm×8.5 mm），在現場將三腳架進行焊接，并通過直徑為20 mm 長20 cm 的地腳螺栓與地面進行連接。三腳架的底面為1.5 m，柱子的高度為2 m。 2 層安裝限位器，2 樓限位器使用1 根直徑32 mm 的帶肋鋼筋，一端是1 根15 cm 的鋼絲，一端是160 mm×65 mm×8.5 mm 的槽鋼，并配有8 mm 的襯墊和對應的螺絲。

按照逆向拆除的技術實施計劃， 在工地上進行了實際的施工。 首先，采用電鎬對水泥柱進行刨削，然后采用火焰法將滲漏出來的鋼筋切斷，使其表面變得光滑。 最后，將千斤頂氣缸上的暫時支承卸下，將暫時支承上的襯墊全部卸下來，如此循環操作直到完成。 施工完畢后，對混凝土進行強度檢測以及結構豎向位移監測試驗。 針對逆向拆除施工技術的特點，在臨時支座垂直轉移方案中，采用了對被拆建筑梁受彎、受剪承載能力進行分析的方法。 被拆遷房屋大多已經進入“老齡化”階段， 拆遷房屋中各部分的強度與新建房屋相比存在明顯的差異，受多種因素的制約，因此，需要結合具體條件決定拆除方案。 在被拆除的結構梁和柱上隨機選擇3 個位置鉆取試樣，并以此測試其強度。 采用半徑為80 mm 的水鉆， 對水泥進行鉆孔，因為第一層層高比較大，所以，要搭建2 層1.7 m 高的腳手架，為了保證工程的安全，在第2 層的地面上進行了一次縱向鉆孔。 檢驗后得其強度與C25 相近。 因此，進行試驗和分析時，使用了C25 的某些指標。

在討論千斤頂不同步問題時，重點討論兩個方面，即柱下千斤頂的受力會不會超過其額定頂力以及不同步的位移差對上部結構部件的影響是否會大于抗力。 因此，在逆向拆除施工過程中，對變形進行監測，對保證工程的安全進行至關重要。用激光定位器所測得立柱下落時的位移， 將其固定于立柱上，并在立柱上懸掛出一塊鋼板，以承受激光照射，從而確保目標（靜止點）的穩定性。 并用激光測距機對底層梁底距進行了測量。

從圖2 中可以看出，千斤頂以上結構整體降落位移。 其在2022 年10 月15 日—2022 年10 月22 日未發生沉降現象，但2022 年10 月22 日之后，房屋發生斷崖式沉降，說明建筑物的基礎土質受到了破壞，鋼筋混凝土結構受到了嚴重的影響，說明逆向拆除技術應用效果良好。 在采用逆向拆除技術進行施工的時候，為了保證千斤頂上的結構能夠順利地下降，在2 層、4 層采用橫向的橫梁，1 層（建筑樓層）采用三角形的橫梁。 臨時支撐式逆向拆除技術的施工流程具體如下： 安裝并頂緊臨時支撐卸荷柱內力，剔鑿混凝土切斷裸露鋼筋，安裝墊片頂升千斤頂卸荷臨時支撐軸力，降低上層結構；按照步驟進行總體拆卸。

圖2 累計沉降監測數據

該示范項目證明了逆向拆除技術適用于鋼筋混凝土框架結構的拆除；上半部分的下落位移反映了反向爆破的全過程。在此基礎上，利用臨時支護的應變來求取支護的內力。 梁、板的剛度是由柱的軸向力-位移圖獲得的，建筑質量稱重用于與仿真數據的核對。

5 結語

逆向拆除技術對拆除設計非常重要，可以使拆除過程更加安全高效，有效縮短拆除操作的時間并降低成本，并且可以在拆除的過程中準確地拆解各類鋼筋混凝土結構，從而減少拆除過程中的不必要損失。 此外，抽芯轉換、導向架以及利用既有結構充當抗側構件等技術也極大地提升了拆除設計的效率。 另外，該技術可以提升拆除過程的安全性，從而減少拆除過程中的安全隱患。 總之，逆向拆除技術不僅能提升拆除過程的安全性，而且能夠有效提高拆除的效率，更好地滿足拆除要求。