逆向拆除技术在房建钢筋混凝土结构中的应用

陈春名

（中铁建设集团有限公司，北京100043）

1 钢筋混凝土结构的特征

在20 世纪20 年代， 人们发现在钢筋与混凝土结合使用时可以制造出更加坚固的结构。 这种结构可以大大减少建筑物的重量，同时具有更高的抗震性能和耐久性，这为城市建设带来了新的机遇。 钢筋混凝土结构存在5 大特征，具体如下。

1）耐久性好：钢筋混凝土结构具有很高的抗压强度和抗拉强度，耐久性比其他建筑材料强，可以承受很大的外力，由于钢筋的不变性，耐久性更强。

2）建筑成本低：钢筋混凝土是一种比较便宜的建筑材料，并且可以快速施工，构造简单，质量轻，可以节省更多的基础建设费用。

3）施工迅速：钢筋混凝土结构可以快速施工，在短时间内完成大规模的建设， 而其他类型的建筑材料则需要较长时间才能完成。

4）维护方便：维护钢筋混凝土结构非常简单，不需要定期维护，只需要定期检查、保持干燥和清洁即可。

5）可靠性高：钢筋混凝土结构不仅具有很好的抗震性能，而且具有良好的可靠性，可以抵抗灾害和自然环境的影响。 混凝土基于弹性和塑性相耦合的破坏模式， 可充分反映拉压应力作用下的强度差异，刚度和强度劣化，并可在拉压反复作用下产生刚度回复现象。 具体的混凝土拉压刚度恢复示意图如图1 所示。

图1 混凝土拉压刚度恢复示意图

图1 中，E0为弹性模量；dt为折减因子；σto为破坏应力；σt为抗拉强度；dc为临界损伤值；Wc为临界破坏功；Wt为总破坏功；ε 为材料发生度形变相较于原始长度的比例。 随着载荷由拉伸转变为压缩，混凝土中的裂纹逐渐愈合，抗压刚度逐渐恢复到原来的抗压刚度。 在加载方式由压力转变为拉力后，混凝土的拉伸刚度并未得到恢复。 在此基础上，研究提出了一种基于保守性的分析方法，并没有将钢筋对钢筋的约束强化作用纳入计算中， 而是直接使用了规范推荐的钢筋混凝土的设计参数。 根据GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》（2015年版）和ABAQUS 中的其他数据，对C25 混凝土的轴压和轴拉性能进行了分析，结果见表1。

表1 混凝土材料以及ABAQUS混凝土塑性损伤参数

如表1 所示，混凝土材料强度、标准值、设计值以及弹性模量的数值已经给出， 材料在拉压弹性阶段对应的破坏系数是0，在物质在进入弹塑性阶段后，破坏系数有了快速的发展，在混凝土被压缩到顶峰强度时，破坏系数大约是0.35，受拉破坏系数大约是0.1。

2 逆向拆除技术的基本原理

逆向拆除技术是一种有效拆除结构的技术， 它是指将结构拆除的步骤和顺序与建筑过程的步骤和顺序相反进行的一种拆除方法[1]。它要求拆除工作先拆除完最后一层混凝土支撑体，再一步步拆除前面的混凝土支撑体，最后拆除建筑物最上层楼板，以及后续的屋架等结构，实现对结构的安全拆除。 逆向拆除技术在房建钢筋混凝土结构中是有效的拆除方法。 它可以保证建筑物的结构安全，并且拆除过程简单，操作简便，耗时少，噪声小，污染少，可以有效拆除结构。 首先，进行安全检查，清理现场，防止落物及其他危害，然后，从最上层的楼板拆到下层支撑体，从下层支撑体开始，一步步拆到最下层楼板，最后，拆除屋架等其他结构，实现安全拆除。 逆向拆除技术是一种拆除技术，它是以钢筋混凝土结构为主体，以结构、模板、螺栓等为辅， 以运用较大的力量和分离性来逆向拆除结构[2]。其与传统拆除技术的不同之处在于， 传统的拆除技术是从外部施加力量将结构分离，而逆向拆除技术则是从内部拆除，以内部的力量将结构拆开。 逆向拆除技术的优势在于可以有效避免对结构的影响，因此，可以更好地保护结构的完整性。 逆向拆除技术的适用范围也更广， 它可以应用于具有一定复杂性的结构，如桥梁、管道、柱、框架等，这些结构比较容易受到传统拆除技术的影响。 此外，逆向拆除技术的拆除速度更快，可以更好地满足工程的进度要求。 在不符合规定的情况下，刚性比及最小楼层受剪承载力比不能达到规定要求。 这是因为，在不改变横向变形和角度位移的情况下， 保持了节约材料的原则。 原结构效应设计得到的部件承受力及刚度大于折减效应后的设计筒体部件的概率很高， 这也说明了使用逆向拆除技术建造的结构， 如果核心筒的设计可以达到其强度和刚度的要求， 那么在千斤顶之上的结构竖向部件发生破坏的可能性就会相对较小。

综上所述，在进行逆向拆除建筑的核心筒的设计时，必须对其变形、角变形等进行严格的控制，并加强核心筒与结构的连接节点。 由于可拆除房屋的抗震能力指数较小，因此，对其扭转不均匀性、 刚度比以及最小楼层受剪承载能力等要求应予以放松。 逆向拆除技术应用在房建钢筋混凝土结构中，主要是用于结构改造、顶升、支撑等活动。 在这些活动中，逆向拆除技术可以有效缩短结构拆除和改造的时间并降低成本。 此外，还可以有效保护原有结构，从而减少结构破坏和损坏。

3 逆向拆除技术在房建钢筋混凝土结构中的应用

该项目位于贵州省贵阳市百花大街， 贵州轮胎有限公司（原地址）的原料仓库内，是1 栋4 层的混凝土多层框架建筑，层高从下至上分别为6.67 m、5.4 m、5.1 m 以及6.6 m。 为防止侧翻，本工程于2 楼、4 楼设置了横向拉索，并于1 楼设置了导轨，以确保本工程能依着预定的路径进行下落。首层安装导向装置，为了让上部结构能够遵循既定的路径进行下降，在结构的1楼，需要将引导装置进行安装，使用16b 槽钢（160 mm×65 mm×8.5 mm），在现场将三脚架进行焊接，并通过直径为20 mm 长20 cm 的地脚螺栓与地面进行连接。三脚架的底面为1.5 m，柱子的高度为2 m。 2 层安装限位器，2 楼限位器使用1 根直径32 mm 的带肋钢筋，一端是1 根15 cm 的钢丝，一端是160 mm×65 mm×8.5 mm 的槽钢，并配有8 mm 的衬垫和对应的螺丝。

按照逆向拆除的技术实施计划， 在工地上进行了实际的施工。 首先，采用电镐对水泥柱进行刨削，然后采用火焰法将渗漏出来的钢筋切断，使其表面变得光滑。 最后，将千斤顶气缸上的暂时支承卸下，将暂时支承上的衬垫全部卸下来，如此循环操作直到完成。 施工完毕后，对混凝土进行强度检测以及结构竖向位移监测试验。 针对逆向拆除施工技术的特点，在临时支座垂直转移方案中，采用了对被拆建筑梁受弯、受剪承载能力进行分析的方法。 被拆迁房屋大多已经进入“老龄化”阶段， 拆迁房屋中各部分的强度与新建房屋相比存在明显的差异，受多种因素的制约，因此，需要结合具体条件决定拆除方案。 在被拆除的结构梁和柱上随机选择3 个位置钻取试样，并以此测试其强度。 采用半径为80 mm 的水钻， 对水泥进行钻孔，因为第一层层高比较大，所以，要搭建2 层1.7 m 高的脚手架，为了保证工程的安全，在第2 层的地面上进行了一次纵向钻孔。 检验后得其强度与C25 相近。 因此，进行试验和分析时，使用了C25 的某些指标。

在讨论千斤顶不同步问题时，重点讨论两个方面，即柱下千斤顶的受力会不会超过其额定顶力以及不同步的位移差对上部结构部件的影响是否会大于抗力。 因此，在逆向拆除施工过程中，对变形进行监测，对保证工程的安全进行至关重要。用激光定位器所测得立柱下落时的位移， 将其固定于立柱上，并在立柱上悬挂出一块钢板，以承受激光照射，从而确保目标（静止点）的稳定性。 并用激光测距机对底层梁底距进行了测量。

从图2 中可以看出，千斤顶以上结构整体降落位移。 其在2022 年10 月15 日—2022 年10 月22 日未发生沉降现象，但2022 年10 月22 日之后，房屋发生断崖式沉降，说明建筑物的基础土质受到了破坏，钢筋混凝土结构受到了严重的影响，说明逆向拆除技术应用效果良好。 在采用逆向拆除技术进行施工的时候，为了保证千斤顶上的结构能够顺利地下降，在2 层、4 层采用横向的横梁，1 层（建筑楼层）采用三角形的横梁。 临时支撑式逆向拆除技术的施工流程具体如下： 安装并顶紧临时支撑卸荷柱内力，剔凿混凝土切断裸露钢筋，安装垫片顶升千斤顶卸荷临时支撑轴力，降低上层结构；按照步骤进行总体拆卸。

图2 累计沉降监测数据

该示范项目证明了逆向拆除技术适用于钢筋混凝土框架结构的拆除；上半部分的下落位移反映了反向爆破的全过程。在此基础上，利用临时支护的应变来求取支护的内力。 梁、板的刚度是由柱的轴向力-位移图获得的，建筑质量称重用于与仿真数据的核对。

5 结语

逆向拆除技术对拆除设计非常重要，可以使拆除过程更加安全高效，有效缩短拆除操作的时间并降低成本，并且可以在拆除的过程中准确地拆解各类钢筋混凝土结构，从而减少拆除过程中的不必要损失。 此外，抽芯转换、导向架以及利用既有结构充当抗侧构件等技术也极大地提升了拆除设计的效率。 另外，该技术可以提升拆除过程的安全性，从而减少拆除过程中的安全隐患。 总之，逆向拆除技术不仅能提升拆除过程的安全性，而且能够有效提高拆除的效率，更好地满足拆除要求。