大跨度、大截面钢筋混凝土井字梁拆除施工技术

大跨度、大截面钢筋混凝土井字梁拆除施工技术

武明

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摘要：根据所确定的施工拆除顺序合理划分施工段，用CAD软件绘制各施工段之间的井字梁结构支撑架体、竖向防护及临边防护的平、立、剖面布置图，并且再运用有限元分析软件对井字梁结构支撑架体、中间堆载平台进行验算，进一步确保拆除过程中的施工安全。

关键词：井字梁；拆除；大跨度；大截面

1前 言

山东德建集团有限公司施工的北京兴隆公园（管理用房）改造项目工程，因使用功能的变更， 7轴～10轴/C轴～H轴，三层楼面（标高11.3000m）与宴会厅屋面板（标高23.600m）间需新增二层楼板，因此需要将宴会厅井字梁屋盖及其东侧C轴～H轴悬挑结构整体拆除。井字梁屋盖南北跨度45m，东西跨度25m。拆除区域建筑面积1270㎡，井字梁截面均为500×2100mm，井字梁结构混凝土拆除总方量约1000m³。

在拆除施工过程中，山东德建集团有限公司根据井字梁结构的受力特点，采用静力液压剪分段破碎拆除钢筋混凝土结构的施工方法，在施工过程中取得了良好的效果。结合施工实践，对该施工工艺进行总结，形成了本施工技术。本技术最根本的原理在于通过技术方案编制工作使钢筋混凝土结构拆除顺序科学化，拆除过程安全化，提高施工进度的同时又在环境保护方面做到无振动、无噪音、无扬尘污染。

2技术特点

（1）运用有限元分析软件对井字梁拆除过程各种工况进行验算分析，确保拆除过程中内力平稳传递，保证不对预留结构产生影响。

（2）本技术危险性小，无振动、无噪音、无粉尘，有效地缩短了施工工期。

（3）拆除框架井字梁时在纵横向框架井字梁交接处安装6根钢柱支撑及中间连系梁，钢支撑上端顶紧，确保施工安全。

（4）井字梁两端支座与非拆除结构的交接部位预留200～300mm，最后用绳锯切割。

3适用范围

本技术主要适用于结构复杂，危险性大的改建、扩建的钢筋混凝土结构工程；大跨度、大截面钢筋混凝土梁拆除工程，尤其适用于要求无振动、无噪音、无扬尘污染的混凝土结构拆除工程。

4工艺原理

（1）运用BIM技术建立结构模型，按照方案前制定的各种施工拆除顺序，综合考虑在施工过程中所面临的施工环境和施工条件，对钢筋混凝土井字梁拆除进行反复施工模拟。

（2）根据所确定的施工拆除顺序合理划分施工段，用CAD软件绘制各施工段之间的井字梁结构支撑架体、竖向防护及临边防护的平、立、剖面布置图，并且再运用有限元分析软件对井字梁结构支撑架体、中间堆载平台进行验算，进一步确保拆除过程中的施工安全。钢筋混凝土井字梁是从钢筋混凝土双向板演变而来的一种结构形式。双向板是受弯构件，当其跨度增加时，相应板厚也随之加大。但板的下部受拉区的混凝土一般都不考虑它起作用，受拉主要靠下部钢筋承担。因此，在双向板的跨度较大时，为了减轻板的自重，我们可以把板的下部受拉区的混凝土挖掉一部分，让受拉钢筋适当集中在几条线上，使钢筋与混凝土更加经济、合理地共同工作。这样双向板就变成为在两个方向形成井字式的区格梁，这两个方向的梁通常是等高的，不分主次梁，一般称这种双向梁为井字梁(或网格梁)。井字梁的支承井字梁楼盖四周可以是墙体支承，也可以是主梁支承。墙体支承的情况是符合计算图表的假定条件：井字梁四边均为简支。当只有主梁支承时，主梁应有一定的刚度，以保证其绝对不变形。井字梁截面高度的取值以刚度控制为主，除考虑楼盖的短向跨度和计算荷载大小外，还应考虑其周边支承梁抗扭刚度的影响。由于井字梁楼盖的受力及变形性质与双向板相似，井字梁本身有受扭成分，故宜将梁距控制在3m以内,一般可按简支端计算。当井字梁周边有柱位时，可调整井字梁间距以避开柱位，靠近柱位的区格板需作加强处理，若无法避开，则可设计成大小井字梁相嵌的结构形式。井字梁楼盖两个方向的跨度如果不等，则一般需控制其长短跨度比不能过大。长跨跨度L1与短跨跨度L2之比L1/L2最好是不大于1.5，如大于1.5小于等于2，宜在长向跨度中部设大梁,形成两个井字梁体系或采用斜向布置的井字梁，井字梁可按45°对角线斜向布置。两个方向井字梁的间距可以相等，也可以不相等。如果不相等，则要求两个方向的梁间距之比a/b=1.0~2.0。实际设计中应尽量使a/b在1.0~1.5之间为宜，最好按井字梁计算图表中的比值来确定，应综合考虑建筑和结构受力的要求,一般取值在1 2～3ｍ较为经济,但不宜超过3.5ｍ。两个方向井字梁的高度h应相等，可根据楼盖荷载的大小，取h=L2/20,但最小h不得小于短跨跨度1/30.梁宽=取梁高1/3（h较小时）1/4（h较大时），但梁宽不宜小于120mm。井字梁的挠度f一般要求f≤1/250，要求较高时f≤1/400。井字梁的现浇楼板按双向板计算，不考虑井字梁的变形，即假定双向板支承在不动支座上。双向板的最小板厚为80mm，且应大于等于板较小边长的1/40。

5施工工艺流程及操作要点

5.1工艺流程

编制拆除施工方案并进行专家论证→井字梁结构支撑架体、竖向防护及临边防护的搭设→非框架井字梁拆除→框架井字梁拆除→梁端部预留区域拆除→垃圾清运。

5.2 操作要点

（1）在方案编制过程中，我们针对井字梁结构制作了相应的BIM结构模型，并做施工流程模拟。根据井字梁结构各构件拆除的先后顺序，运用有限元分析软件对井字梁结构在静力荷载作用下的各拆除施工过程工况，承载能力极限状态和正常使用极限状态工作工况进行分析和验算，通过验算后，形成施工方案。最终，该施工方案顺利通过了专家论证。

（2）为了加快施工进度，我们通过搭设竖向防护等安全措施，使井字梁结构拆除与垃圾清运同步进行，即前一个施工段井字梁拆除完后，转移到下一施工段进行拆除时，清运工进入该施工区域内进行垃圾清运工作。用钢管脚手架搭设井字梁结构支撑；用木方、脚手板及废木胶板搭设垃圾堆放平台及溜槽；用废木胶板搭设竖向防护做施工段施工隔离带。

5.3非框架井字梁拆除施工工艺

在施工拆除机械选择方面，我们通过对风镐、静力液压剪、劈裂机等拆除机械，在施工现场进行噪音、安全、施工速度等方面的监测和对比，最终选择采用静力液压剪对井字梁结构进行破碎拆除。

（1）拆除区格内两端东西向的横向非框井子梁：非框井字梁的拆除，采用液压剪沿梁跨分段、逐层向下，往复破碎。

（2）拆除区格内南北向的纵向非框井字梁。

（3）拆除区格内中部东西向的横向非框井字梁非框架井字梁拆除：当1、2的非框井字梁拆除完毕后。区格内中部，将形成一跨度8.4m的待拆梁体。针对上述梁体，考虑其底部配筋，对拆除至不同高度时，残余梁体的变形情况进行计算。

5.4框架井字梁拆除施工工艺：

（1）根据井字梁结构支撑架体的验算要求，在支撑平台脚手架搭设前，先在纵横向框架井字梁交接处安装6根钢柱支撑及中间连系梁，钢柱、钢梁均为200mm宽8mm厚Q235的方钢管。

（2）钢支撑上端顶紧：随着屋盖的混凝土构件不断拆除，外荷载相应减小。根据计算结果横、纵向框架井字梁的挠度同时不断减小。当非框井字梁拆除完毕后，框架井字梁底与钢柱支撑上端的间距与下料时相比，将有所增大。框架井字梁拆除前，钢支撑柱顶采用相应厚度的钢板楔紧、顶死，而后拆除纵向框架井字梁。

（3）液压剪拆除纵向、横向框架井字梁。框架井字梁先拆除纵向后拆除横向，拆除方式与非框井字梁拆除方式一致。

5.5井字梁端部预留区域拆除拆除施工工艺：

为了防止拆除机械在施工过程中，对保留结构造成破坏，我们在井字梁两端支座与非保留结构的交接部位预留200～300mm，最后用绳锯切割，并配合静力液压剪由上往下依次进行剪碎拆除。

（1）井字梁端部预留区域，用绳锯从梁顶向下逐步断开。

（2）绳锯切入梁内每200mm～300mm高度，用液压剪将上段已分离梁头破碎。1、井字梁与柱子采取“避”的方式，调整井字梁间距以避开柱位；避免在井字梁与柱子相连处井字梁的支 座配筋计算结果容易出现的超限情况；减少梁柱节点在荷载作用下，由于两者刚度相差悬殊而成为受力 薄弱点以致首先破坏，由于井字梁避开了柱位，靠近柱位的区格板需另作加强处理。
2、"井字梁与柱子采取“抗”的方法，把与柱子相连的井字梁设计成大井字梁，其余小井字梁套在其中， 形成大小井字梁相嵌的结构形式，使楼面荷载从小井字梁传递至大井字梁，再到柱子。
3、井字梁截面高度的取值以刚度控制为主，除考虑楼盖的短向跨度和计算荷载大小外，还应考虑其周边支承梁抗扭刚度的影响。
4、由于井字梁楼盖的受力及变形性质与双向板相似，井字梁本身有受扭成分，故宜将梁距控制在3m以内。
5、井字梁一般可按简支端计算。
6、当井字梁周边有柱位时，可调整井字梁间距以避开柱位，靠近柱位的区格板需作加强处理，若无法避开 ，则可设计成大小井字梁相嵌的结构形式。
7、钢筋混凝土井字梁是从钢筋混凝土双向板演变而来的一种结构形式。双向板是受弯构件，当其跨度增加时， 相应板厚也随之加大。但板的下部受拉区的混凝土一般都不考虑它起作用，受拉主要靠下部钢筋承担。因此 ，在双向板的跨度较大时，为了减轻板的自重，我们可以把板的下部受拉区的混凝土挖掉一部分，让受拉钢筋适当集中在几条线上，使钢筋与混凝土更加经济、合理地共同工作。这样双向板就变成为在两个方向形成井字式的区格梁，这两个方向的梁通常是等高的，不分主次梁，一般称这种双向梁为井字梁(或网格梁)。
8、支承井字梁楼盖四周的可以是墙体，也可以是主梁。墙体支承的情况是符合计算图表的假定条件的（井字梁四边均为简支）。主梁支承时，主梁应有一定的刚度，以保证其绝对不变形。
9、井字梁楼盖两个方向的跨度如果不等，则一般需控制其长短跨度比不能过大。长跨跨度L1与短跨跨度L2之比 L1/L2最好是不大于1.5，如大于1.5小于等于2，宜在长向跨度中部设大梁,形成两个井字梁体系或采用斜向布置的井字梁，井字梁可按45°对角线斜向布置。

5.6垃圾清运

1）施工期间，拆除产生的垃圾方量由拆除机械台班产量、施工段划分情况、下层垃圾堆载脚手架承载能力、楼板的承载能力共同影响。为保证拆除进度，综合考虑上述各因素，我们采用通用结构设计软件盈建科（YJKS1.6）进行计算。如表1所示。

表1   垃圾堆载部位的最大可堆荷载

2）垃圾清运之前，我们工程现场充分利用消防管网的便利条件对施工垃圾采取洒水降尘措施，防止垃圾装卸过程中产生粉尘；

3）楼层四周的防护外架设置双层密目网，并在拆除区域上空搭设覆盖一层遮阳塑料网布，防止粉尘四处飞扬、外散，同时也起到一定的隔音效果。

6 结束语

（1）本技术在工程施工中优化了施工方案、改进了施工工艺，成功缩短了施工工期，大大节省了支撑及防护脚手架体、运输机械等租赁费用和水电、维护费用。

（2）本技术通过施工程序的合理布置，减少了安全事故造成的医疗、赔偿费用，并且减轻了降低噪音、粉尘等方面的环境治理费用。

（3）本技术得到了投资方及上级主管部门人员的一致认可，并且积累了加固改造工程方面的施工经验，增强了公司在加固、拆除及改造工程施工方面经验欠缺的自信心，为我公司赢得了良好的社会反响。

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