1 工程概况 本工程原为金隅兴发水泥厂，其中B1号结构原为钢筋混凝土水泥筒仓，由六组独立且相同的三连体筒仓组成，每组三连体筒仓为一个单体结构区域，各区域沉降缝宽度为200 mm。 六组区域从左到右编号为A~F区，单组结构平面布置如图1所示。六组筒仓总长度153.4 m，筒仓高度30.31 m，半径4.3 m，仓壁厚200 mm。其底部为框排架结构，上部为圆形钢筋混凝土筒仓，标高7.000 m和21.870 m处分别设550 mm厚和100 mm厚钢筋混凝土现浇板，内部无其他构件。仓顶设置了钢筋混凝土框架结构，剖面如图2所示。基础形式为梁板式筏形基础。 图1 钢筋混凝土水泥筒仓单组结构平面布置示意 该筒仓拟改造成员工宿舍。具体改造的方式如下：保留B区和E区筒仓顶部钢筋混凝土框架作为设备机房使用，框架梁柱采用增大截面法进行加固；A区、C区、D区及F区筒仓顶部钢筋混凝土框架拆除，改为钢框架结构；筒仓内外部13.5 m和17.75 m处新增梁板结构，筒仓壁新增多个门窗洞口，在3.88 m处新增局部夹层；在筒仓B区和E区的8.700~13.350 m范围内拆除约1/2的筒仓壁，拆除完后底部框柱接长增高，同时新增水平弧框梁。 图2 钢筋混凝土水泥筒仓单体结构剖面示意 该筒仓改造工程量较大，结构体系发生较大变化，由筒仓结构变为多层建筑，特别是B区和E区筒仓，拆除施工作业难度较大。同时施工工期较紧，采用传统拆除方式势必要增加较多的支撑体系，增加费用的同时也减小了施工操作空间。另外，新增梁板构件同样需要增加大量支撑系统，导致操作空间进一步被压缩，施工人员安全得不到保证，进一步增加了施工难度。因此，需要采用一种新的拆除施工技术来保证人员安全及施工进度。 2 自支撑拆除施工技术原理是在拆除某层或某部分混凝土承重墙时，墙体不拆除完毕，而是通过计算，临时保留部分墙体作为原结构的支撑体系，待新建或加固完毕以后，将临时保留的部分墙体拆除，此过程不用搭设临时支撑，实现结构的自支撑目标。 根据拆除墙体的长度不同临时保留局部结构的形式可分为单跨梁结构（图3）、多跨梁结构（图4）、柱结构（图5）等。 图3 单跨梁结构示意 图4 多跨梁结构示意 图5 柱结构示意 在拆除施工作业前，利用有限元软件拟对拆除作业的全过程进行数值模拟，基于下述原则确定合理的临时保留局部结构方案。 （1）永久性留存结构零损伤原则。即按照图3~图5中的形式保留临时局部结构，并参与整体结构的建模仿真计算，使临时保留的局部结构能保证其余留存使用的原结构的应力值小于抗拉强度设计值。 （2）临时保留局部结构满足最低安全储备原则。即按照图3~图5中的形式保留临时局部结构，并参与整体结构的建模仿真计算，使临时保留的局部结构可带裂缝工作，但要满足承载力的要求。 （3）临时保留局部结构对后续施工最小干涉原则。即按照图3~图5中的形式保留临时局部结构，当保留的临时局部结构作为后续结构的一部分时，应对后期施工影响最小。当保留的临时局部结构需要拆除时，其拆除量应小于临时支撑搭设和拆除的工程量。 保留的临时局部结构在结构加固和新建工程施工后，相应部位形成新的稳定结构体系后方可进行拆除。因此，保留的临时局部结构应对后续的加固和新建工序影响最小，并且其保留的截面尺寸相对较小，后续拆除作业量较少，施工工艺简单，工期较短，造价较低。整个拆除过程中施工占用场地小，施工过程环境影响小。 3 拆除方案计算对比分析 现对待拆除的B区和E区原筒仓建立三维模型，模型如图6所示。 图6 筒仓三维模型 拆除前先对筒仓壁进行较小门洞拆除施工，拆除过程中先剔除破碎筒仓壁，然后切断水平钢筋及竖向钢筋。 依据自支撑拆除施工技术原理及结合现场实际情况，提出3种拆除B区和E区8.700~13.350 m范围内部分筒仓壁的施工方案，通过对比3种方案，优选出一种既满足安全性又节省工期与费用的施工方案。在3种拆除方案实施前，需对首层梁柱进行加固处理，加固处理后的三维模型如图7所示。 图7 首层加固后三维模型 （1）方案一。 采用传统拆除施工工艺，沿着弧墙长度方向间隔500 mm设置竖向承重支撑架，其底部支撑在坚实地面上，同时竖杆之间采用水平杆进行拉结。在承重杆顶层有两层水平杆贯穿筒仓壁，作为横向承重构件来支撑上部结构重量。筒仓承重支撑架搭设如图8所示。 图8 筒仓承重支撑架搭设示意 通过计算分析，在方案一实施过程中，承重竖杆满足承载力要求，但需要搭设的承重脚手架工程量约300 m3。承重支撑架费用较高，施工工期会大幅度增加。 （2）方案二。 加固完首层后，在拆除二层超大门洞位置上部仅预留部分混凝土筒仓仓壁作为混凝土梁承受上部荷载。通过试算预留混凝土等代梁高度为1 600 mm。 （3）方案三。 加固完首层后，在拆除二层超大门洞位置的上部及中部预留部分混凝土筒仓仓壁作为等代梁柱承受上部荷载。通过试算预留混凝土等代梁高度为900 mm，预留混凝土等代柱宽度为1 000 mm。 通过计算可知，在标准组合永久荷载+可变荷载工况下，方案二中间筒等代梁最大弯矩绝对值为152.6 kN·m，左侧筒等代梁最大弯矩绝对值为182.2 kN·m；方案三中间筒等代梁最大弯矩绝对值为78.9 kN·m，是方案二的52 %，左侧筒等代梁最大弯矩绝对值为118.2 kN·m，是方案二的65 %。方案三在等代梁截面较小的情况下，弯矩是方案二的60 %。 通过计算可知，在标准组合永久荷载+可变荷载工况下，方案二左侧筒和中间筒等代梁底部最大拉应力为2 MPa，大于C18混凝土拉应力设计值，表明等代梁已开裂，但等代梁上部应力小于1 MPa，表明上部混凝土未开裂，处于弹性阶段。在标准组合永久荷载+可变荷载工况下，方案三左侧筒底部最大拉应力为1 MPa，表明等代梁底部有开裂的趋势，处于开裂界限状态。方案三中间筒底部最大拉应力为2 MPa，但等代梁上部应力小于1 MPa，表明上部混凝土未开裂，处于弹性阶段。 综上所述，在相同荷载工况下，方案三内力及应力均小于方案二。在拆除混凝土工程量相同的情况下，方案三通过原结构自身的承载力余量形成支撑，取代临时支撑，其施工量及造价明显低于方案一。因此，在保证结构安全的前提下，相比于方案一和方案二，方案三更能降低成本和节约工期。 4 自支撑拆除技术施工工艺 根据施工顺序，该筒仓结构采用自支撑拆除主要包括以下4个过程。 （1）根据设计图纸要求，对所拆除的筒壁墙段定位放线，确保所需拆除洞口准确。预留的竖向承重墙段布置在拆除墙段的中部，且避让新增混凝土柱位置。通过有限元仿真分析，预留的竖向承重墙段宽度为1 m，水平墙段宽度为0.9 m时，结构在施工工况下满足承载力要求。 （2）安装固定墙锯，沿着竖向和水平的定位线进行切割。切割过程中注意观察结构变化，如有异常，立即停止作业。 （3）预先拆除的墙段左右侧及上侧与结构分离后，采用液压剪或风镐进行破碎，破碎的顺序为从上至下，从一端到另一端。 （4）拆除完毕后，对新增柱和新增水平构件进行加固处理。待强度满足设计要求后进行剩余承重墙段的拆除作业。拆除时用水钻或绳锯切断所拆墙段与上部的连系。之后采用液压剪或风镐进行破碎，完成底部大洞口的拆除作业。对于结构拆除的边界位置采用高强聚合物砂浆等材料进行修复。 5 结论 本研究提出的自支撑拆除施工技术具有施工简单、安全与质量容易控制、节约工期、造价低、几乎不需要较多外附支撑体系、施工操作空间较大、施工对环境影响较小、扬尘少、噪声小等优势，是提升建筑再生改造施工安全、节约能源与资源、提高管理效率的有效手段，具有巨大的间接辐射效应和社会效益，同时为后期类似工程提供借鉴和参考。
