田云生 段福利 李文波 赵勇强 赵洋
中建八局第二建设有限公司河南分公司，河南 郑州450000）
[摘要]某省人民法院1#办公楼主楼建筑顶端高度约90m，为上世纪90年代建造的办公楼，结构安全与功能已达不到如今使用需求，需对此楼进行拆除与改造。根据设计方案，需将建筑物屋面以上顶部近40m顶部高耸异形结构进行拆除，高耸异形结构重约1500吨，综合考虑异形构造拆除方案，采取高空分块、顺序静力切割、高空吊运等方式进行拆除，有效提高了作业效率，保障了施工工期和安全。
[关键词] 异形结构 拆除 静力切割
一、前言
国内上世纪末建成的高层建筑顶部多设有高耸构筑物，多为屋面水塔、消防水池、屋面造型或军事防御需要而设。进入21世纪以来，建筑业迅猛发展，建筑理念、施工技术日新月异，加之上世纪建筑物多已老旧，屋顶造型的改造和拆除日渐增多。国内类似拆除、改造案例多采用人工分段破除、机械拆除或者爆破等方式施工。类似本工程如此高大的高层建筑物顶部高耸异形建筑物拆除鲜有类似施工案例。
二、工程概况
某省人民法院1#办公楼建成于上世纪90年代初，地下一层、地上13层，建筑面积1.5万㎡，建筑高度51.6m。需拆除的建筑物位于1#楼屋顶，底标高51.6m，顶标高90.0m，由避雷针、八角形观察室、圆柱形爬梯间、水塔弧形造型组成。80.5m-90.0m间避雷针为钢柱圆柱体杆件；74.8m-80.5m间八角造型，为2层八角形观察室；64.8m-74.8m间8层圆柱形爬梯间，每层设有钢爬梯，每层爬梯端部为上人孔；51.6m-64.8m为3层消防水池，两侧为圆弧形造型。整个建筑物外面为湿贴瓷砖，内侧为抹灰+腻子乳胶漆装饰层。结构总重量约1500t。
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三、施工重难点分析
3.1 拆除方法选择
高层建筑顶部构筑物，造型奇特、高耸，拆除方法选择至关重要。综合对比常用的液压钳人工破碎法、液压剪机械破碎法、金刚石系列工具切割法等施工方法，优先选择合适的金刚石系列工具切割，划分合理施工分段，分段有序拆除。
3.2 分块大小及切割顺序
建立BIM模型和ANSYS有限元分析模型，根据模型分析，划分合理分块切割位置和分块大小，以及分块拆除顺序，保证切割过程安全，过程中分块切割后的剩余结构仍能安全可靠、不倾覆。
3.3 吊点设置分析
屋顶高耸结构形状奇特，根据最不利工况，选择最佳吊运机具，确保吊运半径和起重能力，在单块切割构件布置合适吊孔，确保吊运过程安全可靠。
四、高空分块静力切割拆除施工
4.1 拆除工具选择与应用
由于金刚石绳锯采用金刚石作研磨材料，所以可以切割分离任何坚硬物体，切割是在液压马达带动下进行的，液压泵运转平稳，且切割面光滑整齐；切割中锯机的移动方向受轨道控制，切割位置准确，切割线偏差可以较好的控制；无振动、低噪音、环保、安全无污染；切割深度可以通过改变锯机功率和更换锯片直径来决定。锯片固定完成后检查调整锯片与切割面的垂直度，平行于墙体切割楼板时，距离墙边最小切割距离为30mm。
本次所用金刚石系列静力切割工具在施工时与拆除构件位置关系如下图：
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4.2 高耸异形结构分块施工
4.2.1 高耸异形结构分块原则和具体分块情况
根据现场实际情况，40m顶部高耸异形结构（由13.2m底部构造、10m撑杆、5.7m高耸异形结构、10m避雷针组合而成）需拆除，对剪力墙、楼板采用金刚石圆盘锯、金刚石绳锯和金刚石薄壁钻金刚石系列无损切割工具进行分块切割。
4.2.2 整体拆除分块原则
通过对整体构筑物进行建立模型，进行有限元分析，得出以下分块原则：
1、标高80.5-90.0m圆钢管避雷针重约1吨，单独吊运。
2、标高74.3-80.5m高耸异形结构，单块体积<1m3。对于内壁剪力墙厚度为200mm，内外装修层厚度50mm，其单块切割面积<2㎡；外壁厚度120mm，内外装修50mm，单块切割面积<3㎡；下板厚500mm，单块切割面积<1㎡；中板厚300mm，单块切割面积<1.5㎡。
3、标高64.8-74.3m，单块体积<1.4m3。圆筒壁厚200mm，内外装修层厚度50mm，单块切割面积<2㎡。
4、标高51.6-64.8m，单块体积<2m3。圆筒壁厚250mm，内外装修层厚度50mm，单块切割面积<2㎡。
5、标高51.6-64.8m，楼板厚度为100mm和200mm，内外装修层厚度50mm，单块切割面积分别<3㎡、1.5㎡；东西两侧曲面构件厚度150mm，内外装修层厚度50mm，单块切割面积<10㎡；竖向剪力墙厚度250mm，内外装修层厚度50mm，单块切割面积<6.6㎡，对于梁、柱，单块体积<2m3。
6、考虑后期砼快清运工作，任意构件分块单边尺寸均需要不得大于1.5m。
表4.2-1 屋顶拆除分块切割机具选择情况
区域 部位 标高/m 切割工具
高耸异形结构 钢管 77.2-90.00 电焊机
高耸异形结构 74.3-80.5 圆盘锯+绳锯
圆洞中 64.8-74.3 圆盘锯+绳锯
圆洞下 51.6-64.8 圆盘锯+绳锯
造型 51.6-64.8 圆盘锯+绳锯
4.2.3 高耸异形结构下斜面切割拆除顺序及吊装设计
由于高耸异形结构下斜面向下倾斜的特殊情况，对高耸异形构筑物建立模型进行有限元分析，避免在切割拆除中存在高空坠物和倾覆的可能性，因此：
在施工中必须严格参照下图——《高耸异形结构下斜面切割顺序布置图》按照①②③......的编码进行分块切割，然后分块吊装下来。
在每一块进行切割前，必须先确定吊装孔位置，用金刚石水钻打出吊装孔，安装吊钩、吊绳，在吊钩、吊绳安装完毕，确认无误后，才能进行切割分块。对于切割作业难度最大的八角造型构件切割分块示意如下图所示。
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五、总结
某省人民法院1#楼改造拆除施工采用了该技术，确保了拆除过程的安全性和可行性，大大缩短施工工期，保证了工程质量，节约了施工成本。该技术施工工艺科学合理，施工过程安全可靠，经济环保，是解决顶部高耸异形结构拆除的最佳方案，在如今越来越多老旧建筑物拆除中具有很好的推广价值和广泛的应用前景，具有推广应用价值。
参考文献：
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