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拱形结构建筑的拆除施工

结构特点和建造顺序

(1)拱形结构在土木建筑工程中是常见的一种结构形式,它具有结构轻型美观、受力合理、用材节省、建筑空间通畅等诸多优点,因此,从民用建筑到公共建筑、工业建筑,从桥梁工程到隧道工程等被广泛采用。

拱形结构建筑的应用在我国有悠久的历史,早在2000多年 前的秦汉时代就有砖拱券墓和砖穹隆墓,从元朝开始用砖拱建造地面上的房屋明朝时出现了用砖拱券结构的碉楼和结构使用砖拱而外形仿木建筑的无梁殿以及城楼、鼓楼等建筑。

拱形结构建筑形式多样,丰富多彩,图4-24所示为常见的儿种拱形结构建筑。被誉为千古独步的河北赵县赵州桥,是我国古代拱形桥梁结构的光辉范例,由工匠师李春主持建造于隋朝大业年间(公元605〜617年),距今已有1400年的历史了,是一 座敞肩式单孔圆弧形石拱桥,如图4-25所示。苏州葑门外的宝带桥则是一座连续拱形式的石拱桥,建于公元816〜819年的唐朝,是驰名中外的多孔石拱桥,全长316. 8m53个桥孔,像

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图4-24 几种拱形结构建筑

(a)单曲面拱形屋顶建筑:(b双曲面拱形屋顶建筑:c)以屋面两条

拱肋为主要承重结构的某体育馆建筑

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图4-25河北赵县赵州桥

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图4-26苏州宝带桥

拱形结构建筑的建造顺序如图4-27所示。

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图4-27拱形结构建筑建造顺序

图4-28所示为石拱形桥梁施工现场安装拱券情况。

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图4-28石拱桥施工安装图

(2)拱形结构的力学特性:

了解拱形结构的力学特性,对于拆除施工人员极为重要。拱形结构与梁式结构相比,有个显著的不同之点,就是在拱脚处除了有垂直向下的压力之外,还有一定的横向水平推力,如图4-29 所示。横向水平推力的大小,与拱的高跨比(即拱的高度与拱的跨度之比)有关。其比值越小,拱的横向水平推力越大。单跨的拱形建筑,常用水平拉杆来抵抗这种横向水平推力,(有时多跨拱形建筑也用)如图4-30所示。图4-31所示为某大会堂C亦是餐厅)的拱形建筑,其水平拉杆埋设于地坪下的一根钢筋混凝土大梁。对于拱桥,常用坚固的桥台来承受拱的横向水平推力,如 图4-32所示,对于多跨连续拱,在正常使用荷载作用下,中间

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图4-29梁式结构与拱形结构的不同受力特点

a梁式结构支座处仅有垂直压力;(b)拱形结构支座处既有垂直压力,又有水平推力

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图4-30设有拉杆的拱形结构建筑

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图4-31某大会堂(餐厅)的拱形结构拉杆埋设于地坪下面

拱脚处两边的横向水平推力相互抵消,只是到了拱的尽头处,需要设置能抵抗横向 推力的抗推结构。图4-33所示为屋面采用连续拱形式的住宅建筑,在两端各设置 一间平屋面,其作用也是用来抵抗拱的横向推力的。

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图4-32桥台承受拱桥的横向平推力

2.拆除方法和拆除顺序

拱形结构建筑的拆除施工可采用人工拆除方法,亦可采用机械拆除方法和爆破拆除方法。如采用人工拆除方法,则应根据不同的拱形结构形式亦应采用不同的拆除方法。

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图4-33屋面为连续拱形式的住宅建筑

(1)拱形结构建筑的拆除施工中,应重视和处理好拱的横向水平推力。对于设有拉杆或设有抗推结构的拱形结构,拉杆和抗推结构应最后拆除,不得先行拆除,否则易造成拱形结构的坍塌事故。

对于如图4-24中(a)所示的单曲面拱,亦称筒拱结构,拆除施工可以逐间进行。先沿建筑开间在拱的纵向凿开一条缝,像切西瓜一样沿拱的纵向切开,如图4-34所示。使这一部分拱体 从筒拱上脱离出来,如钢筋混凝土筒拱,亦应将缝中的钢筋用风 焊割断,这时拆除人员可以站在屋面上进行操作,拱券不会塌 落.但需随时观察拱体在拆除震动影响下的结构变化情况。然后在拱的一侧的拱脚处横向凿一条缝,则这一间的拱体立即坠落下地,最后拆除钢筋拉杆。这时凿横向缝的操作人员不能站在拱体上,宜搭设脚手架,使操作人员有个可靠的站立场所。

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图4-34筒拱结构的人工拆除方法

有些拱形桥梁从外形看,拱体好似一块完整的平面拱板.实 际上是由多道拱券组合而成的。如图4-25所示的河北赵州桥, 它净跨37. 02m.拱矢高度7. 23m,它在纵向由28道石拱券组成,拱石与拱石之间,以及拱的横向拱券与拱券之间都用腰铁相嵌锁,如图4-35所示,最终形成一个整体的拱桥体。对于这一 类型的拱形结构,其拆除施工也可采用如图4-34那样的方法进行。

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图4-35拱券石间的纵向腰铁

还有些如图4-24中(b)所示的双曲面拱形结构建筑或桥梁 (图4-36),它的纵向和横向两个方面都呈现拱形。对于这一类型的拱形结构,其拆除施工也可采用如图4-34那样的方法进行。 但应注意宜沿主拱肋两侧对称分割拆除,以使其受力平衡。

对于穹隆形拱形结构,如图4-37所示,当采用人工拆除方法施工时,应从上部中央开始,沿圆周水平方向逐圈凿水平缝进行拆除,直拆至拱脚处。每圈宽度1〜1.5m。

对于多跨连续拱的拆除施工,应正确处理好相邻拱的横向推力。否则将会造成多个拱连锁倒塌的事故。

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图4-36双曲拱桥

a)外形;(b)仰视双曲拱波

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图4-37穹隆形拱形结构 人工拆除方法 

这里介绍苏州宝带桥(图4-26)因外国侵略者的无知,造成的一起严重倒塌 事故:公元1863年(清朝同治 二年)9月29日,突然一声巨响,闻名中外的苏州宝带桥北端26个桥孔一拱接一拱地崩塌了。这是怎么一回事呢?苏州宝带桥是一座总长 317m、有53个拱形桥孔的古石拱桥,始建于唐朝,历经沧桑。公元1831年由林则徐主 持又对它进行过一次大修。然而仅隔30余年,怎么会突然崩塌呢?

原来这是清朝反动统治者勾结外国侵略者镇压太平天国农民 革命军的一个铁的罪证。

公元1860年(咸丰十年)6月初,太平天国农民革命军从无锡挥戈东下,势如破竹,大败清军,一举占领苏州,引起了清皇朝的极大震惊,当时的江苏巡抚李鸿章派他的军阀武装,英国侵略者戈登所统领的洋枪队,向苏州一带的太平军反扑过来。太平军为了加强防卫,在苏州外围修筑了许多营垒,宝带桥附近就是当时一组重要的营垒所在地。

公元1863年9月28日凌晨,中外反动派合伙对宝带桥的太平军营垒发起了突然袭击,他们兵分五路,水陆合攻,先集中攻打宝带桥以东的太平军营垒。太平军官兵顽强作战,英勇抗击, 但终因寡不敌众,被迫西撤。

戈登坐在“飞而复来”号轮船上指挥着洋枪队作战。为了使他坐的“飞轮”得以通过宝带桥去进攻桥西的太平军营垒,悍然 于9月28日下令将桥的大孔拆去,结果造成全桥一半桥孔的连续倒塌。

很明显,上面所说的宝带桥北端26孔的突然崩塌,正是拆除了其中的一孔后,拱桥的横向推力失去平衡的结果。戈登在寄回英国的报功信中不打自招地写道:“宝带桥是一座长300码、有53个孔洞的大桥,可惜这桥北端的26个拱洞突然在昨天崩塌了……桥崩塌时发出震人的响声,我的小船险些被碎片击沉……这桥的崩塌恐怕应归咎于我,因为我曾拆去它的一个拱洞,让轮船驶人太湖。”

可是,南端26孔为什么却安然无恙呢?原来,宝带桥的设计别具匠心,为了不阻碍大水时泄洪,同时也为了节约建桥的人工、材料以及减轻对地基的压力,建桥者采用了断面尺寸较小的桥墩。但是,从北端起数的第27号桥墩,砌筑成又宽又厚的刚性桥墩,见图4-38所示。这种桥墩能抵抗一定的横向推力。戈登下令拆去了宝带桥位于刚性桥墩北边的一孔,结果使北端26个拱洞全部崩塌,但刚性桥墩以南的26个拱洞却完好无损。这 充分可以看出,刚性桥墩的重大功能。这种设置刚性桥墩的做法,在建造现代的连拱桥时,也常常被采用。将一个或数个桥墩修筑得比其他各桥墩坚实得多,在某些孔倒塌时,这些桥墩能抵抗横向推力,对其他拱洞能起保护作用。极为难能可贵的是在1000多年以前,建造宝带桥的古代工匠,已经掌握了这种连拱特性,充分显示了我国古代工匠的惊人智慧。

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图4-38第27号钢性桥墩

(2)拱形结构建筑的机械拆除方法:

当采用机械拆除方法进行拱形结构拆除施工时,亦应根据不同的拱体形式分段进行,用镐头机或重锤机在拱脚处捣破后让其坠落下地。施工中应对拱体坠落的方向有所预测和控制,防止对墙体或其他支承结构产生连带破坏,造成意外伤害事故。机械行走路线的土层应压实。

当采用爆破方法拆除拱形结构建筑时,应精心设计炸药包的布设位置,控制好拱体及支撑结构的倒塌方向,防止造成意外伤害事故。


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