考虑到日后拆除的钢筋混凝土结构配筋方法
【专利摘要】一种考虑到日后拆除的钢筋混凝土结构配筋方法，属于建筑【技术领域】。本发明具体包括如下步骤：选取结构内若干根柱子作为破坏对象，对于这些选定柱，在正常配筋的基础上，在其核心区混凝土范围内附加一组纵向钢筋，在需要拆除该建筑物的时候，先将每个柱子内的柱顶和柱底截面处的钢筋切断，对钢筋切断面做绝缘处理，钻孔并与外接电源形成回路，用铁链缠绕柱子一圈并与电动拉杆相连，启动各直流电源，使这些柱内的钢筋快速锈蚀，然后关闭各电源后给各柱施加侧向拉力，使各柱破坏，结构朝预定方向倒塌。本发明立足于在建成之前对建筑物进行有针对性的处理，以给日后的拆除带来很大方便，而且实施过程方便易行，很有经济价值。
【专利说明】考虑到日后拆除的钢筋混凝土结构配筋方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及的是一种建筑【技术领域】的方法，特别是一种考虑到日后拆除的钢筋混凝土结构配筋方法。
【背景技术】
[0002]目前，我国城市化建设的快速推进和城市面貌的迅速更新使得对建筑物的拆除行为进行的日益频繁。国内外现有的有关建筑物的拆除技术主要有爆破拆除法、预应力拆除法、机械拆除法、静膨胀压力破碎拆除法、热熔切割拆除法等。这些方法都能达到拆除建筑物的目的，但是利用的都是外加的强制性作用，因此耗费人力物力较大，成本较高。
[0003]现有技术文献介绍了钢筋的锈胀效应对混凝土的显著破坏作用。如:洪乃丰，混凝土中钢筋腐蚀与防护技术(I)——钢筋腐蚀危害与对混凝土的破坏作用，工业建筑，1999，29(8),66?68。钢筋锈蚀后体积会发生膨胀，而这种膨胀会受到周围混凝土的约束，所以锈后的钢筋对周围混凝土会有膨胀作用力，对外造成混凝土保护层破裂、甚至脱落，对内明显破坏核心区的混凝土。但这些研究都没有想到对钢筋的这种锈胀效应是可以加以正面利用的，即可以用其来达到拆除混凝土结构的目的。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种考虑到日后拆除的钢筋混凝土结构配筋方法。本方法基于混凝土中钢筋的锈蚀效应，来实现日后在需要时能够安全、经济地拆除钢筋混凝土结构建筑物。
[0005]本发明的技术方案具体包括如下步骤:
①、在设计某新建筑物时，就考虑其所在区域的规划情况、周围建筑物的分布状况和地形情况等因素，确定日后拆除该建筑物时可能期望的倒塌方向，然后根据其结构的受力体系，选择结构内若干构件作为破坏对象，这些特定构件的选取原则是它们的失效会引起结构整体向预定方向倒塌。
[0006]由于在一般的建筑结构中，柱是最重要的受力构件，柱的失效往往会弓I起梁、板的相继失效，造成结构倒塌。所以选择的破坏构件一般都为结构的底层柱。如果不能确定以后期望该建筑向哪个方向倒塌，可先选取所有底层柱为破坏对象。
[0007]②、对于这些选定柱，在正常配筋的基础上，在其核心区混凝土范围内附加一组纵向钢筋，并进行验算。
[0008]所述的附加钢筋按以下要求设置:附加纵向钢筋与柱子原配纵筋平行，长度略小于柱高，一般按矩形形式排列，四边距离柱子原配纵筋对应边的距离小于两倍的保护层厚度。在每边长范围内，同样按小于两倍保护层厚度的间距确定钢筋的数量和位置，然后用小钢筋通过焊接来固定这些附加纵筋的相对位置并与原配纵筋相连。
[0009]所述的验算，是指:配置附加纵筋后，需要验算柱子截面在钢筋的锈胀作用发挥后的剩余有效抗压面积是否已经不能抵抗所受轴力的作用。具体的验算过程是用该柱子所受的轴力值除以截面剩余有效面积得到平均压应力值，看其是否大于混凝土的抗压强度标准值。如大于，说明截面的剩余有效面积不足以抵抗轴力作用，截面要发生破坏，所配的钢筋满足要求；反之，则说明还需要对钢筋配置进行加密，直到计算结果为“大于”为止。确定截面剩余有效面积时，出于保守起见，附加纵筋的锈胀影响半径取为该柱子混凝土保护层的
厚度值。
[0010]拆除混凝土结构时，结构处于只受恒载作用的工况。根据计算，结构的承重柱在恒载作用下产生的内力除了轴力以外，还包括双向的弯矩和剪力。为了保守起见，在这里先不考虑弯矩和剪力对截面的破坏作用，以使柱子发生轴向抗压破坏为准则，这样在实际中再加上双向弯矩和剪力的作用，能确保柱子会发生破坏。
[0011]③、在需要拆除该建筑物的时候，对这些选定柱(对于以上全部底层柱都选定的情况，在此需要先根据拆除时的实际状况，确定实际需要选定的破坏柱)做如下处理:先将这些柱内的柱顶和柱底截面处的钢筋切断；对钢筋切断面做绝缘处理；钻孔并与外接电源形成回路；用铁链缠绕一圈并与电动拉杆相连。
[0012]所述的对钢筋切断面做绝缘处理，是指:对钢筋切断面做绝缘处理，使该柱内的钢筋与外部钢筋不再具有电连通性。由于箍筋和小钢筋的联系作用，该柱内部的所有纵筋、箍筋和附加纵筋都是电连通的。
[0013]所述的钻孔并与外接电源形成回路，是指:在每根选定柱表面的某处钻孔到达内部钢筋，以之为阳极，然后在附近混凝土表面选择一个区域涂抹导电涂层并在涂层内埋设不锈钢块或铜片作为阴极，将阴阳极分别接到外接恒定直流电源上形成回路。
[0014]所述的用铁链缠绕一圈并与电动拉杆相连，是指:在柱子上部接近柱顶的位置缠绕固定一圈铁链，然后将铁链与远处的电动拉杆装置相连。
[0015]④、启动各直流电源，使这些选定柱内的钢筋快速锈蚀。
[0016]所述的启动各直流电源，是指:启动各个与选定柱相连的直流电源，并通过控制各回路的电流大小，使各选定柱的锈蚀程度基本保持同步。
[0017]这些选定柱的内部钢筋将在外加电流的控制下发生快速锈蚀，出现锈胀效应，导致柱子的保护层和核心区混凝土不断被破坏，引起柱子承载能力的快速下降。
[0018]根据法拉第定律，直流电源提供的电流大小与钢筋的锈蚀速度存在直接的比例关系，所以通过调整电流大小可以控制钢筋的锈蚀速度，进而可以控制柱子承载能力的下降。
[0019]⑤、关闭各电源，然后给各柱施加侧向拉力，使各柱同时发生破坏，结构朝预定方向倒塌。
[0020]所述的关闭各电源，是指:根据现场观察，在这些选定柱出现临近破坏的迹象时，关闭各直流电源。
[0021]所述的给各柱施加侧向拉力，是指:启动电动拉杆装置，通过铁链给各柱施加一个侧向拉力。
[0022]由于各柱内的混凝土已经被内部钢筋的锈胀效应明显破坏，而且柱顶和柱底截面的钢筋也被切断，所以使用电动拉杆和铁链来拉断各柱一方面减少了整个拆除过程所需的时间，另一方面避免了各柱可能不同时发生破坏的情况，保证整体结构向预定方向倒塌。
[0023]有关锈胀效应的说明如下:钢筋在锈蚀后体积会发生膨胀，而这种膨胀会受到周围混凝土的约束，因此锈后钢筋对周围混凝土会有膨胀作用力，这是钢筋锈蚀的基本规律之一。众多的研究成果都证明，柱内原配纵筋的锈胀效应将导致混凝土保护层发生顺筋开裂，乃至整体剥落。由于通电加速钢筋锈蚀时，钢筋在径向截面上发生的是近似均匀锈蚀，所以这一膨胀作用同样会破坏钢筋内侧的核心区混凝土。
[0024]按前述方法直接在核心区混凝土内部布置附加纵向钢筋的目的就是通过锈胀效应直接地破坏周围的混凝土，这一效应和原配纵筋对核心区混凝土的膨胀效应叠加起来，会使核心区混凝土的有效抗压面积大大减小，承载能力显著下降。在这个过程中，钢筋锈蚀后自身力学性能的下降和与混凝土协同工作能力的降低也会导致柱子截面抗压能力的下降。由于这一组附加纵筋在纵向的长度只是略小于整个柱高，所以在钢筋充分锈蚀后，会使柱子高度方向上绝大部分截面的承载能力都显著下降。
[0025]值得注意的是，这一组纵向钢筋的设置会提高柱子的实际承载能力，对结构的正常使用有利。这是因为相同截面的钢筋替代了混凝土，而钢筋的抗拉、抗压强度远高于混凝土，会提高截面的抗压、抗弯和抗剪能力。另外，这组纵向钢筋设置于柱内原配钢筋网绑扎之后，混凝土浇筑之前，且内部各钢筋的间距以两倍的保护层厚度为基准，不会影响混凝土内粗骨料的分布，因此不会影响柱子的正常施工。
[0026]总之，本发明只需在钢筋混凝土结构建筑物的设计和施工阶段进行简单的处理，就能给日后的拆除带来很大的方便。这种处理不仅无损于结构的正常使用，反而对之有益。本发明的实施过程具有方便易行、过程可控、对环境干扰少等特点。从经济性上考虑也很有价值:初期附加的少量钢筋只增加了很少的投资，远低于日后用常规方法拆除建筑物的花费。而且对这部分附加钢筋没有承载能力上的要求，只需要利用其锈胀效应，所以还可以使用旧钢筋，既二次利用了材料，又更加降低了成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]附图1为某选定柱内配置附加纵筋的示意图。
[0028]附图2为对某选定柱内钢筋通电加速锈蚀的示意图 附图3为某多跨多层混凝土结构的柱网布置图。
[0029]附图4为各选定柱配置附加纵筋后的截面示意图。
【具体实施方式】
[0030]下面对本发明的实施例作详细说明:本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
[0031]在混凝土结构建筑物的设计阶段，根据其日后拆除时期望的倒塌方向和结构的受力体系，选取若干根柱子作为破坏对象，这些柱子的选取原则是它们的失效会引起结构整体向预定方向倒塌。如果暂时不能确定日后需要该结构向何方向倒塌，可以先以底层所有柱为选定柱。
[0032]对于这些选定柱，除了正常配置纵筋2和箍筋之外，按前述的方法在其核心区混凝土内附加一组纵向钢筋1，如附图1所示。然后在柱子的竖向某处用细短钢筋3通过焊接的方式连接各附加纵筋1，形成一整体结构，然后将这一钢筋结构用若干根细短钢筋3与柱内原配纵筋2相连接。
[0033]在需要拆除建筑物的时候，对这些选定柱(对于以上全部底层柱都选定的情况，在此需要先根据拆除时的实际状况，确定实际需要选定的破坏柱)做如下处理:
a.对这些柱子先清除柱顶和柱底截面的混凝土保护层，使钢筋暴露出来，然后将这些钢筋切断，并对切断面用环氧树脂等做绝缘处理，使这些柱内的钢筋只在内部具有电连通性。
[0034]b.在选定柱表面方便操作的某处钻孔到达内部钢筋4 (可以为附加纵筋I或原配纵筋2)，用导线5将钢筋4与恒定直流电源6的阳极7相连。在该孔周边选定一定大小的区域，先将区域内的混凝土保护层凿掉一部分，以减小保护层厚度，然后在混凝土表面涂抹浙青加石墨或喷锌层导电涂层8，在涂层内间隔一定距离，埋设不锈钢块或铜片9作为阴极，与直流电源的阴极10相连，形成回路，如附图2所示。
[0035]c.在接近柱顶的位置缠绕一圈铁链，并将铁链与远处的电动拉杆装置相连。
[0036]启动各直流电源6，使各选定柱内的原配纵筋、箍筋和外加钢筋都发生快速锈蚀。根据现场观察，在这些柱子出现接近破坏的迹象时，关闭各直流电源，启动电动拉杆装置，通过铁链同时给各柱施加侧向拉力，使各柱同时发生破坏，结构朝预定方向倒塌。随后用吊车等机械或人力清理残余构件，完全移除建筑物。
[0037]I)实例1:拆除多跨多层混凝土结构
某六层框架结构住宅楼，柱网布置如附图3所示。
[0038]( I)选定破坏柱:假如根据该住宅楼周围的规划及地形情况，确定以后有可能拆除该建筑且需使结构整体向南倒塌，则选定底层柱网南侧的七根柱为破坏柱。
[0039](2)在这七根柱绑扎好钢筋后，浇注混凝土之前，按前述原则布置附加纵筋，如附图4所示。
[0040](3)在需要拆除该建筑时，按前述方法切断柱内钢筋与外部钢筋的电连通性，然后与外接恒定直流电源组成回路后启动各电源，使这七根选定柱内的钢筋发生快速锈蚀。
[0041]经估算，在钢筋锈蚀导致保护层开裂的时候，各个破坏柱的截面有效抗压面积上所受的平均压应力为:1、7号柱:56.2 N/mm2 ;2、6号柱:28.6 N/mm2 ;3、5号柱:52.3 N/mm2 ；
4号柱:21.9 N/mm2，都远大于该工程采用的C25混凝土的轴心抗压强度的标准值17N/mm2，所以这些柱的剩余有效抗压截面不能承受轴力作用。
[0042](4)按前述方法进行对各柱的通电、启动电动拉杆提供拉力等操作，使各柱同时破坏，结构向预定方向倒塌。
[0043]在本实例中，共附加了 136根直径18mm，长度2.5m的钢筋，总重量为678.8kg，根据钢筋市价，仅需花费2036元左右。其余所需电源,铁链，电动拉杆等都可以重复使用或者租用，因此采用本方法进行拆除的成本很低廉，远低于爆破等常规方法。
【权利要求】
1.一种考虑到日后拆除的钢筋混凝土结构配筋方法，其特征在于，具体包括如下步骤: ①、在设计某新建筑物时，就考虑其所在区域的规划情况、周围建筑物的分布状况和地形情况等因素，确定日后拆除该建筑物时可能期望的倒塌方向，然后根据其结构的受力体系，选择结构内若干构件作为破坏对象，这些特定构件的选取原则是它们的失效会引起结构整体向预定方向倒塌； ②、对于这些选定柱，在正常配筋的基础上，在其核心区混凝土范围内附加一组纵向钢筋，并进行验算； ③、在需要拆除该建筑物的时候，对这些选定柱(对于以上全部底层柱都选定的情况，在此需要先根据拆除时的实际状况，确定实际需要选定的破坏柱)做如下处理:先将这些柱内的柱顶和柱底截面处的钢筋切断；对钢筋切断面做绝缘处理；钻孔并与外接电源形成回路；用铁链缠绕一圈并与电动拉杆相连； ④、启动各直流电源，使这些选定柱内的钢筋快速锈蚀； ⑤、关闭各电源，然后给各柱施加侧向拉力，使各柱同时发生破坏，结构朝预定方向倒塌。
2.如权利要求1所述的考虑到日后拆除的钢筋混凝土结构配筋方法，其特征是，所述的附加钢筋按以下要求设置:附加纵向钢筋与柱子原配纵筋平行，长度略小于柱高，一般按矩形形式排列，四边 距离柱子原配纵筋对应边的距离小于两倍的保护层厚度，在每边长范围内，同样按小于两倍保护层厚度的间距确定钢筋的数量和位置，然后用小钢筋通过焊接来固定这些附加纵筋的相对位置并与原配纵筋相连。
3.如权利要求1所述的考虑到日后拆除的钢筋混凝土结构配筋方法，其特征是，所述的验算，是指:配置附加纵筋后，需要验算柱子截面在钢筋的锈胀作用发挥后的剩余有效抗压面积是否已经不能抵抗所受轴力的作用，具体的验算过程是用该柱子所受的轴力值除以截面剩余有效面积得到平均压应力值，看其是否大于混凝土的抗压强度标准值，如大于，说明截面的剩余有效面积不足以抵抗轴力作用，截面要发生破坏，所配的钢筋满足要求；反之，则说明还需要对钢筋配置进行加密，直到计算结果为“大于”为止。
4.如权利要求1所述的考虑到日后拆除的钢筋混凝土结构配筋方法，其特征是，所述的对钢筋切断面做绝缘处理，是指:对钢筋切断面做绝缘处理，使该柱内的钢筋与外部钢筋不再具有电连通性。
5.如权利要求1所述的考虑到日后拆除的钢筋混凝土结构配筋方法，其特征是，所述的钻孔并与外接电源形成回路，是指:在每根选定柱表面的某处钻孔到达内部钢筋，以之为阳极，然后在附近混凝土表面选择一个区域涂抹导电涂层并在涂层内埋设不锈钢块或铜片作为阴极，将阴阳极分别接到外接恒定直流电源上形成回路。
6.如权利要求1所述的考虑到日后拆除的钢筋混凝土结构配筋方法，其特征是，所述的用铁链缠绕一圈并与电动拉杆相连，是指:在柱子上部接近柱顶的位置缠绕固定一圈铁链，然后将铁链与远处的电动拉杆装置相连。
7.如权利要求1所述的考虑到日后拆除的钢筋混凝土结构配筋方法，其特征是，所述的启动各直流电源，是指:启动各个与选定柱相连的直流电源，并通过控制各回路的电流大小，使各选定柱的锈蚀程度基本保持同步。
8.如权利要求1所述的考虑到日后拆除的钢筋混凝土结构配筋方法，其特征是，所述的关闭各电源，是指:根据现场观察，在这些选定柱出现临近破坏的迹象时，关闭各直流电源。
9.如权利要求1所述的考虑到日后拆除的钢筋混凝土结构配筋方法，其特征是，所述的给各柱施加侧向拉力，`是指:启动电动拉杆装置，通过铁链给各柱施加一个侧向拉力。
【文档编号】E04G23/08GK103790397SQ201210427761
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2012年11月1日 优先权日:2012年11月1日
【发明者】王艺霖 申请人:源一建筑科技(上海)有限公司