CN106121266A - 一种既有建筑围套式加层结构的施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种既有建筑围套式加层结构的施工方法，包括以下步骤：(1)通过计算机辅助设计构建成既有建筑围套式加层结构模型；(2)对所述既有建筑围套式加层结构模型进行爆炸荷载作用下的损伤程度评估；(3)按照评估合格的既有建筑围套式加层结构模型，进行施工图纸设计；(4)按照施工图纸进行施工。本发明使施工后的结构具有较好的抗震性能。

Description

一种既有建筑围套式加层结构的施工方法

技术领域

本发明涉及建筑抗震抗爆设计领域，具体涉及一种既有建筑围套式加层结构的施工方法。

背景技术

既有建筑的加层改造，特别是住宅的加层长高将是近几年来的发展趋势。相关技术中，围套式加层技术根据工程实际情况和需要可增加几层至十几层，甚至更多，围套式加层结构是否能抵抗地震及爆炸等破坏的影响，具有重大意义。

发明内容

针对上述问题，本发明旨在提供一种既有建筑围套式加层结构的施工方法。

本发明的目的采用以下技术方案来实现：

一种既有建筑围套式加层结构的施工方法，所述既有建筑围套式加层结构包括在既有建筑四周设置的围套式结构，所述围套式结构全部采用钢结构，所述围套式结构围绕既有建筑的外墙在平面上首尾相连，所述施工方法包括以下步骤：

Step1通过计算机辅助设计，确定围套式结构、围套式结构中各构件的结构参数以及围套式结构与机油建筑的连接方式，最终构建成既有建筑围套式加层结构模型；

Step2对所述既有建筑围套式加层结构模型进行爆炸荷载作用下的损伤程度评估，若评估不合格，调整围套式结构、围套式结构中各主要构件的结构参数以及围套式结构与机油建筑的连接方式，直至评估合格；

Step3按照评估合格的既有建筑围套式加层结构模型，生成相应的施工图纸；

Step4按照施工图纸进行施工。

所述进按照施工图纸进行施工，包括以下步骤：

Step1在既有建筑外部准备安装围套式结构的各构件的位置预先做好基础；

Step2在既有建筑外部的所述基础上安装所述构件，并按照施工图纸连接各构件，构成围套式结构，并预留门、窗洞口；

Step3连接围套式结构和建筑外墙；

Step4继续装配钢结构楼层直至屋顶。

本发明的有益效果为：

采用本发明施工的结构，当地震来临时，既有建筑和围套式结构共同抵抗地震波的侵袭，即使既有建筑产生较大的裂缝，围套式加层结构由于钢结构的延性好，局部可能发生变形，但是整个围套式加层结构完整性不会被破坏，能保证整个结构不会坍塌，可以避免强震时造成巨大的人员伤亡和避免财产损，从而解决了上述的技术问题。

附图说明

利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的应用场景不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1是一种既有建筑围套式加层结构的施工方法流程示意图；

图2是对既有建筑围套式加层结构模型进行爆炸荷载作用下的损伤程度评估的流程示意图。

具体实施方式

结合以下应用场景对本发明作进一步描述。

应用场景1

参见图1、图2，本应用场景中的一个实施例的既有建筑围套式加层结构的施工方法，所述既有建筑围套式加层结构包括在既有建筑四周设置的围套式结构，所述围套式结构全部采用钢结构，所述围套式结构围绕既有建筑的外墙在平面上首尾相连，所述施工方法包括以下步骤：

Step1通过计算机辅助设计，确定围套式结构、围套式结构中各构件的结构参数以及围套式结构与机油建筑的连接方式，最终构建成既有建筑围套式加层结构模型；

Step2对所述既有建筑围套式加层结构模型进行爆炸荷载作用下的损伤程度评估，若评估不合格，调整围套式结构、围套式结构中各主要构件的结构参数以及围套式结构与机油建筑的连接方式，直至评估合格；

Step3按照评估合格的既有建筑围套式加层结构模型，生成相应的施工图纸；

Step4按照施工图纸进行施工。

采用本发明的上述实施例施工的结构，当地震来临时，既有建筑和围套式结构共同抵抗地震波的侵袭，即使既有建筑产生较大的裂缝，围套式加层结构由于钢结构的延性好，局部可能发生变形，但是整个围套式加层结构完整性不会被破坏，能保证整个结构不会坍塌，可以避免强震时造成巨大的人员伤亡和避免财产损，从而解决了上述的技术问题。

优选的，所述按照施工图纸进行施工，包括以下步骤：

Step1在既有建筑外部准备安装围套式结构的各构件的位置预先做好基础；

Step2在既有建筑外部的所述基础上安装所述构件，并按照施工图纸连接各构件，构成围套式结构，并预留门、窗洞口；

Step3连接围套式结构和建筑外墙；

Step4继续装配钢结构楼层直至屋顶。

本优选实施例完善了施工步骤，增加了结构的安全性。

优选的，所述围套式结构包括承重型钢梁、纵向型钢梁、横向型钢梁、外钢柱、内角钢柱和外角钢柱；所述外钢柱与承重型钢柱之间以及外钢柱与内角钢柱之间连接设置横向型钢梁，所述外钢柱之间以及外钢柱与外角钢柱之间连接设置纵向型钢梁；所述承重型钢梁、纵向型钢梁以及内角钢柱连接构成所述围套式结构的内周，所述外钢柱、外角钢柱以及其余纵向型钢梁连接构成所述围套式结构的外周。本优选实施例设置的结构，安全性较高。

优选的，两个所述钢结构楼层之间的承重型钢梁相互连接，从而构成围套式加层结构。本优选实施例增加了结构的稳定性。

优选的，对所述既有建筑围套式加层结构模型进行爆炸荷载作用下的损伤程度评估，包括以下步骤：

(1)运用有限元软件LS-DYNA对所述既有建筑围套式加层结构模型在预设爆炸荷载作用下的动力响应进行数值模拟和数据处理，确定既有建筑围套式加层结构模型中动力响应最强烈的区域；

(2)在所述动力响应最强烈的区域中确定既有建筑围套式加层结构模型的主要构件，建立主要构件的三维有限元模型；

(3)通过显示动力学分析软件计算主要构件在爆炸荷载作用下的剩余竖向承载力，通过MATLAB对主要构件进行损伤程度评估，设置损伤评估系数ψ，考虑到爆炸荷载下温度对结构性能参数的影响，引入温度修正系数K,K的取值范围通过试验求得为[0.91，0.99]，考虑到结构使用对结构性能参数的影响，引入疲劳指数L：

$L=\frac{{\Σ}_{i=1}^N\frac{S_i(1-\mathrm{\σ})+Q_i\mathrm{\σ}}{Q_i}}{N}$

其中，S_i为第i个主要构件的剩余使用寿命，Q_i为第i个主要构件的设计使用寿命，σ为疲劳因子，σ的取值范围是[0.1，0.3]，N表示具有的主要构件的数目；

损伤评估系数ψ的计算公式为：

$\mathrm{\ψ}=(1-\frac{P_{y_i}}{{\mathrm{KP}}_i}-T_1)(S_{M_i}-T_2\×L),i=1,\mathrm{..}N$

其中，T₁为设定的表示主要构件在爆炸荷载作用后处于轻度损伤时的破坏程度阈值，T₁∈[0,0.2]，为第i个主要构件在爆炸荷载作用下的剩余竖向承载力，P_i为第i个主要构件的设计竖向承载力，N表示具有的主要构件的数目，为第i个主要构件在爆炸荷载作用下的最大位移，T₂为设定的表示主要构件在爆炸荷载作用后处于轻度损伤时的临界位移值；

若损伤评估系数ψ＜0时，既有建筑围套式加层结构模型满足设计要求，若损伤评估系数ψ≥0时，需重新对既有建筑围套式加层结构进行设计。

本优选实施例对设计的既有建筑围套式加层结构模型进行爆炸荷载作用下的损伤程度评估，取评估合格的既有建筑围套式加层结构模型进行施工，进一步保证了施工后既有建筑围套式加层结构的抗爆性能；采用在爆炸荷载作用下的损伤程度评估方法构建既有建筑围套式加层结构模型，实现了对结构的定量控制设计，评估方法简单，提高了设计的速度，且适用性广；在爆炸荷载作用下的损伤程度评估中，引入温度修正系数，增加了设计的可靠度，引入疲劳指数，使得设计更加贴近现实情况。

优选的，所述计算主要构件在爆炸荷载作用下的剩余竖向承载力，包括以下步骤：

(1)往主要构件的顶面缓慢施加竖向荷载，模拟主要构件实际承受的竖向荷载，所述竖向荷载为主要构件的设计竖向承载力的20％；

(2)在主要构件的前表面施加预设的爆炸荷载，分析计算得到主要构件的完整动力响应过程，其中当主要构件上的所有节点的速度低于0.1m/s时，定义结构已达到静力平衡，停止分析计算；

(3)将主要构件的所有节点的速度皆强制设置为0，重新向主要构件的顶面施加竖向力直至主要构件倒塌，得到爆炸荷载损伤后主要构件的竖向力-位移曲线，根据所述竖向力-位移曲线得到主要构件的剩余竖向承载力。

本优选实施例增加了设计的可靠度。

优选的，在对主要构件进行损伤程度评估前，先排除其它扰动带来的干扰，设其它扰动对建筑物带来的损伤为H，引入干扰阈值G，若H>G，则先对干扰进行排除再进行损伤评估。

本优选实施例在损伤程度评估前，引入干扰阈值，其它扰动进行排除，增加了设计的可靠度。

本应用场景的上述实施例取σ＝0.1，设计速度相对提高了15％，设计可靠度相对提高了10％。

应用场景2

参见图1、图2，本应用场景中的一个实施例的既有建筑围套式加层结构的施工方法，所述既有建筑围套式加层结构包括在既有建筑四周设置的围套式结构，所述围套式结构全部采用钢结构，所述围套式结构围绕既有建筑的外墙在平面上首尾相连，所述施工方法包括以下步骤：

Step1通过计算机辅助设计，确定围套式结构、围套式结构中各构件的结构参数以及围套式结构与机油建筑的连接方式，最终构建成既有建筑围套式加层结构模型；

Step2对所述既有建筑围套式加层结构模型进行爆炸荷载作用下的损伤程度评估，若评估不合格，调整围套式结构、围套式结构中各主要构件的结构参数以及围套式结构与机油建筑的连接方式，直至评估合格；

Step3按照评估合格的既有建筑围套式加层结构模型，生成相应的施工图纸；

Step4按照施工图纸进行施工。

采用本发明的上述实施例施工的结构，当地震来临时，既有建筑和围套式结构共同抵抗地震波的侵袭，即使既有建筑产生较大的裂缝，围套式加层结构由于钢结构的延性好，局部可能发生变形，但是整个围套式加层结构完整性不会被破坏，能保证整个结构不会坍塌，可以避免强震时造成巨大的人员伤亡和避免财产损，从而解决了上述的技术问题。

优选的，所述按照施工图纸进行施工，包括以下步骤：

Step1在既有建筑外部准备安装围套式结构的各构件的位置预先做好基础；

Step2在既有建筑外部的所述基础上安装所述构件，并按照施工图纸连接各构件，构成围套式结构，并预留门、窗洞口；

Step3连接围套式结构和建筑外墙；

Step4继续装配钢结构楼层直至屋顶。

本优选实施例完善了施工步骤，增加了结构的安全性。

优选的，所述围套式结构包括承重型钢梁、纵向型钢梁、横向型钢梁、外钢柱、内角钢柱和外角钢柱；所述外钢柱与承重型钢柱之间以及外钢柱与内角钢柱之间连接设置横向型钢梁，所述外钢柱之间以及外钢柱与外角钢柱之间连接设置纵向型钢梁；所述承重型钢梁、纵向型钢梁以及内角钢柱连接构成所述围套式结构的内周，所述外钢柱、外角钢柱以及其余纵向型钢梁连接构成所述围套式结构的外周。本优选实施例设置的结构，安全性较高。

优选的，两个所述钢结构楼层之间的承重型钢梁相互连接，从而构成围套式加层结构。本优选实施例增加了结构的稳定性。

优选的，对所述既有建筑围套式加层结构模型进行爆炸荷载作用下的损伤程度评估，包括以下步骤：

(1)运用有限元软件LS-DYNA对所述既有建筑围套式加层结构模型在预设爆炸荷载作用下的动力响应进行数值模拟和数据处理，确定既有建筑围套式加层结构模型中动力响应最强烈的区域；

(2)在所述动力响应最强烈的区域中确定既有建筑围套式加层结构模型的主要构件，建立主要构件的三维有限元模型；

(3)通过显示动力学分析软件计算主要构件在爆炸荷载作用下的剩余竖向承载力，通过MATLAB对主要构件进行损伤程度评估，设置损伤评估系数ψ，考虑到爆炸荷载下温度对结构性能参数的影响，引入温度修正系数K,K的取值范围通过试验求得为[0.91，0.99]，考虑到结构使用对结构性能参数的影响，引入疲劳指数L：

$L=\frac{{\Σ}_{i=1}^N\frac{S_i(1-\mathrm{\σ})+Q_i\mathrm{\σ}}{Q_i}}{N}$

其中，S_i为第i个主要构件的剩余使用寿命，Q_i为第i个主要构件的设计使用寿命，σ为疲劳因子，σ的取值范围是[0.1，0.3]，N表示具有的主要构件的数目；

损伤评估系数ψ的计算公式为：

$\mathrm{\ψ}=(1-\frac{P_{y_i}}{{\mathrm{KP}}_i}-T_1)(S_{M_i}-T_2\×L),i=1,\mathrm{..}N$

其中，T₁为设定的表示主要构件在爆炸荷载作用后处于轻度损伤时的破坏程度阈值，T₁∈[0,0.2]，为第i个主要构件在爆炸荷载作用下的剩余竖向承载力，P_i为第i个主要构件的设计竖向承载力，N表示具有的主要构件的数目，为第i个主要构件在爆炸荷载作用下的最大位移，T₂为设定的表示主要构件在爆炸荷载作用后处于轻度损伤时的临界位移值；

若损伤评估系数ψ＜0时，既有建筑围套式加层结构模型满足设计要求，若损伤评估系数ψ≥0时，需重新对既有建筑围套式加层结构进行设计。

本优选实施例对设计的既有建筑围套式加层结构模型进行爆炸荷载作用下的损伤程度评估，取评估合格的既有建筑围套式加层结构模型进行施工，进一步保证了施工后既有建筑围套式加层结构的抗爆性能；采用在爆炸荷载作用下的损伤程度评估方法构建既有建筑围套式加层结构模型，实现了对结构的定量控制设计，评估方法简单，提高了设计的速度，且适用性广；在爆炸荷载作用下的损伤程度评估中，引入温度修正系数，增加了设计的可靠度，引入疲劳指数，使得设计更加贴近现实情况。

优选的，所述计算主要构件在爆炸荷载作用下的剩余竖向承载力，包括以下步骤：

(1)往主要构件的顶面缓慢施加竖向荷载，模拟主要构件实际承受的竖向荷载，所述竖向荷载为主要构件的设计竖向承载力的20％；

(2)在主要构件的前表面施加预设的爆炸荷载，分析计算得到主要构件的完整动力响应过程，其中当主要构件上的所有节点的速度低于0.1m/s时，定义结构已达到静力平衡，停止分析计算；

(3)将主要构件的所有节点的速度皆强制设置为0，重新向主要构件的顶面施加竖向力直至主要构件倒塌，得到爆炸荷载损伤后主要构件的竖向力-位移曲线，根据所述竖向力-位移曲线得到主要构件的剩余竖向承载力。

本优选实施例增加了设计的可靠度。

优选的，在对主要构件进行损伤程度评估前，先排除其它扰动带来的干扰，设其它扰动对建筑物带来的损伤为H，引入干扰阈值G，若H>G，则先对干扰进行排除再进行损伤评估。

本优选实施例在损伤程度评估前，引入干扰阈值，其它扰动进行排除，增加了设计的可靠度。

本应用场景的上述实施例取σ＝0.15，设计速度相对提高了12％，设计可靠度相对提高了8％。

应用场景3

参见图1、图2，本应用场景中的一个实施例的既有建筑围套式加层结构的施工方法，所述既有建筑围套式加层结构包括在既有建筑四周设置的围套式结构，所述围套式结构全部采用钢结构，所述围套式结构围绕既有建筑的外墙在平面上首尾相连，所述施工方法包括以下步骤：

Step1通过计算机辅助设计，确定围套式结构、围套式结构中各构件的结构参数以及围套式结构与机油建筑的连接方式，最终构建成既有建筑围套式加层结构模型；

Step2对所述既有建筑围套式加层结构模型进行爆炸荷载作用下的损伤程度评估，若评估不合格，调整围套式结构、围套式结构中各主要构件的结构参数以及围套式结构与机油建筑的连接方式，直至评估合格；

Step3按照评估合格的既有建筑围套式加层结构模型，生成相应的施工图纸；

Step4按照施工图纸进行施工。

采用本发明的上述实施例施工的结构，当地震来临时，既有建筑和围套式结构共同抵抗地震波的侵袭，即使既有建筑产生较大的裂缝，围套式加层结构由于钢结构的延性好，局部可能发生变形，但是整个围套式加层结构完整性不会被破坏，能保证整个结构不会坍塌，可以避免强震时造成巨大的人员伤亡和避免财产损，从而解决了上述的技术问题。

优选的，所述按照施工图纸进行施工，包括以下步骤：

Step1在既有建筑外部准备安装围套式结构的各构件的位置预先做好基础；

Step2在既有建筑外部的所述基础上安装所述构件，并按照施工图纸连接各构件，构成围套式结构，并预留门、窗洞口；

Step3连接围套式结构和建筑外墙；

Step4继续装配钢结构楼层直至屋顶。

本优选实施例完善了施工步骤，增加了结构的安全性。

优选的，所述围套式结构包括承重型钢梁、纵向型钢梁、横向型钢梁、外钢柱、内角钢柱和外角钢柱；所述外钢柱与承重型钢柱之间以及外钢柱与内角钢柱之间连接设置横向型钢梁，所述外钢柱之间以及外钢柱与外角钢柱之间连接设置纵向型钢梁；所述承重型钢梁、纵向型钢梁以及内角钢柱连接构成所述围套式结构的内周，所述外钢柱、外角钢柱以及其余纵向型钢梁连接构成所述围套式结构的外周。本优选实施例设置的结构，安全性较高。

优选的，两个所述钢结构楼层之间的承重型钢梁相互连接，从而构成围套式加层结构。本优选实施例增加了结构的稳定性。

优选的，对所述既有建筑围套式加层结构模型进行爆炸荷载作用下的损伤程度评估，包括以下步骤：

(1)运用有限元软件LS-DYNA对所述既有建筑围套式加层结构模型在预设爆炸荷载作用下的动力响应进行数值模拟和数据处理，确定既有建筑围套式加层结构模型中动力响应最强烈的区域；

(2)在所述动力响应最强烈的区域中确定既有建筑围套式加层结构模型的主要构件，建立主要构件的三维有限元模型；

(3)通过显示动力学分析软件计算主要构件在爆炸荷载作用下的剩余竖向承载力，通过MATLAB对主要构件进行损伤程度评估，设置损伤评估系数ψ，考虑到爆炸荷载下温度对结构性能参数的影响，引入温度修正系数K,K的取值范围通过试验求得为[0.91，0.99]，考虑到结构使用对结构性能参数的影响，引入疲劳指数L：

$L=\frac{{\Σ}_{i=1}^N\frac{S_i(1-\mathrm{\σ})+Q_i\mathrm{\σ}}{Q_i}}{N}$

其中，S_i为第i个主要构件的剩余使用寿命，Q_i为第i个主要构件的设计使用寿命，σ为疲劳因子，σ的取值范围是[0.1，0.3]，N表示具有的主要构件的数目；

损伤评估系数ψ的计算公式为：

$\mathrm{\ψ}=(1-\frac{P_{y_i}}{{\mathrm{KP}}_i}-T_1)(S_{M_i}-T_2\×L),i=1,\mathrm{..}N$

其中，T₁为设定的表示主要构件在爆炸荷载作用后处于轻度损伤时的破坏程度阈值，T₁∈[0,0.2]，为第i个主要构件在爆炸荷载作用下的剩余竖向承载力，P_i为第i个主要构件的设计竖向承载力，N表示具有的主要构件的数目，为第i个主要构件在爆炸荷载作用下的最大位移，T₂为设定的表示主要构件在爆炸荷载作用后处于轻度损伤时的临界位移值；

若损伤评估系数ψ＜0时，既有建筑围套式加层结构模型满足设计要求，若损伤评估系数ψ≥0时，需重新对既有建筑围套式加层结构进行设计。

本优选实施例对设计的既有建筑围套式加层结构模型进行爆炸荷载作用下的损伤程度评估，取评估合格的既有建筑围套式加层结构模型进行施工，进一步保证了施工后既有建筑围套式加层结构的抗爆性能；采用在爆炸荷载作用下的损伤程度评估方法构建既有建筑围套式加层结构模型，实现了对结构的定量控制设计，评估方法简单，提高了设计的速度，且适用性广；在爆炸荷载作用下的损伤程度评估中，引入温度修正系数，增加了设计的可靠度，引入疲劳指数，使得设计更加贴近现实情况。

优选的，所述计算主要构件在爆炸荷载作用下的剩余竖向承载力，包括以下步骤：

(1)往主要构件的顶面缓慢施加竖向荷载，模拟主要构件实际承受的竖向荷载，所述竖向荷载为主要构件的设计竖向承载力的20％；

(2)在主要构件的前表面施加预设的爆炸荷载，分析计算得到主要构件的完整动力响应过程，其中当主要构件上的所有节点的速度低于0.1m/s时，定义结构已达到静力平衡，停止分析计算；

(3)将主要构件的所有节点的速度皆强制设置为0，重新向主要构件的顶面施加竖向力直至主要构件倒塌，得到爆炸荷载损伤后主要构件的竖向力-位移曲线，根据所述竖向力-位移曲线得到主要构件的剩余竖向承载力。

本优选实施例增加了设计的可靠度。

优选的，在对主要构件进行损伤程度评估前，先排除其它扰动带来的干扰，设其它扰动对建筑物带来的损伤为H，引入干扰阈值G，若H>G，则先对干扰进行排除再进行损伤评估。

本优选实施例在损伤程度评估前，引入干扰阈值，其它扰动进行排除，增加了设计的可靠度。

本应用场景的上述实施例取取σ＝0.2，设计速度相对提高了14％，设计可靠度相对提高了12％。

应用场景4

参见图1、图2，本应用场景中的一个实施例的既有建筑围套式加层结构的施工方法，所述既有建筑围套式加层结构包括在既有建筑四周设置的围套式结构，所述围套式结构全部采用钢结构，所述围套式结构围绕既有建筑的外墙在平面上首尾相连，所述施工方法包括以下步骤：

Step1通过计算机辅助设计，确定围套式结构、围套式结构中各构件的结构参数以及围套式结构与机油建筑的连接方式，最终构建成既有建筑围套式加层结构模型；

Step2对所述既有建筑围套式加层结构模型进行爆炸荷载作用下的损伤程度评估，若评估不合格，调整围套式结构、围套式结构中各主要构件的结构参数以及围套式结构与机油建筑的连接方式，直至评估合格；

Step3按照评估合格的既有建筑围套式加层结构模型，生成相应的施工图纸；

Step4按照施工图纸进行施工。

采用本发明的上述实施例施工的结构，当地震来临时，既有建筑和围套式结构共同抵抗地震波的侵袭，即使既有建筑产生较大的裂缝，围套式加层结构由于钢结构的延性好，局部可能发生变形，但是整个围套式加层结构完整性不会被破坏，能保证整个结构不会坍塌，可以避免强震时造成巨大的人员伤亡和避免财产损，从而解决了上述的技术问题。

优选的，所述按照施工图纸进行施工，包括以下步骤：

Step1在既有建筑外部准备安装围套式结构的各构件的位置预先做好基础；

Step2在既有建筑外部的所述基础上安装所述构件，并按照施工图纸连接各构件，构成围套式结构，并预留门、窗洞口；

Step3连接围套式结构和建筑外墙；

Step4继续装配钢结构楼层直至屋顶。

本优选实施例完善了施工步骤，增加了结构的安全性。

优选的，所述围套式结构包括承重型钢梁、纵向型钢梁、横向型钢梁、外钢柱、内角钢柱和外角钢柱；所述外钢柱与承重型钢柱之间以及外钢柱与内角钢柱之间连接设置横向型钢梁，所述外钢柱之间以及外钢柱与外角钢柱之间连接设置纵向型钢梁；所述承重型钢梁、纵向型钢梁以及内角钢柱连接构成所述围套式结构的内周，所述外钢柱、外角钢柱以及其余纵向型钢梁连接构成所述围套式结构的外周。本优选实施例设置的结构，安全性较高。

优选的，两个所述钢结构楼层之间的承重型钢梁相互连接，从而构成围套式加层结构。本优选实施例增加了结构的稳定性。

优选的，对所述既有建筑围套式加层结构模型进行爆炸荷载作用下的损伤程度评估，包括以下步骤：

(1)运用有限元软件LS-DYNA对所述既有建筑围套式加层结构模型在预设爆炸荷载作用下的动力响应进行数值模拟和数据处理，确定既有建筑围套式加层结构模型中动力响应最强烈的区域；

(2)在所述动力响应最强烈的区域中确定既有建筑围套式加层结构模型的主要构件，建立主要构件的三维有限元模型；

(3)通过显示动力学分析软件计算主要构件在爆炸荷载作用下的剩余竖向承载力，通过MATLAB对主要构件进行损伤程度评估，设置损伤评估系数ψ，考虑到爆炸荷载下温度对结构性能参数的影响，引入温度修正系数K,K的取值范围通过试验求得为[0.91，0.99]，考虑到结构使用对结构性能参数的影响，引入疲劳指数L：

$L=\frac{{\Σ}_{i=1}^N\frac{S_i(1-\mathrm{\σ})+Q_i\mathrm{\σ}}{Q_i}}{N}$

其中，S_i为第i个主要构件的剩余使用寿命，Q_i为第i个主要构件的设计使用寿命，σ为疲劳因子，σ的取值范围是[0.1，0.3]，N表示具有的主要构件的数目；

损伤评估系数ψ的计算公式为：

$\mathrm{\ψ}=(1-\frac{P_{y_i}}{{\mathrm{KP}}_i}-T_1)(S_{M_i}-T_2\×L),i=1,\mathrm{..}N$

其中，T₁为设定的表示主要构件在爆炸荷载作用后处于轻度损伤时的破坏程度阈值，T₁∈[0,0.2]，为第i个主要构件在爆炸荷载作用下的剩余竖向承载力，P_i为第i个主要构件的设计竖向承载力，N表示具有的主要构件的数目，为第i个主要构件在爆炸荷载作用下的最大位移，T₂为设定的表示主要构件在爆炸荷载作用后处于轻度损伤时的临界位移值；

若损伤评估系数ψ＜0时，既有建筑围套式加层结构模型满足设计要求，若损伤评估系数ψ≥0时，需重新对既有建筑围套式加层结构进行设计。

本优选实施例对设计的既有建筑围套式加层结构模型进行爆炸荷载作用下的损伤程度评估，取评估合格的既有建筑围套式加层结构模型进行施工，进一步保证了施工后既有建筑围套式加层结构的抗爆性能；采用在爆炸荷载作用下的损伤程度评估方法构建既有建筑围套式加层结构模型，实现了对结构的定量控制设计，评估方法简单，提高了设计的速度，且适用性广；在爆炸荷载作用下的损伤程度评估中，引入温度修正系数，增加了设计的可靠度，引入疲劳指数，使得设计更加贴近现实情况。

优选的，所述计算主要构件在爆炸荷载作用下的剩余竖向承载力，包括以下步骤：

(1)往主要构件的顶面缓慢施加竖向荷载，模拟主要构件实际承受的竖向荷载，所述竖向荷载为主要构件的设计竖向承载力的20％；

(2)在主要构件的前表面施加预设的爆炸荷载，分析计算得到主要构件的完整动力响应过程，其中当主要构件上的所有节点的速度低于0.1m/s时，定义结构已达到静力平衡，停止分析计算；

(3)将主要构件的所有节点的速度皆强制设置为0，重新向主要构件的顶面施加竖向力直至主要构件倒塌，得到爆炸荷载损伤后主要构件的竖向力-位移曲线，根据所述竖向力-位移曲线得到主要构件的剩余竖向承载力。

本优选实施例增加了设计的可靠度。

优选的，在对主要构件进行损伤程度评估前，先排除其它扰动带来的干扰，设其它扰动对建筑物带来的损伤为H，引入干扰阈值G，若H>G，则先对干扰进行排除再进行损伤评估。

本优选实施例在损伤程度评估前，引入干扰阈值，其它扰动进行排除，增加了设计的可靠度。

本应用场景的上述实施例取σ＝0.25，设计速度相对提高了15％，设计可靠度相对提高了12％。

应用场景5

参见图1、图2，本应用场景中的一个实施例的既有建筑围套式加层结构的施工方法，所述既有建筑围套式加层结构包括在既有建筑四周设置的围套式结构，所述围套式结构全部采用钢结构，所述围套式结构围绕既有建筑的外墙在平面上首尾相连，所述施工方法包括以下步骤：

Step1通过计算机辅助设计，确定围套式结构、围套式结构中各构件的结构参数以及围套式结构与机油建筑的连接方式，最终构建成既有建筑围套式加层结构模型；

Step2对所述既有建筑围套式加层结构模型进行爆炸荷载作用下的损伤程度评估，若评估不合格，调整围套式结构、围套式结构中各主要构件的结构参数以及围套式结构与机油建筑的连接方式，直至评估合格；

Step3按照评估合格的既有建筑围套式加层结构模型，生成相应的施工图纸；

Step4按照施工图纸进行施工。

采用本发明的上述实施例施工的结构，当地震来临时，既有建筑和围套式结构共同抵抗地震波的侵袭，即使既有建筑产生较大的裂缝，围套式加层结构由于钢结构的延性好，局部可能发生变形，但是整个围套式加层结构完整性不会被破坏，能保证整个结构不会坍塌，可以避免强震时造成巨大的人员伤亡和避免财产损，从而解决了上述的技术问题。

优选的，所述按照施工图纸进行施工，包括以下步骤：

Step1在既有建筑外部准备安装围套式结构的各构件的位置预先做好基础；

Step2在既有建筑外部的所述基础上安装所述构件，并按照施工图纸连接各构件，构成围套式结构，并预留门、窗洞口；

Step3连接围套式结构和建筑外墙；

Step4继续装配钢结构楼层直至屋顶。

本优选实施例完善了施工步骤，增加了结构的安全性。

优选的，所述围套式结构包括承重型钢梁、纵向型钢梁、横向型钢梁、外钢柱、内角钢柱和外角钢柱；所述外钢柱与承重型钢柱之间以及外钢柱与内角钢柱之间连接设置横向型钢梁，所述外钢柱之间以及外钢柱与外角钢柱之间连接设置纵向型钢梁；所述承重型钢梁、纵向型钢梁以及内角钢柱连接构成所述围套式结构的内周，所述外钢柱、外角钢柱以及其余纵向型钢梁连接构成所述围套式结构的外周。本优选实施例设置的结构，安全性较高。

优选的，两个所述钢结构楼层之间的承重型钢梁相互连接，从而构成围套式加层结构。本优选实施例增加了结构的稳定性。

优选的，对所述既有建筑围套式加层结构模型进行爆炸荷载作用下的损伤程度评估，包括以下步骤：

(1)运用有限元软件LS-DYNA对所述既有建筑围套式加层结构模型在预设爆炸荷载作用下的动力响应进行数值模拟和数据处理，确定既有建筑围套式加层结构模型中动力响应最强烈的区域；

(2)在所述动力响应最强烈的区域中确定既有建筑围套式加层结构模型的主要构件，建立主要构件的三维有限元模型；

(3)通过显示动力学分析软件计算主要构件在爆炸荷载作用下的剩余竖向承载力，通过MATLAB对主要构件进行损伤程度评估，设置损伤评估系数ψ，考虑到爆炸荷载下温度对结构性能参数的影响，引入温度修正系数K,K的取值范围通过试验求得为[0.91，0.99]，考虑到结构使用对结构性能参数的影响，引入疲劳指数L：

$L=\frac{{\Σ}_{i=1}^N\frac{S_i(1-\mathrm{\σ})+Q_i\mathrm{\σ}}{Q_i}}{N}$

其中，S_i为第i个主要构件的剩余使用寿命，Q_i为第i个主要构件的设计使用寿命，σ为疲劳因子，σ的取值范围是[0.1，0.3]，N表示具有的主要构件的数目；

损伤评估系数ψ的计算公式为：

$\mathrm{\ψ}=(1-\frac{P_{y_i}}{{\mathrm{KP}}_i}-T_1)(S_{M_i}-T_2\×L),i=1,\mathrm{..}N$

其中，T₁为设定的表示主要构件在爆炸荷载作用后处于轻度损伤时的破坏程度阈值，T₁∈[0,0.2]，为第i个主要构件在爆炸荷载作用下的剩余竖向承载力，P_i为第i个主要构件的设计竖向承载力，N表示具有的主要构件的数目，为第i个主要构件在爆炸荷载作用下的最大位移，T₂为设定的表示主要构件在爆炸荷载作用后处于轻度损伤时的临界位移值；

若损伤评估系数ψ＜0时，既有建筑围套式加层结构模型满足设计要求，若损伤评估系数ψ≥0时，需重新对既有建筑围套式加层结构进行设计。

本优选实施例对设计的既有建筑围套式加层结构模型进行爆炸荷载作用下的损伤程度评估，取评估合格的既有建筑围套式加层结构模型进行施工，进一步保证了施工后既有建筑围套式加层结构的抗爆性能；采用在爆炸荷载作用下的损伤程度评估方法构建既有建筑围套式加层结构模型，实现了对结构的定量控制设计，评估方法简单，提高了设计的速度，且适用性广；在爆炸荷载作用下的损伤程度评估中，引入温度修正系数，增加了设计的可靠度，引入疲劳指数，使得设计更加贴近现实情况。

优选的，所述计算主要构件在爆炸荷载作用下的剩余竖向承载力，包括以下步骤：

(1)往主要构件的顶面缓慢施加竖向荷载，模拟主要构件实际承受的竖向荷载，所述竖向荷载为主要构件的设计竖向承载力的20％；

(2)在主要构件的前表面施加预设的爆炸荷载，分析计算得到主要构件的完整动力响应过程，其中当主要构件上的所有节点的速度低于0.1m/s时，定义结构已达到静力平衡，停止分析计算；

(3)将主要构件的所有节点的速度皆强制设置为0，重新向主要构件的顶面施加竖向力直至主要构件倒塌，得到爆炸荷载损伤后主要构件的竖向力-位移曲线，根据所述竖向力-位移曲线得到主要构件的剩余竖向承载力。

本优选实施例增加了设计的可靠度。

优选的，在对主要构件进行损伤程度评估前，先排除其它扰动带来的干扰，设其它扰动对建筑物带来的损伤为H，引入干扰阈值G，若H>G，则先对干扰进行排除再进行损伤评估。

本优选实施例在损伤程度评估前，引入干扰阈值，其它扰动进行排除，增加了设计的可靠度。

本应用场景的上述实施例取σ＝0.3，设计速度相对提高了10％，设计可靠度相对提高了12％。

最后应当说明的是，以上应用场景仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳应用场景对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (4)

1.一种既有建筑围套式加层结构的施工方法，所述既有建筑围套式加层结构包括在既有建筑四周设置的围套式结构，所述围套式结构全部采用钢结构，所述围套式结构围绕既有建筑的外墙在平面上首尾相连，其特征是，所述施工方法包括以下步骤：

Step1通过计算机辅助设计，确定围套式结构、围套式结构中各构件的结构参数以及围套式结构与机油建筑的连接方式，最终构建成既有建筑围套式加层结构模型；

Step2对所述既有建筑围套式加层结构模型进行爆炸荷载作用下的损伤程度评估，若评估不合格，调整围套式结构、围套式结构中各主要构件的结构参数以及围套式结构与机油建筑的连接方式，直至评估合格；

Step3按照评估合格的既有建筑围套式加层结构模型，生成相应的施工图纸；

Step4按照施工图纸进行施工。

2.根据权利要求1所述的一种既有建筑围套式加层结构的施工方法，其特征是，所述进按照施工图纸进行施工，包括以下步骤：

Step1在既有建筑外部准备安装围套式结构的各构件的位置预先做好基础；

Step2在既有建筑外部的所述基础上安装所述构件，并按照施工图纸连接各构件，构成围套式结构，并预留门、窗洞口；

Step3连接围套式结构和建筑外墙；

Step4继续装配钢结构楼层直至屋顶。

3.根据权利要求2所述的一种既有建筑围套式加层结构的施工方法，其特征是，所述围套式结构包括承重型钢梁、纵向型钢梁、横向型钢梁、外钢柱、内角钢柱和外角钢柱；所述外钢柱与承重型钢柱之间以及外钢柱与内角钢柱之间连接设置横向型钢梁，所述外钢柱之间以及外钢柱与外角钢柱之间连接设置纵向型钢梁；所述承重型钢梁、纵向型钢梁以及内角钢柱连接构成所述围套式结构的内周，所述外钢柱、外角钢柱以及其余纵向型钢梁连接构成所述围套式结构的外周。

4.根据权利要求3所述的一种既有建筑围套式加层结构的施工方法，其特征是，两个所述钢结构楼层之间的承重型钢梁相互连接，从而构成围套式加层结构。