CN107460972A - 一种装配式钢支撑框架加固砌体承重墙及加固施工方法 - Google Patents

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Abstract

一种装配式钢支撑框架加固砌体承重墙及加固施工方法，由型钢柱、型钢梁、自复位钢拉索、现浇基础、填充材料、锚栓和缝隙加固砌体承重墙。型钢柱、型钢梁构成加固用装配式钢结构框架，型钢柱底部锚固于现浇基础，自复位钢拉索在型钢柱间设置，上端锚固于钢拉索锚固端，下端在钢拉索张拉端张拉，在建筑楼板部位或加固砌体承重墙上部切割留出缝隙，将建筑楼板上的荷载传递至钢支撑框架上。该加固方法砌体承重墙仅需承受其自重部分对应的地震作用而足以抵抗地震，在地震来临时，楼屋面荷载代表值贡献的地震作用由钢支撑框架承担，震后利用自复位拉索使钢支撑框架复位。本申请具有抗震能力强、构造简单、装配化程度高、建造工期短等优点。

Description

一种装配式钢支撑框架加固砌体承重墙及加固施工方法
技术领域
本发明涉及土木工程抗震结构体系领域，特别是涉及一种装配式钢支撑框架加固砌体承重墙及加固施工方法。
背景技术
我国历史文明悠久，大量古建筑及文物建筑得以保存，形成庞大的文化建筑遗产，这其中尤其是以明清及民国后的建筑居多。现存的文物建筑及古建筑以砌体结构形式为主，多为二层左右的砖木或砖混结构，楼盖为木楼板或混凝土楼板，屋盖为木屋架或混凝土平屋顶。由于建设年代久远，设计水准不高，并且缺少定期的维修养护，加上人为的损坏，多数砌体房屋的墙体存在材料强度低、缺损、风化、灰缝不饱满等问题，正常使用的安全性及抗震性能已不能满足当前要求，急需进行保护和加固。
目前，砌体结构承重墙常用的加固方法有面层加固法（包括水泥砂浆面层、钢筋网水泥砂浆面层、混凝土板墙）、增设扶壁柱加固法、灰缝修补法等，但此类方法大多为湿作业施工。随着近年国家大力推进钢材去产能化，出现了诸如局部外包角钢加固法等采用钢结构加固砌体墙的方式，人们也先后开发了一些采用钢构件加固砌体承重墙的方法：钢结构加固砌体墙的方法（CN 102877656 B）、老旧住宅砌体结构改造安全避难仓（CN 102936967A）等。可见现有钢结构加固砌体墙的方法主要是从构件层面出发，将钢结构通过某种方式与砌体紧密相连、共同工作，从而提高钢结构-砌体墙这一共同体的抗震性能，但这类方法往往对既有墙体表面有一定的破坏，当用于具有保护价值的文物建筑及古建筑时，必然会损坏原有墙体的风貌和历史痕迹，并且具有不可逆性。如何无损、有效、快速地对具有保护价值的砌体砖墙进行加固显得尤为必要。
因此，从保护文物建筑砌体结构的角度出发，摒弃原有从构件层面加固的思路，利用钢结构比砂浆、混凝土结构预制化程度高的优势，从结构体系的角度，提出一种可拆卸性（可逆性）、对墙体无损伤的装配式钢结构框架支撑，将装配式、钢结构和文物保护加固的理念融为一体，能够为既有砌体结构文物建筑保护和加固改造的工业化提供一个新的思路。
发明内容
为了解决上述存在的问题，本发明提供一种装配式钢支撑框架加固砌体承重墙及加固施工方法，既能够充分发挥钢结构加固砌体承重墙方法的可逆性、无损行和有效性，又能实现钢支撑框架结构工厂加工、现场拼接的工业化建造方式，从而为既有文物建筑加固改造提供一种新型装配式加固方法，为达此目的，本发明提供一种装配式钢支撑框架加固砌体承重墙，包括砌体承重墙和配套加固配件，所述配套加固配件包括型钢柱、型钢梁、自复位钢拉索和现浇基础，所述砌体承重墙包括加固砌体承重墙和垂直方向砌体承重墙，所述垂直方向砌体承重墙设置在对应加固砌体承重墙端部，所述型钢柱和型钢梁相连构成加固用装配式钢结构框架，所述型钢梁放置在每层加固砌体承重墙顶部两侧并固定在对应建筑楼板下方，所述建筑楼板包括楼面板或屋面板，所述型钢梁紧贴在对应楼面板或屋面板下方通过锚栓将型钢梁与对应楼面板或屋面板连接，所述型钢梁与建筑楼板之间有缝隙通过填充材料填充，所述型钢柱紧贴在加固砌体承重墙外部的两侧，所述型钢柱底部锚固于现浇基础上，每2对自复位钢拉索为一组分别对称设置在加固砌体承重墙两侧，对称设置的两个型钢柱朝中心一侧成对设置有钢拉索锚固端和钢拉索张拉端，每对钢拉索锚固端对应一对自复位钢拉索，所述自复位钢拉索上端锚固于对应钢拉索锚固端，所述自复位钢拉索下端张拉于对应钢拉索张拉端，每组自复位钢拉索在对应型钢柱间交叉设置后上下端固定或自复位钢拉索在对应型钢柱间上下端固定后自复位钢拉索中间处通过连接件连接并预收紧张拉，所述建筑楼板部位或加固砌体承重墙上部切割留出缝隙。
作为本发明进一步改进，所述型钢柱和型钢梁为H形截面或槽型截面或回字形截面或C型截面的钢构件，也可以是其它适用的钢构件截面型式，如轻钢截面等。
作为本发明进一步改进，所述型钢柱的端部连接处为型钢柱节点，相邻的型钢柱通过型钢柱节点相连，所述型钢梁的端部连接处为型钢梁柱节点，型钢柱与型钢梁端部之间通过型钢梁柱节点相连，所述型钢柱节点和型钢梁柱节点连接方式均为螺栓连接形式，本发明钢柱根据构件装配的需要和建筑层高，底部和顶部为半层一段，其余部位为一层一段，每段均有与钢梁相连的伸出部分，两段之间通过钢柱节点连接；钢梁两端通过梁柱节点与钢柱伸出段连接。
作为本发明进一步改进，所述缝隙开在加固砌体承重墙与建筑楼板之间，或开在加固砌体承重墙与建筑楼板接触段两侧，本发明缝隙可以采用以上设置，采用裂缝的目的是将楼面板（屋面板）上的荷载传递至钢结构支撑框架上。
作为本发明进一步改进，所述自复位钢拉索为钢绞线或形状记忆合金索材，自复位钢拉索可采用张拉预应力的高强钢绞线，也可采用形状记忆合金等具有自复位能力的金属索材。
本发明提供一种装配式钢支撑框架加固砌体承重墙的加固施工方法，具体施工步骤如下：
1）根据设计和施工要求，在工厂加工型钢柱、型钢梁和自复位钢拉索；
2）在结构现场浇筑现浇基础，紧贴加固砌体承重墙竖立型钢柱，其中型钢柱底部浇筑在现浇基础内；
3）在现场将型钢柱贯穿对应建筑楼板的部位开孔，通过螺栓连接的方式在型钢柱节点处将上下层型钢柱固接；
4）吊装型钢梁调整其位置，使其能够紧贴对应建筑楼板，并通过螺栓连接的方式在型钢梁柱节点处将型钢梁固接；
5）采用锚栓将型钢梁与建筑楼板连接，并在二者缝隙内注入填充材料；
6）随后将自复位拉索穿过预留孔洞至钢拉索锚固端，并在此锚固拉索；自复位钢拉索穿过预留孔洞至钢拉索张拉端或可采用上下两端锚固，在中间处通过连接件连接并预收紧张拉；
7）结构安装完成后，在建筑楼板部位或加固砌体承重墙上部切割留出缝隙。
本发明的一种装配式钢支撑框架加固砌体承重墙及加固施工方法，在地震来临时通过新加的钢支撑框架托换楼屋面荷载，减小砌体承重墙的地震作用，以达到加固效果；震后，通过自复位钢拉索使框架支撑恢复到原先状态，保持其使用功能；体系拼接部位均采用螺栓连接，能够实现在工厂生产、现场拼装，缩短了现场工期。该加固方法具有抗震能力强、构造简单、施工质量高、工期短等优点，可用于单层、多层既有砌体结构建筑的抗震加固，特别适合于文物建筑加固改造。
附图说明
图1是本发明的立面结构示意图。
图2是本发明的平面结构示意图。
图3是本发明的楼面或屋面荷载托换构造示意图。
图4是本发明无圈梁情况下楼面或屋面荷载托换另一种构造示意图。
图5是本发明有圈梁情况下楼面或屋面荷载托换另一种构造示意图。
以上图中有：1、加固砌体承重墙；2、垂直方向砌体承重墙；3、建筑楼板；4、型钢柱；5、型钢梁；6、自复位钢拉索；7、现浇基础；8、填充材料；9、锚栓；10、缝隙；41、型钢柱节点；51、型钢梁柱节点；61、钢拉索锚固端；62、钢拉索张拉端。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
本发明提供一种装配式钢支撑框架加固砌体承重墙及加固施工方法，既能够充分发挥钢结构加固砌体承重墙方法的可逆性、无损行和有效性，又能实现钢支撑框架结构工厂加工、现场拼接的工业化建造方式，从而为既有文物建筑加固改造提供一种新型装配式加固方法。
作为本发明结构一种实施例，本发明提供一种装配式钢支撑框架加固砌体承重墙，包括砌体承重墙和配套加固配件，所述配套加固配件包括型钢柱4、型钢梁5、自复位钢拉索6和现浇基础7，所述砌体承重墙包括加固砌体承重墙1和垂直方向砌体承重墙2，所述垂直方向砌体承重墙2设置在对应加固砌体承重墙1端部，所述型钢柱4和型钢梁5相连构成加固用装配式钢结构框架，所述型钢梁5放置在每层加固砌体承重墙1顶部两侧并固定在对应建筑楼板3下方，所述建筑楼板3包括楼面板或屋面板，所述型钢梁5紧贴在对应楼面板或屋面板下方通过锚栓9将型钢梁5与对应楼面板或屋面板连接，所述型钢梁5与建筑楼板3之间有缝隙通过填充材料8填充，所述型钢柱4紧贴在加固砌体承重墙1外部的两侧，所述型钢柱4底部锚固于现浇基础7上，每2对自复位钢拉索6为一组分别对称设置在加固砌体承重墙1两侧，对称设置的两个型钢柱4朝中心一侧成对设置有钢拉索锚固端61和钢拉索张拉端62，每对钢拉索锚固端61对应一对自复位钢拉索6，所述自复位钢拉索6上端锚固于对应钢拉索锚固端61，所述自复位钢拉索6下端张拉于对应钢拉索张拉端62，每组自复位钢拉索6在对应型钢柱4间交叉设置后上下端固定或自复位钢拉索6在对应型钢柱4间上下端固定后自复位钢拉索6中间处通过连接件连接并预收紧张拉，所述建筑楼板3部位或加固砌体承重墙1上部切割留出缝隙10。
作为本发明结构一种具体实施例，本发明提供如图1和2所示的一种装配式钢支撑框架加固砌体承重墙，包括砌体承重墙和配套加固配件，所述配套加固配件包括型钢柱4、型钢梁5、自复位钢拉索6和现浇基础7，所述砌体承重墙包括加固砌体承重墙1和垂直方向砌体承重墙2，所述垂直方向砌体承重墙2设置在对应加固砌体承重墙1端部，所述型钢柱4和型钢梁5相连构成加固用装配式钢结构框架，本发明型钢柱4、型钢梁5为H型形截面或槽形截面或回字形截面或C型截面，也可以是其它适用的钢构件截面型式，如轻钢截面等，所述型钢梁5放置在每层加固砌体承重墙1顶部两侧并固定在对应建筑楼板3下方，所述建筑楼板3包括楼面板或屋面板，所述型钢梁5紧贴在对应楼面板或屋面板下方通过锚栓9将型钢梁5与对应楼面板或屋面板连接，所述型钢梁5与建筑楼板3之间有缝隙通过填充材料8填充，本发明填充材料可以为环氧类结构胶，也可为其它有机或无机类材料，所述型钢柱4紧贴在加固砌体承重墙1外部的两侧，所述型钢柱4底部锚固于现浇基础7上，每2对自复位钢拉索6为一组分别对称设置在加固砌体承重墙1两侧，所述自复位钢拉索6为钢绞线或形状记忆合金索材，自复位钢拉索可采用张拉预应力的高强钢绞线，也可采用形状记忆合金等具有自复位能力的金属索材，对称设置的两个型钢柱4朝中心一侧成对设置有钢拉索锚固端61和钢拉索张拉端62，每对钢拉索锚固端61对应一对自复位钢拉索6，所述自复位钢拉索6上端锚固于对应钢拉索锚固端61，所述自复位钢拉索6下端张拉于对应钢拉索张拉端62，每组自复位钢拉索6在对应型钢柱4间交叉设置后上下端固定或自复位钢拉索6在对应型钢柱4间上下端固定后自复位钢拉索6中间处通过连接件连接并预收紧张拉，所述建筑楼板3部位或加固砌体承重墙1上部切割留出缝隙10，所述型钢柱4的端部连接处为型钢柱节点41，相邻的型钢柱4通过型钢柱节点41相连，所述型钢梁5的端部连接处为型钢梁柱节点51，型钢柱4与型钢梁5端部之间通过型钢梁柱节点51相连，所述型钢柱节点41和型钢梁柱节点51连接方式均为螺栓连接形式，本发明钢柱根据构件装配的需要和建筑层高，底部和顶部为半层一段，其余部位为一层一段，每段均有与钢梁相连的伸出部分，两段之间通过钢柱节点连接；钢梁两端通过梁柱节点与钢柱伸出段连接。
作为本发明加固施工方法一种具体实施例，一种装配式钢支撑框架加固砌体承重墙的加固施工方法，具体施工步骤如下：
1）根据设计和施工要求，在工厂加工型钢柱4、型钢梁5和自复位钢拉索6；
2）在结构现场浇筑现浇基础7，紧贴加固砌体承重墙1竖立型钢柱4，其中型钢柱4底部浇筑在现浇基础7内；
3）在现场将型钢柱4贯穿对应建筑楼板3的部位开孔，通过螺栓连接的方式在型钢柱节点41处将上下层型钢柱4固接；
4）吊装型钢梁5调整其位置，使其能够紧贴对应建筑楼板3，并通过螺栓连接的方式在型钢梁柱节点51处将型钢梁5固接；
5）采用锚栓9将型钢梁5与建筑楼板3连接，并在二者缝隙内注入填充材料8，填充材料8可以为环氧类结构胶，也可为其它有机或无机类材料；
6）随后将自复位拉索6穿过预留孔洞至钢拉索锚固端61，并在此锚固拉索；自复位钢拉索6穿过预留孔洞至钢拉索张拉端62或可采用上下两端锚固，在中间处通过连接件连接并预收紧张拉；
7）结构安装完成后，在建筑楼板3部位或加固砌体承重墙1上部切割留出缝隙10，如图3和5所示，所述缝隙10开在加固砌体承重墙1与建筑楼板3之间，若所述建筑楼板3底部有圈梁，所述圈梁通过锚栓9与型钢梁5相连，若建筑楼板底部有圈梁则型钢梁可以通过以上方式进行固定，如图4所示，所述缝隙10开在加固砌体承重墙1与建筑楼板3接触段两侧，本发明缝隙可以采用以上设置，将对应建筑楼板3上的荷载传递至钢结构支撑框架上。
本发明主要原理如下：采用钢结构支撑框架托换楼面及屋面竖向荷载，即将原来墙体承担的楼屋面荷载，改由钢支撑框架承受，墙体仅承受其自重。当地震来临时，墙体相比之前其重力荷载代表值大幅减小，因此其承受的地震作用也相应减小，不再需要采取其他加固措施，而钢支撑框架足以承受新的重力荷载代表之下的地震作用；地震发生后，由于自复位钢拉索的存在，结构具有较高的恢复原先位置的能力，钢结构框架的变形得以恢复。自复位拉索在小震时提供刚度，大震时提供部分阻尼，震后提供复位能力。与此同时，大部分拼接节点采用螺栓连接，使框架支撑结构具有了预制拼装的特性。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作任何其他形式的限制，而依据本发明的技术实质所作的任何修改或等同变化，仍属于本发明所要求保护的范围。

Claims (6)

1.一种装配式钢支撑框架加固砌体承重墙，包括砌体承重墙和配套加固配件，其特征在于：所述配套加固配件包括型钢柱（4）、型钢梁（5）、自复位钢拉索（6）和现浇基础（7），所述砌体承重墙包括加固砌体承重墙（1）和垂直方向砌体承重墙（2），所述垂直方向砌体承重墙（2）设置在对应加固砌体承重墙（1）端部，所述型钢柱（4）和型钢梁（5）相连构成加固用装配式钢结构框架，所述型钢梁（5）放置在每层加固砌体承重墙（1）顶部两侧并固定在对应建筑楼板（3）下方，所述建筑楼板（3）包括楼面板或屋面板，所述型钢梁（5）紧贴在对应楼面板或屋面板下方通过锚栓（9）将型钢梁（5）与对应楼面板或屋面板连接，所述型钢梁（5）与建筑楼板（3）之间的缝隙通过填充材料（8）填充，所述型钢柱（4）紧贴在加固砌体承重墙（1）外部的两侧，所述型钢柱（4）底部锚固于现浇基础（7）上，每2对自复位钢拉索（6）为一组分别对称设置在加固砌体承重墙（1）两侧，对称设置的两个型钢柱（4）朝中心一侧成对设置有钢拉索锚固端（61）和钢拉索张拉端（62），每对钢拉索锚固端（61）对应一对自复位钢拉索（6），所述自复位钢拉索（6）上端锚固于对应钢拉索锚固端（61），所述自复位钢拉索（6）下端张拉于对应钢拉索张拉端（62），每组自复位钢拉索（6）在对应型钢柱（4）间交叉设置后上下端固定或自复位钢拉索（6）在对应型钢柱（4）间上下端固定后自复位钢拉索（6）中间处通过连接件连接并预收紧张拉，所述建筑楼板（3）部位或加固砌体承重墙（1）上部切割留出缝隙（10）。
2.根据权利要求1所述的一种装配式钢支撑框架加固砌体承重墙，其特征在于：所述型钢柱（4）和型钢梁（5）为H形截面或槽型截面或回字形截面或C型截面的钢构件。
3.根据权利要求1所述的一种装配式钢支撑框架加固砌体承重墙，其特征在于：所述型钢柱（4）的端部连接处为型钢柱节点（41），相邻的型钢柱（4）通过型钢柱节点（41）相连，所述型钢梁（5）的端部连接处为型钢梁柱节点（51），所述型钢柱（4）与型钢梁（5）端部之间通过型钢梁柱节点（51）相连，所述型钢柱节点（41）和型钢梁柱节点（51）连接方式均为螺栓连接形式。
4.根据权利要求1所述的一种装配式钢支撑框架加固砌体承重墙，其特征在于：所述缝隙（10）开在加固砌体承重墙（1）与建筑楼板（3）之间或开在加固砌体承重墙（1）与建筑楼板（3）接触段两侧。
5.根据权利要求1所述的一种装配式钢支撑框架加固砌体承重墙，其特征在于：所述自复位钢拉索（6）为钢绞线或形状记忆合金索材。
6.一种装配式钢支撑框架加固砌体承重墙的加固施工方法，具体施工步骤如下，其特征在于：
1）根据设计和施工要求，在工厂加工型钢柱（4）、型钢梁（5）和自复位钢拉索（6）；
2）在结构现场浇筑现浇基础（7），紧贴加固砌体承重墙（1）竖立型钢柱（4），其中型钢柱（4）底部浇筑在现浇基础（7）内；
3）在现场将型钢柱（4）贯穿对应建筑楼板（3）的部位开孔，通过螺栓连接的方式在型钢柱节点（41）处将上下层型钢柱（4）固接；
4）吊装型钢梁（5）调整其位置，使其能够紧贴对应建筑楼板（3），并通过螺栓连接的方式在型钢梁柱节点（51）处将型钢梁（5）固接；
5）采用锚栓（9）将型钢梁（5）与建筑楼板（3）连接，并在二者缝隙内注入填充材料（8）；
6）随后将自复位拉索（6）穿过预留孔洞至钢拉索锚固端（61），并在此锚固拉索；自复位拉索（6）穿过预留孔洞至钢拉索张拉端（62）或可采用上下两端锚固，在中间处通过连接件连接并预收紧张拉；
7）结构安装完成后，在建筑楼板（3）部位或加固砌体承重墙（1）上部切割留出缝隙（10）。
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