CN111962576A - 一种基于空间曲面轨迹的框架结构建筑物纠倾方法 - Google Patents

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Abstract

本公开提供一种基于空间曲面轨迹的框架结构建筑物纠倾方法，涉及建筑物纠倾领域，在建筑物周围开挖环形工作坑，工作坑的边坡外形为球体部分内表面对应的空间曲面结构，并使建筑物的独立基础完全暴露，且均在工作坑范围内；在工作坑的边坡上对应其空间曲面结构铺设旋转移位轨道；针对建筑物任意方向可能产生的整体倾斜，通过三维空间曲面轨道旋转移位实现纠倾，克服了目前二维路径纠倾难以对倾斜方向与主轴布置方向不一致进行纠倾的限制，并且纠倾后可形成对任意方向地震作用力实现隔震的自恢复结构。

Description

一种基于空间曲面轨迹的框架结构建筑物纠倾方法
技术领域
本公开涉及建筑物纠倾领域，特别涉及一种基于空间曲面轨迹的框架结构建筑物纠倾方法。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术，并不必然构成现有技术。
建筑物纠倾系指建筑物由于地基、基础或建筑物本身的某种原因造成基础不均匀沉降，其上部结构偏离竖直位置而发生倾斜，当建筑物的倾斜程度超过国家有关规范要求、严重影响建筑物安全及正常使用时所采取的以期确保建筑物安全及恢复其正常使用功能的纠倾扶正、加固稳定的措施。
建筑物移位是在原建筑物下方设置托换底盘和移位轨道，将建筑物上部结构与原基础截断，在建筑物一侧设置牵引或者顶推装置，将建筑物移至新址的过程。一般建筑物移位技术多是将建筑物沿水平方向移动。
发明人发现，目前在建筑物倾斜方向上设置圆弧形轨道，并通过旋转移位的方法实现纠倾。但该方法的旋转路径是二维的，截面是圆弧的一部分，适用条件受到限制：只有建筑物倾斜方向和建筑物的竖向构件(柱或墙体)主轴布置方向一致，才能采用该方法；另外，形成的隔震结构在地震作用力方向和建筑物旋转移位方向一致时，才能发挥隔震作用；但是事实上，建筑物倾斜方向和地基土分布有关，有很大随机性，很少正好与建筑物的竖向构件主轴布置方向一致；地震作用的产生也具有随机性，不可能正好与建筑物的隔震结构设置方向一致，因此，针对任意方向出现倾斜的建筑物，以及对任意方向产生的地震，目前的纠倾方法及隔震结构难以满足需求。
发明内容
本发明公开的目的是针对现有技术存在的缺陷，提供一种基于空间曲面轨迹的框架结构建筑物纠倾方法，针对建筑物任意方向可能产生的整体倾斜，通过三维空间曲面轨道旋转移位实现纠倾，克服了目前二维路径纠倾难以对倾斜方向与主轴布置方向不一致进行纠倾的限制，并且纠倾后可形成对任意方向地震作用力实现隔震的自恢复结构。
一种基于空间曲面轨迹的框架结构建筑物纠倾方法，包括以下步骤：
在建筑物周围开挖环形工作坑，工作坑的边坡外形为球体部分内表面对应的空间曲面结构，并使建筑物的独立基础完全暴露，且均在工作坑范围内；
在工作坑的边坡上对应其空间曲面结构铺设旋转移位轨道；
在独立基础顶部、框架柱两侧布置托换梁，从框架柱两侧夹持框架柱并与框架柱固连，托换梁与框架柱垂直；
在移位轨道与托换梁形成平面相交曲线位置，设置环形曲梁作为托换梁的支撑；
开挖独立基础下方的土方，使得建筑物的荷载由独立基础直接传递给地基转变为通过托换梁、环形曲梁、移位轨道传递给边坡下方的地基；
驱动环形曲梁带动建筑物沿空间曲线移位轨道进行旋转移位，使得上部框架结构建筑物倾斜率逐渐减小至符合规范后停止；
处理工作坑，完成纠倾。
进一步地，边坡对应球体的球心在建筑物独立基础平面形心的正上方，边坡坡底圆形边沿线是球体与沉降最大独立基础底面位置为标高的水平面的交线，边坡坡底圆形边沿线大于建筑物的对角线长度，控制独立基础均在工作坑范围内。
进一步地，沉降最大独立基础开挖至工作坑坡底边沿线标高，其他独立基础开挖至基础底面。
进一步地，沿边坡铺设板件，拼合形成与边坡曲率相同的空间曲面，作为旋转移位轨道。
进一步地，托换梁通过预先置入框架柱内的钢筋与框架柱相连，沿框架柱的纵列和横列布置托换梁，托换梁在建筑物范围内形成网格状。
进一步地，环形曲梁运动的过程中，其最高点位置沿环向转动的同时逐渐下降，最低点位置沿环向转动的同时逐渐上升，使环形曲梁径向所在平面趋于水平，建筑物倾斜率逐渐减小。
进一步地，在建筑物纠倾至符合规范后，在环形曲梁底部与工作坑底面的空隙中，布置橡胶支座，配合边坡地基共同承载上部建筑物荷载。
进一步地，完成纠倾后，在曲梁和托换梁顶浇注混凝土楼地面，恢复建筑物使用功能。
与现有技术相比，本公开具有的优点和积极效果是：
(1)针对建筑物任意方向可能产生的整体倾斜，通过三维空间曲面轨道旋转移位实现纠倾，克服了目前二维路径纠倾难以对倾斜方向与主轴布置方向不一致进行纠倾的限制，并且纠倾后可形成对任意方向地震作用力实现隔震的自恢复结构；
(2)采用旋转移位的方法纠倾，相比迫降的方法更简单、安全、可控，不需要事先预估沉降量、掏土和灌水量，只需要采用常规的测量手段直观地完成纠倾，能够平滑稳定的实现对建筑物整体的旋转纠倾，提升纠倾过程中的可靠性，保证框架式建筑物整体结构的稳定；
(3)构建的轨迹面为三维空间曲面的球面部分结构，能够适合任意方向的地基沉降纠倾，以及对任意方向地震产生隔震效果，克服背景技术中所提到的二维路径纠倾的局限性，并且，用环形曲梁作为旋转移动装置，无需沿着轨道通长设置旋转移位装置，体型轻巧，节省材料；
(4)填塞叠层橡胶片，形成橡胶支座，该支座在正常使用状态下，协助边坡地基承担上部建筑物荷载；在地震作用下，建筑物滑动时起到限位和耗能作用，独立基础可不与建筑物截断，在非抗震设防地区，可在原独立基础与地基土之间填筑混凝土，增加上部荷载的传力路径。
附图说明
构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。
图1为本公开实施例中建筑物纠倾前独立基础的平面图；
图2为本公开实施例中建筑物纵向(X轴方向)纠倾前的立面图；
图3为本公开实施例中建筑物横向(Y轴方向)纠倾前的立面图；
图4为本公开实施例中建筑物周边环形开挖露出独立基础的平面图；
图5为本公开实施例中建筑物周边环形开挖露出独立基础的沿建筑物纵向(X轴方向)的立面图；
图6为本公开实施例中建筑物周边环形开挖露出独立基础的沿建筑物横向(Y轴方向)的立面图；
图7为本公开实施例中施工托换梁和周边环梁的平面图；
图8为本公开实施例中施工托换梁和周边环梁的沿建筑物纵向(X轴方向)的立面图；
图9为本公开实施例中施工托换梁和周边环梁的沿建筑物横向(Y轴方向)的立面图；
图10为本公开实施例中开挖独立基础下方地基土的沿建筑物纵向(X轴方向)的立面图；
图11为本公开实施例中开挖独立基础下方地基土的沿建筑物横向(Y轴方向)的立面图；
图12为本公开实施例中旋转纠倾完成时建筑物平面图；
图13为本公开实施例中旋转纠倾完成时建筑物沿纵向(X轴方向)的立面图；
图14为本公开实施例中旋转纠倾完成时建筑物沿横向(Y轴方向)的立面图；
图15为本公开实施例中环梁下安装橡胶叠层后建筑物平面图；
图16为本公开实施例中环梁下安装橡胶叠层后建筑物沿纵向(X轴方向)的立面图；
图17为本公开实施例中环梁下安装橡胶叠层后建筑物沿横向(Y轴方向)的立面图。
其中：1、沿建筑物纵向(X轴)坐标轴，2、沿建筑物横向(Y轴)坐标轴，3、建筑物整体倾斜下沉方向，4、独立基础，5、框架柱，6、地基土，7、边坡上边沿线，8、边坡下边沿线，9、环形曲梁，10、托换梁，11、旋转移位轨道，12、叠层橡胶限位块。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步地说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；
为了方便叙述，本公开中如果出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用，仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。
正如背景技术中所介绍的，现有技术中在建筑物倾斜方向上设置圆弧形轨道，并通过旋转移位的方法实现纠倾；但该方法的旋转路径是二维的，截面为圆弧的一部分，适用条件受到限制；针对上述问题，本公开提出了一种基于空间曲面轨迹的框架结构建筑物纠倾方法。
实施例1
本公开的一种典型的实施方式中，如图1-图17所示，提出了一种基于空间曲面轨迹的框架结构建筑物纠倾方法。
能够针对建筑物任意方向可能产生的整体倾斜，通过三维空间曲面轨道旋转移位实现纠倾的方法，不受沉降方向的限制，并且纠倾后可形成对任意方向地震作用力实现隔震的自恢复结构。
包括以下步骤：
一种基于空间曲面轨迹的框架结构建筑物纠倾方法，包括以下步骤：
在建筑物周围开挖环形工作坑，工作坑的边坡外形为球体部分内表面对应的空间曲面结构，并使建筑物的独立基础4完全暴露，且均在工作坑范围内；
在工作坑的边坡上对应其空间曲面结构铺设旋转移位轨道；
在独立基础顶部、框架柱5两侧布置托换梁，从框架柱两侧夹持框架柱并与框架柱固连，托换梁与框架柱垂直；
在移位轨道与托换梁形成平面相交曲线位置，设置环形曲梁作为托换梁的支撑；
开挖独立基础下方的土方，使得建筑物的荷载由独立基础直接传递给地基转变为通过托换梁、环形曲梁、移位轨道传递给边坡下方的地基；
驱动环形曲梁带动建筑物沿空间曲线移位轨道进行旋转移位，使得上部框架结构建筑物倾斜率逐渐减小至符合规范后停止；
处理工作坑，完成纠倾。
进一步地，所述曲梁位于托换梁端部与移位轨道之间，曲梁高度大于托换梁的高度；曲梁与空间曲面移位轨道接触面的曲率与移位轨道曲率相同，曲梁与水平面的夹角与框架柱倾斜角度相同。
具体的，结合附图，对本实施例中纠倾方法进行详细描述：
为表述方便，设定笛卡尔坐标系的原点与建筑物的形心重合，定义建筑物的长度方向为纵向，用笛卡尔坐标系的X轴方向表示，图中为沿建筑物纵向(X轴)坐标轴1；定义建筑物的宽度方向为横向，用Y轴方向表示，图中为沿建筑物横向(Y轴)坐标轴2；定义建筑物的竖向为Z轴方向；建筑物的整体倾斜方向为任意方向，一般不于X、Y轴方向重合，图中为建筑物整体倾斜下沉方向3。
纠倾方法包括以下步骤：
1)在发生倾斜的建筑物周围地基土6中开挖环形工作坑，工作坑的边坡外形应为三维的部分球体内表面的空间曲面结构；
需要指出的是，球体的球心应在建筑物平面形心的正上方；为防止旋转移位时弧度太大增加牵引力，同时考虑建筑物使用状态的抗倾覆能力，球体的半径通常设定为建筑物的竖向重心至基础底面的竖向距离，这样通过该球心的作用力不会产生建筑物沿轨道转动的倾覆力矩；
边坡坡底圆形边沿线是球体与沉降最大独立基础底面位置为标高的水平面的交线，即边坡下边沿线8，该圆的直径应大于建筑物的对角线长度，以保证所有独立基础均在工作坑范围内；边坡坡顶圆形边沿线是球体与天然地面的交线，即边坡上边沿线7。
2)开挖工作坑，完全暴露出框架柱下方的独立基础5；
沉降最大独立基础可开挖至工作坑坡底边沿线标高；其他独立基础开挖至基础底面即可，与工作坑坡底边沿线之间可开挖成斜坡。
3)在空间曲面轨道工作坑的边坡上铺设旋转移位轨道11；
轨道可以是光滑的钢板，也可以是四氟乙烯板。轨道的曲率与边坡的曲率相同；轨道的上表面涂刷油脂，以减少旋转移位时的阻力。
4)在独立基础顶部，框架柱5两侧浇筑钢筋混凝土托换梁10，托换梁通过预先植入框架柱内的钢筋与框架柱相连，并从两侧夹住框架柱；
托换梁与框架柱垂直，由于框架柱纠倾前是倾斜的，所以托换梁与水平面夹角和框架柱倾斜角度相同。
5)在空间曲面轨道与纵、横向托换梁形成的平面相交曲线位置，设置钢筋混凝土环形曲梁9，曲梁高度大于托换梁高度，以便成为托换梁的支撑；
曲梁与空间曲面轨道接触面的曲率与曲面轨道曲率相同；曲梁浇筑混凝土时，宜采用与曲面轨道曲率相同的钢板或四氟乙烯板作为底模板；曲梁平面与水平面夹角和框架柱倾斜角度相同。
若因曲梁平面与水平面夹角过大，建筑物沉降小的一侧曲梁底面不能与轨道充分接触，在施工空间曲面轨道时应在工作坑外侧填筑土方，适当延长轨道长度。
6)开挖独立基础下方的土方，至沉降最大独立基础底面位置为标高的水平面；此时，框架结构建筑物的荷载由独立基础直接传递给地基转变为通过托换梁、环形曲梁、移位轨道传递给边坡下方的地基。
7)在沉降最大方向的边坡顶部设置牵引装置，对环形曲梁以及其支撑的建筑物沿着空间曲线轨道进行牵引旋转移位，上部框架结构的倾斜率逐渐减小；
环形曲梁运动的过程中，其最高点位置沿环向转动的同时逐渐下降，最低点位置沿环向转动的同时逐渐上升，使环形曲梁径向所在平面趋于水平，建筑物倾斜率逐渐减小；
当倾斜率符合规范要求后，停止旋转移位。
8)拆除移位牵引装置。
9)在环形曲梁底部与工作坑底面之间的空隙中，填塞叠层橡胶支座(一般为多层废弃橡胶轮胎切割片粘结而成)形成叠层橡胶限位块12；
该支座在正常使用状态下，协助边坡地基承担上部建筑物荷载；在地震作用下，建筑物滑动时起到限位和耗能作用。
10)在非抗震设防地区，可在原独立基础与地基土之间填筑混凝土，增加上部荷载的传力路径，与环梁、边坡共同支撑上部结构。
11)在曲梁和托换梁顶浇筑混凝土楼地面，恢复建筑物使用功能。
对于多方向隔震的实现，在水平地震力作用下，建筑物会产生相应旋转力矩，会沿空间曲面轨道产生滑动；
当离开平衡位置一定倾斜角度之后，建筑物重量沿曲面切线方向的分力会增大；同时，旋转运动方向另一侧的橡胶隔层支座不断压缩，产生与运动方向相反的弹力；
另外，曲梁和轨道接触面本身具有摩擦力；三种力产生的力矩会阻滞建筑物进一步旋转，甚至会恢复到原有平衡位置。
在往复运动中产生耗能效果，防止了建筑物的震损。
构建的轨迹面为三维空间曲面的球面部分结构，能够适合任意方向的地基沉降纠倾，以及对任意方向地震产生隔震效果，克服背景技术中所提到的二维路径纠倾的局限性，并且，用环形曲梁作为旋转移动装置，无需沿着轨道通长设置旋转移位装置，体型轻巧，节省材料。
以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于空间曲面轨迹的框架结构建筑物纠倾方法，包括以下步骤：
在建筑物周围开挖环形工作坑，工作坑的边坡外形为球体部分内表面对应的空间曲面结构，并使建筑物的独立基础完全暴露，且均在工作坑范围内；
在工作坑的边坡上对应其空间曲面结构铺设旋转移位轨道；
在独立基础顶部、框架柱两侧布置托换梁，从框架柱两侧夹持框架柱并与框架柱固连，托换梁与框架柱垂直；
在移位轨道与托换梁形成平面相交曲线位置，设置环形曲梁作为托换梁的支撑；开挖独立基础下方的土方，使得建筑物的荷载由独立基础直接传递给地基转变为通过托换梁、环形曲梁、移位轨道传递给边坡下方的地基；
驱动环形曲梁带动建筑物沿空间曲线移位轨道进行旋转移位，使得上部框架结构建筑物倾斜率逐渐减小至符合规范后停止；
处理工作坑，完成纠倾。
2.如权利要求1所述的基于空间曲面轨迹的框架结构建筑物纠倾方法，其特征在于，边坡对应球体的球心在建筑物独立基础平面形心的正上方，边坡坡底圆形边沿线是球体与沉降最大独立基础底面位置为标高的水平面的交线，边坡坡底圆形边沿线大于建筑物的对角线长度，控制独立基础均在工作坑范围内。
3.如权利要求2所述的基于空间曲面轨迹的框架结构建筑物纠倾方法，其特征在于，沉降最大独立基础开挖至工作坑坡底边沿线标高，其他独立基础开挖至基础底面。
4.如权利要求1所述的基于空间曲面轨迹的框架结构建筑物纠倾方法，其特征在于，沿边坡铺设板件，拼合形成与边坡曲率相同的空间曲面，作为旋转移位轨道。
5.如权利要求1所述的基于空间曲面轨迹的框架结构建筑物纠倾方法，其特征在于，托换梁通过预先置入框架柱内的钢筋与框架柱相连，沿框架柱的纵列和横列布置托换梁，托换梁在建筑物范围内形成网格状。
6.如权利要求1所述的基于空间曲面轨迹的框架结构建筑物纠倾方法，其特征在于，所述曲梁位于托换梁端部与移位轨道之间，曲梁高度大于托换梁的高度。
7.如权利要求6所述的基于空间曲面轨迹的框架结构建筑物纠倾方法，其特征在于，曲梁与空间曲面移位轨道接触面的曲率与移位轨道曲率相同，曲梁与水平面的夹角与框架柱倾斜角度相同。
8.如权利要求1所述的基于空间曲面轨迹的框架结构建筑物纠倾方法，其特征在于，环形曲梁运动的过程中，其最高点位置沿环向转动的同时逐渐下降，最低点位置沿环向转动的同时逐渐上升，使环形曲梁径向所在平面趋于水平，建筑物倾斜率逐渐减小。
9.如权利要求1所述的基于空间曲面轨迹的框架结构建筑物纠倾方法，其特征在于，在建筑物纠倾至符合规范后，在环形曲梁底部与工作坑底面的空隙中，布置橡胶支座，配合边坡地基共同承载上部建筑物荷载。
10.如权利要求1所述的基于空间曲面轨迹的框架结构建筑物纠倾方法，其特征在于，完成纠倾后，在曲梁和托换梁顶浇注混凝土楼地面，恢复建筑物使用功能。
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