CN112211424A - 外套门式刚架加固既有砌体建筑的加固体系及施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的外套门式刚架加固既有砌体建筑的加固体系及施工方法属于既有砌体建筑加固技术领域，该体系包括钢筋混凝土门式刚架柱、门式刚架梁和拉索构件。钢筋混凝土门式刚架柱沿原有横墙方向设置在原有外纵墙的外侧，钢筋混凝土门式刚架柱自下而上延伸至屋顶，钢筋混凝土门式刚架柱与原有阳台悬挑梁之间通过纵向锚筋连接。门式刚架梁沿原有横墙方向设置在钢筋混凝土门式刚架柱的顶部。拉索构件穿过原有楼板下部的原有横墙，并且两端穿过钢筋混凝土门式刚架柱并锚固。本发明在不增加建筑面积和基本不增加自重的同时，提高结构的抗侧刚度和抗震承载力，将主体结构承担的地震作用和竖向荷载的一部分传递至钢筋混凝土门式刚架结构。
Description
技术领域
本发明涉及既有砌体建筑加固技术领域，具体为一种外套门式刚架加固既有砌体建筑的加固体系及施工方法。
背景技术
砌体结构由于造价低廉，在我国应用较为广泛，由于建造年代久远，设计要求较低，存在材料强度低、结构整体性差、抗震能力不能满足抗震鉴定要求等诸多问题，亟需进行加固处理。
砌体结构传统抗震加固方法包括喷射混凝土加固法、板墙加固法、钢筋网砂浆面层加固法、外加抗震横墙加固法、外加现浇混凝土圈梁-构造柱法。板墙加固法即将需要加固的砌体墙表面的抹灰层除去，钻孔植筋或设置拉结筋，在墙体单面或双面挂钢筋网片，最后向墙体分层喷射混凝土，能够提高墙体的抗震承载能、延性和刚度。钢筋网砂浆面层加固法即将需要加固的砌体墙表面的抹灰层除去，钻孔植筋或设置拉结筋，在墙体单面或双面挂钢筋网片，在墙体分层涂抹水泥砂浆，能够提高墙体的抗震承载能、延性和刚度。外加抗震横墙加固法即在横墙间距较大时，在横墙之间增设钢筋混凝土墙或砌体墙，并与主体结构连接，以提高房屋的整体性、稳定性和抗震承载力。外加圈梁-构造柱法即外墙四角和内外墙交接处设置外加钢筋混凝土构造柱，在各层楼板标高处沿外墙设置封闭圈梁，沿内横墙和楼板阴角处设置钢拉杆，是一种需要局部入户的增加整体性的砌体结构房屋抗震加固方法。这些方法所需湿作业多，且需要入户加固，对使用功能影响较大，需要周转搬迁和后期装修恢复，投资大，协调困难。而且传统隔震方法需要在建筑内部和周边打桩，进行基础托换和隔震改造，且需对建筑水电和燃气管线进行软连接改造、电梯和楼梯进行悬挂改造，桩基施工和土方开挖工程量大，综合改造费用高，扰动大。
近些年采用的较为新型的加固方式有纤维增强复合材料（FRP）加固方法、粘钢加固法、钢绞线-聚合物砂浆加固法等。纤维增强复合材料（FRP）加固方法即纤维增强复合材料是纤维材料与基体材料按一定的比例混合，形成的高性能材料，轻质高强、耐腐蚀性能好。该方法是首先将需要加固的部位打磨平整并除去表面灰层，在墙体的表面涂抹一层底胶，待底胶凝固后在底胶表面用黏接剂将碳纤维布粘贴。该方法耐疲劳性好，能够在几乎不增加结构重量的同时可以显著提高结构的延性和抗剪承载力。该方法虽然可以缩短工期，但是仍需要对外墙面进行打磨，造成环境污染，且工程造价偏高，仍需进一步实践与研究。钢绞线-聚合物砂浆加固法即利用聚合物砂浆良好的渗透性、粘结强度和密实度，使它在保护钢绞线网片的同时，将抗拉强度高的钢绞线粘结在原结构上形成整体，使钢绞线网片在任一截面上与原截面变形协调。在结构受力时，通过原结构与加固层的共同工作，来提高其刚度和承载能力，从而达到加固的目的。但是该方法对结构黏接剂的要求较高，加固效果取决于粘接效果，且造价高。
因此，需要研发一种砌体建筑加固技术，以推动既有建筑抗震加固和老旧小区综合改造工程。
发明内容
本发明的目的在于提供一种外套门式刚架加固既有砌体建筑的加固体系及施工方法，以解决传统加固方法存在的局限性问题,包括湿作业多、入户加固、隔震加固、在建筑内部和周边打桩，且需对建筑水电和燃气管线进行软连接改造、电梯和楼梯进行悬挂改造，桩基施工和土方开挖工程量大，综合改造费用高，扰动大；纤维增强复合材料加固方法存在需要对外墙面进行打磨，造成环境污染，且工程造价偏高；钢绞线-聚合物砂浆加固法存在对结构黏接剂的要求较高，加固效果取决于粘接效果，造价高。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种外套门式刚架加固既有砌体建筑的加固体系，包括：
钢筋混凝土门式刚架柱，沿原有横墙方向设置在原有外纵墙的外侧，所述钢筋混凝土门式刚架柱自下而上延伸至屋顶，所述钢筋混凝土门式刚架柱与原有阳台悬挑梁之间通过纵向锚筋连接；
门式刚架梁，沿原有横墙方向设置在钢筋混凝土门式刚架柱的顶部；
拉索构件，穿过原有楼板下部的原有横墙，并且两端穿过钢筋混凝土门式刚架柱并锚固。
优选地，还包括设置在原有山墙外侧和原有外纵墙外侧的钢筋混凝土板墙，所述钢筋混凝土板墙内的板墙水平筋的两端锚固于钢筋混凝土门式刚架柱内。
优选地，各层标高处、相邻的钢筋混凝土门式刚架柱的端部外侧之间连接有纵向拉梁，所述纵向拉梁的下表面与原砌体结构的原有阳台悬挑梁的下表面平齐，所述纵向拉梁与原有阳台悬挑板之间通过横向锚筋连接。
优选地，所述纵向拉梁与钢筋混凝土门式刚架柱整体浇筑成型。
优选地，原砌体结构的公共楼梯间设置钢筋网砂浆面层。
优选地，所述拉索构件为预应力钢拉杆或预应力钢绞线。
优选地，所述拉索构件为直线、折线或者曲线中的一种。
优选地，所述拉索构件与原有横墙之间灌注有胶结材料。
另外，本发明还提供了上述外套门式刚架加固既有砌体建筑的加固体系的施工方法，包括以下步骤：
步骤一、土方开挖，制作钢筋混凝土板墙的基础和钢筋混凝土门式刚架柱的基础；
步骤二、在原有楼板下部的原有横墙内、拉索构件拟经过的部位进行钻孔；
步骤三、在孔内设置拉索构件，孔内灌注胶结材料；
步骤四、将钢筋混凝土门式刚架柱的钢筋、纵向拉梁的钢筋和钢筋混凝土板墙的板墙水平筋绑扎形成钢筋笼，且将拉索构件的两端穿过待浇筑的钢筋混凝土门式刚架柱，然后浇筑钢筋混凝土门式刚架柱的混凝土、喷射钢筋混凝土板墙的混凝土；
步骤五、屋面施工，在钢筋混凝土门式刚架柱的顶部设置门式刚架梁，形成完整的门式刚架；
步骤六、对拉索构件施加预应力，形成门式刚架-预应力拉杆加固体系；
步骤七、纵向拉梁和原有阳台悬挑板之间通过横向锚筋连接，以增加原有悬挑阳台的抗倾覆能力。
优选地，所述步骤四中在待施工的钢筋混凝土门式刚架柱内布设套管以锚固拉索构件。
与现有技术相比，本发明的特点和有益效果为：
（1）本发明通过在原有砌体结构的外围设置钢筋混凝土门式刚架柱、门式刚架梁，形成钢筋混凝土门式刚架结构，并且在各层楼板下方的原有横墙内沿墙体轴线方向钻孔，孔内设置拉索构件，拉索构件的两端穿过钢筋混凝土门式刚架柱并锚固，将钢筋混凝土门式刚架结构与原有砌体结构可靠连接。本发明在不增加建筑面积和基本不增加自重的同时，提高结构的抗侧刚度和抗震承载力以及竖向承载力，将主体结构承担的地震作用和竖向荷载的一部分传递至钢筋混凝土门式刚架结构。
（2）本发明在原有山墙外侧和原有外纵墙外侧分别设置钢筋板墙、在楼梯间等公共部位设置钢筋网砂浆面层，与钢筋混凝土门式刚架结构形成成套的加固体系，进一步提高既有建筑的综合抗震能力。
（3）本发明在各层标高处、相邻钢筋混凝土门式刚架柱的端部外侧之间连接纵向拉梁，提高钢筋混凝土门式刚架结构平面外稳定性。
（4）本发明的拉索构件可以根据需要采用直线、折线或者多段抛物线中的一种或者多种的组合形式，拉索构件施加预应力后，基于墙梁机理，拉索构件在原有横向墙体内产生向上的返拱力，既保证钢筋混凝土门式刚架结构与原有砌体结构的整体连接，又对原砌体结构墙体进行了层层卸荷，部分解决了原有墙体竖向承载力不足、需要入户加固的难题。
（5）本发明不需要对原有墙面进行打磨，减少环境污染，降低施工成本。
（6）本发明的加固体系与原有砌体结构之间通过现浇钢筋混凝土进行连接，而不是通过结构胶粘接，加固效果更好，防火防腐性能和耐久性能更好。
附图说明
图1为楼层平面示意图。
图2为双坡型屋顶平面图。
图3为四坡型屋顶平面图。
图4为图1中1-1剖面示意图。
图5为图1中2-2剖面示意图。
图6为图1中3-3剖面示意图。
图7为图1中4-4剖面示意图。
图8为原有悬挑阳台与钢筋混凝土门式刚架柱的连接示意图。
图9为图8中5-5剖面示意图。
附图标注：1-钢筋混凝土门式刚架柱、2-门式刚架梁、3-拉索构件、4-原有横墙、5-原有外纵墙、6-原有楼板、7-原有阳台悬挑梁、8-纵向拉梁、9-原有阳台悬挑板、10-钢筋混凝土板墙、11-原有山墙、12-公共楼梯间、13-板墙水平筋、14-纵向锚筋、15-横向锚筋。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创新特征、达成目的与功效易于明白了解，下面对本发明进一步说明。
在此记载的实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本发明实施方式及本发明范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，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装置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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1-9所示，一种外套门式刚架加固既有砌体建筑的加固体系包括钢筋混凝土门式刚架柱1、门式刚架梁2和拉索构件3。本发明中钢筋混凝土门式刚架柱1为异形柱或短肢墙。门式刚架梁2可以为钢筋混凝土门式钢架梁或者门式钢梁。门式刚架梁2为门式钢梁时，便于平改坡等布置。钢筋混凝土门式刚架柱1沿原有横墙4方向设置在原有外纵墙5的外侧，钢筋混凝土门式刚架柱1自下而上延伸至屋顶，钢筋混凝土门式刚架柱1与原有阳台悬挑梁7之间通过纵向锚筋14连接。门式刚架梁2沿原有横墙4方向设置在钢筋混凝土门式刚架柱1的顶部。原有砌体结构的原有楼板6下部的原有横墙4内沿墙体轴线方向钻孔，拉索构件3穿过该孔，并且两端穿过钢筋混凝土门式刚架柱1并锚固。为了增强拉索构件3与原有横墙4之间的连接，从而使钢筋混凝土门式刚架结构与原有砌体结构可靠连接，本发明在拉索构件3与原有横墙4之间灌注胶结材料。
为了进一步提高原有砌体结构的综合抗震能力，本发明还包括设置在原有山墙11外侧和原有外纵墙5外侧的钢筋混凝土板墙10，钢筋混凝土板墙10内的板墙水平筋13的两端锚固于钢筋混凝土门式刚架柱1内。钢筋混凝土板墙10与钢筋混凝土门式刚架柱1连接形成闭合，以提高钢筋混凝土板墙10加固的整体性。
为了提高钢筋混凝土门式刚架结构横向平面外稳定性，本发明在各层标高处、相邻的钢筋混凝土门式刚架柱1的端部外侧之间连接有纵向拉梁8，具体为，纵向拉梁8与钢筋混凝土门式刚架柱1整体浇筑成型。纵向拉梁8的下表面与原砌体结构的原有阳台悬挑梁7的下表面平齐，纵向拉梁8与原有阳台悬挑板9之间通过横向锚筋15连接。
为了进一步提高既有建筑的综合抗震能力，本发明在原砌体结构的公共楼梯间12设置钢筋网砂浆面层。
拉索构件3为预应力钢拉杆或预应力钢绞线。拉索构件3为直线、折线或者多段抛物线中的一种或者多种的组合形式，拉索构件3施工预应力后，拉索构件3在原有横墙4内产生向上的反拱力，既保证钢筋混凝土门式刚架结构与原有砌体结构的整体连接，又对原砌体结构墙体进行了层层卸荷，部分解决了原有横墙4的竖向承载力不足、需要入户加固的难题。
上述外套门式刚架加固既有砌体建筑的加固体系的施工方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一、土方开挖，制作钢筋混凝土板墙10的基础和钢筋混凝土门式刚架柱1的基础。
步骤二、在原有楼板6下部的原有横墙4内、拉索构件3拟经过的部位进行钻孔。
步骤三、在孔内设置拉索构件3，孔内灌注胶结材料。
步骤四、将钢筋混凝土门式刚架柱1的钢筋、纵向拉梁8的钢筋和钢筋混凝土板墙10的板墙水平筋13绑扎形成钢筋笼，且将拉索构件3的两端穿过待浇筑的钢筋混凝土门式刚架柱1，具体为在待施工的钢筋混凝土门式刚架柱1内布设套管以锚固拉索构件3。然后浇筑钢筋混凝土门式刚架柱1的混凝土、喷射钢筋混凝土板墙10的混凝土。
步骤五、屋面施工，在钢筋混凝土门式刚架柱1的顶部设置门式刚架梁2，形成完整的门式刚架。还可以在门式刚架梁2上加装檩条和防水层，以实现屋面平改坡。
步骤六、对拉索构件3施加预应力，形成门式刚架-预应力拉杆加固体系。
步骤七、纵向拉梁8和原有阳台悬挑板9之间通过横向锚筋15连接，以增加原有悬挑阳台的抗倾覆能力。
以上的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种外套门式刚架加固既有砌体建筑的加固体系，其特征在于包括：
钢筋混凝土门式刚架柱（1），沿原有横墙（4）方向设置在原有外纵墙（5）的外侧，所述钢筋混凝土门式刚架柱（1）自下而上延伸至屋顶，所述钢筋混凝土门式刚架柱（1）与原有阳台悬挑梁（7）之间通过纵向锚筋（14）连接；
门式刚架梁（2），沿原有横墙（4）方向设置在钢筋混凝土门式刚架柱（1）的顶部；
拉索构件（3），穿过原有楼板（6）下部的原有横墙（4），并且两端穿过钢筋混凝土门式刚架柱（1）并锚固。
2.根据权利要求1所述的外套门式刚架加固既有砌体建筑的加固体系，其特征在于：还包括设置在原有山墙（11）外侧和原有外纵墙（5）外侧的钢筋混凝土板墙（10），所述钢筋混凝土板墙（10）内的板墙水平筋（13）的两端锚固于钢筋混凝土门式刚架柱（1）内。
3.根据权利要求1所述的外套门式刚架加固既有砌体建筑的加固体系，其特征在于：各层标高处、相邻的钢筋混凝土门式刚架柱（1）的端部外侧之间连接有纵向拉梁（8），所述纵向拉梁（8）的下表面与原砌体结构的原有阳台悬挑梁（7）的下表面平齐，所述纵向拉梁（8）与原有阳台悬挑板（9）之间通过横向锚筋（15）连接。
4.根据权利要求3所述的外套门式刚架加固既有砌体建筑的加固体系，其特征在于：所述纵向拉梁（8）与钢筋混凝土门式刚架柱（1）整体浇筑成型。
5.根据权利要求1所述的外套门式刚架加固既有砌体建筑的加固体系，其特征在于：原砌体结构的公共楼梯间（12）设置钢筋网砂浆面层。
6.根据权利要求1所述的外套门式刚架加固既有砌体建筑的加固体系，其特征在于：所述拉索构件（3）为预应力钢拉杆或预应力钢绞线。
7.根据权利要求6所述的外套门式刚架加固既有砌体建筑的加固体系，其特征在于：所述拉索构件（3）为直线、折线或者曲线中的一种。
8.根据权利要求1所述的外套门式刚架加固既有砌体建筑的加固体系，其特征在于：所述拉索构件（3）与原有横墙（4）之间灌注有胶结材料。
9.一种如权利要求1-8任意一项所述的外套门式刚架加固既有砌体建筑的加固体系的施工方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一、土方开挖，制作钢筋混凝土板墙（10）的基础和钢筋混凝土门式刚架柱（1）的基础；
步骤二、在原有楼板（6）下部的原有横墙（4）内、拉索构件（3）拟经过的部位进行钻孔；
步骤三、在孔内设置拉索构件（3），孔内灌注胶结材料；
步骤四、将钢筋混凝土门式刚架柱（1）的钢筋、纵向拉梁（8）的钢筋和钢筋混凝土板墙（10）的板墙水平筋（13）绑扎形成钢筋笼，且将拉索构件（3）的两端穿过待浇筑的钢筋混凝土门式刚架柱（1），然后浇筑钢筋混凝土门式刚架柱（1）的混凝土、喷射钢筋混凝土板墙（10）的混凝土；
步骤五、屋面施工，在钢筋混凝土门式刚架柱（1）的顶部设置门式刚架梁（2），形成完整的门式刚架；
步骤六、对拉索构件（3）施加预应力，形成门式刚架-预应力拉杆加固体系；
步骤七、纵向拉梁（8）和原有阳台悬挑板（9）之间通过横向锚筋（15）连接，以增加原有悬挑阳台的抗倾覆能力。
10.根据权利要求9所述的外套门式刚架加固既有砌体建筑的加固体系的施工方法，其特征在于：所述步骤四中在待施工的钢筋混凝土门式刚架柱（1）内布设套管以锚固拉索构件（3）。
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