CN115492419B - 一种木桁架加固黄土窑洞拱券顶部受拉区土体的施工方法 - Google Patents
一种木桁架加固黄土窑洞拱券顶部受拉区土体的施工方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种木桁架加固黄土窑洞拱券顶部受拉区土体的施工方法，包括以下步骤：一、计算受拉区土体的厚度；二、计算受拉区土体的实际重度，计算木桁架构件的尺寸；三、根据木桁架构件的尺寸进行下料；四、根据木桁架构件的安装位置进行墨线标记；五、对木桁架构件安装位置进行开槽和打洞；六、将木桁架构件在待加固窑洞上进行安装，得到木桁架加固窑洞。本发明通过计算得到实测拱券轴线和合理拱轴线之间的受拉区土体的厚度和实际重度，通过实际重度和所需加固拱券的长度计算得到木桁架构件的尺寸，并采用木桁架构件对黄土窑洞拱券顶部受拉区土体进行加固，有效解决了黄土窑洞拱券顶部土体剥落甚至坍塌的问题，方法简单实用，造价低。
Description
技术领域
本发明属于黄土窑洞加固技术领域，具体涉及一种木桁架加固黄土窑洞拱券顶部受拉区土体的施工方法。
背景技术
黄土窑洞是中国西北黄土高原上居民的古老居住形式，这一“穴居式”民居的历史可以追溯到四千多年前。黄土窑洞一般有靠崖式窑洞、下沉式窑洞、独立式等形式。黄土窑洞包括拱圈和左右两个分别支撑于拱圈的两个拱脚下方的侧墙。
黄土窑洞拱券顶部土体多处于受拉区，随着环境的改变、含水率的变化，受拉区土体易发生局部坍塌甚至整体性坍塌，为保证受拉区土体不发生坍塌，保证窑内生命财产安全，需要对黄土窑洞顶部受拉区土体进行加固，防止黄土窑洞拱券顶部土体剥落坍塌。
现有的加固技术中加固方式复杂且需要占用地面面积，不易被窑洞居民接收。
因此，需要提出一种接地气，农户易接受，取材方便，降低造价，施工技术难度小，用户可根据情况自行施工木桁架加固黄土窑洞拱券顶部受拉区土体的施工方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种木桁架加固黄土窑洞拱券顶部受拉区土体的施工方法。该方法通过测量得到实测拱券轴线，通过计算得到实测拱券轴线和合理拱轴线之间的受拉区土体的厚度和实际重度，通过实际重度和所需加固拱券的长度计算得到木桁架构件的尺寸，并采用木桁架构件对黄土窑洞拱券顶部受拉区土体进行加固，有效解决了黄土窑洞拱券顶部土体剥落甚至坍塌的问题，方法简单实用，造价低。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种木桁架加固黄土窑洞拱券顶部受拉区土体的施工方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、测量窑洞的拱券轴线，然后根据实测拱券轴线和合理拱轴线计算实测拱券轴线和合理拱轴线之间的受拉区土体的厚度；
步骤二、根据步骤一中得到的受拉区土体的厚度计算受拉区土体的实际重度，然后根据受拉区土体的实际重度和窑洞所需加固拱券的长度进行计算，得到木桁架构件的尺寸；
步骤三、根据步骤二中得到的木桁架构件的尺寸进行下料，得到木桁架构件；
步骤四、根据步骤三中得到的木桁架构件在窑洞的安装位置进行墨线标记，得到标记窑洞；
步骤五、将步骤四中得到的标记窑洞中，对木桁架构件安装位置进行开槽和打洞，得到待加固窑洞；
步骤六、将步骤三中得到的木桁架构件在步骤五中得到的待加固窑洞上进行安装，然后将木桁架构件涂刷防腐剂，得到木桁架加固窑洞。
本发明通过测量得到实测拱券轴线，由于黄土窑洞拱券顶部发生下沉，实测拱券轴线位于合理拱轴线下方，实测拱券轴线和合理拱轴线之间的土体即为受拉区土体，通过计算得到实测拱券轴线和合理拱轴线之间的受拉区土体的厚度和实际重度，再通过实际重度和所需加固拱券的长度计算得到木桁架构件的尺寸，其中的所需加固拱券的长度代表了窑洞中发生下沉区域的长度，通过根据木桁架构件的尺寸进行下料，得到木桁架构件，由于黄土窑洞拱券顶部发生下沉，木桁架构件的实际安装位置处于实测拱券轴线上部，需要对中间檩条和两侧檩条的安装位置进行开槽，便于中间檩条和两侧檩条的安装，下弦杆与中间檩条和两侧檩条垂直，需要插进窑洞侧壁，需要在窑洞侧壁进行打洞便于安装，通过涂刷防腐剂防止木桁架构件腐烂。
上述的一种木桁架加固黄土窑洞拱券顶部受拉区土体的施工方法，其特征在于，步骤二中所述木桁架构件包括中间檩条和分布在所述中间檩条两侧的两根侧檩条，所述中间檩条与两个侧檩条形成拱形，两个所述侧檩条两端均设置有与侧檩条垂直的下弦杆，所述下弦杆与中间檩条之间设置有垫块，所述下弦杆两端均插入窑洞侧壁，所述中间檩条、侧檩条、下弦杆和垫块均为木质材料。本发明通过采用中间檩条和两根侧檩条形成拱形，对窑洞拱券顶部受拉区土体进行支撑，保证拱券竖向承载力，通过在两端设置两根下弦杆对中间檩条和两根侧檩条进行支撑，通过设置垫块对中间檩条进行支撑，维持拱形结构，得到的木桁架构件不占用地面面积，节约窑洞空间，通过采用木质材料降低造价，外观简单美观。
上述的一种木桁架加固黄土窑洞拱券顶部受拉区土体的施工方法，其特征在于，步骤二中所述计算为通过以下公式(一)～公式(三)计算中间檩条、侧檩条和下弦杆的直径；
其中，d侧檩为侧檩条的直径，单位为mm，d中檩为中间檩条的直径，单位为mm，d下弦为下弦杆的直径，单位为mm，l为窑洞所需加固拱券的长度，单位为mm，h为受拉区土体的最大厚度，单位为mm，R为实测拱券的半径，单位为mm，g为重力加速度，单位为m/s2，σ允许为侧檩条和中间檩条的抗弯强度，单位为MPa，γ土为受拉区土体的重度，单位为kN/m3。
上述的一种木桁架加固黄土窑洞拱券顶部受拉区土体的施工方法，其特征在于，所述公式(一)通过以下公式(四)和公式(五)推导得到；
其中q土是受拉区土体的线荷载；
所述中间檩条是侧檩条受力的两倍，因此得出公式(六)，所述公式(二)通过以下公式(五)和公式(六)推导得到；
所述公式(三)通过以下公式(七)和公式(八)推导得到；
其中P为中间檩条的集中荷载。
本发明根据荷载等效原理得出公式(四)，根据对受拉区土体进行力学分析得到公式(五)，通过对公式(四)和公式(五)进行推导得到公式(一)；根据力分配原则，中间檩条是侧檩条受力的两倍，中间檩条上承载的受拉区土体的线荷载是侧檩条的两倍，因此通过计算得到公式(六)，再通过公式(五)和公式(六)推导得到公式(二)，根据受力平衡，得出公式(七)，并结合中间檩条的集中荷载即公式(八)推导得到公式(三)，通过公式(一)～(三)对木桁架构件的尺寸进行计算，在达到加固需求的条件下降低材料用量，节约成本，并减少窑洞空间的浪费。
上述的一种木桁架加固黄土窑洞拱券顶部受拉区土体的施工方法，其特征在于，所述两侧檩条距离中间檩条的水平距离为1/5～1/4实测拱券的矢跨，所述两侧檩条距离中间檩条的垂直距离为1/5～1/4实测拱券的矢高，所述中间檩条的轴线位于实测拱券轴线的最高点。本发明通过控制中间檩条与两根两侧檩条的距离，和中间檩条的位置，控制木桁架构件与窑洞的位置关系，保证木桁架构件对拱券竖向承载力达到最优。
上述的一种木桁架加固黄土窑洞拱券顶部受拉区土体的施工方法，其特征在于，所述木桁架构件中下弦杆的长度为加两端的锚固长度，所述锚固长度为R/4，其中，R为实测拱券的半径。本发明通过控制下弦杆的长度保证了下弦杆两端插入窑洞，且能很好地对中间檩条与两根两侧檩条进行支撑，既能保证下弦杆的锚固力，能减少现场凿洞的工作量，减少对原结构的破坏，在达到加固需求的条件下降低材料用量，节约成本，并减少窑洞空间的浪费。
上述的一种木桁架加固黄土窑洞拱券顶部受拉区土体的施工方法，其特征在于，步骤六中所述木桁架构件安装后采用砂浆填充木桁架构件与窑洞之间的缝隙。增强受力及变形的协同性。本发明通过砂浆填充缝隙，保证了木桁架构件与窑洞形成整体结构，进一步加强加固的效果，同时提高美观性。
上述的一种木桁架加固黄土窑洞拱券顶部受拉区土体的施工方法，其特征在于，所述垫块与上方的中间檩条和下方的下弦杆均无缝隙。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明通过测量得到实测拱券轴线，通过计算得到实测拱券轴线和合理拱轴线之间的受拉区土体的厚度和实际重度，通过实际重度和所需加固拱券的长度计算得到木桁架构件的尺寸，并采用木桁架构件对黄土窑洞拱券顶部受拉区土体进行加固，有效解决了黄土窑洞拱券顶部土体剥落甚至坍塌的问题，方法简单实用，造价低。
2、本发明通过采用中间檩条和两根侧檩条形成拱形，对窑洞拱券顶部受拉区土体进行支撑，保证拱券竖向承载力，通过在两端设置两根下弦杆对中间檩条和两根侧檩条进行支撑，通过设置垫块对中间檩条进行支撑，维持拱形结构，得到的木桁架构件不占用地面面积，节约窑洞空间，通过采用木质材料降低造价，外观简单美观。
3、本发明通过提出公式对木桁架构件的尺寸进行计算，在达到加固需求的条件下降低材料用量，节约成本，并减少窑洞空间的浪费。
4、本发明通过控制中间檩条与两根两侧檩条的距离，控制其位置关系，保证木桁架构件对拱券竖向承载力达到最优，通过控制下弦杆的长度保证了下弦杆两端插入窑洞，且能很好地对中间檩条与两根两侧檩条进行支撑，既能保证下弦杆的锚固力，能减少现场凿洞的工作量，减少对原结构的破坏，在达到加固需求的条件下降低材料用量，节约成本，并减少窑洞空间的浪费。
下面通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的详细描述。
附图说明
图1是本发明采用木桁架加固黄土窑洞拱券顶部受拉区土体的结构示意图。
图2是本发明木桁架组件的结构示意图。
附图标记说明：
1—中间檩条； 2—侧檩条； 3—下弦杆；
4—垫块； 5—实测拱券轴线； 6—合理拱轴线。
具体实施方式
实施例1
本实施例包括以下步骤：
步骤一、测量窑洞的拱券轴线，然后根据实测拱券轴线5和合理拱轴线6计算实测拱券轴线5和合理拱轴线6之间的受拉区土体的厚度；
步骤二、根据步骤一中得到的受拉区土体的厚度计算受拉区土体的实际重度，然后根据受拉区土体的实际重度和窑洞所需加固拱券的长度进行计算，得到木桁架构件的尺寸；所述木桁架构件包括中间檩条1和分布在所述中间檩条1两侧的两根侧檩条2，所述中间檩条1与两个侧檩条2形成拱形，两个所述侧檩条2两端均设置有与侧檩条2垂直的下弦杆3，所述下弦杆3与中间檩条1之间设置有垫块4，所述下弦杆3两端均插入窑洞侧壁，所述中间檩条1、侧檩条2、下弦杆3和垫块4均为木质材料；所述计算为通过以下公式(一)～公式(三)计算中间檩条1、侧檩条2和下弦杆3的直径；
其中，d侧檩为侧檩条2的直径mm，d中檩为中间檩条1的直径mm，d下弦为下弦杆3的直径mm，l为窑洞所需加固拱券的长度mm，h为受拉区土体的最大厚度mm，R为实测拱券的半径mm，g为重力加速度(m/s2)，σ允许为侧檩条2和中间檩条1的抗弯强度MPa，γ土为受拉区土体的重度kN/m3；所述两侧檩条2距离中间檩条1的水平距离为1/4实测拱券的矢跨，所述两侧檩条2距离中间檩条1的垂直距离为1/5实测拱券的矢高，所述中间檩条1的轴线位于实测拱券轴线5的最高点；所述木桁架构件中下弦杆3的长度为加两端的锚固长度，所述锚固长度为R/4，其中，R为实测拱券的半径；所述垫块4与上方的中间檩条1和下方的下弦杆3均无缝隙；
步骤三、根据步骤二中得到的木桁架构件的尺寸进行下料，得到木桁架构件；
步骤四、根据步骤三中得到的木桁架构件在窑洞的安装位置进行墨线标记，得到标记窑洞；
步骤五、将步骤四中得到的标记窑洞中，对木桁架构件安装位置进行开槽和打洞，得到待加固窑洞；
步骤六、将步骤三中得到的木桁架构件在步骤五中得到的待加固窑洞上进行安装，然后将木桁架构件涂刷防腐剂，得到木桁架加固窑洞；所述木桁架构件安装后采用砂浆填充木桁架构件与窑洞之间的缝隙。
实施例2
本实施例包括以下步骤：
步骤一、测量窑洞的拱券轴线，然后根据实测拱券轴线5和合理拱轴线6计算实测拱券轴线5和合理拱轴线6之间的受拉区土体的厚度；
步骤二、根据步骤一中得到的受拉区土体的厚度计算受拉区土体的实际重度，然后根据受拉区土体的实际重度和窑洞所需加固拱券的长度进行计算，得到木桁架构件的尺寸；所述木桁架构件包括中间檩条1和分布在所述中间檩条1两侧的两根侧檩条2，所述中间檩条1与两个侧檩条2形成拱形，两个所述侧檩条2两端均设置有与侧檩条2垂直的下弦杆3，所述下弦杆3与中间檩条1之间设置有垫块4，所述下弦杆3两端均插入窑洞侧壁，所述中间檩条1、侧檩条2、下弦杆3和垫块4均为木质材料；所述计算为通过以下公式(一)～公式(三)计算中间檩条1、侧檩条2和下弦杆3的直径；
其中，d侧檩为侧檩条2的直径mm，d中檩为中间檩条1的直径mm，d下弦为下弦杆3的直径mm，l为窑洞所需加固拱券的长度mm，h为受拉区土体的最大厚度mm，R为实测拱券的半径mm，g为重力加速度(m/s2)，σ允许为侧檩条2和中间檩条1的抗弯强度MPa，γ土为受拉区土体的重度kN/m3；所述两侧檩条2距离中间檩条1的水平距离为1/5实测拱券的矢跨，所述两侧檩条2距离中间檩条1的垂直距离为1/4实测拱券的矢高，所述中间檩条1的轴线位于实测拱券轴线5的最高点；所述木桁架构件中下弦杆3的长度为加两端的锚固长度，所述锚固长度为R/4，其中，R为实测拱券的半径；所述垫块4与上方的中间檩条1和下方的下弦杆3均无缝隙；
步骤三、根据步骤二中得到的木桁架构件的尺寸进行下料，得到木桁架构件；
步骤四、根据步骤三中得到的木桁架构件在窑洞的安装位置进行墨线标记，得到标记窑洞；
步骤五、将步骤四中得到的标记窑洞中，对木桁架构件安装位置进行开槽和打洞，得到待加固窑洞；
步骤六、将步骤三中得到的木桁架构件在步骤五中得到的待加固窑洞上进行安装，然后将木桁架构件涂刷防腐剂，得到木桁架加固窑洞；所述木桁架构件安装后采用砂浆填充木桁架构件与窑洞之间的缝隙。
实施例3
本实施例包括以下步骤：
步骤一、测量窑洞的拱券轴线，然后根据实测拱券轴线5和合理拱轴线6计算实测拱券轴线5和合理拱轴线6之间的受拉区土体的厚度；
步骤二、根据步骤一中得到的受拉区土体的厚度计算受拉区土体的实际重度，然后根据受拉区土体的实际重度和窑洞所需加固拱券的长度进行计算，得到木桁架构件的尺寸；所述木桁架构件包括中间檩条1和分布在所述中间檩条1两侧的两根侧檩条2，所述中间檩条1与两个侧檩条2形成拱形，两个所述侧檩条2两端均设置有与侧檩条2垂直的下弦杆3，所述下弦杆3与中间檩条1之间设置有垫块4，所述下弦杆3两端均插入窑洞侧壁，所述中间檩条1、侧檩条2、下弦杆3和垫块4均为木质材料；所述计算为通过以下公式(一)～公式(三)计算中间檩条1、侧檩条2和下弦杆3的直径；
其中，d侧檩为侧檩条2的直径mm，d中檩为中间檩条1的直径mm，d下弦为下弦杆3的直径mm，l为窑洞所需加固拱券的长度mm，h为受拉区土体的最大厚度mm，R为实测拱券的半径mm，g为重力加速度(m/s2)，σ允许为侧檩条2和中间檩条1的抗弯强度MPa，γ土为受拉区土体的重度kN/m3；所述两侧檩条2距离中间檩条1的水平距离为9/40实测拱券的矢跨，所述两侧檩条2距离中间檩条1的垂直距离为9/40实测拱券的矢高，所述中间檩条1的轴线位于实测拱券轴线5的最高点；所述木桁架构件中下弦杆3的长度为加两端的锚固长度，所述锚固长度为R/4，其中，R为实测拱券的半径；所述垫块4与上方的中间檩条1和下方的下弦杆3均无缝隙；
步骤三、根据步骤二中得到的木桁架构件的尺寸进行下料，得到木桁架构件；
步骤四、根据步骤三中得到的木桁架构件在窑洞的安装位置进行墨线标记，得到标记窑洞；
步骤五、将步骤四中得到的标记窑洞中，对木桁架构件安装位置进行开槽和打洞，得到待加固窑洞；
步骤六、将步骤三中得到的木桁架构件在步骤五中得到的待加固窑洞上进行安装，然后将木桁架构件涂刷防腐剂，得到木桁架加固窑洞；所述木桁架构件安装后采用砂浆填充木桁架构件与窑洞之间的缝隙。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (6)
1.一种木桁架加固黄土窑洞拱券顶部受拉区土体的施工方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、测量窑洞的拱券轴线，然后根据实测拱券轴线（5）和合理拱轴线（6）计算实测拱券轴线（5）和合理拱轴线（6）之间的受拉区土体的厚度；
步骤二、根据步骤一中得到的受拉区土体的厚度计算受拉区土体的实际重度，然后根据受拉区土体的实际重度和窑洞所需加固拱券的长度进行计算，得到木桁架构件的尺寸；所述计算为通过以下公式（一）~公式（三）计算中间檩条（1）、侧檩条（2）和下弦杆（3）的直径；
（一）；
（二）；
（三）；
其中，d 侧檩为侧檩条（2）的直径，单位为mm，d 中檩为中间檩条（1）的直径，单位为mm，d 下弦为下弦杆（3）的直径，单位为mm，l为窑洞所需加固拱券的长度，单位为mm，h为受拉区土体的最大厚度，单位为mm，R为实测拱券的半径，单位为mm，g为重力加速度，单位为m/s2，为侧檩条（2）和中间檩条（1）的抗弯强度，单位为MPa，/>为受拉区土体的重度，单位为kN/m3；
所述公式（一）通过以下公式（四）和公式（五）推导得到；
（四）；
（五）；
其中q 土是受拉区土体的线荷载；
所述中间檩条（1）是侧檩条（2）受力的两倍，因此得出公式（六），所述公式（二）通过以下公式（五）和公式（六）推导得到；
（六）
所述公式（三）通过以下公式（七）和公式（八）推导得到；
（七）；
（八）；
其中P为中间檩条（1）的集中荷载；
步骤三、根据步骤二中得到的木桁架构件的尺寸进行下料，得到木桁架构件；
步骤四、根据步骤三中得到的木桁架构件在窑洞的安装位置进行墨线标记，得到标记窑洞；
步骤五、将步骤四中得到的标记窑洞中，对木桁架构件安装位置进行开槽和打洞，得到待加固窑洞；
步骤六、将步骤三中得到的木桁架构件在步骤五中得到的待加固窑洞上进行安装，然后将木桁架构件涂刷防腐剂，得到木桁架加固窑洞。
2.根据权利要求1所述的一种木桁架加固黄土窑洞拱券顶部受拉区土体的施工方法，其特征在于，步骤二中所述木桁架构件包括中间檩条（1）和分布在所述中间檩条（1）两侧的两根侧檩条（2），所述中间檩条（1）与两个侧檩条（2）形成拱形，两个所述侧檩条（2）两端均设置有与侧檩条（2）垂直的下弦杆（3），所述下弦杆（3）与中间檩条（1）之间设置有垫块（4），所述下弦杆（3）两端均插入窑洞侧壁，所述中间檩条（1）、侧檩条（2）、下弦杆（3）和垫块（4）均为木质材料。
3.根据权利要求2所述的一种木桁架加固黄土窑洞拱券顶部受拉区土体的施工方法，其特征在于，所述两侧檩条（2）距离中间檩条（1）的水平距离为1/5~1/4实测拱券的矢跨，所述两侧檩条（2）距离中间檩条（1）的垂直距离为1/5~1/4实测拱券的矢高，所述中间檩条（1）的轴线位于实测拱券轴线（5）的最高点。
4.根据权利要求2所述的一种木桁架加固黄土窑洞拱券顶部受拉区土体的施工方法，其特征在于，所述木桁架构件中下弦杆（3）的长度为R加两端的锚固长度，所述锚固长度为R/4，其中，R为实测拱券的半径。
5.根据权利要求1所述的一种木桁架加固黄土窑洞拱券顶部受拉区土体的施工方法，其特征在于，步骤六中所述木桁架构件安装后采用砂浆填充木桁架构件与窑洞之间的缝隙。
6.根据权利要求2所述的一种木桁架加固黄土窑洞拱券顶部受拉区土体的施工方法，其特征在于，所述垫块（4）与上方的中间檩条（1）和下方的下弦杆（3）均无缝隙。
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