CN115637871A - 一种用于已有建筑变径改造的附加水平支撑结构施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及对现有建筑物的施工措施技术领域，公开了一种用于已有建筑变径改造的附加水平支撑结构施工方法，用于在建筑中段变径改造后抵抗建筑变径位置横截面方向上的力。包括绕柱顶楼层与柱底楼层改造前的轮廓一周设置的边圈梁、设置在柱顶楼层相邻斜柱之间并将各斜柱刚性连接为一体的连柱圈梁、以及设置在柱顶楼层的原有梁之间和柱底楼层的原有梁之间的抗拉压斜梁。本发明中，通过设置网格状的抗拉压斜梁，并调整抗拉压斜梁以及原有梁的样式，使得柱顶楼层的原有梁不会受到沿原有梁轴向的压力，压力由抗拉压斜梁承受，避免柱顶楼层的原有梁同时抗压抗弯；同时分散了柱底楼层的原有梁承受的大部分拉力，确保原有梁上铺的楼板不会被原有梁拉裂。

Description

一种用于已有建筑变径改造的附加水平支撑结构施工方法

技术领域

本发明涉及对现有建筑物的施工措施技术领域，特别是涉及一种用于已有建筑变径改造的附加水平支撑结构施工方法。

背景技术

出于美观考虑、特定的展示目的、或者建筑用途发生了变动，现代的一些高层建筑中的上半部分有时候需要改造为其它样式。对于以钢筋混凝土作为主要的承力构件的建筑而言，这意味着必须将上半部分拆掉重建。但对于以钢梁钢柱为主要的承力构件的建筑而言，理论上可以保留建筑上半部分的大部分构件，通过类似于桁架换撑的方式，将原有的荷载转移到新的支撑结构上，然后拆掉原支撑结构。

建筑的变径改造是一种可尽可能保留原有构件的建筑改造方式。比如，横截面百米见方的建筑，改造成上半部分80米见方，下半部分百米见方（上半部分不能大于下半部分，否则改造后下半部分撑不住），上下两部分之间通过斜柱等支撑构件相连。

但这样给建筑的变径位置的楼层带来了承重方面的新问题。以本申请涉及的北京某建筑改造项目为例，变径改造后，建筑外周的直柱改成了上端向内倾斜的斜柱，导致斜柱顶部的楼层的梁承受向内的压力，同时斜柱底部的楼层的梁承受向外的拉力。对斜柱顶部的楼层的梁而言，其本身要承受弯矩，斜柱又向其施加了轴向的压力，这属于钢结构设计的忌讳行为，因为轴向的压力会导致梁弯曲更厉害，很容易出现失稳变形。对斜柱底部的楼层的梁而言，由于承受了拉力，会导致其被拉长，从而带动上方的混凝土楼板而延长，而混凝土的抗拉能力极差。同时斜柱底部的楼层的原有梁柱节点有可能不适合传递拉力，存在被拉坏的可能。

也就是说，在变径改造后，如果不对变径的位置进行补强处理的话，那么建筑便成为了危房。而如果选择增加额外的受力构件来进行补强的话，施工的时候原有楼板便成为了一大障碍。由于楼板上面为建筑使用者的活动区域，额外的受力构件只能选择布置在楼板下面（也不能与楼板融为一体，否则楼板中的混凝土会被拉裂）。设置在楼板下面的话，就需要在顶部受限的条件下进行施工，顶部受限制意味着无法进行吊装（手拉葫芦的滑轮需要挂在楼板下方，但待运送的构件的安装位置高于手拉葫芦的滑轮，而手拉葫芦是没法把构件拉到高于滑轮的位置的），同时施工人员的发力及活动均受到影响，以及在焊接的时候构件难以固定且楼板会挡住焊枪。而如果选择把原有楼板拆掉的话，会面临的更严重的困难。在施工的时候，由于施工场合位于室内，塔吊、汽车吊等各种垂直转运器械皆不能使用，如果把原有楼板拆掉的话，施工时施工人员以及物料将没有落脚位置，相当于在物料转运受限且难以搭建脚手架的状况下凌空进行施工，施工将面临着极大的困难。

发明内容

本发明提供一种用于已有建筑变径改造的附加水平支撑结构施工方法。

解决的技术问题是：对建筑的变径改造需用到斜柱，斜柱会对变径位置的楼层带来了承重方面的新问题，导致顶部的梁被压坏，底部的楼板被拉裂或连接节点断裂；而如果选择增加格外的受力构件的话，由于顶部受限，在施工上存在很大的困难。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种用于已有建筑变径改造的附加水平支撑结构施工方法，用于在已有建筑的原有楼板下安装附加水平支撑结构，所述附加水平支撑结构用于在建筑中段变径改造后抵抗建筑变径位置横截面方向上的力，建筑变径位置外周间隔设置的支撑柱的上端向建筑内侧倾斜形成斜柱，斜柱上端所顶撑的楼层记作柱顶楼层，顶撑着斜柱下端的楼层记作柱底楼层；建筑变径位置的楼层的原有梁垂直于建筑变径改造前与原有梁端部相邻的外墙设置；所述附加水平支撑结构包括绕柱顶楼层与柱底楼层改造前的轮廓一周设置的边圈梁、设置在柱顶楼层相邻斜柱之间并将各斜柱刚性连接为一体的连柱圈梁、以及设置在柱顶楼层的原有梁之间和柱底楼层的原有梁之间的抗拉压斜梁；所述抗拉压斜梁两端分别通过连接牛腿与原有梁连接；

所述斜柱上端穿透柱顶楼层的原有梁设置，所述柱顶楼层中的连柱圈梁穿透原有梁设置，所述柱顶楼层中的边圈梁与连柱圈梁刚性连接为一个整体的双层环，并记住作先期受力环，所述先期受力环与建筑横截面中心之间的原有梁与先期受力环通过铰接节点连接，所述斜柱与先期受力环通过刚接节点连接；

所述附加水平支撑结构的安装方法包括以下步骤：

步骤一：安装边圈梁；

步骤二：安装斜柱与连柱圈梁；

步骤三：在原有梁侧面定位并安装连接牛腿；所述连接牛腿通过升降车顶升到安装位置，然后在升降车上与原有梁焊接连接；

步骤四：将抗拉压斜梁用升降车顶升到两个连接牛腿之间，与两个连接牛腿对齐后采用螺栓初步固定，然后分别与两个连接牛腿焊接连接；

步骤五：完成斜柱与原有的支撑柱的换撑。

进一步，步骤三以及步骤四中，连接牛腿和抗拉压斜梁先通过悬挂在原有梁上的手拉葫芦吊到升降车上，通过升降车顶升到安装位置；步骤三中，施工人员在升降车顶部完成连接牛腿的安装，步骤四中，施工人员在靠近升降车的移动脚手架上完成抗拉压斜梁的安装。

进一步，所述手动葫芦悬挂在原有梁底部的吊耳上，所述吊耳与原有梁焊接连接；所述升降车为车载剪叉式升降机，所述升降车的底盘带有驻锄；所述升降车的顶部边沿带有顶撑在升降车所在的楼板上、用于防止升降车倾覆的斜撑。

进一步，升降车顶部还设置有用于调整连接牛腿和抗拉压斜梁位置的调整台，所述连接牛腿和抗拉压斜梁放置在调整台顶部的平面上，所述调整台带有两个水平面内的平移自由度以及一个绕竖直方向旋转的旋转自由度。

进一步，所述原有梁为翼缘板水平设置的工字钢梁，所述抗拉压斜梁为翼缘板竖直设置的工字钢梁；所述连接牛腿为一端与抗拉压斜梁对接且另一端腹板逐渐变宽的变截面工字钢，所述连接牛腿靠近原有梁的一端的腹板与原有梁的腹板焊接连接、且连接牛腿靠近原有梁的一端的翼缘板通过连接板与原有梁的腹板焊接连接，原有梁的腹板两侧的连接板以腹板为对称面对称设置。

进一步，所述连接牛腿的一块翼缘板位于腹板以上的部分为与腹板独立设置的牛腿补板，所述牛腿补板与连接牛腿的腹板焊接连接；所述连接牛腿与抗拉压斜梁栓-焊连接；

步骤三与步骤四中，各部件的安装顺序为：连接板安装→连接牛腿与连接板焊接→牛腿补板装焊→抗拉压斜梁就位→抗拉压斜梁通过高强螺栓与连接牛腿相连完成初步固定→抗拉压斜梁翼缘板与连接牛腿焊接。

进一步，所述抗拉压斜梁两端分别与同一楼层中相邻且相平行的两根原有梁通过刚接节点连接，同一楼层的各抗拉压斜梁围合成网格状结构，网格状结构的平面图形上下对称且左右对称，网格状结构的单个网格为菱形，所述原有梁位于菱形网格的对角线上，所述斜柱位于菱形网格的顶点上并与顶点位置的抗拉压斜梁端部通过刚接节点连接；

所述抗拉压斜梁的上表面低于同一层的原有梁的上表面设置。

进一步，所述原有梁最外端与柱顶楼层及柱底楼层中的边圈梁通过刚接节点连接；所述斜柱上端插设在柱顶楼层的原有梁内、与斜柱外侧的原有梁通过刚接节点连接、且与斜柱内侧的原有梁通过铰接节点连接；所述柱顶楼层中的连柱圈梁穿透原有梁设置、与连柱圈梁外侧的原有梁通过铰接节点连接、且与连柱圈梁内侧的原有梁通过铰接节点连接；所述原有梁的翼缘板与斜柱之间以及与连柱圈梁之间均留有用于进一步打断原有梁中的轴向力的传递的间隙。

进一步，所述柱顶楼层与柱底楼层之间还夹有至少一层用于减少斜柱所需倾斜角度的柱中楼层，所述附加水平支撑结构还包括绕柱中楼层改造前的轮廓一周设置的边圈梁、以及设置在柱中楼层相邻斜柱之间并将各斜柱连为一体的连柱圈梁；所述原有梁最外端与柱中楼层中的边圈梁通过刚接节点连接；所述斜柱插设在柱中楼层的原有梁内、与斜柱外侧的原有梁通过刚接节点连接、且与斜柱内侧的原有梁通过铰接节点连接；所述柱中楼层中的连柱圈梁穿透原有梁设置、与连柱圈梁外侧的原有梁连接、且与连柱圈梁内侧的原有梁通过铰接节点连接；所述柱底楼层与其上方相邻的柱中楼层之间保留有绕建筑外周间隔设置的支撑柱，并记作保留柱，所述斜柱下端与保留柱固定连接。

进一步，所述附加水平支撑结构所在的建筑为钢结构框架-核心筒结构体系，所述建筑的核心筒的横截面的外周轮廓为上下对称且左右对称的平面图形，所述核心筒的边沿位于由抗拉压斜梁围合成的网格状结构的网格的顶点上，并与原有梁以及抗拉压斜梁通过刚接节点连接。

本发明一种用于已有建筑变径改造的附加水平支撑结构施工方法与现有技术相比，具有如下有益效果：

本发明中，采用顶升的方式进行物料转运，使沉重的抗拉压斜梁和连接牛腿能够顺利到达安装位置同时还能在升降车上顺利进行焊接，采用调整台辅助施工人员调整各种待安装构件的位置和姿态，从而在无法吊装且施工人员发力受限的情况下使各种构件顺利就位；

本发明中，抗拉压斜梁的翼缘板竖直设置（解决带应力焊接的问题）、设置连接牛腿（减少待安装构件位姿调整难度，抗拉压斜梁只需跟连接牛腿端部对齐）、连接牛腿与抗拉压斜梁栓-焊连接（先螺栓固定然后焊接，解决抗拉压斜梁凌空焊接的问题）、连接牛腿上设置牛腿补板（解决楼板挡住焊枪的问题），几个特征结合，确保在原有梁中存在应力且原有梁上有楼板的前提下顺利完成原有梁与抗拉压斜梁的连接；

本发明中，通过设置网格状的抗拉压斜梁，并调整抗拉压斜梁以及原有梁的样式，使得柱顶楼层的原有梁不会受到沿原有梁轴向的压力（柱顶楼层的原有梁与斜柱铰接且有缝，抗拉压斜梁与斜柱刚接且与上方的楼板不接触），所有压力由抗拉压斜梁承受，避免柱顶楼层的原有梁同时抗压抗弯；同时分散了柱底楼层的原有梁承受的大部分拉力，确保原有梁上铺的楼板不会被原有梁拉裂；

本发明中，抗拉压斜梁组成的网格状结构的单个网格为菱形，原有梁位于菱形网格的对角线上，斜柱位于菱形网格的顶点上，从而确保抗拉压斜梁对原有梁施加的力在原有梁两侧是对称的，且大部分传递到原有梁另一侧的抗拉压斜梁上，不会对原有梁造成水平方向上的弯矩；同时

本发明中，抗拉压斜梁组成的网格状结构的平面图形上下对称且左右对称，四周的斜柱施加的拉力或压力均可相互抵消；

本发明中，通过设置先期受力环，增加了一道能够快速部署的受力结构，在施工较慢的抗拉压斜梁施工完成前提供了一道安全保障，同时还能够抑制斜柱沿着平行于相邻的建筑外墙额方向倾斜。

附图说明

图1为斜柱和各楼层的位置关系示意图；

图2为柱顶楼层的结构示意图，图中为方便观察，去掉了图中大部分原有楼板，只保留了左上角和左下角的一小部分，下同；

图3为柱中楼层的结构示意图；

图4为柱底楼层的结构示意图；

图5为图2中A部位的局部放大图；

图6为安装连接牛腿时的施工示意图；

图7为安装抗拉压斜梁时的施工示意图；

其中，1-斜柱，2-原有梁，3-原有楼板，4-边圈梁，5-连柱圈梁，61-抗拉压斜梁，62-连接牛腿，621-牛腿补板，63-连接板，7-核心筒，81-柱顶楼层，82-柱底楼层，91-手拉葫芦，92-升降车，93-移动脚手架，94-调整台。

具体实施方式

如图1-5所示，一种用于已有建筑变径改造的附加水平支撑结构施工方法，用于在已有建筑的原有楼板3下安装附加水平支撑结构，所述附加水平支撑结构用于在建筑中段变径改造后抵抗建筑变径位置横截面方向上的力，建筑变径位置外周间隔设置的支撑柱的上端向建筑内侧倾斜形成斜柱1，斜柱1上端所顶撑的楼层记作柱顶楼层81，顶撑着斜柱1下端的楼层记作柱底楼层82；建筑变径位置的楼层的原有梁2垂直于建筑变径改造前与原有梁2端部相邻的外墙设置；附加水平支撑结构包括绕柱顶楼层81与柱底楼层82改造前的轮廓一周设置的边圈梁4、设置在柱顶楼层81相邻斜柱1之间并将各斜柱1刚性连接为一体的连柱圈梁5、以及设置在柱顶楼层81的原有梁2之间和柱底楼层82的原有梁2之间的抗拉压斜梁61；这里柱底楼层82和柱顶楼层81，是主要的受力楼层，因此附加水平支撑结构设置在这里。

如图2所示，斜柱1上端穿透柱顶楼层81的原有梁2设置，柱顶楼层81中的连柱圈梁5穿透原有梁2设置，柱顶楼层81中的边圈梁4与连柱圈梁5刚性连接为一个整体的双层环，并记住作先期受力环，先期受力环与建筑横截面中心之间的原有梁2与先期受力环通过铰接节点连接，斜柱1与先期受力环通过刚接节点连接；这里先期受力环所在位置施工空间相当充足，且结构简单，能够很快完成施工，可为后续的施工步骤提供安全保障，同时避免斜柱1向两边倒。后续先期受力环中边圈梁4可以拆掉。

附加水平支撑结构的安装方法包括以下步骤：

步骤一：安装边圈梁4；这里的边圈梁4有可能是建筑中已经存在的，如果是这样的话，这一步可以跳过，直接利用旧有的结构即可；

步骤二：安装斜柱1与连柱圈梁5；这里斜柱1在安装的时候需要打断原有梁2，因此在安装时需要在被打断的原有梁2下面安装临时支撑柱，且还需要逐个进行安装，不可以一次性打断很多根原有梁2；

步骤三：在原有梁2侧面定位并安装连接牛腿62；连接牛腿62通过升降车92顶升到安装位置，然后在升降车92上与原有梁2焊接连接；这里如果选用吊装的话，首先无法吊装到位，其次在吊装的时候构件是会摇晃的无法进行焊接，下同；

步骤四：将抗拉压斜梁61用升降车92顶升到两个连接牛腿62之间，与两个连接牛腿62对齐后采用螺栓初步固定，然后分别与两个连接牛腿62焊接连接；对齐并插入螺栓的过程即完成了位置和姿态的调整，同时确保在焊接的时候不会晃动；

步骤五：完成斜柱1与原有的支撑柱的换撑。换撑又名卸载，这里的换撑与其它钢结构中的换撑或卸载工作是完全相同的，都是逐渐把荷载从一个支撑结构上转移到另一个上面，也即把原有的支撑柱的荷载转移到斜柱1上，并切断原有的支撑柱。

如图6-7所示，步骤三以及步骤四中，连接牛腿62和抗拉压斜梁61先通过悬挂在原有梁2上的手拉葫芦91吊到升降车92上，通过升降车92顶升到安装位置；连接牛腿62和抗拉压斜梁61很重的，靠人力搬运到升降车92上不现实。

步骤三中，施工人员在升降车92顶部完成连接牛腿62的安装，连接牛腿62较小，因此升降车92顶部还有大片空间可供施工人员落脚；步骤四中，施工人员在靠近升降车92的移动脚手架93上完成抗拉压斜梁61的安装。这里的移动脚手架93可以是台车或者马凳。

手动葫芦悬挂在原有梁2底部的吊耳上，吊耳与原有梁2焊接连接；升降车92为车载剪叉式升降机，升降车92的底盘带有驻锄；升降车92的顶部边沿带有顶撑在升降车92所在的楼板上、用于防止升降车92倾覆的斜撑。

升降车92顶部还设置有用于调整连接牛腿62和抗拉压斜梁61位置的调整台94，连接牛腿62和抗拉压斜梁61放置在调整台94顶部的平面上，调整台94带有两个水平面内的平移自由度以及一个绕竖直方向旋转的旋转自由度。也就是说调整台94能够在水平面内向任意一个方向平移，同时能够绕竖直的旋转轴旋转。

这里由于选用顶升的方式运送构件，因此面临着调整位置和姿态的问题。高空作业时靠施工人员自己搬运调整很重的构件显然是不可行的，因此这里设置了调整台94作为辅助施工器械，调整台94可以根据现场条件自行设计制作，可以是轨道式的也可以是轮式的，调整台94可以为以下结构：在一个底部带有自锁万向轮的平板车上面放一个水平设置的推力轴承，然后在推力轴承上放一块平板；调整台94也可以换成平底且倒扣着放的万向球台，倒扣着放增加移动距离，需要锁定时可用楔子打入万向球台下方空隙进行锁定，四方形的万向球台，四边各打一个楔子。

抗拉压斜梁61两端分别与同一楼层中相邻且相平行的两根原有梁2通过刚接节点连接，同一楼层的各抗拉压斜梁61围合成网格状结构，网格状结构的平面图形上下对称且左右对称，从而确保斜柱1向网格状结构施加的力的合力为0。网格状结构的单个网格为菱形，原有梁2位于菱形网格的对角线上，斜柱1位于菱形网格的顶点上并与顶点位置的抗拉压斜梁61端部通过刚接节点连接；从而确保网格状结构不会向原有梁2施加水平方向的弯矩。

抗拉压斜梁61的上表面低于同一层的原有梁2的上表面设置，这样设定的目的有二，其一在于避免楼板影响抗拉压斜梁61的安装，其二在于避免楼板对抗拉压斜梁61施加弯矩，确保抗拉压斜梁61只承受拉力或压力。

如图3所示，柱顶楼层81与柱底楼层82之间还夹有至少一层用于减少斜柱1所需倾斜角度的柱中楼层，附加水平支撑结构还包括绕柱中楼层改造前的轮廓一周设置的边圈梁4、以及设置在柱中楼层相邻斜柱1之间并将各斜柱1连为一体的连柱圈梁5；原有梁2最外端与柱中楼层中的边圈梁4通过刚接节点连接；斜柱1插设在柱中楼层的原有梁2内、与斜柱1外侧的原有梁2通过刚接节点连接、且与斜柱1内侧的原有梁2通过铰接节点连接；柱中楼层中的连柱圈梁5穿透原有梁2设置、与连柱圈梁5外侧的原有梁2连接、且与连柱圈梁5内侧的原有梁2通过铰接节点连接。

这里如果柱底楼层82与柱顶楼层81相邻的话，斜柱1所需的倾斜度就非常大了，靠抗拉压斜梁61根本无力承受。斜柱1的倾斜角度一般不应超过20度，这里通过把柱底楼层82与柱顶楼层81拉远，确保斜柱1够长，来减小倾斜角度。同时柱中楼层还可以像柱顶楼层81那样设置先期受力环，进一步对斜柱1进行稳固。

柱底楼层82与其上方相邻的柱中楼层之间保留有绕建筑外周间隔设置的支撑柱，并记作保留柱，斜柱1下端与保留柱固定连接。这样斜柱1承受的力直接通过保留柱向下逐渐传递到地基。

如图2-4所示，原有梁2最外端与柱顶楼层81及柱底楼层82中的边圈梁4通过刚接节点连接；斜柱1上端插设在柱顶楼层81的原有梁2内、与斜柱1外侧的原有梁2通过刚接节点连接、且与斜柱1内侧的原有梁2通过铰接节点连接；柱顶楼层81中的连柱圈梁5穿透原有梁2设置、与连柱圈梁5外侧的原有梁2通过铰接节点连接、且与连柱圈梁5内侧的原有梁2通过铰接节点连接。这里原有梁2最外端与柱底楼层82中的边圈梁4之间的刚接节点是建筑改造前已有的，因此不做变动，当然这里也可以让原有梁2最外端与柱底楼层82中的边圈梁4通过铰接节点连接，以进一步减少原有梁2承受的拉力。或者拆掉部分原有梁2，以减少原有梁2对楼板的影响。

这里的铰接节点指的是工字钢梁的腹板与另一边通过骑缝设置的钢板连接，钢板分别与两边通过高强螺栓连接，但翼缘板是不连接的。而刚接节点相较于铰接节点，翼缘板也与另一边焊一块了。当然，工字钢梁的翼缘板和腹板都跟另一边焊一块也属于刚接节点。刚接节点会优先于铰接节点传递力。

原有梁2为翼缘板水平设置的工字钢梁，抗拉压斜梁61为翼缘板竖直设置的工字钢梁。这里抗拉压斜梁61的翼缘板竖直设置是有意义的。本申请的施工过程中，原有梁2中是带着应力的，也就是说抗拉压斜梁61需要在原有梁2中带有应力的前提下与原有梁2焊接，这是焊接规范中所忌讳的，因为很容易破坏原有梁2。经过施工方的模拟计算及实验发现，在焊接过程中，如果沿应力方向扩大焊接面，能够将焊接过程中对原有梁2的影响最小化。因此这里选择把抗拉压斜梁61的腹板水平设置，这样在焊接的时候可以通过拓宽腹板，将抗拉压斜梁61与原有梁2的连接面沿原有梁2的长度方向尽可能拉长。同时由于抗拉压斜梁61不承受外界施加的弯矩，因此其翼缘板竖直设置也没关系。

如图5所示，抗拉压斜梁61通过连接牛腿62与原有梁2连接，连接牛腿62为一端与抗拉压斜梁61对接且另一端腹板逐渐变宽的变截面工字钢，连接牛腿62靠近原有梁2的一端的腹板与原有梁2的腹板焊接连接、且连接牛腿62靠近原有梁2的一端的翼缘板通过连接板63与原有梁2的腹板焊接连接，原有梁2的腹板两侧的连接板63以腹板为对称面对称设置。这里的连接结构就是为了满足上文中提到的内容，确保抗拉压斜梁61与原有梁2的连接面足够长。抗拉压斜梁61与原有梁2的连接节点处，原有梁2腹板两侧的抗拉压斜梁61同样是以腹板为对称面相互对称的，这样抗拉压斜梁61不会对腹板施加水平方向的弯矩。连接牛腿62的腹板被夹在两块相邻的连接板63之间且分别与两块连接板63焊接连接。注意同一侧的连接板63中，中间的先于连接牛腿62安装，两边的后于连接牛腿62安装，先安装的连接板63与原有梁2腹板之间便形成了阴角，连接牛腿62的腹板上留有与其对应的阳角，这个阳角插入阴角后便完成了连接牛腿62的定位。连接牛腿62与后安装的连接板63外端接触的位置还要留一个缺口，以免影响后安装的连接板63的安装。

抗拉压斜梁61很重，在顶部受限且能够借助的施工器械有限的情况下调整如此一个沉重的构件的位置和姿态是十分困难的，因此我们这里选择增加连接牛腿62，连接牛腿62较轻，调整其位置和姿态较为容易，其安装后抗拉压斜梁61只需要跟连接牛腿62对齐即可，安装难度大大下降。

连接牛腿62的一块翼缘板位于腹板以上的部分为与腹板独立设置的牛腿补板621，牛腿补板621与连接牛腿62的腹板焊接连接。这里是因为连接牛腿62上方存在楼板，如果不设置牛腿补板621的话，连接牛腿62腹板上方的焊接工作无法进行。步骤三与步骤四中，各部件的安装顺序为：连接板63安装→连接牛腿62与连接板63焊接→牛腿补板621装焊→抗拉压斜梁61就位→抗拉压斜梁61通过高强螺栓与连接牛腿62相连完成初步固定→抗拉压斜梁61翼缘板与连接牛腿62焊接。

连接牛腿62与抗拉压斜梁61栓-焊连接，这种连接方式是工字钢钢梁的一种常用的连接方式，腹板通过骑缝设置的钢板以及穿透钢板的高强螺栓连接，而翼缘板焊接连接。这里之所以选用这种连接方式，而不是更加简便的全焊接连接方式，是因为抗拉压斜梁61上方存在楼板，因此构件的焊接过程受限严重，抗拉压斜梁61就位后根本无法点焊固定。因此这里先用高强螺栓进行固定，然后再焊接。

原有梁2的翼缘板与斜柱1之间以及与连柱圈梁5之间均留有用于进一步打断原有梁2中的轴向力的传递的间隙，从而确保斜柱1不会把压力传递到原有梁2中。

附加水平支撑结构所在的建筑为钢结构框架-核心筒7结构体系，建筑的核心筒7的横截面的外周轮廓为上下对称且左右对称的平面图形，以确保核心筒7横截面承受的合力为0。核心筒7的边沿位于由抗拉压斜梁61围合成的网格状结构的网格的顶点上，并与原有梁2以及抗拉压斜梁61通过刚接节点连接。这里的原有梁2，相当于伸臂桁架。

以上所述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作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)

1.一种用于已有建筑变径改造的附加水平支撑结构施工方法，用于在已有建筑的原有楼板（3）下安装附加水平支撑结构，所述附加水平支撑结构用于在建筑中段变径改造后抵抗建筑变径位置横截面方向上的力，建筑变径位置外周间隔设置的支撑柱的上端向建筑内侧倾斜形成斜柱（1），斜柱（1）上端所顶撑的楼层记作柱顶楼层（81），顶撑着斜柱（1）下端的楼层记作柱底楼层（82）；建筑变径位置的楼层的原有梁（2）垂直于建筑变径改造前与原有梁（2）端部相邻的外墙设置；其特征在于：所述附加水平支撑结构包括绕柱顶楼层（81）与柱底楼层（82）改造前的轮廓一周设置的边圈梁（4）、设置在柱顶楼层（81）相邻斜柱（1）之间并将各斜柱（1）刚性连接为一体的连柱圈梁（5）、以及设置在柱顶楼层（81）的原有梁（2）之间和柱底楼层（82）的原有梁（2）之间的抗拉压斜梁（61）；所述抗拉压斜梁（61）两端分别通过连接牛腿（62）与原有梁（2）连接；

所述斜柱（1）上端穿透柱顶楼层（81）的原有梁（2）设置，所述柱顶楼层（81）中的连柱圈梁（5）穿透原有梁（2）设置，所述柱顶楼层（81）中的边圈梁（4）与连柱圈梁（5）刚性连接为一个整体的双层环，并记住作先期受力环，所述先期受力环与建筑横截面中心之间的原有梁（2）与先期受力环通过铰接节点连接，所述斜柱（1）与先期受力环通过刚接节点连接；

所述附加水平支撑结构的安装方法包括以下步骤：

步骤一：安装边圈梁（4）；

步骤二：安装斜柱（1）与连柱圈梁（5）；

步骤三：在原有梁（2）侧面定位并安装连接牛腿（62）；所述连接牛腿（62）通过升降车（92）顶升到安装位置，然后在升降车（92）上与原有梁（2）焊接连接；

步骤四：将抗拉压斜梁（61）用升降车（92）顶升到两个连接牛腿（62）之间，与两个连接牛腿（62）对齐后采用螺栓初步固定，然后分别与两个连接牛腿（62）焊接连接；

步骤五：完成斜柱（1）与原有的支撑柱的换撑。

2.根据权利要求1所述的一种用于已有建筑变径改造的附加水平支撑结构施工方法，其特征在于：步骤三以及步骤四中，连接牛腿（62）和抗拉压斜梁（61）先通过悬挂在原有梁（2）上的手拉葫芦（91）吊到升降车（92）上，通过升降车（92）顶升到安装位置；步骤三中，施工人员在升降车（92）顶部完成连接牛腿（62）的安装，步骤四中，施工人员在靠近升降车（92）的移动脚手架（93）上完成抗拉压斜梁（61）的安装。

3.根据权利要求2所述的一种用于已有建筑变径改造的附加水平支撑结构施工方法，其特征在于：所述手动葫芦悬挂在原有梁（2）底部的吊耳上，所述吊耳与原有梁（2）焊接连接；所述升降车（92）为车载剪叉式升降机，所述升降车（92）的底盘带有驻锄；所述升降车（92）的顶部边沿带有顶撑在升降车（92）所在的楼板上、用于防止升降车（92）倾覆的斜撑。

4.根据权利要求1所述的一种用于已有建筑变径改造的附加水平支撑结构施工方法，其特征在于：升降车（92）顶部还设置有用于调整连接牛腿（62）和抗拉压斜梁（61）位置的调整台（94），所述连接牛腿（62）和抗拉压斜梁（61）放置在调整台（94）顶部的平面上，所述调整台（94）带有两个水平面内的平移自由度以及一个绕竖直方向旋转的旋转自由度。

5.根据权利要求1所述的一种用于已有建筑变径改造的附加水平支撑结构施工方法，其特征在于：所述原有梁（2）为翼缘板水平设置的工字钢梁，所述抗拉压斜梁（61）为翼缘板竖直设置的工字钢梁；所述连接牛腿（62）为一端与抗拉压斜梁（61）对接且另一端腹板逐渐变宽的变截面工字钢，所述连接牛腿（62）靠近原有梁（2）的一端的腹板与原有梁（2）的腹板焊接连接、且连接牛腿（62）靠近原有梁（2）的一端的翼缘板通过连接板（63）与原有梁（2）的腹板焊接连接，原有梁（2）的腹板两侧的连接板（63）以腹板为对称面对称设置。

6.根据权利要求5所述的一种用于已有建筑变径改造的附加水平支撑结构施工方法，其特征在于：所述连接牛腿（62）的一块翼缘板位于腹板以上的部分为与腹板独立设置的牛腿补板（621），所述牛腿补板（621）与连接牛腿（62）的腹板焊接连接；所述连接牛腿（62）与抗拉压斜梁（61）栓-焊连接；

步骤三与步骤四中，各部件的安装顺序为：连接板（63）安装→连接牛腿（62）与连接板（63）焊接→牛腿补板（621）装焊→抗拉压斜梁（61）就位→抗拉压斜梁（61）通过高强螺栓与连接牛腿（62）相连完成初步固定→抗拉压斜梁（61）翼缘板与连接牛腿（62）焊接。

7.根据权利要求5所述的一种用于已有建筑变径改造的附加水平支撑结构施工方法，其特征在于：所述抗拉压斜梁（61）两端分别与同一楼层中相邻且相平行的两根原有梁（2）通过刚接节点连接，同一楼层的各抗拉压斜梁（61）围合成网格状结构，网格状结构的平面图形上下对称且左右对称，网格状结构的单个网格为菱形，所述原有梁（2）位于菱形网格的对角线上，所述斜柱（1）位于菱形网格的顶点上并与顶点位置的抗拉压斜梁（61）端部通过刚接节点连接；

所述抗拉压斜梁（61）的上表面低于同一层的原有梁（2）的上表面设置。

8.根据权利要求7所述的一种用于已有建筑变径改造的附加水平支撑结构施工方法，其特征在于：所述原有梁（2）最外端与柱顶楼层（81）及柱底楼层（82）中的边圈梁（4）通过刚接节点连接；所述斜柱（1）上端插设在柱顶楼层（81）的原有梁（2）内、与斜柱（1）外侧的原有梁（2）通过刚接节点连接、且与斜柱（1）内侧的原有梁（2）通过铰接节点连接；所述柱顶楼层（81）中的连柱圈梁（5）穿透原有梁（2）设置、与连柱圈梁（5）外侧的原有梁（2）通过铰接节点连接、且与连柱圈梁（5）内侧的原有梁（2）通过铰接节点连接；所述原有梁（2）的翼缘板与斜柱（1）之间以及与连柱圈梁（5）之间均留有用于进一步打断原有梁（2）中的轴向力的传递的间隙。

9.根据权利要求7所述的一种用于已有建筑变径改造的附加水平支撑结构施工方法，其特征在于：所述柱顶楼层（81）与柱底楼层（82）之间还夹有至少一层用于减少斜柱（1）所需倾斜角度的柱中楼层，所述附加水平支撑结构还包括绕柱中楼层改造前的轮廓一周设置的边圈梁（4）、以及设置在柱中楼层相邻斜柱（1）之间并将各斜柱（1）连为一体的连柱圈梁（5）；所述原有梁（2）最外端与柱中楼层中的边圈梁（4）通过刚接节点连接；所述斜柱（1）插设在柱中楼层的原有梁（2）内、与斜柱（1）外侧的原有梁（2）通过刚接节点连接、且与斜柱（1）内侧的原有梁（2）通过铰接节点连接；所述柱中楼层中的连柱圈梁（5）穿透原有梁（2）设置、与连柱圈梁（5）外侧的原有梁（2）连接、且与连柱圈梁（5）内侧的原有梁（2）通过铰接节点连接；所述柱底楼层（82）与其上方相邻的柱中楼层之间保留有绕建筑外周间隔设置的支撑柱，并记作保留柱，所述斜柱（1）下端与保留柱固定连接。

10.根据权利要求7所述的一种用于已有建筑变径改造的附加水平支撑结构施工方法，其特征在于：所述附加水平支撑结构所在的建筑为钢结构框架-核心筒（7）结构体系，所述建筑的核心筒（7）的横截面的外周轮廓为上下对称且左右对称的平面图形，所述核心筒（7）的边沿位于由抗拉压斜梁（61）围合成的网格状结构的网格的顶点上，并与原有梁（2）以及抗拉压斜梁（61）通过刚接节点连接。

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