CN210482632U - 一种外部附加带框钢支撑弱连接的抗震加固子结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开的外部附加带框钢支撑弱连接的抗震加固子结构包括既有主体结构和外部附加子结构，既有主体结构包括既有基础、既有框架梁和既有框架柱。外部附加子结构包括附加基础、附加边框梁、附加边框柱和附加斜撑。该结构通过在既有主体结构外部设置外部附加子结构，外部附加子结构与既有主体结构之间的连接采用特殊深化设计，能够调整结构刚度沿竖向的分布，使层间位移角趋于均匀，并大幅度提高结构的抗震承载力和耗能能力。而且不需对原建筑使用人员和设备进行搬迁，不需要或较少破坏内部装饰，提高施工效率，具有较好的经济效益和社会效益。
Description
技术领域
本实用新型涉及混凝土框架结构抗震加固技术领域，具体为一种外部附加带框钢支撑弱连接的抗震加固子结构。
背景技术
汶川地震后，我国将医院建筑抗震设防类别提高至重点设防类，因此现有医疗建筑需要进行抗震加固。据统计，全国仅医院类建筑需加固的面积就多达5亿m2，而且随着解放后建成的建筑陆续达到或接近使用年限，大量建筑需要进行抗震加固改造。这样大规模的建筑抗震加固工程如果采用常规加固方法，不仅需要大量的资金投入，还要解决施工期间的周转安置问题、原有建筑功能的正常发挥问题，这项民生工程的推广对于土地资源比较稀缺的大中城市来说，显得困难重重。
已公开的钢支撑(包括普通支撑和消能减震支撑、防屈曲支撑等)加固方法，包括外包钢、增大截面、粘贴纤维复合材、增加剪力墙、增加钢支撑(普通支撑和消能减支撑)和隔震加固等方法，能显著提高结构的抗震安全性能，但是需要部分拆除原有建筑装饰和搬迁，使用功能部分或全部中断，周期长、费用高、能耗大，且产生大量的建筑垃圾，污染环境。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种外部附加带框钢支撑弱连接的抗震加固子结构，
包括既有主体结构和外部附加子结构，所述既有主体结构包括既有基础、既有框架梁和既有框架柱，其特征在于所述外部附加子结构包括：
附加基础，贴合连接在既有基础的外侧；
附加边框梁，平行既有框架梁设置并且与既有框架梁连接；
附加边框柱，紧贴设置在既有框架柱的外侧，并且所述附加边框柱的底部与附加基础连接；
附加斜撑，连接在相邻两个附加边框梁之间。
优选地，所述附加基础的下方设有钻孔，所述钻孔中设有抗拔结构，所述抗拔结构的顶部锚入附加基础中。
优选地，所述附加基础中设有附加基础箍筋，所述附加基础箍筋的末端植入既有基础中，进而将附加基础与既有基础连接。
优选地，所述附加边框梁和附加边框柱均为H型钢。
优选地，所述附加边框梁包括首层附加边框梁和标准层附加边框梁，所述标准层附加边框梁的上翼缘板与既有框架梁之间连接有上角钢，所述标准层附加边框梁的下翼缘板与既有框架梁之间连接有下角钢。
优选地，所述上角钢的水平板通过第一角钢连接件与标准层附加边框梁的上翼缘板连接，上角钢的竖板通过第二角钢连接件与既有框架梁连接；所述下角钢的水平板通过第一角钢连接件与标准层附加边框梁的下翼缘板连接，下角钢的竖板通过第二角钢连接件与既有框架梁连接。
优选地，所述上角钢沿标准层附加边框梁的长度方向连续设置，并且相邻的上角钢之间焊接连接有角钢加劲肋。
优选地，所述首层附加边框梁设置在附加基础中，并且所述首层附加边框梁的下翼缘板与既有基础连接。
优选地，所述附加边框柱由多段附加边框柱单元拼接而成，所述附加斜撑由多段附加斜撑单元拼接而成，所述附加边框柱单元之间、附加斜撑单元之间的拼接件均包括连接钢板和高强螺栓。
与现有技术相比，本实用新型的特点和有益效果为：
(1)本实用新型的外部附加带框钢支撑弱连接的抗震加固子结构通过在既有主体结构外部设置外部附加子结构，外部附加子结构与既有主体结构之间的连接采用特殊深化设计，能够调整结构刚度沿竖向的分布，使层间位移角趋于均匀，并大幅度提高结构的抗震承载力和耗能能力。另外，这种加固方法不需对原建筑使用人员和设备进行搬迁，不需要或较少破坏内部装饰，施工较快捷，同时结合建筑专业，进行细部构造设计，力争对原建筑的影响最小，具有较好的经济效益和社会效益。
(2)本实用新型的外部附加带框钢支撑弱连接的抗震加固子结构中附加边框柱仅仅在底部与附加基础连接固定，附加边框柱的其他部位与既有框架柱之间无连接，首层附加边框梁与首层的既有框架梁之间通过化学锚栓连接，标准层附加边框梁与标准层的既有框架梁之间通过角钢、高强螺栓连接，标准层附加边框梁与标准层的既有框架梁通过角钢、高强螺栓连接。上述节点的连接方式的优点在于可以将附加子结构按楼层或水平段分为若干部分，预先在工厂加固，以保证施工质量和精度，运至现场拼装，加快现场施工速度，无湿作业，减少对住户影响。
(3)本实用新型的外部附加带框钢支撑弱连接的抗震加固子结构采用特殊的基础连接技术，通过在附加基础的下方开设钻孔，在钻孔中安装抗拔锚杆，抗拔锚杆的顶部锚入附加基础中。同时，附加基础中的箍筋植入既有基础中，从而将附加基础与既有基础连接。由于附加子结构刚度较大，吸收了较多地表作用，在建筑底部产生附加轴力(向上拉力)，采用上述连接方式可以将上部附加子结构产生的向上拉力通过附加边框柱上的栓钉传递给附加基础，进而通过与附加基础连接的抗拔锚杆或抗拔桩传递至地基，保证子结构下部不致发生破坏而影响抗震加固效果。
(4)本实用新型的外部附加带框钢支撑弱连接的抗震加固子结构中的标准层附加边框梁通过上角钢、下角钢与既有框架梁可拆卸连接。地震结束后，可以快速更换受损伤的钢支撑构件，实现结构功能的快速恢复，提高钢结构的安全性能。
附图说明
图1为外部附加带框钢支撑弱连接的抗震加固子结构的结构示意图。
图2为图1中A部分放大的结构示意图。
图3为2-2剖面的结构示意图。
图4为图1中B部分放大的结构示意图。
图5为图1中C部分放大的结构示意图。
图6为图1中D部分放大的结构示意图。
图7为图1中E部分放大的结构示意图。
图8为图1中1-1剖面的结构示意图。
图9为图1中3-3剖面的结构示意图。
附图标注：1-既有框架梁、2-既有框架柱、3-既有基础、4-附加边框梁、41-首层附加边框梁、42-标准层附加边框梁、5-附加边框柱、6-钻孔、7-附加斜撑、8-附加基础、81-附加基础箍筋、9-上角钢、10-下角钢、11-抗拔结构、12-角钢加劲肋、13-第一角钢连接件、14-第二角钢连接件、15-连接钢板。
具体实施方式
为使本实用新型实现的技术手段、创新特征、达成目的与功效易于明白了解，下面对本实用新型进一步说明。
在此记载的实施例为本实用新型的特定的具体实施方式，用于说明本实用新型的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本实用新型实施方式及本实用新型范围的限制。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。
如图1～9所示为一种外部附加带框钢支撑弱连接的抗震加固子结构，包括既有主体结构和外部附加子结构，既有主体结构包括既有基础3、既有框架梁1和既有框架柱2。外部附加子结构包括附加基础8、附加边框梁4、附加边框柱5和附加斜撑7。附加边框梁4和附加边框柱5均为H型钢。
附加基础8贴合连接在既有基础3的外侧。附加基础8的下方设有钻孔6，钻孔6中设有抗拔结构11，抗拔结构11的顶部锚入附加基础8中。抗拔结构11为抗拔锚杆或抗拔桩。附加基础8中设有附加基础箍筋81，附加基础箍筋81的末端植入既有基础3中，进而将附加基础8与既有基础3连接。
附加边框梁4平行既有框架梁1设置并且与既有框架梁1连接。附加边框梁4包括首层附加边框梁41和标准层附加边框梁42。标准层附加边框梁42的上翼缘板与既有框架梁1之间连接有上角钢9，标准层附加边框梁42的下翼缘板与既有框架梁1之间连接有下角钢10。上角钢9的水平板通过第一角钢连接件13与标准层附加边框梁42的上翼缘板连接，上角钢9的竖板通过第二角钢连接件14与既有框架梁1连接；下角钢10的水平板通过第一角钢连接件13与标准层附加边框梁42的下翼缘板连接，下角钢10的竖板通过第二角钢连接件14与既有框架梁1连接。上角钢9沿标准层附加边框梁42的长度方向连续设置，并且相邻的上角钢9之间焊接连接有角钢加劲肋12。第一角钢连接件13优选为高强螺栓，第二角钢连接件14优选为化学锚栓。标准层附加边框梁42通过上角钢9和下角钢10与既有框架梁1连接，在地震结束后，可以快速更换受损伤的钢支撑构件，实现结构功能的快速恢复，提高钢结构的安全性能。
标准层附加边框梁42与标准层的附加斜撑7的连接节点处的上角钢9之间留有一定间距，是为了避免焊缝集中或交叉，产生应力集中，从而保证施工质量。标准层附加边框梁42与标准层的附加斜撑7的连接节点处间隔焊接连接有加劲肋抵抗地震时附加斜撑7在附加边框梁处会产生的集中应力。
首层附加边框梁41设置在附加基础8中，并且首层附加边框梁41的下翼缘板与既有基础3连接。
附加边框柱5紧贴设置在既有框架柱2的外侧，并且附加边框柱5的底部与附加基础8连接。附加边框柱5与附加斜撑7的连接节点处沿竖向间隔焊接连接一排柱加劲肋。
附加斜撑7呈人字形或者V字形焊接连接在相邻两个附加边框梁4之间。附加边框柱5由多段附加边框柱单元拼接而成，附加斜撑7由多段附加斜撑单元拼接而成，附加边框柱单元之间、附加斜撑单元之间的拼接件均包括连接钢板15和高强螺栓。
附加边框梁4、附加边框柱5和附加斜撑7之间均采用剖口焊接连接，焊缝等级为二级。
上述外部附加带框钢支撑弱连接的抗震加固子结构不需要拆除原有建筑的装饰装修层，直接在既有主体结构外侧附加带框钢支撑，并与既有主体结构进行可靠连接，快速高效，不中断建筑施工功能，且能显著提高结构的抗震承载力，保证结构安全，大地震后可实现快速修复，同时产生很少的建筑垃圾，节约能耗是一项环保的加固技术。
本申请设计了一栋钢筋混凝土框架结构作为结构原型，选取框架柱截面变化的上下相邻两层中的一榀框架为研究对象，按照1:2比例制作框架模型。混凝土强度等级为C20，箍筋间距为200mm。模型进行低周反复荷载试验，以混凝土反力墙作为水平加载支点，通过地锚固定在试验台座上，并且在模型的两边各设置门式刚架以限制模型侧向位移。竖向千斤顶模拟竖向荷载，水平荷载采用MTS电液伺服作动器施加，在模型屈服前以力控制加载，屈服后采用位移控制加载。模型一为加固前既有主体结构。模型二为在既有主体结构外部附加带框钢支撑弱连接模式。模型试验结果如表1所示。
表1.模型试验结果对比表
通过对比试验和有限元分析结果可知，外加带框钢支撑弱连接加固模型提高结构抗震承载力约2.7倍，耗能能力提高一倍，损伤分布更加均匀，证明这种加固方式的可靠性和有效性。
通过模型试验现象及数据对比分析，总结模型在地震作用下的变形能力、整体受力模式、损伤分布规律，为外部附加带框钢支撑加固钢筋混凝土框架结构的设计、应用提出合理建议。
以上的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。
Claims (9)
1.一种外部附加带框钢支撑弱连接的抗震加固子结构，包括既有主体结构和外部附加子结构，所述既有主体结构包括既有基础(3)、既有框架梁(1)和既有框架柱(2)，其特征在于所述外部附加子结构包括：
附加基础(8)，贴合连接在既有基础(3)的外侧；
附加边框梁(4)，平行既有框架梁(1)设置并且与既有框架梁(1)连接；
附加边框柱(5)，紧贴设置在既有框架柱(2)的外侧，并且所述附加边框柱(5)的底部与附加基础(8)连接；
附加斜撑(7)，连接在相邻两个附加边框梁(4)之间。
2.根据权利要求1所述的一种外部附加带框钢支撑弱连接的抗震加固子结构，其特征在于：所述附加基础(8)的下方设有钻孔(6)，所述钻孔(6)中设有抗拔结构(11)，所述抗拔结构(11)的顶部锚入附加基础(8)中。
3.根据权利要求2所述的一种外部附加带框钢支撑弱连接的抗震加固子结构，其特征在于：所述附加基础(8)中设有附加基础箍筋(81)，所述附加基础箍筋(81)的末端植入既有基础(3)中，进而将附加基础(8)与既有基础(3)连接。
4.根据权利要求1～3任意一项所述的一种外部附加带框钢支撑弱连接的抗震加固子结构，其特征在于：所述附加边框梁(4)和附加边框柱(5)均为H型钢。
5.根据权利要求4所述的一种外部附加带框钢支撑弱连接的抗震加固子结构，其特征在于：所述附加边框梁(4)包括首层附加边框梁(41)和标准层附加边框梁(42)，所述标准层附加边框梁(42)的上翼缘板与既有框架梁(1)之间连接有上角钢(9)，所述标准层附加边框梁(42)的下翼缘板与既有框架梁(1)之间连接有下角钢(10)。
6.根据权利要求5所述的一种外部附加带框钢支撑弱连接的抗震加固子结构，其特征在于：所述上角钢(9)的水平板通过第一角钢连接件(13)与标准层附加边框梁(42)的上翼缘板连接，上角钢(9)的竖板通过第二角钢连接件(14)与既有框架梁(1)连接；所述下角钢(10)的水平板通过第一角钢连接件(13)与标准层附加边框梁(42)的下翼缘板连接，下角钢(10)的竖板通过第二角钢连接件(14)与既有框架梁(1)连接。
7.根据权利要求6所述的一种外部附加带框钢支撑弱连接的抗震加固子结构，其特征在于：所述上角钢(9)沿标准层附加边框梁(42)的长度方向连续设置，并且相邻的上角钢(9)之间焊接连接有角钢加劲肋(12)。
8.根据权利要求5所述的一种外部附加带框钢支撑弱连接的抗震加固子结构，其特征在于：所述首层附加边框梁(41)设置在附加基础(8)中，并且所述首层附加边框梁(41)的下翼缘板与既有基础(3)连接。
9.根据权利要求1所述的一种外部附加带框钢支撑弱连接的抗震加固子结构，其特征在于：所述附加边框柱(5)由多段附加边框柱单元拼接而成，所述附加斜撑(7)由多段附加斜撑单元拼接而成，所述附加边框柱单元之间、附加斜撑单元之间的拼接件均包括连接钢板(15)和高强螺栓。
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