一種砌體房屋分離式外套加層結構及其加層方法技術

本發明專利技術公開了一種砌體房屋分離式外套加層結構及其加層方法，屬于建筑改造技術領域，型鋼混凝土雙肢柱下設樁基礎，柱底設置底板和翼板，型鋼混凝土雙肢柱浮置于承臺上，在型鋼混凝土雙肢柱的下部和承臺之間設置預應力鋼絞線，高出砌體房屋部分的型鋼混凝土雙肢柱通過鋼空腹桁架相連。它利用結構搖擺原理削減地震作用；翼板彎曲耗能，在震后可以方便地替換；預應力鋼絞線使外套加層結構具有自復位能力，減少震后結構殘余變形。它解決了普通分離式外套框架加層結構兩大抗震缺陷：柔弱首層和大跨度問題，同時還具有減小地震作用、結構損傷部位可控、結構功能可恢復等優點。這種加層方法完全在建筑物外部進行，避免了室內施工帶來的一系列問題。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于建筑改造
，特別涉及。
技術介紹
外套加層結構是指在既有房屋的外圍增設新的結構，跨越原結構將其“套”在里面，是直接加層法不可行情況下唯一的選擇。根據與既有房屋是否連接，外套加層結構可分為整體式和分離式兩類。整體式由于需要借助于既有結構的抗震能力，這意味著多數情況下，既有砌體結構需要抗震加固。而且，在室內開挖基礎、澆筑梁柱、加固墻體等施工操作很困難，施工期間用戶不得不臨時搬迀周轉，增加加固改造費用的同時也造成無法正常使用。更為不利的是，整體式存在新舊結構之間荷載傳遞不明確，計算模型不清晰的問題，很難把握其抗震能力。也因此，《磚混結構房屋加層技術規范》(CECS78:96)暫不推薦采用。而分離式與原房屋徹底脫開，具有傳力路徑明確，計算簡圖明晰，用戶不必搬迀等優點。但是，普通的分離式框架作為典型的柔弱首層大跨度結構，也存在兩大抗震弱點:1、首層層高大于原房屋總高，無側向約束的柱子一般高達十幾米至二十幾米，形成類似“踩高蹺”式的結構，重心高、上剛下柔，抗扭轉性能差。2、外套結構橫向跨越原結構，需要通過轉換大梁實現上部小空間向下部大空間的轉換，而轉換大梁在轉換層處質量和剛度突變，形成“強梁弱柱”，對抗震很不利。申請人曾提出雙肢柱-空腹桁架分離式外套結構，研究表明:斜腹桿系雙肢柱可有效地提高首層抗側剛度，豎向抗側剛度較均勻，各層彎矩峰值顯著減少并趨于均勻。但是，傳統的基于延性抗震設計的結構，在強震作用下，即使幸免于倒塌，結構構件本身的破壞和殘余變形也是不可避免的，導致震后修復的困難和昂貴，甚至殘余變形過大不得不拆除。為了獲得更為優異的抗震性能，實現結構損傷控制和功能可恢復，申請人提出搖擺自復位型鋼混凝土雙肢柱-鋼空腹桁架分離式外套加層結構，該結構是在雙肢柱-空腹桁架分離式外套加層結構基礎上，在型鋼混凝土雙肢柱的柱底設置底板和耗能翼板，在大震作用下，型鋼混凝土雙肢柱提離，從而使型鋼混凝土雙肢柱具有搖擺能力，同時利用翼板的彎曲屈服耗散地震能量，減小結構地震反應；并通過在型鋼混凝土雙肢柱和粧基礎的承臺之間布置無粘結預應力鋼絞線，提供自復位能力。目前，我國現存大量興建于20世紀80年代以前的多層磚砌體房屋，受經濟發展水平的制約，無法大量拆除重建，而對其進行加層改造經濟效益明顯，成為具有中國特色的一項改造技術，在全國各地已有大量工程實例。我國為地震災害最為嚴重的國家之一，全國80%以上的大中城市均位于地震區，傳統的分離式外套加層結構存在明顯的抗震薄弱環節，目前尚缺乏高效的抗震結構體系。
技術實現思路
本專利技術的第一個目的是提供一種砌體房屋分離式外套加層結構，它不但解決了普通分離式外套框架加層結構存在的兩大抗震缺陷:柔弱首層和大跨度問題，而且具有減小地震作用、結構損傷部位可控、結構功能可恢復等優點。本專利技術的第二個目的是提供一種砌體房屋分離式外套結構的加層方法。本專利技術的第一個目的是這樣實現的: 一種砌體房屋分離式外套加層結構，特征是:在砌體房屋的兩側分別設置型鋼混凝土雙肢柱，高出砌體房屋部分的型鋼混凝土雙肢柱通過鋼空腹桁架連接，同時在型鋼混凝土雙肢柱的柱底設置底板，底板焊接在型鋼混凝土雙肢柱內部的型鋼上，在底板的四邊設有翼板，并在型鋼混凝土雙肢柱下方的地面設有粧基礎，底板通過翼板、高強螺栓與承臺錨固在一起，同時在底板和高強螺栓之間設置了墊板；在型鋼混凝土雙肢柱的下部和粧基礎的承臺之間設置預應力鋼絞線，預應力鋼絞線的上部錨固于直腹桿，預應力鋼絞線的下部錨固于承臺上；樓板采用壓型鋼板組合樓板。所述鋼空腹桁架是指沒有斜腹桿的桁架結構，由上弦桿、腹桿和下弦桿組成，并且通過高強螺栓和角鋼固接在型鋼混凝土雙肢柱內部的型鋼上。鋼空腹桁架主要以弦桿軸力平衡彎矩，自重輕，傳力明確，剛度較大，是一種高效的抗彎結構系統，可以實現較大跨度的跨越，并且空腹部分可以布置管線。所述型鋼混凝土雙肢柱是由兩根型鋼混凝土柱之間通過斜腹桿剛接組成的構件，顯著增加了型鋼混凝土柱的抗側剛度，其中型鋼混凝土柱是在鋼筋混凝土柱的內部添加有型鋼。所述底板是由Q235鋼材制成的鋼板，在地震作用下，底板可以抵抗型鋼混凝土雙肢柱與承臺的撞擊，翼板通過彎曲屈服耗能，實現結構損傷部位可控，并且在震后可以方便地進行替換。所述直腹桿是由Q345鋼材制成的工字型鋼，當布置在型鋼混凝土雙肢柱的下部時，起錨固預應力鋼絞線的作用，當布置在型鋼混凝土雙肢柱的頂部時，起封閉頂部的作用。所述斜腹桿是由Q345鋼材制成的工字型鋼，斜腹桿的兩端分別焊接在兩個型鋼混凝土柱子內部的型鋼上，并且可顯著增加柱子的抗側剛度。所述壓型鋼板組合樓板是通過栓釘使壓型鋼板與鋼空腹桁架錨固在一起，同時布設樓板鋼筋、澆筑混凝土形成壓型鋼板組合樓板。壓型鋼板組合樓板不僅可以實現快速安裝，而且有利于管線的鋪設。所述預應力鋼絞線是指后張拉無粘結預應力鋼絞線，后張拉無粘結預應力鋼絞線的頂端錨固于型鋼混凝土雙肢柱中的直腹桿上，后張拉無粘結預應力鋼絞線的底端向下穿過承臺并通過錨具與承臺錨固在一起，使型鋼混凝土雙肢柱具有自復位能力。所述粧基礎由承臺和錨桿靜壓粧兩部分組成，粧基礎在給型鋼混凝土雙肢柱提供支撐和抗拔力的同時，也為預應力鋼絞線提供了錨固點。所述高強螺栓是指由45號鋼、40硼鋼、20錳鈦硼鋼、35CrMoA等制成的10.9級螺栓。本專利技術的第二個目的是這樣實現的: 一種砌體房屋分離式外套結構加層方法，特征是: A、根據當地的設防標準，初選型鋼混凝土雙肢柱和鋼空腹桁架的截面尺寸，包括兩根型鋼混凝土柱的尺寸和距離、直腹桿和斜腹桿的尺寸，鋼空腹桁架的上弦桿、下弦桿和腹桿的尺寸及間距；在有限元軟件SAP2000中進行非線性時程分析和靜力推覆分析，從而得到型鋼混凝土雙肢柱-鋼空腹桁架分離式外套結構的優化設計； B、在工廠預制型鋼混凝土雙肢柱、鋼空腹桁架、壓型鋼板、底板； C、在砌體房屋縱向的兩側每隔5.0?8.0m設置型鋼混凝土雙肢柱，型鋼混凝土雙肢柱抗側剛度強的方向和鋼空腹桁架的方向相同，且型鋼混凝土雙肢柱距離砌體房屋外墻0.5?1.0m，現場施工粧基礎，預埋預應力鋼絞線，混凝土養護28天之后，把底板焊接在型鋼混凝土雙肢柱上，通過高強螺栓把焊有底板的型鋼混凝土雙肢柱錨固在粧基礎的承臺上；再通過高強螺栓和角鋼把鋼空腹桁架拼接在型鋼混凝土柱上；通過栓釘使壓型鋼板與鋼空腹桁架錨固在一起，同時布設樓板鋼筋、澆筑混凝土形成壓型鋼板組合樓板；最后對預應力鋼絞線施加預應力，得到型鋼混凝土雙肢柱-鋼空腹桁架搖擺自復位分離式外套加層結構。本專利技術的優點是: (I)首層抗側剛度大。型鋼混凝柱本身所具有的更好的承載力、延性、抗側剛度和抗局部屈曲失穩能力，同時通過斜腹桿連接兩根型鋼混凝土柱組成的雙肢柱形式使材料遠離形心軸，提高截面回轉半徑，降低長細比，從而提高型鋼混凝土柱的抗側剛度和穩定性。(2)結構損傷部位可控。結構變形主要集中在柱腳，在柱腳布設底板和翼板，其中底板可以有效的防止型鋼混凝土雙肢柱與承臺的撞擊，而翼板集中耗能，并且在震后可以方便地進行替換，實現可修復。(3)搖擺削減地震作用，同時可實現自復位。小震時，柱底未提離，其受力與柱腳嵌固時相同，依靠結構自身強度和剛度抗震；大震時，雙肢柱底部張開提離，結構體系剛度本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種砌體房屋分離式外套加層結構，特征是：在砌體房屋的兩側分別設置型鋼混凝土雙肢柱，高出砌體房屋部分的型鋼混凝土雙肢柱通過鋼空腹桁架連接，同時在型鋼混凝土雙肢柱的柱底設置底板，底板焊接在型鋼混凝土雙肢柱內部的型鋼上，在底板的四邊設有翼板，并在型鋼混凝土雙肢柱下方的地面設有樁基礎，底板通過翼板、高強螺栓與承臺錨固在一起，同時在底板和高強螺栓之間設置了墊板；在型鋼混凝土雙肢柱的下部和樁基礎的承臺之間設置預應力鋼絞線，預應力鋼絞線的上部錨固于直腹桿，預應力鋼絞線的下部錨固于承臺上；樓板采用壓型鋼板組合樓板。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：高劍平，李建，陳蔚，唐亮，
申請(專利權)人：華東交通大學，
類型：發明
國別省市：江西;36