一种加固既有砌体建筑的内置门式刚架结构及其施工方法

摘要

本发明的加固既有砌体建筑的内置门式刚架结构及其施工方法属于建筑施工领域，该结构包括门式刚架柱和门式刚架梁，门式刚架柱连接在原砌体墙的内侧，门式刚架梁连接在原有梁板的底部，并且门式刚架梁的端部与门式刚架柱连接。本发明能够在保持建筑原有外立面效果的前提下，有效减小横墙间距、调节上下层刚度、优化结构体系。门式刚架体系具有结构简单、传力路径明确等优点，采用装配式的安装方法能够在提高施工效率的同时，降低了对原结构的损伤。该内置门式刚架加固技术应用于建筑加固改造中具有明显优势。本发明施工难度低、加固效率高、加固位置布置灵活，能够应用于有外立面保护要求的加固工程。

说明书

技术领域

本发明属于建筑施工领域，具体为一种加固既有砌体建筑的内置门式刚架结构及其施工方法。

背景技术

砌体结构由于造价低廉，在我国应用较为广泛。但由于建造年代久远，部分砌体建筑横墙间距较大，存在纵横墙联系弱、整体性差、墙体平面外稳定性差等问题。由于横墙间距过大，在进行砌体墙竖向承压验算时，影响系数ϕ值取值偏小，进而导致墙体竖向受压承载力不足。部分砌体结构商铺，在底层临街一侧通长开门，而上部各层为闭合墙体，存在上下刚度突变问题，地震时容易发生扭转破坏。部分文物建筑或历史建筑，为保护其外立面原有造型样式，需要在建筑内部进行加固。

现有的加固方法包括喷射混凝土板墙加固法、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。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。

这些加固方法无法从根本解决空旷结构横墙间距较大导致的受压验算承载力不足、底层大开洞式房屋上下刚度突变的问题，且大多数加固作法对建筑外立面有不同程度的改变，不能满足外立面保护要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种加固既有砌体建筑的内置门式刚架结构及其施工方法，以解决空旷结构横墙间距较大导致不足、底层大开洞式房屋上下刚度突变，地震时容易发生扭转；现有加固方法对建筑外立面有不同程度的改变，不能满足文物和历史风貌建筑外立面保护要求的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种加固既有砌体建筑的内置门式刚架结构，包括门式刚架柱和门式刚架梁，所述门式刚架柱连接在原砌体墙的内侧，所述门式刚架梁连接在原有梁板的底部，并且所述门式刚架梁的端部与门式刚架柱连接。

优选地，与所述门式刚架柱平行的原砌体墙之间设有纵向系杆，所述纵向系杆设置在原有梁板的底部，所述纵向系杆连接在原砌体墙与门式刚架柱之间、或者相邻的门式刚架柱与门式刚架柱之间。

优选地，所述门式刚架柱与原砌体墙之间、门式刚架梁与原有梁板之间均通过化学锚栓或锚筋连接，并在门式刚架柱与原砌体墙之间、门式刚架梁与原有梁板之间均灌注填实胶结材料。

优选地，所述门式刚架柱的底部伸入地面以下并且门式刚架柱的底部设有门式刚架柱基础。

优选地，所述门式刚架柱和门式刚架梁为H型钢、工字钢或方钢管。

优选地，与门式刚架梁连接处的原有梁板的顶部铺设有锚固端板，化学锚栓或锚筋穿过锚固端板和原有梁板，并与门式刚架梁锚固连接。

优选地，所述门式刚架柱与门式刚架梁之间采用螺栓连接或者现场焊接。

优选地，与所述纵向系杆连接的原砌体墙的外侧设有锚固端板，所述纵向系杆的端部穿过原砌体墙后并通过锚固端板锚固，进而将纵向系杆与原砌体墙锚固连接。

优选地，所述原砌体墙的角部内侧设有角钢钢柱，所述纵向系杆的端部穿过角钢钢柱和原砌体墙后并通过锚固端板锚固，进而将纵向系杆与原砌体墙锚固连接。

另外，本发明还提供了上述加固既有砌体建筑的内置门式刚架结构的施工方法，包括以下步骤：

步骤一、土方开挖，施工门式刚架柱基础；

步骤二、在原砌体墙内侧、门式刚架柱基础顶部间隔布设门式刚架柱，并将门式刚架柱与原砌体墙可靠连接；

步骤三、在门式刚架柱与原砌体墙之间灌注胶结材料；

步骤四、在原有梁板的底部架设门式刚架梁，并将门式刚架梁与原有梁板可靠连接；

步骤五、在原有梁板的底部与门式刚架梁之间灌注胶结材料；

步骤六、相邻的门式刚架柱之间、门式刚架柱与原砌体墙之间连接纵向系杆。

与现有技术相比，本发明的特点和有益效果为：

（1）本发明在原砌体墙的内侧沿墙体延伸方向间隔布置门式刚架柱，门式刚架柱与原砌体墙之间通过化学锚栓或锚筋紧固连接，在原有梁板的底部架设门式刚架梁，门式刚架梁与原有梁板之间通过化学锚栓或锚筋紧固连接，保证门式刚架体系与主体结构之间可靠连接。并且在门式刚架柱与门式刚架柱之间、门式刚架柱与原砌体墙之间连接纵向系杆。内置门式刚架和纵向系杆，构成内置的骨架，增加结构的整体性和墙体的稳定性，由于门式刚架刚度较大，可作为附加子结构承担主体结构的地震作用，并调整上下层的刚度、减少平面扭转；同时，门式刚架与原有梁板可靠连接，并设置基础，可将原有梁板承担的荷载部分直接传递至基础，从而减轻墙体的负担，提高墙体的受压承载力。

（2）本发明通过在空旷建筑内部设置门式刚架的方式，使刚架对原结构的梁、板起到承托的作用，通过部分卸荷的方式增大受压承载力。对于上下层刚度分布均匀的结构，门式刚架在适当位置上下层连续布置。对于上下层刚度分布不均的如底部大开洞的商铺，在开洞位置布置，弥补底部由于开洞造成的刚度不足，均衡上下层刚度，避免出现扭转和薄弱层刚度突变。

（3）本发明在空旷房屋或历史保护建筑内部设置装配式门式刚架，能够在保持建筑原有外立面效果的前提下，有效减小横墙间距、调节上下层刚度、优化结构体系。门式刚架体系具有结构简单、传力路径明确等优点，采用装配式的安装方法能够在提高施工效率的同时，降低了对原结构的损伤。该内置门式刚架加固技术应用于建筑加固改造中具有明显优势。

（4）本发明的门式刚架结构可以根据实际情况灵活布置在结构内部，从而减小空旷结构内部横墙间距、提高墙体平面外稳定性、均衡结构上下层刚度。

（5）本发明的加固结构施工难度低、加固效率高、加固位置布置灵活，能够应用于有外立面保护要求的加固工程。

附图说明

图1为空旷既有砌体建筑加固平面示意图。

图2为底部大开洞既有建筑加固平面示意图。

图3为本发明的内置门式刚架结构适用的底部大开洞既有建筑平面示意图。

图4为本发明的内置门式刚架结构适用的历史建筑平面示意图。

图5为内置门式刚架加固既有砌体建筑的立面示意图。

图6为图5中1-1剖面的示意图。

附图标注：1-门式刚架柱、2-门式刚架梁、3-原砌体墙、4-原有梁板、5-纵向系杆、6-锚固端板、7-门式刚架柱基础、8-角钢钢柱。

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所示，空旷既有砌体建筑的内部横墙间距过大，结构抗侧刚度不足。本发明在结构内部适当的地方布置门式刚架，上下层连续。

如图2和3所示，底部大开洞既有砌体建筑的上下层刚度不均匀。本发明在大洞口位置布设门式刚架。

如图4所示，历史建筑存在一种、两种以上两种情况的问题组合的情况，且对结构外立面有保护要求。

如图1-6所示，本发明提供一种加固既有砌体建筑的内置门式刚架结构，包括门式刚架柱1和门式刚架梁2。门式刚架柱1连接在原砌体墙3的内侧，门式刚架柱1的底部伸入地面以下并且门式刚架柱1的底部设有门式刚架柱基础7。门式刚架梁2连接在原有梁板4的底部，并且门式刚架梁2的端部与门式刚架柱1连接。

门式刚架柱1和门式刚架梁2可以选用H型钢、工字钢或方钢管等多种型钢截面。门式刚架柱1与原砌体墙3之间、门式刚架梁2与原有梁板4之间均通过化学锚栓或锚筋连接。门式刚架柱1与门式刚架梁2之间采用螺栓连接或者现场焊接，采用这种装配式连接可以有效缩短工期。当门式刚架柱1为H型钢或工字钢时，在门式刚架柱1的翼缘板的端部之间焊接连接加劲板，以增加结构的整体性。

与门式刚架梁2连接处的原有梁板4的顶部铺设有锚固端板6，化学锚栓或锚筋穿过锚固端板6和原有梁板4，并与门式刚架梁2锚固连接。当门式刚架梁2为H型钢或者工字钢时，化学锚栓或锚筋穿过锚固端板6、原有梁板4和门式刚架梁2的上翼缘板，进而将锚固端板6、原有梁板4和门式刚架梁2锚固连接。当门式刚架梁2为方钢管时，化学锚栓或锚筋穿过锚固端板6、原有梁板4和门式刚架梁2的一侧管壁，进而将锚固端板6、原有梁板4和门式刚架梁2锚固连接。

门式刚架柱1与原砌体墙3之间、门式刚架梁2与原有梁板4之间填充有胶结材料，以保证门式刚架体系与主体结构紧密贴合。胶结材料可以选用灌浆料或结构胶。

与门式刚架柱1平行的原砌体墙3之间还设有纵向系杆5，纵向系杆5设置在原有梁板4的底部，纵向系杆5连接在原砌体墙3与门式刚架柱1之间、或者相邻的门式刚架柱1与门式刚架柱1之间。纵向系杆5的设置可以增加结构的整体性。

与纵向系杆5连接的原砌体墙3的外侧设有锚固端板6，纵向系杆5的端部穿过原砌体墙3后并通过锚固端板6锚固，进而将纵向系杆5与原砌体墙3锚固连接。另外，本发明还在原砌体墙3的角部内侧设有角钢钢柱8，纵向系杆5的端部穿过角钢钢柱8和原砌体墙3后并通过锚固端板6锚固，进而将纵向系杆5与原砌体墙3锚固连接。角钢钢柱8的设置可以提高门式钢架与原砌体结构之间的整体稳定性。

上述加固既有砌体建筑的内置门式刚架结构的施工方法具体为：

步骤一、土方开挖，施工门式刚架柱基础7。

步骤二、在原砌体墙3内侧、门式刚架柱基础7顶部间隔布设门式刚架柱1，并将门式刚架柱1与原砌体墙3可靠连接。门式刚架柱1与原砌体墙3之间通过化学锚栓或锚筋可靠连接。

步骤三、在门式刚架柱1与原砌体墙3支架灌注胶结材料。

步骤四、在原有梁板4的底部架设门式刚架梁2，在与门式刚架梁2连接的原有梁板4顶部铺设锚固端板6，并将门式刚架梁2与原有梁板4可靠连接。门式刚架梁2与原有梁板4之间通过化学锚栓或锚筋可靠连接。

步骤五、在原有梁板4的底部与门式刚架梁2之间灌注胶结材料。

步骤六、相邻的门式刚架柱1之间、门式刚架柱1与原砌体墙3之间连接纵向系杆5。与纵向系杆5连接的原砌体墙3的外侧设有锚固端板6，在原砌体墙3的角部内侧设有角钢钢柱8，纵向系杆5的端部穿过角钢钢柱8和原砌体墙3后并通过锚固端板6锚固，进而将纵向系杆5与原砌体墙3锚固连接。

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。