斜拉杆混凝土组合柱及竖向预应力混合加固的砖砌体结构的制作方法

1.本发明涉及一种建筑抗震加固领域，尤其是涉及一种采用斜向钢拉杆连接的组合柱配合竖向预应力筋对砖砌体结构进行抗震加固的混合加固结构及其实施方法。


背景技术：

2.砖砌体结构是我国传统建筑结构的重要形式之一，在我国既有建筑中分布量大面广。由于早期对建筑结构抗震能力认识的不足，许多砖砌体结构房屋未进行抗震设防或抗震设防不足，在历次大地震中出现了较为严重的破坏，甚至倒塌，造成了重大伤亡和损失。当前，受社会、经济发展条件所限，对于抗震能力不足的建筑无法全部拆除重建，对既有建筑进行加固补强仍是提高建筑抗震能力的主要解决方案。
3.砌体建筑的传统加固方法主要包括钢筋网砂浆面层加固法、钢筋混凝土板墙加固法、增设钢筋混凝土圈梁和构造柱加固法以及钢拉杆加固法等，这些方法普遍采用钢筋混凝土结构，现场施工以现浇混凝土湿作业为主，导致其施工工序相对繁琐，造价较高，工期较长，质量较难控制，同时施工阶段扬尘、噪音大，对环境影响也较大，另外，加固后可能减少使用面积，对建筑物影响大，通常会改变建筑物外观，破坏内部装修等。上述问题中，环境影响问题是近年来城镇化进程中面临的日益严重的问题，已到了刻不容缓需要解决的地步。同时，由于国内需改造加固的建筑数量过于庞大，成本居高不下的问题不仅对于经济相对落后的村镇地区，即使是对于大城市，也已成为该项工作难以全面开展的最大障碍。因此，亟需研发低干预、低成本的结构加固改造新技术，以满足当前日益迫切的加固改造需求。


技术实现要素：

4.本发明设计了一种斜拉杆混凝土组合柱及竖向预应力混合加固的砖砌体结构，其解决的技术问题是当前砌体建筑传统加固技术所带来的施工污染、施工工序复杂、工期长、质量较难控制、施工扬尘、噪音大、减少使用面积、改变建筑物外观、破坏内部装修以及造价高等问题。
5.为了解决上述存在的技术问题，本发明采用了以下方案：一种斜拉杆混凝土组合柱及竖向预应力混合加固的砖砌体结构，其特征在于：包括横墙加固结构和纵墙加固结构；在所述横墙加固结构中，被加固房屋的内横墙和外横墙的两端或同时在两端和两侧对称布置钢筋混凝土组合柱，钢筋混凝土组合柱之间通过两根斜向钢拉杆交叉相连，通过对斜向钢拉杆施加预应力，使被加固内外横墙的整体性和抗震受剪承载力显著提高；所述纵墙加固结构中，在被加固房屋的内纵墙无洞口墙段和外纵墙窗间墙段的两侧均匀对称设置竖向预应力钢筋并施加预应力，提高内外纵墙所受轴压力，从而提高其抗震受剪承载能力。
6.优选地，所述横墙加固结构中，被加固内、外横墙的两侧对称分别设置一斜向钢拉杆，每根所述斜向钢拉杆的一端锚固于所述钢筋混凝土组合柱顶部的柱顶传力垫块上，所
述柱顶传力垫块的底面应与上层楼板板面紧密贴合，保证预应力可靠地传递给所述钢筋混凝土组合柱以及被加固内、外横墙；所述斜向钢拉杆的另一端锚固于相邻所述钢筋混凝土组合柱底的柱底传力垫块上，所述柱底传力垫块的顶面应与下层圈梁底面紧密贴合，保证预应力可靠地传递给相邻所述钢筋混凝土组合柱和被加固内、外横墙。
7.优选地，所述钢筋混凝土组合柱沿被加固横墙设置的间距宜保证连接相邻组合柱的斜向钢拉杆的水平倾角介于30度到50度之间。
8.优选地，所述钢筋混凝土组合柱内应设置组合柱内纵向钢筋和组合柱内箍筋，所述组合柱内箍筋通过植筋的方式锚固于被加固内、外横墙。
9.纵向钢筋和组合柱内箍筋作为混凝土组合柱的钢筋骨架，与柱混凝土结合形成钢筋混凝土结构。同时，纵向钢筋提供柱的的抗弯能力，也起到连通上、下楼层柱传力的作用；组合柱内箍筋提供柱的抗剪能力，并通过植筋在砖墙中，保证组合柱能与被加固砖墙协同工作。
10.优选地，所述纵墙加固结构中，被加固房屋的内纵墙无洞口墙段和外纵墙窗间墙段的两侧均匀对称设置竖向预应力筋；所述竖向预应力筋的一端锚固于上层楼板上表面的上传力垫块上，所述上传力垫块与所述上层楼板的上表面紧密贴合，保证预应力可靠地传递给被加固内、外纵墙墙段；所述竖向预应力筋的另一端锚固于下层圈梁下方的下传力垫块上，所述下传力垫块的顶面应与下层圈梁底面紧密贴合，保证预应力可靠地传递给被加固内、外纵墙墙段。
11.优选地，所述被加固房屋可为多层砖砌体结构房屋或单层砖砌体结构房屋，其内横墙、外横墙、内纵墙无洞口墙段和外纵墙窗间墙段可位于房屋的任意一层，在其上层楼板和下层楼板上开有供所述斜向钢拉杆和所述竖向预应力筋通过的穿孔，所述上层楼板和下层楼板上的穿孔与所述斜向钢拉杆或所述竖向预应力筋之间的间隙采用高强砂浆或灌浆料填实。
12.优选地，所述被加固的墙体为采用烧结普通黏土砖、烧结多孔黏土砖、混凝土小型空心砌块或料石采用砂浆砌筑形成的砌体墙体。
13.优选地，所述斜向竖向钢拉杆和所述竖向预应力筋可采用高强低松弛无粘结预应力钢绞线，钢拉杆锚具和竖向预应力筋锚具可采用夹片式锚具。
14.一种横墙加固的方法，包括以下步骤：步骤1、在被加固的内、外横墙的两端或同时在两端和两侧对钢筋混凝土组合柱和斜向钢拉杆进行定位放线，确定柱顶传力垫块和柱底传力垫块安装位置以及确定上层楼板和下层楼板的穿孔位置；步骤2、在钢筋混凝土组合柱处内、外横墙上进行箍筋植筋，绑扎组合柱内纵向钢筋和组合柱内箍筋，安装斜向钢拉杆预埋孔道，在拟穿过斜向钢拉杆的上层楼板和下层楼板上钻斜孔，斜孔方向应与斜向钢拉杆设置方向相一致，孔径尺寸应保证斜向钢拉杆能够顺利穿过；步骤3、在被加固内、外横墙对应柱顶传力垫块和柱底传力垫块安装位置开洞，洞口应贯穿墙体，其大小应能保证两个传力垫块的安装；步骤4、对柱顶传力垫块和柱底传力垫块安装位置的上、下层楼板和上、下层圈梁表面进行基层处理，采用不超过10mm厚的高强砂浆层，保证其与柱顶传力垫块和柱底传力
垫块能够紧密贴合，安装柱顶传力垫块和柱底传力垫块，用灌浆料或高强砂浆填实墙洞口与柱顶传力垫块和柱底传力垫块之间的间隙；步骤5、对钢筋混凝土组合柱钢筋绑扎情况进行检验验收，合格后支钢筋混凝土组合柱模板并浇筑混凝土，对混凝土进行养护；步骤6、钢筋混凝土组合柱的混凝土强度达到设计要求后，加工制作斜向钢拉杆和锚具，自下而上斜向安装斜向钢拉杆，使其依次穿过柱底传力垫块、下层楼板、上层楼板和柱底传力垫块，然后安装张拉端钢拉杆锚具；步骤7、按设计要求对钢拉杆张拉预应力，张拉完成后，切除钢拉杆锚具外露钢拉杆，使钢拉杆在锚具外长度不超过30mm；步骤8、柱顶传力垫块、柱底传力垫块、钢拉杆锚具和外露斜向钢拉杆进行表面封闭处理，保证其耐久性和防火要求，对楼板斜孔进行封闭处理，最后恢复各层地面、墙面。
15.一种纵墙加固的方法，包括以下步骤：步骤1、在被加固的内、外纵墙的两侧对竖向预应力筋进行定位放线，确定上传力垫块和下传力垫块安装位置和确定上层楼板和下层楼板穿孔位置；步骤2、在内、外纵墙两侧竖向预应力筋位置进行开槽，开槽的宽度和深度应保证能嵌入竖向预应力筋并留有不小于15mm的水泥砂浆保护层；在竖向预应力筋穿过上层楼板和下层楼板的相应位置开竖孔，孔径尺寸应保证竖向预应力筋能够顺利穿过；步骤3、在被加固内、外纵墙对应上传力垫块和下传力垫块安装位置开洞，洞口应贯穿墙体，其大小应能保证上传力垫块和下传力垫块的安装；步骤4、对上传力垫块和下传力垫块安装位置的上、下层楼板和上、下层圈梁表面进行基层处理，必要时可采用不超过10mm厚的高强砂浆层，保证其与上传力垫块和下传力垫块能够紧密贴合，安装上传力垫块和下传力垫块，用灌浆料或高强砂浆填实墙洞口与上传力垫块或与下传力垫块之间的间隙；步骤5、加工制作竖向预应力筋和竖向预应力筋锚具，自下而上安装竖向预应力筋，使其嵌入墙上凹槽内，并依次穿过下传力垫块、下层楼板、上层楼板和上传力垫块，然后安装张拉端竖向预应力筋锚具；步骤6、按设计要求对预应力筋张拉预应力，张拉完成后，切除竖向预应力筋锚具外露预应力筋，使其在竖向预应力筋锚具外长度不超过30mm；步骤7、采用水泥砂浆对墙上凹槽进行封闭处理，保证竖向预应力筋的保护层厚度不小于15mm；步骤8、上传力垫块、下传力垫块竖向预应力筋锚具和外露的竖向预应力筋进行表面封闭处理，保证其耐久性和防火要求，对楼板孔洞进行封闭处理，最后恢复各层地面、墙面。
16.一种横墙加固结构，其特征在于：，被加固房屋的内横墙和外横墙的两端或同时在两端和两侧对称布置钢筋混凝土组合柱，钢筋混凝土组合柱之间通过两根斜向交叉斜向钢拉杆交叉相连，通过对斜向钢拉杆施加预应力，使被加固内外横墙的整体性和抗震受剪承载力显著提高。
17.该斜拉杆混凝土组合柱及竖向预应力混合加固的砖砌体结构与采用传统加固技术进行加固的砌体结构相比，具有以下有益效果：
（1）本发明对原有建筑影响较小，结构自重增加也较少，加固基本不会引起建筑使用面积减少，施工现场噪音低，扬尘少，施工绿色环保。
18.（2）本发明提出的采用钢拉杆连接的混凝土组合柱及竖向预应力进行混合加固的砖砌体结构，针对横墙承重或混合承重的砖砌体结构中，横墙受压承载力储备较小，纵墙受压承载力储备较多的特点，对于纵、横墙采用不同的加固策略，在大幅度提高砖砌体结构房屋的抗震承载力的同时，还可以显著提高房屋的整体性，且施工简便，对结构影响小，造价较低。
19.（3）本发明中斜向钢拉杆和竖向预应力筋可采用外包防腐润滑脂和聚乙烯护套的无粘结高强低松弛钢绞线，其相对于墙体可以产生相对滑移，保证钢拉杆和预应力筋在地震作用下处于弹性工作状态，提高整个房屋的震后变形回复能力。
20.（4）本发明同时使用横墙加固结构和纵墙加固结构时，砌体房屋的抗震能力提高主要表现为两个方面：墙体承载力的提高和房屋整体性的提高。在整体性提高方面，由于横墙加固法通过增加组合柱，增强了房屋的整体性约束构造，在房屋整体性提高作用方面起到了1 1大于2的作用。
附图说明
21.图1：本发明斜拉杆混凝土组合柱及竖向预应力混合加固的砖砌体结构房屋平面示意图；图2：横墙和山墙加固立面示意图；图3：图2的横剖面示意图；图4：内纵墙和外纵墙加固立面示意图；图5：图4的横剖面示意图；图6：本发明中钢筋混凝土组合柱布置位置示意图。
22.附图标记说明：1—内横墙；2—外横墙；3—内纵墙；4—外纵墙；5—钢筋混凝土组合柱；6—斜向钢拉杆；7—竖向预应力筋；81—上层楼板；82—；下层楼板；9—下层圈梁；10—钢拉杆锚具；111—柱顶传力垫块；112—柱底传力垫块；12—竖向预应力筋锚具；131—上传力垫块；132—下传力垫块；14—组合柱内纵向钢筋；15—组合柱内箍筋。
具体实施方式
23.下面结合图1至图6，对本发明做进一步说明：如图1所示，一种斜拉杆混凝土组合柱及竖向预应力混合加固的砖砌体结构，包括横墙加固结构和纵墙加固结构；由钢拉杆连接的混凝土组合柱及竖向预应力进行混合加固的砖砌体结构，对被加固房屋的横墙1、2采用斜向钢拉杆6配合钢筋混凝土组合柱5进行加固，对建筑纵墙3、4采用竖向预应力筋7进行加固。
24.具体来说，如图2
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3所示，在横墙加固结构中，被加固房屋的内横墙1和外横墙2的两端或同时在两端和两侧对称布置钢筋混凝土组合柱5，钢筋混凝土组合柱5之间通过两根斜向钢拉杆6交叉相连，通过对斜向钢拉杆6施加预应力，使被加固内外横墙1、2的整体性和抗震受剪承载力显著提高。
25.被加固房屋的内横墙1和外横墙2的两端或同时在两端和两侧布置多个钢筋混凝土组合柱，“两端”是指墙段的两个边缘，即墙段的端部，如图6中a处。“两侧”是指墙段的侧面，如图6中b处。本发明加固方式必须在两端设置组合柱，通过钢拉杆连接使整体墙段被约束。两侧设置组合柱的必要性取决于墙段长度与楼层高度的关系：当墙段长度较短，布置一组30
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50度倾角的斜拉杆可能就可以了，此时不需要在两侧设置组合柱；而当墙段较长，为保证30
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50度倾角，需要设置多组斜拉杆，此时就需要通过在墙段中部的两侧设置组合柱来进行接力连接。
26.横墙加固结构中，被加固内、外横墙1、2的两侧对称分别设置一斜向钢拉杆6，每根斜向钢拉杆6的一端锚固于钢筋混凝土组合柱5顶部的柱顶传力垫块111上，柱顶传力垫块111的底面应与上层楼板81板面紧密贴合，保证预应力可靠地传递给钢筋混凝土组合柱5以及被加固内、外横墙1、2；斜向钢拉杆6的另一端锚固于相邻钢筋混凝土组合柱5底的柱底传力垫块112上，柱底传力垫块112的顶面应与下层圈梁9底面紧密贴合，保证预应力可靠地传递给相邻钢筋混凝土组合柱5和被加固内、外横墙1、2。柱顶传力垫块111和柱底传力垫块112应有足够的刚度和承载力，保证可以将斜向钢拉杆6的预应力作用有效传递给钢筋混凝土组合柱5，其尺寸及构造通过计算确定。
27.钢筋混凝土组合柱5沿被加固横墙1、2设置的间距宜保证连接相邻组合柱5的斜向钢拉杆6的水平倾角介于30度到50度之间。
28.钢筋混凝土组合柱5内应设置组合柱内纵向钢筋14和组合柱内箍筋15，组合柱内箍筋15通过植筋的方式锚固于被加固内、外横墙1、2。
29.如图4
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图5所示，纵墙加固结构中，在被加固房屋的内纵墙3无洞口墙段和外纵墙4窗间墙段的两侧均匀对称设置竖向预应力钢筋7并施加预应力，提高内外纵墙3、4所受轴压力，从而提高其抗震受剪承载能力。
30.具体来说，纵墙加固结构中，被加固房屋的内纵墙3无洞口墙段和外纵墙4窗间墙段的两侧均匀对称设置竖向预应力筋7；竖向预应力筋7的一端锚固于上层楼板81上表面的上传力垫块131上，上传力垫块131与上层楼板81的上表面紧密贴合，保证预应力可靠地传递给被加固内、外纵墙3、4墙段；竖向预应力筋7的另一端锚固于下层圈梁9下方的下传力垫块132上，下传力垫块132的顶面应与下层圈梁9底面紧密贴合，保证预应力可靠地传递给被加固内、外纵墙墙段3、4。
31.被加固房屋可为多层砖砌体结构房屋或单层砖砌体结构房屋，其内横墙1、外横墙2、内纵墙3无洞口墙段和外纵墙4窗间墙段可位于房屋的任意一层，在其上层楼板81和下层楼板82上开有供斜向钢拉杆6和竖向预应力筋7通过的穿孔，上层楼板81和下层楼板82上的穿孔与斜向钢拉杆6或竖向预应力筋7之间的间隙采用高强砂浆或灌浆料填实。
32.被加固的墙体1、2、3、4为采用烧结普通黏土砖、烧结多孔黏土砖、混凝土小型空心砌块或料石采用砂浆砌筑形成的砌体墙体。
33.斜向竖向钢拉杆6和竖向预应力筋7可采用高强低松弛无粘结预应力钢绞线，钢拉杆锚具10和竖向预应力筋锚具12可采用夹片式锚具。
34.本发明横墙加固的方法，包括以下步骤：步骤1、在被加固的内、外横墙1、2的两端或同时在两端和两侧对钢筋混凝土组合柱5和斜向钢拉杆6进行定位放线，确定柱顶传力垫块111和柱底传力垫块112安装位置以及
确定上层楼板81和下层楼板82的穿孔位置。
35.步骤2、在钢筋混凝土组合柱5处内、外横墙1、2上进行箍筋植筋，绑扎组合柱内纵向钢筋14和组合柱内箍筋15，安装斜向钢拉杆预埋孔道，在拟穿过斜向钢拉杆6的上层楼板81和下层楼板82上钻斜孔，斜孔方向应与斜向钢拉杆6设置方向相一致，孔径尺寸应保证斜向钢拉杆6能够顺利穿过。
36.步骤3、在被加固内、外横墙1、2对应柱顶传力垫块111和柱底传力垫块112安装位置开洞，洞口应贯穿墙体，其大小应能保证两个传力垫块的安装。
37.步骤4、对柱顶传力垫块111和柱底传力垫块112安装位置的上、下层楼板82和上、下层圈梁9表面进行基层处理，采用不超过10mm厚的高强砂浆层，保证其与柱顶传力垫块111和柱底传力垫块112能够紧密贴合，安装柱顶传力垫块111和柱底传力垫块112，用灌浆料或高强砂浆填实墙洞口与柱顶传力垫块111和柱底传力垫块112之间的间隙。
38.步骤5、对钢筋混凝土组合柱5钢筋绑扎情况进行检验验收，合格后支钢筋混凝土组合柱5模板并浇筑混凝土，对混凝土进行养护。
39.步骤6、钢筋混凝土组合柱5的混凝土强度达到设计要求后，加工制作斜向钢拉杆6和锚具10，自下而上斜向安装斜向钢拉杆6，使其依次穿过柱底传力垫块112、下层楼板82、上层楼板81和柱底传力垫块112，然后安装张拉端钢拉杆锚具10。
40.步骤7、按设计要求对钢拉杆6张拉预应力，张拉完成后，切除钢拉杆锚具10外露钢拉杆，使钢拉杆在锚具外长度不超过30mm。
41.步骤8、柱顶传力垫块111、柱底传力垫块112、钢拉杆锚具10和外露斜向钢拉杆6进行表面封闭处理，保证其耐久性和防火要求，对楼板斜孔进行封闭处理，最后恢复各层地面、墙面。
42.本发明纵墙加固的方法，包括以下步骤：步骤1、在被加固的内、外纵墙3、4的两侧对竖向预应力筋7进行定位放线，确定上传力垫块131和下传力垫块132安装位置和确定上层楼板81和下层楼板82穿孔位置。
43.步骤2、在内、外纵墙3、4两侧竖向预应力筋7位置进行开槽，开槽的宽度和深度应保证能嵌入竖向预应力筋7并留有不小于15mm的水泥砂浆保护层；在竖向预应力筋7穿过上层楼板81和下层楼板82的相应位置开竖孔，孔径尺寸应保证竖向预应力筋7能够顺利穿过。
44.步骤3、在被加固内、外纵墙3、4对应上传力垫块131和下传力垫块132安装位置开洞，洞口应贯穿墙体，其大小应能保证上传力垫块131和下传力垫块132的安装。
45.步骤4、对上传力垫块131和下传力垫块132安装位置的上、下层楼板和上、下层圈梁表面进行基层处理，必要时可采用不超过10mm厚的高强砂浆层，保证其与上传力垫块131和下传力垫块132能够紧密贴合，安装上传力垫块131和下传力垫块132，用灌浆料或高强砂浆填实墙洞口与上传力垫块131或与下传力垫块132之间的间隙。
46.步骤5、加工制作竖向预应力筋7和竖向预应力筋锚具12，自下而上安装竖向预应力筋7，使其嵌入墙上凹槽内，并依次穿过下传力垫块132、下层楼板82、上层楼板81和上传力垫块131，然后安装张拉端竖向预应力筋锚具12。
47.步骤6、按设计要求对预应力筋7张拉预应力，张拉完成后，切除竖向预应力筋锚具12外露预应力筋，使其在竖向预应力筋锚具12外长度不超过30mm；步骤7、采用水泥砂浆对墙上凹槽进行封闭处理，保证竖向预应力筋7的保护层厚
度不小于15mm。
48.步骤8、上传力垫块131、下传力垫块132竖向预应力筋锚具12和外露的竖向预应力筋7进行表面封闭处理，保证其耐久性和防火要求，对楼板孔洞进行封闭处理，最后恢复各层地面、墙面。
49.本发明涉及一种由斜向钢拉杆连接的对称布置的钢筋混凝土组合柱，以及采用这种组合柱对砖砌体房屋的横墙进行加固，采用竖向预应力筋对砖砌体房屋的纵墙进行加固所形成的抗震加固结构。在被加固的房屋横墙两端或同时在两端和两侧对称布置钢筋混凝土组合柱，组合柱之间通过斜向交叉钢拉杆相连；每根钢拉杆的两端分别锚固于相邻组合柱的上端和下端，通过对钢拉杆施加预应力，使钢筋混凝土组合柱并通过组合柱使被加固横墙受到水平和竖向预压作用，从而提高横墙的整体性和承载能力。同时，沿房屋外纵墙的窗间墙和内纵墙的无洞口墙段的两侧均匀对称设置竖向预应力筋并施加预应力，提高房屋纵墙的抗震受剪承载力。本发明提出的斜向钢拉杆混凝土组合柱及竖向预应力混合加固方法，主要适用于横墙承重或混合承重的单层或多层砖砌体结构房屋，可以有效提高房屋的抗震承载力、整体性和耗能能力，有助于房屋震后的变形回复。
50.上面结合附图对本发明进行了示例性的描述，显然本发明的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。