一种加强水平抗剪能力的夯土墙及其施工方法与流程

1.本发明涉及一种加强水平抗剪能力的夯土墙及其施工方法，属于夯土墙加固技术领域。


背景技术：

2.夯土墙是我国古代建筑墙体的主要形式之一，由于其可以利用生土筑墙，具有就地取材、可循环利用、加工简便的优点，同时夯土墙具有优化室内热环境，调节室内湿度的优点。目前在我国陕南、川西、福建、青海等地的传统村落中仍可以看到大量采用夯土墙的居民建筑。
3.但是夯土墙由于受到自身材料抗拉强度较低的影响，墙体的水平抗剪能力弱，墙体易在水平力作用下产生斜裂缝，从而降低墙体的耐久性；同时，水平抗剪能力弱降低了墙体在地震作用下的安全性。因此，对传统村落中的夯土墙进行加固，提高其耐久性和地震作用下的安全性是目前传统村落文化建筑文化遗产保护中亟待解决的问题。
4.目前提高夯土墙的水平抗剪能力主要通过以下两种方法：
5.方法一：在进行夯土墙筑墙施工的时候，在筑墙用的生土中加入草料、秸秆等纤维材料，从而提高生土墙体的抗拉性能；或在筑墙过程中，在墙体内加入水平方向的木骨墙筋，俗称“纤木”。但这种方法仅适用于新建夯土墙时使用，对于已经存在的传统村落建筑夯土墙，这种加固方法并不适用。
6.方法二：在已建成的夯土墙表面，布置水平方向和竖直方向的竹片，水平和竖直的竹片通过镀锌铁丝绑扎固定，并与墙体之间进行锚固，从而形成一种增强的夯土墙。但是，从力学分析角度可知，在风荷载、地震作用等产生的水平剪力作用下，墙身内部产生的拉应力方向是与水平线成近似45
°
角的。因此，水平、竖直设置的竹片在抵抗拉应力时，并不能发挥其100％的作用，造成了加固效率的降低。同时，当夯土墙在水平剪力的作用下产生斜裂缝时，水平、竖向布置的竹片并不能完全阻止墙体斜裂缝的产生，因此这种方法在提高夯土墙耐久性方面的作用亦是有限的。


技术实现要素：

7.本发明所要解决的技术问题在于提供一种加强水平抗剪能力的夯土墙，通过加强龙骨和加固竹片形成的抗侧体系，提高夯土墙的水平抗剪能力和抗裂能力，从而提高其耐久性和在地震作用下的安全性。
8.为了解决上述问题，本发明采用的技术方案如下：
9.一种加强水平抗剪能力的夯土墙，包括墙体，所述墙体的转角、纵横墙体交接处以及墙体与屋面交接处沿水平或竖向分别设置有加强龙骨，水平设置与竖向设置的加强龙骨之间以及加强龙骨与墙体之间均通过栓钉连接紧固，
10.所述墙体在两侧墙面上对应设置沿斜向交叉分布的加固竹片，所述加固竹片在交叉处各开设对穿螺栓孔，所述墙体两侧的穿螺栓孔内放置对拉螺栓将两侧的加固竹片拉结
固定。
11.进一步，所述加固竹片与水平方向的夹角为45
°
。
12.进一步，所述墙体墙面上开设有与加强龙骨相适配的凹槽，所述水平加强龙骨及竖向加强龙骨设置所述凹槽内。
13.进一步，为了就地取材、方便施工，所述加强龙骨为厚竹片或木楞或角钢。
14.本发明还提供了上述加强水平抗剪能力的夯土墙的施工方法，包括以下步骤：
15.s1、在墙体的转角、纵横墙交接处以及与屋面交接处沿水平或竖向分别设置有加强龙骨，水平设置与竖向设置的加强龙骨之间以及加强龙骨与墙体之间均通过栓钉连接紧固，形成一完整的受力框架；
16.s2、在墙体的两侧墙面上放线确定斜向加固竹片的位置，在加固竹片相交处，采用钻头在墙面上钻对穿螺栓孔；
17.s3、清理墙体表面浮土，并将墙体表面略微凿毛，然后在墙体表面刷一层水泥砂浆，然后将加固竹片按放线位置逐一放置在夯土墙表面，竹片通过栓钉与墙面及加强龙骨连接固定，在对穿螺栓孔位置处，竹片上也开一个与对穿螺栓孔大小相同的孔洞；
18.s4、待墙体两侧墙面都完成竹片加固后，在预留的对穿螺栓孔内穿入对穿螺栓，两侧分别采用螺帽锚固，从而保证两侧的加固竹片之间进行有效拉结；
19.s5、在加固完成的墙体表面，用水泥砂浆进行找平保持墙面的平整。
20.进一步，在步骤s1中，根据加强龙骨的尺寸，预先在夯土墙面上开槽，然后将加强龙骨安装在槽内，从而保证加固完成后的夯土墙面平整。
21.进一步，在步骤s3中，水泥砂浆的厚度为1mm。
22.本发明的工作原理是，由于将表面加固的竹片更改为斜向布置，竹片方向与夯土墙在水平剪力作用下墙体内拉应力的方向平行，加固竹片的受力情况为顺纹受拉，而当加固竹片水平、竖直布置时，竹片方向与夯土墙在水平剪力作用下墙体内的拉应力方向成近似45
°
角，墙体内的拉应力会使竹片顺纹和横纹方向同时受到拉应力的作用。由竹子的力学特征可知，其横纹方向抗拉强度仅为顺纹方向抗拉强度的2％～10％。当竹片斜向布置时，其抵抗墙体水平剪力的能力是竹片水平、竖直布置时的7.1～35.3倍。
23.与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
24.本发明将加固竹片斜向布置，可有效利用竹片的顺纹抗拉强度，提高夯土墙的水平抗剪能力，同时，斜向布置的加固竹片可以有效抑制墙体在水平剪力作用下斜裂缝的产生，从而提高墙体的耐久性。加强龙骨可在墙体内形成稳定的受力框架，加强龙骨与加固竹片相互连接形成稳定的抗侧体系，可提高夯土墙在地震作用下的安全性。
附图说明
25.图1为本发明所述加强水平抗剪能力的夯土墙一实施例的结构示意图；
26.图2为本发明所述加强水平抗剪能力的夯土墙的施工方法中步骤s1的示意图；
27.图3为本发明所述加强水平抗剪能力的夯土墙的施工方法中步骤s2的示意图；
28.图4为本发明所述加强水平抗剪能力的夯土墙的施工方法中步骤s3的示意图；
29.图5为本发明所述加强水平抗剪能力的夯土墙的施工方法中步骤s4的示意图；
30.图6为现有技术中采用水平与竖直放置加固竹片时的受力分析图；
31.图7为本发明采用斜向交叉放置加固竹片时的受力分析图；
32.图8为加固竹片顺纹受拉与横纹受拉的对比示意图。
具体实施方式
33.以下结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。根据下面的说明，本发明的目的、技术方案和优点将更加清楚。需要说明的是，所描述的实施例是本发明的优选实施例，而不是全部的实施例。
34.结合图1、图4及图5所示，一种加强水平抗剪能力的夯土墙，包括墙体1，所述墙体1的转角、纵横墙体交接处以及墙体与屋面交接处沿水平或竖向分别设置有加强龙骨2，水平设置与竖向设置的加强龙骨2之间以及加强龙骨2与墙体1之间可通过栓钉连接紧固。所述墙体在两侧墙面上对应设置沿斜向交叉分布的加固竹片5，所述加固竹片5与水平方向的夹角为45
°
。所述加固竹片5在交叉处各开设对穿螺栓孔4，所述墙体两侧的穿螺栓孔4内放置对拉螺栓6将两侧的加固竹片拉结固定。
35.结合图3所示，当选用的加强龙骨厚度较大，直接在墙面上安装会凸出墙面较多时，在所述墙体墙面上开设有与水平或竖向加强龙骨相适配的凹槽1-1，所述水平加强龙骨3及竖向加强龙骨2设置所述凹槽1-1内，从而保证加固完成后的夯土墙面平整。所述加强龙骨2的材料根据就地取材、方便施工的原则，同时考虑到待加固夯土墙日后拟使用的期限及需要达到的安全等级，可选择厚竹片、木楞或角钢等材料。
36.上述加强水平抗剪能力的夯土墙的施工方法，包括以下步骤：
37.s1、在墙体1的转角、纵横墙交接处以及与屋面交接处沿水平或竖向分别设置有加强龙骨2，水平设置与竖向设置的加强龙骨2之间以及加强龙骨2与墙体1之间均通过栓钉连接紧固，形成一完整的受力框架；
38.s2、在墙体1的两侧墙面上放线确定斜向加固竹片的位置，在加固竹片相交处，采用钻头在墙面上钻对穿螺栓孔4；
39.s3、清理墙体1表面浮土，并将墙体1表面略微凿毛，然后在墙体1表面刷一层1mm厚的水泥砂浆，然后将加固竹片5按放线位置逐一放置在夯土墙表面，竹片通过栓钉与墙面及加强龙骨连接固定，在对穿螺栓孔位置处，竹片上也开一个与对穿螺栓孔大小相同的孔洞；
40.s4、待墙体两侧墙面都完成竹片加固后，在预留的对穿螺栓孔内穿入对穿螺栓6，两侧分别采用螺帽锚固，从而保证两侧的加固竹片之间进行有效拉结；
41.s5、在加固完成的墙体表面，用水泥砂浆进行找平保持墙面的平整。
42.在步骤s1中，当选用的加强龙骨厚度较大，直接在墙面上安装会凸出墙面较多时，根据加强龙骨的尺寸，预先在夯土墙面上开槽，然后将加强龙骨安装在槽内，从而保证加固完成后的夯土墙面平整。
43.结合图6所示，当加固竹片水平、竖直布置时，竹片方向与夯土墙在水平剪力作用下墙体内的拉应力方向成近似45
°
角，墙体内的拉应力t0会使竹片顺纹和横纹方向同时受到拉应力(t1和t2)的作用。
44.结合图7所示，当加固竹片沿斜向布置时，水平剪力作用下夯土墙里产生的拉应力t0方向与竹片顺纹受拉的受力方向一致。有效利用了竹片的顺纹抗拉强度。
45.根据力的分解原则，当竹片水平、竖直布置时：当竹片斜向布置时，t3＝t0。由竹子的力学特征可知，其横纹方向抗拉强度仅为顺纹方向抗拉强度的2％～10％。
46.假设竹子的顺纹抗拉强度为[τ]，则其横纹抗拉强度为2％～10％[τ]。假设在两种加固情况下，竹子均达到自身抗拉强度的最大值，则当竹片水平、竖直布置时，为保证竹片不破坏，则t0≤2.83％～14.14％[τ]。当竹片斜向布置时，为保证竹片不破坏，t0＝t3≤[τ]。由此可见，当竹片斜向布置时，其抵抗墙体水平剪力的能力是竹片水平、竖直布置时的7.1～35.3倍。由此可见，将加固竹片斜向布置，可有效利用竹片的顺纹抗拉强度，提高夯土墙的水平抗剪能力，同时，斜向布置的加固竹片可以有效抑制墙体在水平剪力作用下斜裂缝的产生，从而提高墙体的耐久性。在有效利用加固竹片顺纹拉伸强度的同时，利用加强龙骨可在墙体内形成稳定的受力框架，加强龙骨与加固竹片相互连接形成稳定的抗侧体系，可提高夯土墙在地震作用下的安全性。
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以上所述，仅是本发明优选实施例的描述说明，并非对本发明保护范围的限定，显然，任何熟悉本领域的技术人员基于上述实施例，可轻易想到替换或变化以获得其他实施例，这些均应涵盖在本发明的保护范围之内。