一种装配式加固既有砌体结构体系及其施工方法

1.本发明涉及既有墙体加固技术领域，具体地说是一种装配式加固既有砌体结构体系及其施工方法。


背景技术：

2.近十年我国的历次震害表明，缺少抗震措施的砌体结构难以在强震中生存，而现存特别是世纪80年代以前的老旧房屋，受当时社会经济及技术水平的限制，其抗震能力很低，难以抵御当前设防地震。此类结构在今年来发生的地震中大量倒塌造成了惨重的人员伤亡，迫切需要进行抗震加固以提升其抗震能力。
3.传统加固方式中，最常用的一种加固方式是在墙体的一侧或者两侧采用增加钢筋网砂浆面层和钢筋混凝土面层进行加固，但是这种施工方式需要居住或办公人员迁出，增加了安置成本，且现场需要大量的湿作业，对环境影响大，施工周期长。随着装配式技术的成熟应用，其优点逐渐显露出来，通过可靠的连接保证新旧材料协同工作，使得装配式技术在既有砌体结构加固中应用成为现实。相对于传统的加固方式，这种加固方法的优点是生产效率高，施工周期短，对周围环境影响小。但是目前研究的方向多为在整片墙粘贴混凝土板，或在外侧增设剪力墙的方式进行，这种方式需要根据所加固房屋墙体的具体尺寸生产预制钢筋混凝土板，对制作精度要求较高，加固周期仍较长，无法达到量产效果，影响推广。


技术实现要素：

4.本发明的技术任务是针对以上不足之处，提供一种装配式加固既有砌体结构体系及其施工方法，能够实现预制构件安装灵活，可局部、可整体无限制施工，可选择安装在应力较大或薄弱的位置，优化加固效率。
5.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
6.一种装配式加固既有砌体结构体系，包括多个预制加固单元板和用于将预制加固单元板与既有墙体固定的连接固定板，
7.预制加固单元板由预制混凝土板和预埋钢板组成，预制混凝土板内均匀配置有水平筋和竖向筋，预埋钢板具有与预制混凝土板预埋连接的水平板和与水平板固定的竖向连接板；所述竖向筋在预制混凝土板的顶部向上穿过预埋钢板的水平板并与其连接固定；
8.所述预制加固单元板包括加固板a和加固板b，加固板a的竖向连接板与加固板b的竖向连接板相互交叠配合，实现加固板a与加固板b的拼接；加固板a的竖向连接板与加固板b的竖向连接板的对应位置上分别开设有连接孔；加固板a和加固板b的预制混凝土板上设置预留孔；
9.连接固定板包括横向固定角钢、竖向固定角钢和连接板，横向固定角钢与竖向固定角钢通过连接板固定，横向固定角钢根据其要固定的预制加固单元板的预留孔开设有单元板固定孔、并均匀开设有楼板固定孔，竖向固定角钢均匀开设有墙体固定孔；
10.所述连接板包括横向连接板、l形连接板和端部连接板，横向连接板用于竖直面内
横向固定角钢与竖向固定角钢的连接，l形连接板用于水平面内横向固定角钢与竖向固定角钢的连接，端部连接板用于竖向固定角钢或横向固定角钢端部与既有楼板/顶板或侧墙的连接。
11.所述横向固定角钢和竖向固定角钢分别形成装配式圈梁和装配式构造柱，加固板a、加固板b通过连接件与层间装配圈梁连接，装配圈梁与装配构造柱通过焊接连接；形成既能提高竖向承载力，又能提高抗震性能的一种加固体系。
12.使用该加固装置进行既有墙体的加固，可以选择预制加固单元板安装于需要加固的部位，预制加固单元板工厂化加工，利于质量控制；采用角钢和上述的连接板进行连接安装，代替传统的钢筋网砂浆面层和钢筋混凝土面层施工，有利于节能减排，提高施工效率，且施工方便，可缩短工期，降低综合成本；可局部、可整体无限制施工，解决加固期间需要房屋腾空、停用的难题。
13.优选的，所述预制加固单元板为模数化预制生产，即若模数为m，则预制混凝土板为m
×
m的方形板；所述模数包括600mm和900mm，所述预埋钢板的高度为200mm。
14.采用成模数化的预制构件，可以实现工业化生产，提高生产效率，且应用方便，在墙体需要加固时选择合适模数的预制构件进行加固即可，解决了已有的加固方式中需要根据所加固的房屋墙体的具体尺寸生产预制板，周期较长，效率较低，且无法达到量产的问题。
15.优选的，为保证预制加固单元板的连接稳固，所述预留孔为5个，包括预制混凝土板的中心1个孔和以该孔为中心呈矩形对称布置在预制混凝土板上、下两边部的4个孔，所述预制混凝土板上/下两边部的两预留孔的间距为边长的1/2。
16.进一步的，所述连接孔为两个，两个连接孔与预制混凝土板上/下两边部的两个孔位于同一竖直中心线上。
17.优选的，u形竖向筋与预埋钢板的水平板点焊固定。
18.优选的，该加固装置还包括连接件，连接件用于预制加固单元板间、预制加固单元板与既有墙体、连接固定板与预制加固单元板、连接固定板既有墙体、连接固定板与楼板的连接固定，包括对拉螺杆和锚固钢绞线，所述锚固钢绞线包括锚固件和预应力钢绞线，锚固件具有位于中心的钢绞线过孔和位于钢绞线过孔两侧对称布置的注浆孔。
19.由于砌体墙在地震作用下，破坏形式多为窗间墙的x型裂缝或窗角水平裂缝，所以可以考虑仅加固窗间墙、窗侧墙。本加固装置采用装配式的预制加固单元，且进行模数化设计，可以根据需要选择合适的数量和模数的预制加固单元板直接安装于指定的位置，起到有效加固的作用。
20.本发明还要求保护一种既有墙体加固施工方法，该方法使用上述的既有墙体加固装置进行既有墙体的加固，
21.选择一组或多组预制加固单元板固定于待加固墙体，当待加固墙体需整体加固时，将一组预制加固单元板固定于墙体的中线位置或将多组预制加固单元板均匀布置于待加固墙体；当待加固墙体需局部加固时，选择加固单元固定于指定位置；
22.将加固板a和加固板b进行拼接，加固板a和加固板b均贴实待加固墙面，所述拼接部位通过锚固钢绞线固定于待加固墙面；加固板a和加固板b远离拼接部的一端分别通过横向固定角钢固定于待加固墙面，即通过横向固定角钢一侧面上开设的单元板固定孔实现预
制加固单元板、横向固定角钢与待加固墙面的固定，通过横向固定角钢另一侧面上开设的楼板固定孔实现所述横向固定角钢与底板或顶板的固定；
23.所述横向固定角钢的两端延伸至待加固墙体两侧的竖墙并通过竖向固定角钢固定，即通过竖向固定角钢上的墙体固定孔实现竖向固定角钢与竖墙的固定，横向固定角钢与竖向固定角钢通过连接板连接，进而实现横向固定角钢与竖墙的固定、竖向固定角钢与楼板/顶板的固定。
24.进一步的，所述既有墙体的加固根据墙体的受力分析选择单侧面板加固或双侧面板加固，
25.单侧面板加固，选择一组或多组预制加固单元板固定于待加固墙体的一侧面；
26.双侧面板加固选择相互对称的两组或多组预制加固单元板分别固定于待加固墙体的两侧面，待加固墙体两侧面的预制加固单元板对称布置。
27.优选的，所述加固单元为由一组相互配合的加固板a和加固板b拼接形成的矩形加固单元；当待加固墙体为多楼层时，所述一组预制加固单元板加固，为多个由加固板a和加固板b拼接成的加固单元竖直排布形成一列加固带；多组预制加固单元板加固，则为多列由所述加固单元形成的多列加固带；
28.待加固墙体的局部加固则在指定部位安装所述由加固板a和加固板b拼接成的加固单元。
29.所述竖向固定角钢与竖墙采用对拉螺杆固定，且两侧竖墙上对拉螺杆位置为对称布置；
30.所述对拉螺杆在楼层间的布置为以中心的对拉螺杆向上、下两端对称排列直至上、下两端的对拉螺杆至楼板/底板，其间距比例为17.5:37.5:37.5:7.5。即位于中心的对拉螺杆间距较小、上下两端的对拉螺杆靠近楼板、其余位置的可均布。
31.优选的，对于预制加固单元板2的选择和确定预制模数的方案如下：采用有限元参数化分析方法对试验模型进行数值模拟分析，对比和确定试验研究参数，通过分析试验构件的破坏现象和受力机理，验证试验方案的可行性和加固方法的有效性，优化并确定试验方案；
32.通过拟静力试验方法，对比研究试验构件加固前后试验过程中的变形、裂缝和受力等变化现象，分析受力变形曲线、往复滞回曲线和新老材料协同工作特征以及构件薄弱环节和受力机理；根据实验研究分析结果，优化节点连接构造形式，选择合适的预制加固单元板2及其固定位置，得到既有砌体结构整体抗震性能的加强措施；
33.分析加固后的构件承载力，确定既有砌体结构装配式加固方案，以及既有砌体结构智能化装配式加固施工工艺。
34.本发明的一种装配式加固既有砌体结构体系及施工方法与现有技术相比，具有以下有益效果：
35.预制加固单元板可进行工厂化加工，装配式的加固方式，可以缩短工期，减少对业主的使用影响，湿作业少，减少对周围环境的影响。采用预拉螺杆或预应力钢绞线连接，可以保证预制加固单元板与原有砌体结构的协同工作；预制加固单元板安装灵活，可以选择安装在应力较大或薄弱的位置，优化加固效率。
36.该加固装置解决加固板间、加固板与既有墙体、上下楼层穿楼板、纵横墙之间的装
配连接，且能够实现加固增强。装配式技术安装施工，减少人工投入，安全绿色，解决空间需求大，人力物力投入的缺陷。
37.该施工方法可将有模数可量产的装配式预制加固构件直接安装到既有砌体墙，进行加固，利于质量控制、节能减排、缩短工期、降低综合成本，解决湿作业、施工周期长、环境影响大的缺陷；可采用智能机械装配式技术安装施工，减少人工投入，安全绿色。
附图说明
38.图1是本发明实施例提供的一种装配式加固既有砌体结构体系的整体安装示意图；
39.图2是本发明实施例提供的另一种装配式加固既有砌体结构体系的整体安装示意图；
40.图3是本发明实施例提供的一种装配式加固既有砌体结构体系的安装位置及连接示意图；
41.图4是本发明实施例提供的另一种装配式加固既有砌体结构体系的安装位置及连接示意图；
42.图5是本发明实施例提供的又一种装配式加固既有砌体结构体系的安装位置及连接示意图；
43.图6是图1中1-1所示的剖面图；
44.图7是图2中1-1所示的剖面图；
45.图8是图1中2-2所示的剖面图；
46.图9是图1中3-3所示的剖面图；
47.图10是图3中连接板部位的示意图；
48.图11是图10中4-4所示的剖面图；
49.图12是预制加固单元板的配筋示意图；
50.图13是图12所示的预制加固单元板的侧视图；
51.图14是预制加固单元板的预留孔示意图；
52.图15是另一实施例提供的预制加固单元板的预留孔示意图；
53.图16是a型的预制加固单元板的侧视图；
54.图17是b型的预制加固单元板的侧视图；
55.图18是图8所示的连接件的示意图；
56.图19是图18中的锚盘结构图；
57.图20是图19所示锚盘的侧视图；
58.图21是l形连接板的结构示意图；
59.图22是端部连接处的结构示意图；
60.图23是本发明一种实施例提供的单侧面板安装时图1中3-3所示的剖面图；
61.图24是本发明一种实施例提供的单侧面板安装时图1中2-2所示的剖面图。
62.图中，1、既有墙体，2、预制加固单元板，2-1、预制混凝土板，2-2、预埋钢板，2-a、加固板a，2-b、加固板b，3、竖向固定角钢，4、横向固定角钢，5、楼板，6、楼板固定孔，7、单元板固定孔，8、连接孔，9、预留孔，10、对拉螺杆，11、横向连接板，12、l形连接板，13、端部连接
板，13-1、端板开孔，14、预应力钢绞线，15、销键，16、锚固件，16-1、钢绞线孔，16-2、注浆孔，17、u形竖向筋，18、水平筋。
具体实施方式
63.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
64.砌体结构由于造价低，建造简单，便于取材，80年代及以前的大部分城市住宅、办公楼及农村自主房屋采用砌体结构，由于我国经济水平的提高，对建筑抗震设防水平提出更高的要求；或者部分砌体结构由于改变使用功能，原有结构的抗震设防水平、抗震措施及抗震承载力需要按现行的《建筑抗震设计规范》gb50011-2010重新复核验算；还有少部分的砌体结构已接近设计使用寿命，如继续使用需重新按《民用建筑可靠性鉴定标准》gb50292-2015及《建筑抗震鉴定标准》gb50023-2009进行鉴定评估；以上类型建筑均需要安全性及抗震性加固。大部分的砌体结构房屋目前正在投入使用，大部分业主希望能快速施工、缩短施工工期，同时尽量不影响使用，通过装配式技术加固砌体结构可以满足业主快速施工且不影响正常使用的需求。
65.本发明实施例提供一种装配式加固既有砌体结构体系，包括多个预制加固单元板2和用于将预制加固单元板与既有墙体1固定的连接固定板。
66.如图12-17所示，预制加固单元板2由预制混凝土板2-1和预埋钢板2-2组成，预制混凝土板2-1内均匀配置有水平筋18和u形的竖向筋17，预埋钢板2-2具有与预制混凝土板2-1预埋连接的水平板和与水平板固定的竖向连接板；所述竖向筋17在预制混凝土板2-1的顶部向上穿过预埋钢板2-2的水平板并与水平板点焊固定。
67.所述预制加固单元板2包括两种型号的加固板，分别为加固板a2-a和加固板b 2-b，加固板a2-a的竖向连接板与加固板b 2-b的竖向连接板相互交叠配合，实现加固板a 2-a与加固板b 2-b的拼接；加固板a 2-a的竖向连接板与加固板b 2-b的竖向连接板的对应位置上分别开设有连接孔8；加固板a 2-a和加固板b 2-b的预制混凝土板上设置预留孔9。如图16、17所示，分别为两种型号的加固板的侧视图；如图1、图8和图24所示，为加固板a 2-a和加固板b 2-b拼接后的安装图。
68.所述预制加固单元板2为模数化预制生产，即若模数为m，则预制混凝土板为m
×
m的方形板；本实施例中，模数包括600mm和900mm，即包括预制混凝土板为600mm
×
600mm的方形板和900mm
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900mm的方形板，所述预埋钢板的高度为200mm。根据加固面积及需求选择合适模数的预制加固单元板2进行安装加固。
69.如图14、15所示，为保证预制加固单元板2的连接稳固，所述预留孔9为5个，包括预制混凝土板2-1的中心1个孔和以该孔为中心呈矩形对称布置在预制混凝土板上、下两边部的4个孔，所述预制混凝土板2-1上/下两边部的两孔的间距为边长的1/2；
70.所述连接孔8为两个，两个连接孔8与预制混凝土板2-1上/下两边部的两个预留孔9位于同一竖直中心线上。
71.连接固定板包括横向固定角钢4、竖向固定角钢3和连接板，横向固定角钢4与竖向固定角钢3通过连接板固定，横向固定角钢4根据其要固定的预制加固单元板2的预留孔9开设有单元板固定孔7、并均匀开设有楼板固定孔6，竖向固定角钢3均匀开设有墙体固定孔。在预制加固单元板2安装时，单元板固定孔7与预制加固单元板2的预留孔9对应，并通过连
接件与既有墙体1固定；楼板固定孔6用于通过连接件将横向固定角钢4与既有墙体1固定；竖向固定角钢3的墙体固定孔用于通过连接件将竖向固定角钢3与侧边的既有墙体1固定。
72.所述连接板包括横向连接板11、l形连接板12和端部连接板13。横向连接板11用于竖直面内横向固定角钢4与竖向固定角钢3的连接，l形连接板12用于水平面内横向固定角钢4与竖向固定角钢3的连接，端部连接板13用于竖向固定角钢3或横向固定角钢4端部与既有楼板5/顶板或侧墙的连接，端部连接板13具有端板开孔13-1用于连接件的连接固定。通过使用横向连接板11、l形连接板12和端部连接板13，保证横向固定角钢4与竖向固定角钢3、竖向固定角钢3与楼板5、横向固定角钢4与侧墙的连接，解决加固板间、加固板与既有墙体1、上下楼层穿楼板、纵横墙之间的装配连接问题。
73.该加固装置还包括连接件，连接件用于预制加固单元板间、预制加固单元板2与既有墙体1、连接固定板与预制加固单元板2、连接固定板既有墙体1、连接固定板与楼板5的连接固定，包括对拉螺杆10和锚固钢绞线，所述锚固钢绞线包括锚固件16、销键15和预应力钢绞线14，如图8、图18-20所示，锚固件16具有位于中心的钢绞线过孔16-1和位于钢绞线过孔16-1两侧对称布置的注浆孔16-2。
74.使用该加固装置进行既有墙体的加固，可以选择预制加固单元板2安装于需要加固的部位，预制加固单元板2工厂化加工，利于质量控制；采用横向固定角钢4、竖向固定角钢3和连接板进行连接安装，实现预制加固单元板2的稳固固定。该加固装置代替传统的钢筋网砂浆面层和钢筋混凝土面层施工，有利于节能减排，提高施工效率，且施工方便，可缩短工期，降低综合成本；解决湿作业、施工周期长、环境影响大的缺陷；可局部、可整体无限制施工，解决加固期间需要房屋腾空、停用的难题。
75.由于砌体墙在地震作用下，破坏形式多为窗间墙的x型裂缝或窗角水平裂缝，所以可以考虑仅加固窗间墙、窗侧墙。通过有模数可量产的装配式预制构件直接安装到砌体墙上，从而起到加固的效果。
76.采用成模数化的预制构件，可以实现工业化生产，提高生产效率，且应用方便，在墙体需要加固时选择合适模数的预制构件进行加固即可，解决了已有的加固方式中需要根据所加固的房屋墙体的具体尺寸生产预制板，周期较长，效率较低，且无法达到量产的问题。
77.本发明实施例还提供一种既有墙体加固施工方法，该方法使用上述实施例中描述的既有墙体加固装置进行既有墙体的加固。
78.在对既有墙体1进行加固施工时，根据计算，选择一组或多组预制加固单元板2固定于待加固墙体，当待加固墙体需整体加固时，将一组预制加固单元板2固定于墙体的中线位置或将多组预制加固单元板均匀布置于待加固墙体；如图1和图2所示，分别为一组预制加固单元板2和多组预制加固单元板2的安装结构示意图。
79.当待加固墙体需局部加固时，选择加固单元固定于指定位置。
80.所述加固单元为由一组相互配合的加固板a 2-a和加固板b 2-b拼接形成的矩形加固单元，如图1所示的一个楼层间的预制加固单元板2为一个加固单元；加固板a 2-a与加固板b 2-b通过预应力钢绞线14和销键15、锚固件16与既有墙体1固定，加固板a 2-a和加固板b 2-b的另一端分别通过横向固定角钢4与既有墙体1固定；当待加固墙体为多楼层时，所述一组预制加固单元板加固，为多个由加固板a 2-a和加固板b 2-b拼接成的加固单元竖直
排布形成一列加固带；多组预制加固单元板加固，则为多列由所述加固单元形成的多列加固带。
81.待加固墙体的局部加固则在指定部位安装所述由加固板a 2-a和加固板b 2-b拼接成的加固单元。
82.如图1、图6-8所示，安装时，将加固板a 2-a和加固板b 2-b进行拼接，加固板a 2-a和加固板b 2-b均贴实待加固墙面，所述拼接部位通过锚固钢绞线固定于既有墙体1；加固板a 2-a和加固板b 2-b远离拼接部的一端分别通过横向固定角钢4固定于既有墙体1，即通过横向固定角钢4的一侧面上开设的单元板固定孔7实现预制加固单元板2、横向固定角钢4与既有墙体1的固定，通过横向固定角钢4另一侧面上开设的楼板固定孔6实现所述横向固定角钢4与楼板5的固定。
83.所述横向固定角钢4的两端延伸至待加固墙体两侧的竖墙并通过竖向固定角钢3固定，即通过竖向固定角钢3上的墙体固定孔使用对拉螺杆10实现竖向固定角钢3与竖墙的固定；横向固定角钢4与竖向固定角钢3通过连接板连接，即竖直面内横向固定角钢4与竖向固定角钢3的连接采用横向连接板11连接，水平面内横向固定角钢4与竖向固定角钢3的连接采用l形连接板12连接，横向固定角钢4与竖向固定角钢3的端部分别焊接固定有端部连接板13，用于竖向固定角钢3或横向固定角钢4端部与既有楼板5/顶板或侧墙的连接固定，进而实现横向固定角钢4与竖墙的固定、竖向固定角钢3与楼板5的固定。
84.通过横向固定角钢4和竖向固定角钢3的相互固定以及横向固定角钢4和竖向固定角钢3与既有墙体1的固定，实现预制加固单元板2的稳固固定；同时，横向固定角钢4与竖向固定角钢3的相互固定以及横向固定角钢4和竖向固定角钢3与既有墙体1的固定进一步起到支撑和传递的作用，从而进一步加固墙体。
85.如图3-5所示，竖向固定角钢3与竖墙采用对拉螺杆10固定，且两侧竖墙上对拉螺杆10的位置为对称布置；
86.对拉螺杆10在楼层间的布置为以中心的对拉螺杆向上、下两端对称排列直至上、下两端的对拉螺杆至楼板/底板，其间距比例为17.5:37.5:37.5:7.5。即位于中心的对拉螺杆间距较小、上下两端的对拉螺杆靠近楼板、其余位置的可均布。如图3-5中所示的对拉螺杆10间距，由中心向上、下两端直至上、下两端的对拉螺杆至楼板/底板的间距分别为：175mm、375mm、375mm、75mm。可根据现场施工情况以及使用对拉螺杆的数量进行排布，该实施例中的间距及间距比例仅为示例，不限于此间距和间距比例，可根据实际施工选择。
87.所述既有墙体的加固根据墙体的受力分析选择单侧面板加固或双侧面板加固。
88.如图23、24所示，为单侧面板加固，选择一组或多组预制加固单元板固定于待加固墙体的一侧面，另一侧面可安装垫板，通过对拉螺杆10和预应力钢绞线14进行固定；
89.双侧面板加固则选择相互对称的两组或多组预制加固单元板分别固定于待加固墙体的两侧面，待加固墙体两侧面的预制加固单元板对称布置。如图8、9所示。
90.该施工方法中，可采用智能机械装配式技术安装施工，进一步减少人工投入，且施工安全、绿色，有效解决了空间需求大、人力物力投入大的难题。
91.对于预制加固单元板2的选择和确定预制模数的方案如下：采用有限元参数化分析方法对试验模型进行数值模拟分析，对比和确定试验研究参数，通过分析试验构件的破坏现象和受力机理，验证试验方案的可行性和加固方法的有效性，优化并确定试验方案；
92.通过拟静力试验方法，对比研究试验构件加固前后试验过程中的变形、裂缝和受力等变化现象，分析受力变形曲线、往复滞回曲线和新老材料协同工作特征以及构件薄弱环节和受力机理；根据实验研究分析结果，优化节点连接构造形式，选择合适的预制加固单元板2及其固定位置，得到既有砌体结构整体抗震性能的加强措施；
93.分析加固后的构件承载力，确定既有砌体结构装配式加固方案，以及既有砌体结构智能化装配式加固施工工艺。
94.通过上面具体实施方式，所述技术领域的技术人员可容易的实现本发明。但是应当理解，本发明并不限于上述的具体实施方式。在公开的实施方式的基础上，所述技术领域的技术人员可任意组合不同的技术特征，从而实现不同的技术方案。
95.除说明书所述的技术特征外，均为本专业技术人员的已知技术。