專利名稱：一種底部框架柱震損房屋建筑的修復(fù)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及原有建筑物的隔絕或其它防護(hù)和修理措施，具體涉及建筑物的修復(fù)、
加固和隔震方法。
背景技術(shù)：
每一次大地震都會(huì)造成大量的房屋建筑倒塌或不同程度的損毀?，F(xiàn)代科學(xué)研究表 明，目前房屋建筑中多數(shù)商住樓出現(xiàn)，在此類房屋建筑中底部樓層需要大的空間，為此，底 部樓層常常不增設(shè)填充墻，導(dǎo)致底部樓層沒有墻體結(jié)構(gòu)對其剛度的貢獻(xiàn)，加之底層的層高 相對較高，柱構(gòu)件的線剛度相對較小，因此薄弱層常出現(xiàn)在房屋建筑下部的一樓或二樓。遇 到強(qiáng)烈地震時(shí)，薄弱層首先產(chǎn)生破壞并且損毀程度較上部的樓層更為嚴(yán)重，有時(shí)甚至上部 結(jié)構(gòu)完好無損，而下部的框架柱則出現(xiàn)斷裂而致使整個(gè)房屋建筑癱塌。上述理論在2008年 5月12日四川汶川大地震中也得到進(jìn)一步證實(shí)。對于一些下部損毀嚴(yán)重而上部尚完好房屋 建筑如果一律推倒重建，顯然是一種資源的浪費(fèi)。因此，如果能將上部尚完好的房屋建筑經(jīng) 過適當(dāng)?shù)男奚苹蚋慕纯赏度胧褂?，顯然既可為災(zāi)后重建贏得寶貴時(shí)，又可節(jié)約人力和資 金，意義十分重大。 關(guān)于原有建筑物的抗震加固和輕微震損房屋建筑修復(fù)的成功案例報(bào)道較多，技術(shù) 也相對成熟，如國知局公開的公開號(hào)為CN1392319A、CN1460763A、CN1629435A和CN1710222 A等發(fā)明專利申請。但是，上述專利申請的所述的方案都是通過增加梁和柱截面積或外包建 筑材料來加固或/和修復(fù)的，因此不適用于底層框架柱震損癱塌的建筑物的修復(fù)。此外，由 于上述專利申請所述的加固方法未采用任何隔震措施，如再次遭遇地震仍有倒塌的危險(xiǎn)， 尤其是無法抵御烈度更大地震。 現(xiàn)有技術(shù)中，新建房屋建筑中采用隔震措施的成功經(jīng)驗(yàn)頗豐，而將隔震技術(shù)用于 震損或底部癱塌房屋建筑的修復(fù)中則鮮而未聞。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種具有隔震措施的底部
框架柱震損的房屋建筑的修復(fù)方法。 本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案是 —種底部框架柱震損房屋建筑的修復(fù)方法，該方法包括下列步驟 a、視房屋建筑的震損情況確定隔震層當(dāng)房屋建筑原位癱塌時(shí)，以癱塌層為隔震
層；當(dāng)房屋建筑底層的框架柱震損但結(jié)構(gòu)基本完好時(shí)，以房屋建筑的底層為隔震層； b、在所確定的隔震層的框架梁與地基之間設(shè)置千斤頂將隔震層的上部基本完好
結(jié)構(gòu)水平頂起；其中所述千斤頂?shù)陌惭b位置、數(shù)量和規(guī)格型號(hào)的確定方法是，利用已有的設(shè)
計(jì)圖紙建立隔震層上部基本完好結(jié)構(gòu)的有限元模型并進(jìn)行分析計(jì)算，再根據(jù)隔震層上部基
本完好結(jié)構(gòu)的質(zhì)量進(jìn)行模擬分析確定； c、將隔震層每根震損的框架柱截去大于隔震支座高度的長度，然后將截?cái)嗵幹鶅?nèi)上下鋼筋籠修復(fù)并增加水平和豎向鋼筋進(jìn)行加強(qiáng)；其中所述隔震支座的規(guī)格型號(hào)的確定方 法是，利用已有的設(shè)計(jì)圖紙建立隔震層上部基本完好結(jié)構(gòu)的有限元模型并進(jìn)行分析計(jì)算， 再根據(jù)所算出的隔震層的柱軸力進(jìn)行模擬分析確定； d、在修復(fù)并加強(qiáng)的鋼筋籠的上下兩端部分別水平放置一安裝隔震支座的預(yù)埋件 并分別與上下鋼筋籠悍接在一起； e、制作模板并澆注混凝土，修建經(jīng)步驟d處理的截?cái)嗟目蚣苤?
f、待混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度時(shí)，安裝隔震支座；
g、對隔震層的梁柱節(jié)點(diǎn)進(jìn)行常規(guī)的加固；
h、拆除千斤頂并進(jìn)行常規(guī)的內(nèi)外粉飾。 本發(fā)明所述的修復(fù)方法，當(dāng)所述上部完整結(jié)構(gòu)的梁柱局部損傷時(shí)，還包括上部完 整結(jié)構(gòu)中損傷的梁和柱的外包加固步驟，即對隔震層的梁柱節(jié)點(diǎn)進(jìn)行常規(guī)的加固后再對上 部基本完好結(jié)構(gòu)中損傷的梁和柱進(jìn)行外包加固。 本發(fā)明的上述修復(fù)方法，當(dāng)隔震層原框架結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度不足時(shí)，步驟g在進(jìn)
行梁柱節(jié)點(diǎn)加固的同時(shí)可外包鋼板進(jìn)行框架梁加固；當(dāng)抗震效果不理想時(shí)，可在拆除千斤
頂后，于隔震層框架梁的下方設(shè)置人字形的消能減震支撐或斜向消能減震支撐。 本發(fā)明所述的修復(fù)方法，其中所述的隔震支座可以是鉛芯橡膠隔震支座、普通橡
膠隔震支座或滑板支座等常用的隔震支座。 本發(fā)明所述的修復(fù)方法，其中，所述的底部框架柱是指確定為隔震層的原樓層框 架柱上節(jié)點(diǎn)以下的柱體和下節(jié)點(diǎn)；所述的框架柱震損包括上節(jié)點(diǎn)以下的柱體和下節(jié)點(diǎn)的破 損、開裂以及上節(jié)點(diǎn)以下的柱體折斷而整個(gè)樓層癱塌。 本發(fā)明所述的修復(fù)方法，其中，所述的基本完好結(jié)構(gòu)是指承重構(gòu)件完好、個(gè)別非承 重構(gòu)件輕微損壞或附屬構(gòu)件有不同程度破壞，但一般不需修理即可繼續(xù)使用的建筑結(jié)構(gòu) (參見中華人民共和國城鄉(xiāng)和住房建設(shè)部，1990年頒布的《建筑地震破壞等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)》第 二章第2.3條。) 本發(fā)明根據(jù)薄弱層通常位于房屋建筑底部的特點(diǎn)，視房屋建筑的震損情況將原有 房屋建筑的下部樓層確定為隔震層，然后先將上部尚完整樓層撐起，再將隔震層的原有框 架柱截?cái)?、修?fù)、增設(shè)隔震支座，從而所修復(fù)的房屋建筑既恢復(fù)了使用功能，又獲得了抗震 加固。因此，本發(fā)明所述修復(fù)方法的有益效果是可以預(yù)見的。


圖1 3為一待修復(fù)房屋建筑原設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖，其中，圖1為軸向立面圖，圖2 為1層平面圖，圖3為2 4層平面圖。 圖4為頂起圖1 3所示房屋建筑2 4層基本完好結(jié)構(gòu)的千斤頂平面布置圖。
圖5 8為修復(fù)圖1 3所示房屋建筑的施工步驟示意圖，其中，圖5為頂起2 4層基本完好結(jié)構(gòu)的步驟完成狀態(tài)，圖6為安裝隔震支座步驟完成狀態(tài)，圖7為增設(shè)人字形 消能減震支撐步驟完成狀態(tài)，圖8為增設(shè)斜向消能減震支撐步驟完成狀態(tài)。
圖9為隔震層梁柱節(jié)點(diǎn)加固方案的一個(gè)具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合某實(shí)際工程，詳細(xì)介紹采用本發(fā)明方法加固一典型斷柱裝墊加固法(去 掉底層斷柱裝墊)的過程。 如圖1 3所示，本例待修復(fù)的房屋建筑為4層框架結(jié)構(gòu)，建筑面積為1808. 23m2， 主體結(jié)構(gòu)縱向長38. 06m，，橫向?qū)挾葹?1.76m，總高為12. 26m，平面為長方形；其中，l層為 大開間的展廳，2層以上為小開間的辦公室；1層層高為3. 9m，2 4層為3. 6m ;建筑場地類 別II類，區(qū)域抗震烈度7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度0. 15g，設(shè)計(jì)地震分組第一組；結(jié)構(gòu)的梁 截面尺寸為350X550、250X650、250X500、250X400、250X450、250X300和200X300mm， 柱截面尺寸為500X500mm，混凝土強(qiáng)度為C30，樓板厚度為100mm。 上述某棟樓遭地震破壞后，結(jié)構(gòu)的底層的31 (短肢剪力墻計(jì)算時(shí)為二根柱)根柱 有13根進(jìn)入嚴(yán)重塑性變形；第二層有6根柱進(jìn)入塑性變形，部分梁也進(jìn)入塑性變形狀態(tài)； 結(jié)構(gòu)的3 4層都保持彈性，沒有出現(xiàn)梁柱進(jìn)入塑性變形狀態(tài)。遭地震破壞后，結(jié)構(gòu)的底層 因31根柱有13根進(jìn)入嚴(yán)重塑性變形而癱塌，但上部結(jié)構(gòu)處于基本完好。以下結(jié)合震災(zāi)狀 況，采用本發(fā)明方法對上述房屋建筑進(jìn)行加固
(1)確定隔震層 由于底層癱塌而其它樓層基本完好，因此，將癱塌的底層(1層)作為結(jié)構(gòu)的隔震層。
(2)修復(fù)前的準(zhǔn)備 根據(jù)圖1 3所示房屋建筑的原有設(shè)計(jì)圖紙和上述已知參數(shù)，采用ETABS軟件按 下述方法建立結(jié)構(gòu)的空間有限元模型①輸入該結(jié)構(gòu)三維空間坐標(biāo)及梁柱控制結(jié)點(diǎn)和結(jié)構(gòu) 層高；②在程序中定義混凝土材料，混凝土材料采用各向同性材料，C30混凝土材料的彈性 模量為3X104N/mm2，密度為2. 6t/m3 ;③按構(gòu)件實(shí)際尺寸定義構(gòu)件截面，并采用線單元將 各樓層控制點(diǎn)上畫梁、柱單元，樓板采用殼單元模擬；④根據(jù)結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況，施加支座約 束信息和梁、柱及樓板上的荷載。 然后采用所建立的空間有限元模型進(jìn)行模擬分析和計(jì)算，圖1 3所示房屋建筑 的2 4層總質(zhì)量為2523噸，需要70臺(tái)噸位為50噸的RSM50型號(hào)的千斤頂10并按圖4 所示位置安裝才能將隔震層上部的2 4層頂起；同時(shí)，由模擬分析和計(jì)算得到隔震層每根 柱的軸力值，再結(jié)合《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》和《疊層橡膠支座隔震技術(shù)規(guī)程》要求，選用直徑 為500的LRB500型鉛芯橡膠隔震支座8個(gè)布置于隔震層的兩端，選用直徑為500的LNB500 型普通橡膠隔震支座23個(gè)，布置于隔震層的中間。 (3)參用圖5，在所確定的隔震層的框架梁12與地基之間按圖4所示位置安裝千 斤頂10將隔震層的上部2 4層基本完好結(jié)構(gòu)6水平頂起(如果不恢復(fù)底層的使用功能， 頂起的高度只需要滿足作業(yè)規(guī)范要求即可)。由于本例中隔震層較高，因此在每一千斤頂 10下建一預(yù)制的混凝土墩11。 (4)先清理掉隔震層31根框架柱7的破碎混凝土其鋼筋籠露出，然后根據(jù)步驟 (2)所確定的隔震支座l的高度將框架柱7及其內(nèi)的鋼筋籠截?cái)?，使每一鋼筋籠自基礎(chǔ)向上 的高度為270cm，自框架梁12向下的高度為100cm，再增加12根豎筋和10根橫向箍筋修復(fù) 并加強(qiáng)。 (5)在步驟(4)修復(fù)加強(qiáng)的鋼筋籠兩端部分別水平放置一安裝隔震支座1的預(yù)埋 件2并分別與上下鋼筋籠悍接在一起。
(6)在焊接有預(yù)埋件2的鋼筋籠的周圍建模板并澆注混凝土。
(7)參見圖6，待混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度時(shí)，安裝隔震支座1。
(8)對隔震層的每一梁柱節(jié)點(diǎn)5進(jìn)行加固，具體加固方法如下所述參見圖9，先在
梁柱節(jié)點(diǎn)5處的梁和柱的四面涂抹一層素混凝土，再將鋼板3用螺栓4穿夾在梁柱節(jié)點(diǎn)5
處的梁和柱的四面，然后將所有鋼板3的對接縫焊接起來使之形成一整體即可。 (9)先清理2層6根進(jìn)入塑性變形狀態(tài)的框架柱和部分進(jìn)入塑性變形狀態(tài)的框架
梁上破碎的混凝土，再打磨并用丙酮液清洗干凈，然后在框架柱的四面涂抹一層素混凝土，
最后將鋼板用螺栓穿夾在所述梁和柱的四面，再將梁或柱四棱處鋼板的對接縫焊接起來使
之形成一整體。 (10)拆除千斤頂10。 (11)盡管隔震層已經(jīng)對上述房屋建筑進(jìn)行了抗震加固，但為了減小隔震層的位移 (增加結(jié)構(gòu)的剛度和阻尼)，減小隔震層的位移，提高結(jié)構(gòu)的抗震性能，因此本例在拆除千 斤頂10后，再于隔震層四周每根梁下增設(shè)一人字形的消能減震支撐8(見圖7)或一斜向消 能減震支撐9(見圖8)。當(dāng)所增設(shè)的是斜向消能減震支撐9時(shí)，最好是將相鄰的兩支撐反向 安裝。 (12)最后進(jìn)行內(nèi)外粉飾即可投入使用。
權(quán)利要求
一種底部框架柱震損房屋建筑的修復(fù)方法，該方法包括下列步驟a、視房屋建筑的震損情況確定隔震層當(dāng)房屋建筑原位癱塌時(shí)，以癱塌層為隔震層；當(dāng)房屋建筑底層的框架柱震損但上部結(jié)構(gòu)基本完好時(shí)，以房屋建筑的底層為隔震層；b、在所確定的隔震層的框架梁與地基之間設(shè)置千斤頂將隔震層的上部基本完好結(jié)構(gòu)水平頂起；其中所述千斤頂?shù)陌惭b位置、數(shù)量和規(guī)格型號(hào)的確定方法是利用已有的設(shè)計(jì)圖紙建立隔震層上部基本完好結(jié)構(gòu)的有限元模型并進(jìn)行分析計(jì)算，再根據(jù)隔震層上部基本完好結(jié)構(gòu)的質(zhì)量進(jìn)行模擬分析確定；c、將隔震層每根震損的框架柱截去大于隔震支座高度的長度，然后將截?cái)嗵幹鶅?nèi)上下鋼筋籠修復(fù)并增加水平和豎向鋼筋進(jìn)行加強(qiáng)；其中所述隔震支座的規(guī)格型號(hào)的確定方法是，利用已有的設(shè)計(jì)圖紙建立隔震層上部基本完好結(jié)構(gòu)的有限元模型并進(jìn)行分析計(jì)算，再根據(jù)所算出隔震層的柱軸力進(jìn)行模擬分析確定；d、在修復(fù)并加強(qiáng)的鋼筋籠的上下兩端部分別水平放置一安裝隔震支座的預(yù)埋件并分別與上下鋼筋籠悍接在一起；e、制作模板并澆注混凝土，修建經(jīng)步驟d處理的截?cái)嗟目蚣苤籪、待混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度時(shí)，安裝隔震支座；g、對隔震層的梁柱節(jié)點(diǎn)進(jìn)行常規(guī)的加固；h、拆除千斤頂并進(jìn)行常規(guī)的內(nèi)外粉飾。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種底部框架柱震損房屋建筑的修復(fù)方法，其特征在于，步 驟g在對隔震層的梁柱節(jié)點(diǎn)進(jìn)行常規(guī)的加固后，再對上部基本完好結(jié)構(gòu)中損傷的梁和柱進(jìn) 行外包加固。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種底部框架柱震損房屋建筑的修復(fù)方法，其特征在于， 步驟h在拆除千斤頂后，于隔震層框架梁的下方設(shè)置人字形的消能減震支撐或斜向消能減 震支撐。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種底部框架柱震損房屋建筑的修復(fù)方法，該方法的步驟是，先視房屋建筑的震損情況將房屋建筑的底層或下部坍塌層確定為隔震層，再在隔震層的框架梁(12)與地基之間設(shè)置千斤頂(10)將上部基本完好結(jié)構(gòu)(6)水平頂起，然后將隔震層每根框架柱(7)截去大于隔震支座(1)高度的長度并增加水平和豎向鋼筋增強(qiáng)修復(fù)，于截?cái)嗵幇惭b隔震支座(1)，對隔震層的梁柱節(jié)點(diǎn)(5)進(jìn)行加固，拆除千斤頂(1)，內(nèi)外粉飾即可投入使用。本發(fā)明所述方法可用于災(zāi)后底層框架柱震損而上部結(jié)構(gòu)基本完好的房屋建筑的加固修復(fù)，它具有施工方便、機(jī)理明確、經(jīng)濟(jì)適用的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)E04G23/00GK101736909SQ20091021362
公開日2010年6月16日 申請日期2009年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月7日
發(fā)明者吳從曉, 周云, 鄧雪松 申請人:廣州大學(xué)