一种应用于木结构框架的预应力固偏结构及其施工方法与流程

本发明涉及一种应用于木结构框架的预应力固偏结构及其施工方法。

背景技术：

在中国的建筑史上，古建筑木结构无疑是一个重要的篇章，在历史的长河中，木结构贯通古今，是当代重要的建筑材料及结构形式。木结构有质轻、取材方便、施工过程简单、施工速度快的特点，但木材本身在经历一段时期的使用之后，结构性能会发生退化，特别是木材存在先天缺陷，如木节、虫蛀、腐朽时，性能的退化将会变得更加明显，因此对木结构需要进行加固。

目前常见的木结构柱子倾斜的加固方法主要有落架大修：全部或局部拆落木构架，对残损构件或残损点逐个进行修整、更换残损严重的构件，再重新安装，并在安装时进行整体加固；打牮拨正：即在不拆落木构架的情况下，使倾斜、扭转、拔榫的构建复位，再进行整体加固；在结构框架中增设整块的胶合板墙；在构架本身内增设钢铁构架；在柱子旁增设扶壁墙。这些方法在一定程度上提高木结构框架的抗侧刚度、整体刚度及承载力，但是这些方法仍然存在不足之处：落架大修的工作量大、造价大、施工周期长且对于古建筑会使其失去文物价值；打牮拨正施工时一样要先揭除瓦顶，拆下望板和部分椽，并将擦端的榫卯缝隙清理干净，这样工作量也较大；增设胶合板墙和扶壁墙虽然提高抗侧刚度，但对整体刚度没有提高，且对原结构的文物价值有较大的影响；增设钢铁构架占用空间较大，破坏古木结构的美观性。以上加固方法，只单纯提高结构的刚度，使原结构的延性和耗能性能遭到破坏。

当柱子的损坏程度并不严重、本身尚未开始倾斜，但是已经能够通过损坏的迹象判断其倾斜方向的情况下采用上述方法进行加固未免过于大材小用，一方面浪费人力物力，另一方面也更加损坏了建筑；当柱子本身并未损坏，但仍想进行保险加固的情况下，也无法采用上述方法。

技术实现要素：

鉴于现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种结构简单、操作便捷高效的应用于木结构框架的预应力固偏结构及其施工方法。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种应用于木结构框架的预应力固偏结构，包括支撑于建筑地面上的若干根柱子，若干根柱子组成一支撑框架，每根柱子上套设有抱箍，两相邻柱子上的抱箍之间均经预应力钢丝进行相互拉紧，所述支撑框架至少在一外侧部的抱箍上经预应力钢丝与外部固定端相连接。

优选的，若干根柱子呈阵列式分布在地面上，两相邻柱子之间均固设有若干根横梁与纵梁，形成具有若干行、若干列的支撑框架。

优选的，若干根柱子经柱子顶部的建筑楼板或梁压在建筑地面上。

优选的，所述抱箍包括四片箍板单元，四片箍板单元对合后螺接成抱箍本体，所述抱箍本体的中心设有用于套设在柱子上的环形中空部，所述箍板单元的外周表面均固设有横向延伸的第一竖直板体、纵向延伸的第二竖直板体，所述第一竖直板体与第二竖直板体上均开设有用于绑扎预应力钢丝的通孔。

优选的，所述环形中空部的形状为圆形，四片箍板单元呈四分之一圆环状，每片箍板单元的两端向外弯折，各形成一个安装耳片，相邻的箍板单元对合后其安装耳片互相贴合，所述安装耳片上开设有若干个安装通孔。

优选的，相互贴合的安装耳片的安装通孔中均穿设有螺杆，所述螺杆的两端部均设有弹簧垫片，两弹簧垫片经螺接在螺杆两端部的螺母进行限位，其中一弹簧垫片与一安装耳片之间设有套在螺杆上的压缩弹簧，另一弹簧垫片与另一安装耳片之间也设有套在螺杆上的压缩弹簧，所述压缩弹簧均将弹簧垫片顶紧在螺母内端面。

优选的，每片箍板单元的第一竖直板体与第二竖直板体均固设在该片箍板单元的两安装耳片之间的外周表面上，所述第一竖直板体位于箍板单元的外周下表面，所述第二竖直板体位于箍板单元的外周上表面，所述箍板单元包括位于抱箍本体左下角的第一箍板单元、位于抱箍本体右上角的第二箍板单元、位于抱箍本体左上角的第三箍板单元、位于抱箍本体右下角的第四箍板单元；所述第一箍板单元的第一竖直板体横向向左延伸、第二竖直板体纵向向前延伸，所述第二箍板单元的第一竖直板体横向向右延伸、第二竖直板体纵向向后延伸，所述第三箍板单元的第一竖直板体横向向左延伸、第二竖直板体纵向向后延伸，所述第四箍板单元的第一竖直板体横向向右延伸、第二竖直板体纵向向前延伸。

优选的，所述第一竖直板体与第二竖直板体的通孔上均穿设有第二螺杆，所述第二螺杆的内端螺接有第二螺母，所述第二螺杆在第二螺母与第一竖直板体、第二竖直板体之间均穿设有垫片，所述垫片与第一竖直板体、第二竖直板体之间均设有套于第二螺杆上的压缩弹簧，其中位于第一竖直板体的第二螺杆纵向延伸，位于第二竖直板体的第二螺杆横向延伸，所述第二螺杆的外端均螺接有一转接块，所述转接块上开设有连接通孔，所述预应力钢丝的头部穿过连接通孔后往后弯折，其头部经紧固件与近头部的钢丝固连为一体，形成穿设在连接通孔中的环形结构，所述紧固件为锚扣。

优选的，外部固定端包括设置于支撑框架最外侧抱箍的外旁侧的地梁，所述地梁埋置于地面下方，所述地梁上固设有往上延伸出地面的若干根连接柱，所述连接柱的数量为支撑框架最外排抱箍数量的两倍，所述支撑框架至少在一外侧部的抱箍上经预应力钢丝与连接柱相连接，其中位于同一侧的连接柱与每根连接柱所对应的通孔之间的预应力钢丝之间互相平行。

一种应用于木结构框架的预应力固偏结构的施工方法，按以下步骤进行：

（1）首先根据木结构框架的倾斜情况，在已倾斜方向或经判断即将倾斜方向的反向位置设置地梁并进行地梁施工、确定抱箍在柱子上的抱紧位置、制作与柱子直径尺寸相适应的抱箍；

（2）将四片箍板单元套设在柱子上，其中在相互贴合的安装耳片的安装通孔中穿设螺杆，并在螺杆的两端部依次套入压缩弹簧、弹簧垫片，最后用螺母锁紧，通过调节螺杆两端的螺母旋入深度调节压缩弹簧的压缩量，通过上述方法将若干个抱箍等高的抱紧在若干根柱子上；

（3）分别在第一竖直板体与第二竖直板体的通孔中穿设第二螺杆，并在第二螺杆的内端依次套设压缩弹簧、垫片，然后锁紧第二螺母，接着在第二螺杆的外端螺接转接块，并将预应力钢丝的头部穿过转接块末端的连接通孔后往后弯折，最后用紧固件将头部与近头部的钢丝固结为环形，将预应力钢丝分别绑扎在四片箍板单元的第一竖直板体与第二竖直板体上；

（4）重复步骤（3）的方法将两相邻柱子上的抱箍之间用预应力钢丝相互绑扎拉紧；

（5）利用扭矩扳手调节每一抱箍上的第二螺母进行预应力钢丝的张拉，其中当调节一柱子上抱箍的一第二螺母时，与其相邻的柱子上抱箍对应的第二螺母端为固定端；

（6）最后将支撑框架最外排的抱箍经预应力钢丝与地梁上的连接柱分别相连接，并调节预应力钢丝的张拉，地梁经过预应力钢丝沿倾斜的反方向拉住整个木结构框架。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：该应用于木结构框架的预应力固偏结构的构造简单，通过预应力钢丝将两相邻的柱子进行相互拉接，并最终将整个支撑框架与外部固定端相拉接，提高了框架的整体刚性、稳定性以及柱子的抗倾斜能力，操作简单便捷，结构稳定，成本低。

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。

附图说明

图1为本发明实施例在一周侧设置地梁的侧视图。

图2为图1的俯视图。

图3为图1的A局部放大视图。

图4为图1的B局部放大视图。

图5为抱箍的俯视图。

图6为抱箍的立体图。

图7为抱箍的主视图。

图8为抱箍的侧视图。

图9为相邻柱子之间抱箍经预应力钢丝进行拉接的俯视图。

图10为本发明实施例在四周侧设置地梁的侧视图。

图11为图10的俯视图。

图中：1-连接柱，2-柱子，3-环形中空部，4-第一竖直板体，5-第二竖直板体，6-预应力钢丝，7-通孔，8-安装耳片，9-安装通孔，10-螺杆，11-弹簧垫片，12-螺母，13-压缩弹簧，14-第一箍板单元，15-第二箍板单元，16-第三箍板单元，17-第四箍板单元，18-第二螺杆，19-第二螺母，20-垫片，21-转接块，22-连接通孔，23-紧固件，24-抱箍，25-外部固定端，26-地面，27-横梁，28-纵梁，29-楼板，30-地梁。

具体实施方式

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下。

如图1~11所示，一种应用于木结构框架的预应力固偏结构，包括支撑于建筑地面26上的若干根柱子2，若干根柱子组成一支撑框架，每根柱子上套设有抱箍24，两相邻柱子上的抱箍之间均经预应力钢丝6进行相互拉紧，所述支撑框架至少在一外侧部的抱箍上经预应力钢丝与外部固定端25相连接。

在本发明实施例中，若干根柱子呈阵列式分布在地面上，两相邻柱子之间均固设有若干根横梁27与纵梁28，形成具有若干行、若干列的支撑框架。

在本发明实施例中，若干根柱子经柱子顶部的建筑楼板29或梁压在建筑地面上。

在本发明实施例中，所述抱箍包括四片箍板单元，四片箍板单元对合后螺接成抱箍本体，所述抱箍本体的中心设有用于套设在柱子2上的环形中空部3，所述箍板单元的外周表面均固设有横向延伸的第一竖直板体4、纵向延伸的第二竖直板体5，所述第一竖直板体与第二竖直板体上均开设有用于绑扎预应力钢丝6的通孔7，第一竖直板体与第二竖直板体焊接在箍板单元上。

在本发明实施例中，所述环形中空部的形状为圆形，四片箍板单元呈四分之一圆环状，每片箍板单元的两端向外弯折，各形成一个安装耳片8，相邻的箍板单元对合后其安装耳片互相贴合，所述安装耳片上开设有若干个安装通孔9。

在本发明实施例中，相互贴合的安装耳片的安装通孔中均穿设有螺杆10，所述螺杆的两端部均设有弹簧垫片11，两弹簧垫片经螺接在螺杆两端部的螺母12进行限位，其中一弹簧垫片与一安装耳片之间设有套在螺杆上的压缩弹簧13，另一弹簧垫片与另一安装耳片之间也设有套在螺杆上的压缩弹簧，所述压缩弹簧均将弹簧垫片顶紧在螺母内端面。

在本发明实施例中，每片箍板单元的第一竖直板体与第二竖直板体均固设在该片箍板单元的两安装耳片之间的外周表面上，所述第一竖直板体位于箍板单元的外周下表面，所述第二竖直板体位于箍板单元的外周上表面，所述箍板单元包括位于抱箍本体左下角的第一箍板单元14、位于抱箍本体右上角的第二箍板单元15、位于抱箍本体左上角的第三箍板单元16、位于抱箍本体右下角的第四箍板单元17；所述第一箍板单元的第一竖直板体横向向左延伸、第二竖直板体纵向向前延伸，所述第二箍板单元的第一竖直板体横向向右延伸、第二竖直板体纵向向后延伸，所述第三箍板单元的第一竖直板体横向向左延伸、第二竖直板体纵向向后延伸，所述第四箍板单元的第一竖直板体横向向右延伸、第二竖直板体纵向向前延伸。

在本发明实施例中，所述第一竖直板体与第二竖直板体的通孔上均穿设有第二螺杆18，所述第二螺杆的内端螺接有第二螺母19，所述第二螺杆在第二螺母与第一竖直板体、第二竖直板体之间均穿设有垫片20，所述垫片与第一竖直板体、第二竖直板体之间均设有套于第二螺杆上的压缩弹簧，其中位于第一竖直板体的第二螺杆纵向延伸，位于第二竖直板体的第二螺杆横向延伸，所述第二螺杆的外端均螺接有一转接块21，所述转接块上开设有连接通孔22，所述预应力钢丝的头部穿过连接通孔后往后弯折，其头部经紧固件23与近头部的钢丝固连为一体，形成穿设在连接通孔中的环形结构，所述紧固件为锚扣，通过不断拧紧第二螺母压缩压缩弹簧，可在两相邻的柱子之间的预应力钢丝上施加预应力，在压缩弹簧的弹力作用下可完成预应力钢丝的连接与张拉，张拉预应力的过程中，用扭矩扳手来控制施加预应力大小，能够实现柱子之间的预应力钢丝张拉更加牢固、稳定，由多根柱子形成的整体刚性更强、单根柱子更不容易倾斜、晃动。

在本发明实施例中，外部固定端包括设置于支撑框架最外侧抱箍的外旁侧的地梁30，所述地梁埋置于地面下方，所述地梁上固设有往上延伸出地面的若干根连接柱1，所述连接柱的数量为支撑框架最外排抱箍数量的两倍，所述支撑框架至少在一外侧部的抱箍上经预应力钢丝与连接柱相连接，其中位于同一侧的连接柱与每根连接柱所对应的通孔之间的预应力钢丝之间互相平行。

在本发明实施例中，当需要对未倾斜的支撑框架进行加固时，可在支撑框架的一外侧部经抱箍、预应力钢丝与地梁相拉接（如图1、图2所示），也可以在支撑框架的两外侧部或三外侧部或四外侧部经抱箍、预应力钢丝与地梁相拉接（四外侧部的拉接如图10、图11所示），通过采用上述预应力固偏的木结构框架，能够提高整体刚性、稳定性、防倾斜能力；当需要对已倾斜的支撑框架进行加固时，地梁设置在倾斜的相反方向，使其偏移不再加剧，占用空间少，使得原结构的文物价值保留，且加固效果显著。

在本发明实施例中，抱箍安置位置位于柱中梁柱节点的下方附近；地梁的长度、宽度、高度、埋置方向、埋置深度及预留连接柱的个数与支撑框架的扭转倾斜情况相关；每个方向上的预应力钢丝数目是关于柱间梁对称的，以防止梁的平面外失稳；该应用于木结构框架的预应力固偏结构能够有效避免对原木结构进行大修大补，无需将梁、板、墙构件落架进行修补或者替换，对原木结构无损伤，施工简便，覆盖面广。

在本发明实施例中，在木结构加固中，耗能性能是非常重要的，如果抱箍与单根柱子之间的连接为纯刚性连接，会使原结构的耗能性能降低，容易破坏柱子结构，因此当相邻的柱子之间进行相对倾斜、晃动、拉扯时，抱箍结构能与单根柱子进行弹性协调，即当两相邻柱子之间经预应力钢丝拉紧后，两相邻的柱子之间的连接不是一个纯刚性体，套在单根柱子上的四片箍板单元在预应力钢丝的拉紧下，四片箍板单元与柱子之间可分别通过压缩弹簧的伸缩提供适当的伸缩活动空间，可保留木结构的柱子原有的耗能性能；通过采用本结构，能在不改变木结构现有变形和位移的情况下，对木结构进行加固，提高整体刚度，并在提高刚度的同时保留木结构原有良好的耗能性能。

一种应用于木结构框架的预应力固偏结构的施工方法，按以下步骤进行：

（1）首先根据木结构框架的倾斜情况，在已倾斜方向或经判断即将倾斜方向的反向位置设置地梁并进行地梁施工、确定抱箍在柱子上的抱紧位置、制作与柱子直径尺寸相适应的抱箍；

（2）将四片箍板单元套设在柱子上，其中在相互贴合的安装耳片的安装通孔中穿设螺杆，并在螺杆的两端部依次套入压缩弹簧、弹簧垫片，最后用螺母锁紧，通过调节螺杆两端的螺母旋入深度调节压缩弹簧的压缩量，通过上述方法将若干个抱箍等高的抱紧在若干根柱子上；

（3）分别在第一竖直板体与第二竖直板体的通孔中穿设第二螺杆，并在第二螺杆的内端依次套设压缩弹簧、垫片，然后锁紧第二螺母，接着在第二螺杆的外端螺接转接块，并将预应力钢丝的头部穿过转接块末端的连接通孔后往后弯折，最后用紧固件将头部与近头部的钢丝固结为环形，将预应力钢丝分别绑扎在四片箍板单元的第一竖直板体与第二竖直板体上；

（4）重复步骤（3）的方法将两相邻柱子上的抱箍之间用预应力钢丝相互绑扎拉紧；

（5）利用扭矩扳手调节每一抱箍上的第二螺母进行预应力钢丝的张拉，其中当调节一柱子上抱箍的一第二螺母时，与其相邻的柱子上抱箍对应的第二螺母端为固定端；

（6）最后将支撑框架最外排的抱箍经预应力钢丝与地梁上的连接柱分别相连接，并调节预应力钢丝的张拉，地梁经过预应力钢丝沿倾斜的反方向拉住整个木结构框架。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可以得出其他各种形式的应用于木结构框架的预应力固偏结构及其施工方法。凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。