一种既有框架结构隔震加固的柱的托换方法与流程

本发明涉及一种用于建筑物的加固方法，尤其涉及一种既有框架建筑采用隔震支座加固的柱的托换方法，属于抗震加固领域。

背景技术：

既有框架结构进行隔震加固时，需要将原框架的柱的一部分切断并更换为隔震支座，因此，加固过程中需要将原建筑物的荷载通过托换体系传递至基础。目前国内对框架结构进行隔震加固时，对于框架柱的荷载托换，主要采用的方法是：对框架柱通过植筋、后浇混凝土的钢筋混凝土托换节点，采用型钢混凝土托换节点。

采用钢筋混凝土托换节点进行托换，存在一些不足之处：由于隔震支座的上、下支墩需满足罕遇地震下的承载力要求，所以通常隔震支墩的配筋都非常大，造成支墩部分施工困难；新增柱尺寸一般较大，影响建筑布局和功能；柱内植筋对原结构损伤较大，在施工时会使截面减小，降低安全度；托换结束后托换节点不可拆卸。如果采用型钢混凝土托换节点，虽然施工工期短，托换构件的截面较小，但该托换节点安装型钢、打孔穿螺栓及在型钢与柱之间灌浆等施工工艺较为复杂，托换结束后托换节点也不可拆卸。

技术实现要素：

为克服现有技术的不足，本发明提出一种受力明确，施工方便，托换部分可拆卸后重复使用，施工完成后不影响建筑美观和功能的框架结构隔震加固托换方法。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种既有框架结构隔震加固的柱的托换方法，包括步骤：

步骤一：加固隔震层梁，在隔震支墩处做好隔震支墩扩大头，并预埋好锚栓；

步骤二：柱在隔震支座上下支墩高度范围内，进行表面凿毛并清理后，在柱外侧放置外包钢管，并将底板与扩大头锚栓连接牢固，浇筑下支墩混凝土直至下预埋钢板标高处；

步骤三：将下预埋钢板的预埋套筒连接好后，安装下预埋钢板，对下预埋钢板的轴线、标高和水平度进行精确定位后，将下预埋钢板与外包钢管焊接；以同样方式安装好上预埋钢板并浇筑上支墩混凝土；

步骤四：当上、下支墩混凝土强度达到设计强度的75％以上时，确定抱箍安装的标高及位置，清理抱箍位置处的钢管，并安装好抱箍；

步骤五：在下抱箍的牛腿处放置千斤顶，千斤顶上部支撑在上抱箍牛腿处，两侧千斤顶同时对抱箍施加设计作用力，对上部荷载进行托换；

步骤六：原框架柱的隔震支座位置处设上下两条切割线，用线切割锯将柱切断；

步骤七：复核上、下预埋钢板的水平度和标高，若与原设计有偏差，用比原设计强度高一等级的高强砂浆调整；

步骤八：在砂浆强度达到设计强度的75％时，安装隔震支座，用连接螺栓将隔震支座与隔震支墩的预埋钢板连接；

步骤九：拆卸千斤顶和上、下抱箍,对外露的钢表面进行防锈和防火处理。

进一步地，在步骤一中，隔震支墩扩大头通常先浇筑，并采用三向环筋，与原框架梁、板或基础、基础梁通过穿筋等方式可靠连接，此外还要设置好与隔震支墩连接的预埋锚栓。

进一步地，在步骤二中，对隔震支座上下的框架柱外设置钢管，钢管内浇筑混凝土，与原框架柱结合，形成钢管混凝土，作为隔震支座的上下支墩。

更进一步地，所述混凝土宜采用无收缩混凝土或自密实混凝土。

进一步地，在步骤三中，上支墩混凝土可与扩大头同时浇筑。

进一步地，在步骤三中，若扩大头先浇筑完成，则上支墩混凝土可采用泵送顶升浇筑法或在支墩上端开小孔。

进一步地，在步骤四中，在加固后的隔震支墩上安装抱箍，通过箍身与柱紧密贴合产生的摩擦力来传递荷载。

更进一步地，为了放置千斤顶或临时支撑，在抱箍平面的适当部位设钢牛腿。

进一步地，步骤八中，隔震支座的安装时，通过预埋钢板与隔震支墩外包钢管焊接来抗拉，并用连接螺栓将预埋钢板与连接钢板连接牢固来抗剪，既保证了隔震支座的安装精度和可更换的要求，也能有效传递荷载。

进一步地，在步骤九中，还包括步骤：抱箍在托换完成后，拆卸所述抱箍，以便进行重复使用。

本发明的有益效果在于：采用本发明提出的既有框架结构隔震加固的柱的托换方法，隔震支墩仅需在原框架柱外侧设置外包钢管并浇筑混凝土，使支墩部分的配筋及施工大大简化，同时完成后的隔震支墩又作为托换支撑体系的一部分，而抱箍可重复使用，装拆简捷，施工方便。

附图说明

图1是本发明一种既有框架结构隔震加固的柱的托换方法流程图；

图2是本发明中抱箍式托换节点结构示意图；

图3是本发明中圆形抱箍的构造侧面示意图；

图4是图3中的圆形抱箍的构造俯视示意图；

图5是图3中的圆形抱箍的构造剖视示意图；

图6是本发明中隔震支墩与隔震支座的连接示意图；

图7是图6中外包钢管与原框架柱的连接结构示意图；

图8是图6中连接钢板结构示意图；

图9是图6中预埋钢板结构示意图；

图10是本发明中隔震支墩与原结构的连接及支墩扩大头的配筋结构示意图；

图11是图10中三向环箍示意图；

图12是图10中沿a-a方向的剖面结构示意图；

图13是本发明中隔震支墩与扩大头的连接示意图；

图14是图13沿b-b方向的剖面示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明一种既有框架结构隔震加固的柱的托换方法，流程如图1所示，本发明一种既有框架结构隔震加固的柱的托换方法，包括步骤：

步骤一：加固隔震层梁，在隔震支墩处做好隔震支墩扩大头，并预埋好锚栓；

步骤二：柱在隔震支座上下支墩高度范围内，进行表面凿毛并清理后，在柱外侧放置外包钢管，并将底板与扩大头锚栓连接牢固，浇筑下支墩混凝土直至下预埋钢板标高处；

步骤三：将下预埋钢板的预埋套筒连接好后，安装下预埋钢板，对下预埋钢板的轴线、标高和水平度进行精确定位后，将下预埋钢板与外包钢管焊接；以同样方式安装好上预埋钢板并浇筑上支墩混凝土；

步骤四：当上、下支墩混凝土强度达到设计强度的75％以上时，确定抱箍安装的标高及位置，清理抱箍位置处的钢管，并安装好抱箍；

步骤五：在下抱箍的牛腿处放置千斤顶，千斤顶上部支撑在上抱箍牛腿处，两侧千斤顶同时对抱箍施加设计作用力，对上部荷载进行托换；

步骤六：原框架柱的隔震支座位置处设上下两条切割线，用线切割锯将柱切断；

步骤七：复核上、下预埋钢板的水平度和标高，若与原设计有偏差，用比原设计强度高一等级的高强砂浆调整；

步骤八：在砂浆强度达到设计强度的75％时，安装隔震支座，用连接螺栓将隔震支座与隔震支墩的预埋钢板连接；

步骤九：拆卸千斤顶和上、下抱箍,对外露的钢表面进行防锈和防火处理。

本发明既有框架结构隔震加固的柱的托换方法是在隔震支座上下的框架柱外包钢管，钢管内浇筑混凝土，与原框架柱结合，形成钢管混凝土，作为隔震支座的上下支墩，然后在加固后的隔震支墩上安装抱箍，通过箍身与柱紧密贴合产生的摩擦力来传递荷载。为了放置千斤顶或临时支撑，在抱箍平面的适当部位设钢牛腿。抱箍式托换节点如图2所示。在图2中，1为原框架柱，2为原框架梁，3为支墩扩大头，4为隔震支墩，5为抱箍，6为钢牛腿，7为千斤顶，8为隔震支座，9为连接螺栓，10为锚栓。

荷载托换时，由隔震支座支墩4、抱箍5、钢牛腿6和千斤顶7组成托换系统，将上部荷载通过以下传力途径：隔震支座上支墩——上抱箍——上钢牛腿——千斤顶——下钢牛腿——下抱箍——隔震支座下支墩，最后传至基础。当柱荷载通过托换体系托换后，切割柱并安装隔震支座，完成后千斤顶卸载，上、下抱箍拆卸至下一个柱使用。

抱箍式托换节点主要由三部分构件组成：带牛腿的抱箍、隔震支墩和隔震支墩扩大头。

抱箍可为圆形和方形，图3-图5给出了圆形抱箍的形式，其中图3是本发明中圆形抱箍的构造正面示意图；图4是图3中的圆形抱箍的构造俯视示意图；图5是图3中的圆形抱箍的构造侧面示意图。

图3-图5中11为箍板，12为连接板，13为螺栓，14为加劲肋，15为橡胶板。抱箍通常采用无肋钢板拼装而成，圆形抱箍通常为2个半圆型或3个120度扇形钢板拼装而成。方形抱箍可以是两侧式或四周式，四周式由2个l形钢板拼装而成。抱箍各部分用螺栓连接，通过螺栓的预压力提供的摩擦力传递柱荷载。为了保证连接螺栓传力可靠，在抱箍端部加连接板，连接板上设置加劲肋。为了增大摩擦力和保护柱表面，在抱箍内面黏贴一层厚度5mm左右的橡胶板作为垫层。此外，为了放置千斤顶或临时支撑，在抱箍平面的适当部位设钢牛腿。

隔震支墩是在原框架柱外包钢管并内填混凝土构成，可满足隔震支座的安装要求和隔震支墩的承载力要求。圆形抱箍对应圆形外包钢管。如图6所示。图6是隔震支墩示意图，图6中16为外包钢管，17为内填细石混凝土，1为原框架柱。外包钢管通常分为两个半圆，在原框架柱外定位好后焊接。

隔震支墩与隔震支座的连接如图7所示，图7是本发明中隔震支墩与隔震支座的连接示意图，图中21为预埋钢板，22为连接螺栓，23为栓钉，24为连接钢板。隔震支墩浇筑混凝土后，在预埋钢板21上先安装好栓钉23，在将预埋钢板放置在设计位置处，并与隔震支墩的外包钢管点焊；等隔震支墩强度达到设计强度的75％后，设置抱箍和千斤顶托换荷载，切割原框架柱；再对下预埋钢板的轴线、标高和水平度进行校核，有偏差时用高强砂浆调整后，吊装隔震支座就位，用连接螺栓22将预埋钢板与连接钢板连接。

图8是图7中连接钢板平面示意图，图8中201为连接螺栓配套螺孔，202为隔震支座外边缘。

图9是图7中预埋钢板平面示意图，图9中201为连接螺栓配套螺孔，203为排气孔，排气孔仅设于下预埋钢板，且其直径通常为50毫米，204为预埋栓钉配套螺孔，205为隔震支墩外边缘，206为原框架柱外边缘。预埋钢板沿原框架柱外边缘开孔，预埋钢板也分为两部分，在原框架柱外侧拼接后焊接。

隔震支墩与原结构基础和原结构梁柱节点的连接如图10所示。隔震支墩与原结构基础和原结构梁柱节点通过支墩扩大头相连。支墩扩大头的高度不小于相连各梁的最大梁高，同时还应满足局部受压的要求。图10中，1为原框架柱，3为支墩扩大头，4为隔震支墩，8为隔震支座，31为加固后框架梁，32为三向环筋，33为预埋锚栓，34为加劲肋，35为支墩底板，36为原基础梁，37为原基础。

图11是图10中三向环筋示意图。

图12是图10中预埋锚栓33与原框架梁柱的位置关系示意。

隔震支墩与支墩扩大头采用锚栓连接，如图13所示。支墩扩大头通常先浇筑，并做好与隔震支墩相连的预埋构件，也可将扩大头与上支墩同时浇筑。支墩底板35可采用环形，也可按支墩扩大头与既有框架柱的形状，采用矩形内开矩形洞的形状，厚度不小于1.5t，且不小于20mm；宽度不小于6t，且不小于100mm。加劲肋34厚度不小于t，肋高不宜小于2倍的支墩底板外伸宽度，肋距不应大于10h。此外，当支墩底板与支墩扩大头的抗剪不足时，还应设置栓钉等抗剪连接件。

图14是支墩底板示意，图14中，16为外包钢管，34为加劲肋，35为底板，36为预埋锚栓对应的栓孔。

本发明一种既有框架结构隔震加固的柱的托换方法的施工工艺如下：

(1)加固隔震层梁，并在隔震支墩处做好隔震支墩扩大头，并预埋好锚栓；

(2)柱在隔震支座上下支墩高度范围内，表面凿毛并清理；

(3)柱外侧放置外包钢管，并将底板与扩大头锚栓连接牢固，浇筑下支墩混凝土直至下预埋钢板标高处，将栓钉与下预埋钢板在对应螺栓孔连接，安装下预埋钢板，对下预埋钢板的轴线、标高和水平度进行精确定位后，将下预埋钢板与外包钢管焊接；

(4)安装上预埋钢板，对上预埋钢板的轴线、标高和水平度进行精确测量定位后，将上预埋钢板与外包钢管焊接，浇筑上支墩混凝土；

(5)等上、下支墩混凝土强度达到设计强度的75％以上时，确定抱箍安装的标高及位置,清理抱箍位置处的钢管,不得粘有砂浆或混凝土；

(6)若为四周包围式的抱箍，先将抱箍在柱底位置进行拼装，抱箍的连接板中间预先加入5～8cm厚木条并用螺栓紧固，再从柱底吊至设计位置，吊装期间需确保抱箍处于水平状态。就位后取出木条，拧紧螺栓，拧紧螺栓的顺序为从中间向两端，每侧交叉对称进行，先对所有螺栓进行初拧，再用经校验过的扭矩扳手进行终拧，初拧扭矩值是终拧扭矩值的30％～50％；若为两侧式的抱箍，分别将两侧箍板吊至设计位置，对螺栓孔进行位置校正，先用临时螺栓冲孔和固定，再拧紧螺栓。抱箍安装好后，在柱上做好位置标记；

(6)在下抱箍的牛腿处放置千斤顶，千斤顶上部支撑在上抱箍牛腿处，两侧千斤顶同时对抱箍施加设计作用力,观测抱箍的竖向位移，若抱箍没有位移或仅有微小位移(位移小于0.5mm)，可认为抱箍安装达到设计要求；

(7)原框架柱的隔震支座位置处设上下2条切割线，用线切割锯将柱切断；

(8)复核上下预埋钢板的水平度和标高，若与原设计有偏差，用比原设计强度高一等级的高强砂浆调整；

(9)等砂浆强度达到设计强度的75％时，安装隔震支座，用螺栓在预埋钢板、连接钢板的对应螺孔处连接。

(10)两侧千斤顶同时卸载，拆卸千斤顶和上、下抱箍,对外露的钢表面进行防锈、防火处理。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。