一种钢结构建筑地下增层施工装置及其施工方法与流程

本发明涉及建筑工程领域，具体地，涉及一种钢结构建筑地下增层施工装置及其施工方法。

背景技术：

随着城市空间的日益紧张，为满足日益增长的市民出行、商业开发、公共服务设施等的需求，在用地紧张的城市中心区域，改造和开发地下空间已成为一种必然。对既有建筑物进行增层或改造，合理开发利用城市空间资源，是实现可持续发展的重要途径之一。

有序、合理、综合、高效地开发利用既有建筑物地下空间资源，成为扩充基础设施容量，提高城市综合防灾能力，提高土地利用效率与节约土地资源的最为有效的途径之一。然而，对既有建筑物地下空间的开发是一项艰巨而迫切的任务。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提供了一种钢结构建筑地下增层施工装置及其施工方法。采用该施工装置及方法能够在不拆除原钢结构建筑物，也不水平移动原钢结构建筑物的情况下，做到在原平面位置向下增加其建筑面积来增加房屋及土地的利用率，以改善城市的空间拥挤问题，能够有效缩短施工工期，降低施工难度。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是一种钢结构建筑地下增层施工装置，包括支撑装置和增接装置，所述支撑装置包括多个支撑座和多个支撑立柱，所述支撑座包括底座板，底座板的下部四周设置有维护结构，所述维护结构紧贴在支撑立柱顶部的表面上，其中两个相对的维护结构的外侧水平焊接有两条角钢，其通过两条与其垂直的螺栓紧固，钢斜撑焊接在另两个相对的维护结构上；所述支撑立柱为液压伸缩装置；

所述增接装置包括第一套接件和第二套接件，所述第一套接件上设置有若干个第一连接孔，所述第一连接孔上连接有第一螺栓，所述第一螺栓与第一连接孔之间设置有用于加强连接的保护结构；所述第二套接件上设置有若干个第二连接孔，所述第二连接孔上连接有第二螺栓，所述第二螺栓与第二连接孔之间设置有用于加强连接的保护结构；所述第一套接件和第二套接件分别与套接的钢结构建筑的钢柱以及增接的钢柱先利用第一和第二螺栓固定连接后再进行焊接。

优选的，所述支撑立柱的底部设置承力座，所述支撑立柱的四周设置导向架，导向架的4个导向螺杆紧贴所述支撑立柱的外周插入承力座内；所述承力座由上钢板、下钢板和承力柱连接固定而成，承力柱的上下两端分别连接上钢板、下钢板，形成一个整体；所述上钢板中心设有与支撑立柱穿心孔径等同直径的中心孔，并在中心孔两侧边设有能够穿入导向螺杆的通孔。

在上述任一方案中优选的是，所述钢斜撑由水平钢板和垂直钢板组成，所述垂直钢板上设有凹槽，所述凹槽的垂直向宽度等于螺栓的直径，所述凹槽的水平向深度大于螺栓的直径，螺栓穿过凹槽并卡紧。

在上述任一方案中优选的是，所述第一套接件为一端开口的筒状结构，所述第一套接件套接在钢结构建筑的钢柱的下端；所述第二套接件为一端开口的筒状结构，所述第二套接件套接在增接的钢柱的上端。

在上述任一方案中优选的是，所述保护结构为圆筒状结构，由橡胶材料制成；所述第一套接件和第二套接件沿直径方向可伸缩调节，能够适应不同尺寸的钢柱套接。

本发明为解决上述技术问题所采用的另一技术方案是一种钢结构建筑地下增层施工方法，包括如下步骤：

1)开挖钢结构建筑的地基，一边开挖一边将所述支撑装置设置在钢结构建筑的基础下方的合适位置，对钢结构建筑进行有效的支护，并确定钢结构建筑的钢柱拼接位置；

2)开挖过程中随着深度增加，不断调整所述支撑装置；

3)在钢结构建筑的钢柱的拼接位置安装所述增接装置的第一套接件，并将第一套接件与钢结构建筑的钢柱利用第一螺栓固定连接后再进行焊接；

4)将所述增接装置的第二套接件套接在增接的钢柱的上端，并将第二套接件与增接的钢柱利用第二螺栓固定连接后再进行焊接；

5)将第一套接件和第二套接件进行拼接并焊接固定，进而完成增层结构的施工。

在上述任一方案中优选的是，拼接位置为钢结构建筑的钢柱的反弯点。

本发明是根据多年的实际应用实践和经验所得，采用最佳的技术手段和措施来进行组合优化，获得了最优的技术效果，并非是技术特征的简单叠加和拼凑，因此本发明具有显著的意义。

本发明的有益效果：

1.本发明通过在原有的建筑底层柱上连接增接装置，不仅有效将降低了施工难度，同时也降低了施工周期。

2.本发明的钢结构建筑地下增层施工装置及其施工方法可以将整个钢结构建筑整体稳定、准确度高，节省了大量的人工费和机械台班费，加快了施工进度，降低了施工成本和安全风险。

3.本发明的钢结构建筑地下增层施工装置加工更加简单，加工费用大幅下降，施工现场组装快捷；便于安装和保养。

附图简要说明

图1为根据本发明的钢结构建筑地下增层施工装置的支撑装置的结构示意图；

图2为根据本发明的钢结构建筑地下增层施工装置的增接装置的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图以及具体实施例对本发明作进一步描述，但要求保护的范围并不局限于此。

实施例1

参见图1-2，一种钢结构建筑地下增层施工装置，包括支撑装置1和增接装置2，所述支撑装置1包括多个支撑座3和多个支撑立柱4，所述支撑座3包括底座板5，底座板5的下部四周设置有维护结构6，所述维护结构6紧贴在支撑立柱4顶部的表面上，其中两个相对的维护结构6的外侧水平焊接有两条角钢7，其通过两条与其垂直的螺栓8紧固，钢斜撑9焊接在另两个相对的维护结构6上；所述支撑立柱4为液压伸缩装置；

所述增接装置2包括第一套接件10和第二套接件11，所述第一套接件10上设置有若干个第一连接孔12，所述第一连接孔12上连接有第一螺栓，所述第一螺栓与第一连接孔12之间设置有用于加强连接的保护结构；所述第二套接件11上设置有若干个第二连接孔13，所述第二连接孔13上连接有第二螺栓，所述第二螺栓与第二连接孔13之间设置有用于加强连接的保护结构；所述第一套接件10和第二套接件11分别与套接的钢结构建筑的钢柱以及增接的钢柱先利用第一和第二螺栓固定连接后再进行焊接。

所述支撑立柱4的底部设置承力座，所述支撑立柱4的四周设置导向架，导向架的4个导向螺杆紧贴所述支撑立柱4的外周插入承力座内；所述承力座由上钢板、下钢板和承力柱连接固定而成，承力柱的上下两端分别连接上钢板、下钢板，形成一个整体；所述上钢板中心设有与支撑立柱4穿心孔径等同直径的中心孔，并在中心孔两侧边设有能够穿入导向螺杆的通孔。

所述钢斜撑9由水平钢板和垂直钢板组成，所述垂直钢板上设有凹槽，所述凹槽的垂直向宽度等于螺栓8的直径，所述凹槽的水平向深度大于螺栓8的直径，螺栓8穿过凹槽并卡紧。

所述第一套接件10为一端开口的筒状结构，所述第一套接件10套接在钢结构建筑的钢柱的下端；所述第二套接件11为一端开口的筒状结构，所述第二套接件11套接在增接的钢柱的上端。

所述保护结构为圆筒状结构，由橡胶材料制成；所述第一套接件10和第二套接件11沿直径方向可伸缩调节，能够适应不同尺寸的钢柱套接。

一种钢结构建筑地下增层施工方法，包括如下步骤：

1)开挖钢结构建筑的地基，一边开挖一边将所述支撑装置1设置在钢结构建筑的基础下方的合适位置，对钢结构建筑进行有效的支护，并确定钢结构建筑的钢柱拼接位置；

2)开挖过程中随着深度增加，不断调整所述支撑装置1；

3)在钢结构建筑的钢柱的拼接位置安装所述增接装置2的第一套接件10，并将第一套接件10与钢结构建筑的钢柱利用第一螺栓固定连接后再进行焊接；

4)将所述增接装置2的第二套接件11套接在增接的钢柱的上端，并将第二套接件11与增接的钢柱利用第二螺栓固定连接后再进行焊接；

5)将第一套接件10和第二套接件11进行拼接并焊接固定，进而完成增层结构的施工。

拼接位置为钢结构建筑的钢柱的反弯点。

实施例2

参见图1-2，一种钢结构建筑地下增层施工装置，包括支撑装置1和增接装置2，所述支撑装置1包括多个支撑座3和多个支撑立柱4，所述支撑座3包括底座板5，底座板5的下部四周设置有维护结构6，所述维护结构6紧贴在支撑立柱4顶部的表面上，其中两个相对的维护结构6的外侧水平焊接有两条角钢7，其通过两条与其垂直的螺栓8紧固，钢斜撑9焊接在另两个相对的维护结构6上；所述支撑立柱4为液压伸缩装置；

所述增接装置2包括第一套接件10和第二套接件11，所述第一套接件10上设置有若干个第一连接孔12，所述第一连接孔12上连接有第一螺栓，所述第一螺栓与第一连接孔12之间设置有用于加强连接的保护结构；所述第二套接件11上设置有若干个第二连接孔13，所述第二连接孔13上连接有第二螺栓，所述第二螺栓与第二连接孔13之间设置有用于加强连接的保护结构；所述第一套接件10和第二套接件11分别与套接的钢结构建筑的钢柱以及增接的钢柱先利用第一和第二螺栓固定连接后再进行焊接。

所述支撑立柱4的底部设置承力座，所述支撑立柱4的四周设置导向架，导向架的4个导向螺杆紧贴所述支撑立柱4的外周插入承力座内；所述承力座由上钢板、下钢板和承力柱连接固定而成，承力柱的上下两端分别连接上钢板、下钢板，形成一个整体；所述上钢板中心设有与支撑立柱4穿心孔径等同直径的中心孔，并在中心孔两侧边设有能够穿入导向螺杆的通孔。

所述钢斜撑9由水平钢板和垂直钢板组成，所述垂直钢板上设有凹槽，所述凹槽的垂直向宽度等于螺栓8的直径，所述凹槽的水平向深度大于螺栓8的直径，螺栓8穿过凹槽并卡紧。

所述第一套接件10为一端开口的筒状结构，所述第一套接件10套接在钢结构建筑的钢柱的下端；所述第二套接件11为一端开口的筒状结构，所述第二套接件11套接在增接的钢柱的上端。

所述保护结构为圆筒状结构，由橡胶材料制成；所述第一套接件10和第二套接件11沿直径方向可伸缩调节，能够适应不同尺寸的钢柱套接。

一种钢结构建筑地下增层施工方法，包括如下步骤：

1)开挖钢结构建筑的地基，一边开挖一边将所述支撑装置1设置在钢结构建筑的基础下方的合适位置，对钢结构建筑进行有效的支护，并确定钢结构建筑的钢柱拼接位置；

2)开挖过程中随着深度增加，不断调整所述支撑装置1；

3)在钢结构建筑的钢柱的拼接位置安装所述增接装置2的第一套接件10，并将第一套接件10与钢结构建筑的钢柱利用第一螺栓固定连接后再进行焊接；

4)将所述增接装置2的第二套接件11套接在增接的钢柱的上端，并将第二套接件11与增接的钢柱利用第二螺栓固定连接后再进行焊接；

5)将第一套接件10和第二套接件11进行拼接并焊接固定，进而完成增层结构的施工。

拼接位置为钢结构建筑的钢柱的反弯点。

此外，所述第一套接件10和第二套接件11均采用高强度钢制成，其成分的重量百分比为：c：0.08-0.1％，mn：1.2-1.3％，cu：0.2-0.4％，ti+v+nb：0.5-0.8％，al：0.06-0.09％，mo：0.10-0.60％，si：0.3-0.5％，cr：0.2-0.7％，ni：0.1-0.6％，余为铁和不可避免的微量的化学元素。

高强度钢的制备方法，采用转炉或电炉冶炼，铸造采用连铸，轧制采用中厚板轧机。轧制过程将连铸坯或铸坯开坯后装入加热炉中进行加热，加热温度为1180-1200℃，时间为2-3小时，加热后进行轧制，开轧温度为1130-1150℃；中厚板轧机轧制工艺为：粗轧轧制8道次，精轧轧制8道次，粗轧轧后温度控制在980-1000℃，精轧终轧温度为860-900℃；最后层流冷却至320-350℃；热处理工艺包括α+γ相区淬火和回火两道工序，α+γ相区淬火温度为750-780℃，保温时间为30min-50min；回火温度为350-400℃，保温时间为40min-50min，回火后空冷至室温，得到高强度钢。

由此制成的所述第一套接件10和第二套接件11由于碳以及合金元素发生扩散与富集，造成某些局部位置的相变临界点下降(甚至低于回火温度)，因而在回火加热的过程中就产生了逆转变奥氏体。与一次淬火前的奥氏体相比，α+γ两相区加热所得的奥氏体，组织内部富集了更多的碳，并且具有更大的位错密度，因此逆转变奥氏体变得非常稳定，使强度和塑韧性达到最佳配合，实现提高强度并降低屈强比的目的，从而得到良好的强度、连接和抗震性能。

实施例3

参见图1-2，一种钢结构建筑地下增层施工装置，包括支撑装置1和增接装置2，所述支撑装置1包括多个支撑座3和多个支撑立柱4，所述支撑座3包括底座板5，底座板5的下部四周设置有维护结构6，所述维护结构6紧贴在支撑立柱4顶部的表面上，其中两个相对的维护结构6的外侧水平焊接有两条角钢7，其通过两条与其垂直的螺栓8紧固，钢斜撑9焊接在另两个相对的维护结构6上；所述支撑立柱4为液压伸缩装置；

所述增接装置2包括第一套接件10和第二套接件11，所述第一套接件10上设置有若干个第一连接孔12，所述第一连接孔12上连接有第一螺栓，所述第一螺栓与第一连接孔12之间设置有用于加强连接的保护结构；所述第二套接件11上设置有若干个第二连接孔13，所述第二连接孔13上连接有第二螺栓，所述第二螺栓与第二连接孔13之间设置有用于加强连接的保护结构；所述第一套接件10和第二套接件11分别与套接的钢结构建筑的钢柱以及增接的钢柱先利用第一和第二螺栓固定连接后再进行焊接。

所述支撑立柱4的底部设置承力座，所述支撑立柱4的四周设置导向架，导向架的4个导向螺杆紧贴所述支撑立柱4的外周插入承力座内；所述承力座由上钢板、下钢板和承力柱连接固定而成，承力柱的上下两端分别连接上钢板、下钢板，形成一个整体；所述上钢板中心设有与支撑立柱4穿心孔径等同直径的中心孔，并在中心孔两侧边设有能够穿入导向螺杆的通孔。

所述钢斜撑9由水平钢板和垂直钢板组成，所述垂直钢板上设有凹槽，所述凹槽的垂直向宽度等于螺栓8的直径，所述凹槽的水平向深度大于螺栓8的直径，螺栓8穿过凹槽并卡紧。

所述第一套接件10为一端开口的筒状结构，所述第一套接件10套接在钢结构建筑的钢柱的下端；所述第二套接件11为一端开口的筒状结构，所述第二套接件11套接在增接的钢柱的上端。

所述保护结构为圆筒状结构，由橡胶材料制成；所述第一套接件10和第二套接件11沿直径方向可伸缩调节，能够适应不同尺寸的钢柱套接。

一种钢结构建筑地下增层施工方法，包括如下步骤：

1)开挖钢结构建筑的地基，一边开挖一边将所述支撑装置1设置在钢结构建筑的基础下方的合适位置，对钢结构建筑进行有效的支护，并确定钢结构建筑的钢柱拼接位置；

2)开挖过程中随着深度增加，不断调整所述支撑装置1；

3)在钢结构建筑的钢柱的拼接位置安装所述增接装置2的第一套接件10，并将第一套接件10与钢结构建筑的钢柱利用第一螺栓固定连接后再进行焊接；

4)将所述增接装置2的第二套接件11套接在增接的钢柱的上端，并将第二套接件11与增接的钢柱利用第二螺栓固定连接后再进行焊接；

5)将第一套接件10和第二套接件11进行拼接并焊接固定，进而完成增层结构的施工。

拼接位置为钢结构建筑的钢柱的反弯点。

此外，本实施例中所采用的焊接均为：

(1)采用火焰切割法将工件加工对接装配成x型坡口，角度为82°-85°，所述的坡口钝边尺寸为0-2mm，控制坡口间隙3.5-4.5mm和错边量，随后对对接完成的坡口进行定位焊，定位焊焊接电流120a，焊接电压10v；

(2)采用钨极氩弧焊，正面和背面两把焊枪同时进行焊接，焊枪间距为30-50mm，保护气体为ar气，气体流量为22l/min，ar气纯度为99.999％，正面、背面焊接电流均为100-120a，焊接电压均为10-11v，热输入均为10-15kj/cm，焊接速度均为7-8cm/min；

(3)采用熔化极活性气体保护电弧焊，使用φ1.0实心焊丝进行焊接，保护气体为体积百分比为82％：18％的ar气和co2的混合气体，正面、背面焊接电流均为100-110a，焊接电压均为17-18v，热输入均为7-8kj/cm，正面焊接一层后，进行背面焊接，背面焊接一层后进行正面焊接，正背面焊接交替进行，直至正背面焊缝完全填满为止。

本发明的焊接工艺适宜，焊接时熔池体积适中，焊缝成型易于控制，焊缝表面成型均匀，成型质量良好；焊缝材料充分熔透，内部无缺陷，焊接变形小，焊缝质量较高。

另外，为实现更优的技术效果，还可将上述实施例中的技术方案任意组合，以满足各种实际应用的需求。

由上述实施例可知，本发明通过在原有的建筑底层柱上连接增接装置，不仅有效将降低了施工难度，同时也降低了施工周期。

本发明的钢结构建筑地下增层施工装置及其施工方法可以将整个钢结构建筑整体稳定、准确度高，节省了大量的人工费和机械台班费，加快了施工进度，降低了施工成本和安全风险。

本发明的钢结构建筑地下增层施工装置加工更加简单，加工费用大幅下降，施工现场组装快捷；便于安装和保养。。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。