建筑结构加固装置设计及其应用

□□ 彭 飞 (中冶建工集团有限公司，重庆 400084)

引言

为了节约建筑施工成本，避免非必要建筑翻新，通常会对老旧建筑结构进行二次加固使其能够继续安全使用。对建筑结构进行二次加固一般有两种方式：一种是加设支撑柱或结构梁；另一种是在建筑结构的薄弱位置、主要支撑位置或直角墙面(如建筑墙角、墙壁与顶壁的相交处)设置加固装置，以加强建筑结构的稳定性。前者施工量大、施工周期长且成本较高，容易对正常生产造成影响，所以目前对建筑结构的二次加固多采用第二种方式。然而当前的多数加固装置存在加固范围小，不能较长距离的对建筑结构进行稳定加固，加固效果较差等问题，同时大多加固装置与建筑结构为刚性连接，当建筑结构发生较大震动时不能够起到良好的加固效果。

1 加固装置设计

针对现有技术的上述不足，拟设计一种新的建筑结构加固装置，设计思路具体如下：

(1)加固装置主要由安装板和螺纹杆组成。

(2)安装板上具有两个相互垂直且相交的安装面。

(3)在靠近两个安装面相交处设置避震板。避震板与对应安装面平行，避震板与对应安装面之间连接有弹性结构，弹性结构的回弹方向与对应安装面垂直。

(4)在安装面上远离两个安装面相交处设置支撑件。支撑件远离对应安装面的一端与对应安装面之间的距离小于避震板与对应安装面之间的距离。

(5)安装板上具有贯穿的螺纹孔。螺纹孔的轴线同时平行于安装面，安装板为2块，并排设置，安装板上的螺纹孔同轴且螺纹旋向相反。

(6)螺纹杆穿过2块安装板的螺纹孔。螺纹杆上具有旋向相反的两段外螺纹，两段外螺纹分别与2块安装板的螺纹孔螺纹连接。

2 加固装置组成

建筑结构加固装置主要由安装板、避震件、支撑件、调节件和限位件组成，如图1所示。

1—限位件，11—限位杆，12—限位板；21—安装孔，22—安装板，23—直角三角块，24—螺纹孔；3—调节件，31—手轮,32—螺纹杆,33—挡板；4—避震件,41—避震板，42—活动杆，43—壳体，44—活动板，45—橡胶阻尼垫，46—螺旋弹簧；5—支撑件,51—支撑环，53—支撑杆，53—支撑板。

2.1 安装板

安装板上具有两个相互垂直且相交的安装面，安装面上远离两个安装面相交处的位置贯穿设有与对应安装面垂直的安装孔，安装板上具有贯穿的螺纹孔，螺纹孔的轴线同时平行于两个安装面，如图2所示。安装板呈L型，在确保安装支撑效果的同时，应尽可能减轻安装板的质量和体积；安装板的内侧设有直角三角块，其两直角墙面分别与安装板内侧的两平面固定连接，以强化L型安装板的结构强度；安装板和直角三角块为一体结构，螺纹孔贯穿设置在直角三角块上。

图2 安装板立体结构

2.2 避震件

安装面上靠近两个安装面相交处的位置设有避震件如图3和图4所示。避震件由弹性结构和避震板组成。其中避震板与对应安装面平行，弹性结构连接设于避震板与对应安装面之间，弹性结构的回弹方向与对应安装面垂直。弹性结构主要为壳体，其与对应安装面固定连接，内部呈垂直于对应安装面的圆柱腔体，内部的圆周壁上贴合设有一圈橡胶阻尼垫；内部设有垂直于对应安装面的螺旋弹簧，其靠近对应安装面的一端与壳体的内部抵接，螺旋弹簧远离对应安装面的一端抵接设有活动板，活动板的外圆面与橡胶阻尼垫抵接，活动板远离螺旋弹簧的一侧固定连接有活动杆，活动杆的自由端活动穿出至壳体外并与对应避震板垂直固定连接。

图3 避震件立体结构

图4 避震件局部断面

2.3 支撑件

安装面上远离两个安装面相交处的位置设有支撑件，如图5所示。支撑件为刚性结构，其主要包括支撑环、支撑杆和支撑板。支撑环与对应安装面固定连接；支撑环与安装孔同轴，其外圆面上沿周向间隔连接有多个支撑杆；支撑杆的自由端倾斜远离对应安装面，自由端的端面与对应安装面平行，端面与对应安装面的距离小于避震板与对应安装面之间的距离。支撑杆为3根，支撑杆周向均布在支撑环的外侧，支撑杆的一端与支撑环的外圆面固定连接。为了增大使用时支撑杆与墙面的接触面积，在支撑杆的另一端连接有支撑板，支撑板与对应安装面平行，且支撑板与对应安装面的距离小于避震板与对应安装面的距离。

图5 支撑件立体结构

2.4 调节件

调节件由手轮、螺纹杆和挡板组成，如图6所示。螺纹杆穿过2块安装板的螺纹孔，螺纹杆上具有旋向相反的两段外螺纹，两段外螺纹分别与2块安装板的螺纹孔螺纹连接；螺纹杆的一端连接有手轮以便于转动螺纹杆，螺纹杆的另一端连接有挡板以避免螺纹杆与安装板脱离。

图6 调节件立体结构

2.5 限位件

限位件包括限位杆和限位板，如图1所示。限位杆与螺纹杆平行，限位杆活动穿过2块安装板，限位杆的两端均连接有限位板以避免限位杆与安装板脱离；限位杆为2根。

3 加固装置的使用及效果分析

3.1 使用方法

建筑结构加固装置使用步骤如下：

(1)确定建筑结构中待加固直角墙面所需要加固的范围。直角墙面由两个垂直且相交的平面组成，通过手轮转动螺纹杆，使2块安装板相互远离或靠近，使2块安装板22的间距与该直角墙面需要加固的范围相匹配。

(2)将加固装置移动至该直角墙面处，安装板的安装面与直角墙面的两个平面一一对应。

(3)调整加固装置与直角墙面的距离，使避震板与对应直角墙面的平面抵接且螺旋弹簧处于压缩状态，支撑板与对应直角墙面的平面之间留有一定间距。

(4)用螺栓的杆部依次穿过安装孔和对应支撑环，并使螺栓的杆部与对应直角墙面的平面固定连接，螺栓的头部与对应安装板的内侧面紧紧抵接，从而将加固装置安装到对应直角墙面处，以起加固作用。

3.2 技术优点

与现有技术相比，该加固装置优点如下：

(1)该加固装置的2块安装板间距可调，使该加固装置拥有较大的加固范围且加固范围根据需求做适应性调整。

(2)加固装置可通过避震件来降低建筑结构发生震动和变形的趋势，以提高加固的稳定性，同时通过支撑件来避免建筑结构的过度震动和变形，从而取得较好的加固效果。

(3)当避震件发挥避震作用时，活动板在壳体内滑动会受到橡胶阻尼垫的阻尼作用，提高避震件的避震效果，从而进一步降低建筑结构发生震动和变形的趋势。

(4)通过设置限位杆，可使对2块安装板的间距调整顺利进行，不需要采用其他手段来限制安装块的转动，使该加固装置的使用和调节更加方便。安装板可通过螺纹杆和限位杆传递受力，使两块安装板的受力更加均匀，使该加固装置的稳定性更好。

4 结语

为了解决目前因加固装置加固范围小而导致加固效果差的问题设计了一种建筑结构的加固装置。当建筑结构发生震动或发生变形时，震动或变形会通过直角墙面的两个平面传递至避震板，避震板通过活动杆和活动板传递至螺旋弹簧，通过螺旋弹簧来降低建筑结构发生震动和变形的趋势；同时，活动板在壳体内滑动时，会受到橡胶阻尼垫的阻尼作用，从而进一步降低建筑结构发生震动和变形的趋势；当建筑结构的震动或变形较大时，直角墙面的两平面与支撑板抵接，以限制建筑结构发生更剧烈的震动或变形，以提高加固装置对直角墙面处的加固效果。