2022年2022年根据楼阁式古塔结构原理的房屋增层改造方法 .pdf

《2022年2022年根据楼阁式古塔结构原理的房屋增层改造方法 .pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2022年2022年根据楼阁式古塔结构原理的房屋增层改造方法 .pdf（5页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、第4卷 第4期2006年12月南京 工 程 学 院 学 报(自 然 科 学 版)Journal of Nanjing Institute of Technology(Natural ScienceEdition)Vol. 4, No. 4Dec., 2006文章编号: 1672 - 2558 ( 2006) 04 - 0068 - 06根据楼阁式古塔结构原理的房屋增层改造方法邱竞千1,杨钦巍2(1. 镇江方圆建设监理咨询有限公司,江苏 镇江 , 212004;2 . 金坛市建筑安装公司镇江分公司,江苏 镇江 , 212003)摘 要:根据中国楼阁式古塔的内框和外框结构原理,结合近代建筑工程结构

2、力学及工程计算机辅助设计方法,通过科研实践范例,证实楼阁式古塔结构原理的房屋增层改造方法是一种可行的房屋增层改造技术,可供房屋增层改造工程设计实施及计算机辅助设计软件进一步研发参考.关键词:楼阁式古塔;内外框构架;弯矩直接平衡法中图分类号: TU318文献标识码: AStorey2add ing House Restora tion Based on the Structureof A tti c2styled Anc ient Towerof Ch inaQ I U Jing2qian1, YANG Qin2wei2(1.Zhenjiang FangyuanConstructive Supe

3、rvising and Consulting Company, L td, Zhenjiang 212004, China;2.Zhenjiang SubordinateCompanyof Jintan Engineering Installing Company, Zhenjiang 212003, China)Abstract:It is proved in this paper that storey2adding house restoration can be basedon the structure of attic2styled ancienttower of China.Th

4、e paper analyzes the inner and outer framework of the attic2styled towers,concludingthat if combinedwith modern civilengineering structural mechanics and computer aided engineering design,the structure of ancient towerscan provide for storey2adding restorati on.The findingis beneficialto the researc

5、h and development of s oftware of storey2adding house restoration and computer aided design.Key words:attic2styled ancient tower;inner and outer framework;direct balance of bending moment收稿日期: 2006 - 06 - 10;修回日期: 2006 - 10 - 11作者简介:邱竞千(1948 - ) ,男,本科,工程师,主要从事工程力学和中国古典园林建筑的研究.E2ma il: gul 1234 sina

6、. com房屋增层改造技术是一项针对已建建筑物进行改造的建筑科学技术,可提高城市土地利用率,增加建筑物有效使用面积,保护文物古迹,恢复有缺陷的建筑物使用功能和拯救危险房屋续建安全. 该技术适合我国国情,是一门技术难度较大,受国际建筑界关注的新兴建筑科学技术. 1房屋增层改造工程可采用多种方法,有扩大基础及加强构造措施的桩式托换加层法(如锚杆静压桩、锚梁式静压桩、 大直径挖孔桩和树根桩等) 、 地基加固补强加层法(如压力注浆、 素混凝土垫层等)和仿古塔原理增层法等. 2其中 ,仿古塔原理增层法是一种成熟的针对建筑物“主体 ” 结构增层改造的方法.名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - -

7、- - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 5 页 - - - - - - - - - 第4卷第4期邱竞千,等:根据楼阁式古塔结构原理的房屋增层改造方法镇江市位于江苏省苏南经济文化发达地区,是一座约有一千八百多年历史的文化古城,城里有许多历代遗留下来的古塔,这些塔虽经历了数百年风雨,仍巍然屹立 .塔原产于印度,梵文叫stupa, 大约在东汉初期随佛教传入我国,当时只是一个简单的实心构筑物,后经过长期与中国传统楼阁式建筑的融合发展,以及采用中国传统建筑技术,产生了一种有独特结构原理的中国古塔 楼阁式古塔 .楼阁式古塔主

8、要是由梁、 柱构成的内框和外框构架将塔的内外腔分成多层,来分别承受塔的各层重量 . 形式上好象是重重楼阁叠加而成,如图1所示 . 它所受的荷载实际上主要由梁、 柱构成的内框和外框来合成或分解,墙体只承受自重,就象中国古代传统建筑楼、 堂 、 亭、 阁的木构架一样,保持了虽受外力(譬如飓风 、 地震等因素) ,仍能保持 “墙倒架不倒” 的特色 .楼阁式古塔的结构是现代框架结构的雏型,是一种超静定结构的建筑技术. 据资料 3反映 ,国外建筑界在1953年就开始对中国楼阁式古塔的结构原理进行研究 ,并形成了所谓 “塔式建筑” 框架结构系列理论.1 楼阁式古塔房屋增层方法的计算传统的房屋增层改造工程一

9、般都局限在旧的基础上采取灌浆加固方法,挖掘地基多年沉压增强系数和设计安全保守系数来作为理论依据进行房屋增层改造,所能增的层数有限,经济效益亦不明显.同时 ,也没有系统的较准确的勘测理论数据,风险较大 .中国楼阁式古塔结构原理的房屋增层改造方法改变了以前的将目光仅盯在基础改造的传统思路上,而是将主体改造和基础改造共同考虑.引入古塔结构原理,改造主体结构.根据中国楼阁式古塔结构原理的房屋增层改造方法,其核心技术是怎样采取科学措施,加强已建建筑的 “主体 ” 和“基础 ” ,使其满足房屋增层设计方案结构承载力要求.由于房屋增层改造与新建项目在结构计算上有局部和整体侧重考虑的特点区别,现有的PKP M

10、 系列和 JCCAD系列计算机辅助设计软件对其不适合使用. 框架力学计算采用的迭代法是要对框架一片片整体循环计算 ,且收敛慢 .而房屋增层改造主体设计中需要对相关节点、 杆件的受力计算更简捷. 因此 ,在参考了有关近代建筑结构计算理论的基础上,推导出了一套“弯矩直接平衡法” ,使房屋增层改造工程技术设计中使用起来较便利,计算精确度也较高. “弯矩直接平衡法” 解决了房屋增层改造方案中任意部位节96名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 5 页 - - - - -

11、- - - - 南京工程学院学报(自然科学版)2006年12月点 、 杆件的弯矩 、 剪力计算简捷这个问题,是楼阁式古塔房屋增层改造课题的核心技术.中国楼阁式古塔的房屋增层改造技术对主体框架不需要反复计算,利用以下推导公式就可以直接求出相关节点、 杆件的弯矩和剪力.以一连续梁为例(如图2所示 ) ,规定杆端弯矩以顺时针方向为正,杆端剪力使杆件绕另一端顺时针方向转为正,旋转角以顺时针方向为正,水平侧移向右为正,向左为负 .在荷载作用下的连续梁ik杆的杆端弯矩为Mik= Siki+ CkiSkik+ mik(1)Mki= Skik+ CikSiki+ mki(2)式中: mik为ik杆的i端固端弯

12、矩; mk i为ik杆的k端固端弯矩.如果设mik= Siki及mki= Skik,则式(1)、(2)变为Mik= mik+ Ckimki+ mik(3)式中: mik 为ik杆i端的角变弯矩; mki 为ik杆k端的角变弯矩.由式(3)可知,只要设法求出角变弯矩mik 及mki,就可以求得杆端弯矩.各杆的杆端弯矩求出后,就把超静定的连续梁转化成静定梁了,用平衡条件即可作出连续梁的弯矩图和剪力图.在迭代法中,角变弯矩的计算公式为Mik=ik(Mi+Ckimki)(4)式中:Mi为节点i不平衡弯矩, Mi=mik;ik为角变弯矩分配系数,ik= Sik/Sik.角变弯矩是利用式(4)用连续代入的

13、办法求得的.由于迭代法收敛慢,给房屋增层改造梁柱框架弯矩计算造成了极大的困难.因此,研究把式(4)变成一个直接计算角变弯矩的公式.假设节点i有一个单位的“不平衡弯矩” 作用,利用迭代法计算各杆的杆端角变弯矩,可以求各节点的近似值为mik=ki(1+ik)ik+ CikCk jCjkikkjjk如果只保留二阶微量,略去四阶以上的微量,则上式变为mik= (1+ik)ikk i其余类推.把计算结果列在相应的杆端下面ik= CikCk iikk i(5)对于等截面杆件,由于Cik= Ck i=1/2,因此式(5)变为ik=14ikki(6)07名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - -

14、 - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 5 页 - - - - - - - - - 第4卷第4期邱竞千,等:根据楼阁式古塔结构原理的房屋增层改造方法由于|ik| 1,则Ki=1+ik+ (ik)2+ (ik)3+=1/ (1-ik)(7)ik杆的i端角变弯矩为mik=ik(mi+Ck ikimk+Ckik jjkmj)(8)式中: mi 为节点i的修正不平衡弯矩, mi= KiMi; mk 为节点k的修正不平衡弯矩, mk= KkMk; mj 为节点j的修正不平衡弯矩, mj= KjMj.对等截面杆体,角变弯矩可以直接

15、由不平衡弯矩计算出来,不需要按顺序计算.在哪一个节点计算都可以,从而可以一次求出角变弯矩,式(8)可变为mik=ik(mi+12kimk+14k ijkmj)(9)利用式(8)求出角变弯矩后,便可利用式(3)计算杆端弯矩.由于角变弯矩是直接由不平衡弯矩计算出来的,利用这个方法计算房屋增层改造结构梁柱框架不仅计算简便,而且精确度也满足增层改造的内框和外框构架计算要求.2 应用案例分析最早将楼阁式古塔结构原理的房屋增层改造方法付诸实施的工程,是自1988年在镇江市糕点厂的一栋单层车间开始,该单层车间长20m, 宽 8m, 面积约 160m2.原准备在原地址上改建成三层楼房,底层仍然作车间,上面新增

16、的两层作为办公室和试验室使用.若采用传统加强地基的增层改造方法,因地基和墙体承载力均无法满足测算要求行不通,厂方原准备整体拆除重建,但因施工场地影响生产而左右为难.镇江市建筑科学研究院决定将该项目纳入专项科研课题. 参照镇江市金山寺慈寿塔的结构(如图3所示 )原理 ,作出了糕点厂增层改造楼房的结构内外框柱网布置方案图,如图4所示 . 根据方案图初步计算出相关节点、 杆件的结构各部位尺寸,需要补强的理论数据,再进行正式房屋增层改造施工图设计.镇江市糕点厂楼房增层改造的施工设计程序简叙如下:(1) 根据所作出的增层楼房结构柱网布置图,运用以上的推导公式分别计算出构架梁柱的弯矩和剪力 ,确定构架的梁

17、柱截面大小及配筋.并据相关计算荷载决定所需地基承载力,采用扩大基础加强构造措施 ,计算确定独立基础大小尺寸.17名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 5 页 - - - - - - - - - 南京工程学院学报(自然科学版)2006年12月(2) 做好施工组织方案设计和办好各种开工审批手续,拆除原单层车间机瓦屋面及原木屋架. 做好施工现场安全保护工作.(3 ) 沿 墙 柱 点 分 段 间 隔 开 挖 基 础 ,浇 筑 基 础 及 立 柱. 旧 墙 壁 用 冲 击

18、 钻 开 槽 ,由 柱 边 各 伸 出8500L1000钢筋与原墙体拉结成一体.逐层浇筑混凝土至设计标高,留出主筋逐层向上延伸搭接.(4) 各层按设计高度浇捣连系梁和承重梁,浇筑楼板 ,使其形成楼阁式古塔的内框和外框模式构架.(5) 复原盖顶 ,砌筑各层填充墙,进行室内外墙装修和整理.自 1988年开始实施的这项工程,连续五年作沉降观察及应力检测,检测数据值均符合国家规范要求 ,满足工程建设标准强制性条文 的技术规定 .地震设防裂度可达8度和最少增层六层的理论潜力.其建筑造价比拆除新建同样面积的房屋造价节省资金数倍,经济效益明显.增层后的房屋至今完好无损,很安全 . 此案例虽然不大,却从中获得

19、了大量的第一手科研数据,印证了“弯矩直接平衡法” 计算结果的精确度 ,使楼阁式古塔结构原理的房屋增层改造方法纳入科学发展的轨道.3 结语根据中国楼阁式古塔结构原理的房屋增层改造方法,有别于传统单一注重基础改造的方法,它是一种同时运用主体改造和基础改造的房屋增层改造技术,安全性 、 经济性 、 科学性较高. 弯矩直接平衡法是解决楼阁式房屋增层改造工程结构设计计算的核心技术,也是房屋增层改造计算机辅助设计软件研发的理论根据 . 据不完全统计:国内现已有大约30多万平方米面积的房屋增层改造采用了这种方法.参考文献: 1刘敦祯.中国古代建筑史M .北京:中国建筑工业出版社, 1984. 2唐念慈,韩选江.建筑物增层改造基础托换技术应用M .南京:南京大学出版社, 1992. 3莱特.美国塔式建筑M .北京:中国外文出版社, 1980.27名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 5 页 - - - - - - - - -