一种具有持续预应力的夯土建筑墙体及其使用方式

技术领域

本发明属于建筑技术领域，具体涉及一种具有持续预应力的夯土建筑墙体及其使用方式。

背景技术

夯土建筑遍及我国中西部广大农村地区，通过实地考察和试验研究，结合西方现代生土建筑技术，对当地传统夯筑材料、夯筑机具、夯筑工艺及房屋抗震构造措施进行适宜性改良，全面提升房屋抗震防灾性能，是当前解决贫困地区农村住房问题行之有效的方法和策略。课题组在国际生土建筑研究和应用中心技术人员的指导与协助下正在进行后续试验研究与示范农宅建设，相信随着不断实践与工艺的逐步完善，现代夯土房屋建造体系必将在我国得到大范围的推广与应用。

但是夯土建筑，无论是在古代还是在现代，都存在着难以克服的缺陷，其中最重要的就是夯土墙体的弹性模量较低，仅为混凝土的1/50~1/100，抗变形能力差；并且由于其抗剪强度较低，使得其抗震性能较差。

专利号：CN201943217U公开了一种内置绳网夯土墙体；其发明在夯土墙体内部设置有至少一张绳网，其中的绳网面积大于土墙体面积，使绳网边侧与其他构件相连接，以增强结构的整体性。该结构墙体施工简单，造价低廉，绳网对夯土墙体的抗震性能提高显著；显然这是一种被动式的提高夯土建筑抗震性能的方式，而绳网在夯土的过程中容易弯曲褶皱，从而降低其作用。

若要提高墙体的抗剪承载力，一是提高材料的抗剪强度指标，二是适度增加墙体的竖向压应力，所以本发明的目的是在夯土墙体的抗剪强度一定的条件下，通过增加墙体竖向压应力的方式来提高夯土墙体的抗剪强度，进而同时提高夯土墙体的抗震性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：针对目前的发明无法提供持续且有效实行的墙体预应力的问题，提供一种通过增加墙体竖向压应力的方式来提高夯土墙体的抗剪强度，同时提高夯土墙体的抗震性能的一种具有持续预应力的夯土建筑墙体及其使用方式。

为解决上述技术问题，本发明采用如下所述的技术方案是：

一种具有持续预应力的夯土建筑墙体；包括预应力组件、地梁、夯土和圈梁，所述地梁位于墙体底部，所述夯土位于地梁的上部，所述圈梁位于夯土上部，所述预应力组件均设置在地梁、夯土和圈梁的内部；所述预应力组件均包括外套管、弹簧、下端板、上端板、内套管以及预应力钢筋，

其中，所述外套管为钢管。

其中，所述内套管设置在外套管的内部并深入外套管内部50mm~500mm，内套管外径小于外套管内径0.5mm~5mm，内套管的上部距管顶端50mm~100mm位置处设置有钢质隔板，钢质隔板外轮廓尺寸大于内套管外径50mm~100mm，钢质隔板的中心设有直径为12mm~40mm的孔洞。

其中，所述下端板为钢板，焊接在外套管的底部，下端板外轮廓尺寸大于外套管外径50mm~100mm。

其中，所述弹簧设置在内套管内部，且底部固定设置在下端板上，弹簧外径小于内套管内径0.5mm~5mm。

其中，所述上端板为钢板，设置在弹簧的顶部，且外轮廓尺寸与弹簧外径相同；所述预应力钢筋设置在上端板上部，且顶部穿过钢质隔板上的孔洞。

上述权利要求所示一种具有持续预应力的夯土建筑墙体其使用方式；建造权利要求所述的一种具有持续预应力的夯土建筑墙体，包括以下步骤，

S1：

制备一套以上预应力组件，外套管采用钢管制备；内套管采用钢管制备，其外径小于外套管内径0.5mm~5mm，在上部距离顶端50mm~100mm位置设置与内套管焊接连接成一体的钢质隔板，钢质隔板的外轮廓尺寸大于内套管的外径50mm~100mm，钢质隔板的中心设有直径12mm~40mm的孔洞；下端板采用钢板制备，其外轮廓尺寸大于外套管外径50mm~100mm；上端板采用钢板制备，其外径小于内套管内径0.5mm~5mm；弹簧采用直径为12mm~25mm的圆钢制备，其外径小于内套管内径0.5mm~5mm，将弹簧底部与下端板焊接连接，弹簧顶部与上端板焊接连接；

S2：

组装预应力组件，将预应力钢筋从内套管上部钢质隔板中心的孔洞中插入，并从底部露出，将外套管从底部套在内套管的外侧，将焊接连接成为一体的弹簧、下端板以及上端板整体件的上端板与预应力钢筋焊接或螺栓连接，将上端板和弹簧的一部分插入内套管中，窜动外套管，将外套管的底部与下端板焊接连接，预应力组件制备完成；

S3：

在建筑地基施工完成后，支地梁模板和绑扎地梁钢筋，根据设计要求布置一套以上预应力组件，将预应力组件的底部置入地梁中，并使外套管的顶标高与地梁的顶标高平齐，浇筑地梁混凝土并养护至C混凝土强度标准以上；采用素土或掺和骨料的素土经人工或机械夯实制备夯土墙体，夯土墙体顶部达到设计标高后，整平墙体顶面，支圈梁模板并绑扎圈梁钢筋，圈梁的顶标高与内套管的顶标高平齐，然后浇筑圈梁混凝土并养护至强度达到C以上；

S4：

将千斤顶坐在圈梁顶面上对预应力钢筋施加向上的预拉应力，压缩状态的弹簧被向上拉开，采用锚具套在预应力钢筋上从而将预应力钢筋和钢质隔板锁紧固定在一起，移除千斤顶并去除延伸至圈梁外部的预应力钢筋段；所有的预应力钢筋完成张拉并锁紧后，夯土建筑墙体施加了可持续的竖向预压应力，完成一种具有持续预应力的夯土建筑墙体的建造。

本发明与其他方法相比，有益技术效果是：

采用大直径圆钢制作的弹簧作为预应力钢筋的一部分，解决了夯土材料弹性模量过低造成变形过大而产生的预应力损失问题，在夯土建筑的墙体中建立持久的竖向预压应力，即便是在低弹性模量条件下产生较大的变形，预应力损失也不会很多，从而有效保证夯土墙体的抗震性能和耐久性能，为夯土建筑的应用提供有效的质量保证。

附图说明

图1为本发明装置中内套管5的剖示图；

图2为本发明装置中弹簧3、下端板301、上端板302及预应力钢筋6的组装示意图；

图3为本发明中外套管2的剖示图；

图4为本发明装置中预应力组件的组装示意图；

图5为本发明地梁4制作完成后的示意图；

图6为本发明夯土7墙制作完成后的示意图；

图7为本发明圈梁8制作完成后的示意图；

图8为本发明装置的整体结构示意图；

1、地基；2、外套管；3、弹簧；301、下端板；302、上端板；4、地梁；5、内套管；6、预应力钢筋；7、夯土；8、圈梁；9、预应力锚具；10、钢质隔板。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，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，本领域普通的技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。下文中如出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用。

一种具有持续预应力的夯土建筑墙体，如图8所示，包括一套以上预应力组件、地梁4、夯土7及圈梁8；

如图4所示，每一套预应力组件均包括外套管2、弹簧3、下端板301、上端板302、内套管5和预应力钢筋6；

如图3~图8所示，外套管2采用钢管制备，其内径大于内套管5的外径0.5mm~5mm，且底部与下端板301连接；

如图1所示，内套管5采用钢管制备并深入外套管内部50mm~500mm，其外径小于外套管2的内径0.5mm~5mm，内径大于上端板302的外径0.5mm~5mm，在顶部距离顶端50mm~100mm位置设置与内套管5为一体式结构的钢质隔板10，钢质隔板10的外轮廓尺寸大于内套管5的外径50mm~100mm，钢质隔板10的中心设有直径12mm~40mm的孔洞；

如图2所示，下端板301采用钢板制备，其外轮廓尺寸大于外套管2的外径50mm~100mm；

如图2所示，上端板302采用钢板制备，其外径小于内套管5的内径0.5mm~5mm，顶部与预应力钢筋6连接；

如图2所示，弹簧3采用直径为12mm~25mm的圆钢制备，其外径小于内套管5的内径0.5mm~5mm，且底部与下端板301连接，顶部与上端板302连接；

所述预应力钢筋6，如图2和图8所示，为屈服强度大于300MPa的钢筋或精轧螺纹钢，预应力钢筋6的顶部设置有预应力锚具9；

如图5~图8所示，地梁4采用钢筋混凝土制备，设置于墙体的底部；所述夯土7，如图6~图8所示，采用素土或素土掺和骨料后经人工或机械夯实制备；所述圈梁8，如图7和图8所示，采用钢筋混凝土制备，设置于墙体的顶部。

一种具有持续预应力的夯土建筑墙体的建造方法，如图1~图8所示，建造所述的一种具有持续预应力的夯土建筑墙体，包括以下步骤，且以下步骤顺次进行，

S1：制备一套以上预应力组件，如图4所示，每一套预应力组件均包括外套管2、下端板301、上端板302、弹簧3、内套管5和预应力钢筋6；外套管2采用钢管制备，其内径大于内套管5的外径0.5mm~5mm；下端板301采用钢板制备，其外轮廓尺寸大于外套管2的外径50mm~100mm；上端板302采用钢板制备，其外径小于内套管5的内径0.5mm~5mm；弹簧3采用直径为12mm~25mm的圆钢制备，其外径小于内套管5的内径0.5mm~5mm，将弹簧3的底部与下端板301焊接连接，顶部与上端板302焊接连接；内套管5采用钢管制备，其外径小于外套管2的内径0.5mm~5mm，内径大于上端板302的外径0.5mm~5mm，在顶部距离顶端50mm~100mm位置设置与内套管5焊接连接成一体的钢质隔板10，钢质隔板10的外轮廓尺寸大于内套管5的外径50mm~100mm，钢质隔板10的中心设有直径12mm~40mm的孔洞；预应力钢筋6采用屈服强度大于300MPa的钢筋或精轧螺纹钢；

S2：

预应力组件组装，如图4所示，将预应力钢筋6从内套管5上部端钢质隔板10中心的孔洞中插入，并从底部露出，然后将外套管2从底部套在内套管5的外侧，将焊接连接成为一体的弹簧3、下端板301和上端板302整体件的上端板302与预应力钢筋6焊接或螺栓连接，紧接着将上端板302和弹簧3的一部分插入内套管5中，窜动外套管2，将外套管2的底部与下端板301焊接连接，预应力组件制备完成；

S3：

制备包含预应力组件的夯土建筑墙体，如图5所示，在建筑地基1施工完成后，支地梁4模板和绑扎地梁4钢筋，根据设计要求布置一件以上预应力组件，将预应力组件的底部置入地梁4中，并使外套管2的顶标高与地梁4的顶标高平齐，然后浇筑地梁4混凝土并养护至强度达到C20以上；

如图6和图7所示，采用素土或素土掺和骨料后经人工或机械夯实制备夯土7墙体，夯土7墙体顶部达到设计标高后，整平墙体顶面，支圈梁8模板并绑扎圈梁8钢筋，圈梁8的顶标高与内套管5的顶标高平齐，然后浇筑圈梁8混凝土并养护至强度达到C20以上；

S4：

夯土建筑墙体施加预应力，如图8所示，将千斤顶坐在圈梁8顶面上对预应力钢筋6施加预拉应力，紧密的弹簧3被拉开缝隙，采用锚具9锁紧预应力钢筋6，移除千斤顶并去掉多余的预应力钢筋段；所有的预应力钢筋6完成张拉并锁紧后，夯土建筑墙体施加了可持续的竖向预压应力，完成一种具有持续预应力的夯土建筑墙体的建造。

以上借助具体实施例对本发明做了进一步描述，但是应该理解的是，这里具体的描述，不应理解为对本发明的实质和范围的限定，本领域内的普通技术人员在阅读本说明书后对上述实施例做出的各种修改，都属于本发明所保护的范围。