一种地下空间承重柱体用CC3/3型辅助抗浮装置
技术领域
本发明属于建筑结构领域，涉及一种地下空间承重柱体用CC3/3型辅助抗浮装置。该辅助抗浮装置在连续强降水天气影响下，地下空间水位不断抬升，使配套于承重柱体的低密度圆台型装置上浮，带动连接建筑底部的柔性张力筋腱产生竖直向下的拉力，从而提高地下空间承重柱体抗浮性能，可对地下空间建筑(尤其是施工期的建筑)起到明显的保护作用。
背景技术
随着城市化的推进，城市地下空间进一步开发，地下基础埋深随之不断增加，国家住房和城乡建设部于2020年3月1日实施了新版《建筑工程抗浮技术标准》，建筑结构的抗浮设计已经成为行业关注的焦点。抗浮稳性不足引发了众多的地下空间工程事故，如2020年7月南昌市连续强降水影响(气象部门发布暴雨红色预警信号，南昌单日最高降雨量达234毫米)，某尚在施工中的知名商业广场地下车库，地下空间内40余根承重柱体产生裂缝。其原因主要由于地下空间水位抬升导致建筑结构所受浮力不断增大，削弱了承重柱体原有的竖向荷载，导致结构更易发生剪切破坏并产生大量裂缝。
为解决上述问题，设计了一种地下空间承重柱体用CC3/3型辅助抗浮装置，以下简称“辅助抗浮装置”。传统抗浮工艺往往在施工期提前采用压重法、抗拔桩、抗浮锚杆等抗浮措施，以上措施会增大承重柱本身结构尺寸，从而使得造价不断攀升。相比较之下，辅助抗浮装置的技术更加灵活、方便，无须改变承重柱的原有设计结构，直接安装于承重柱体底部。此外，在正常施工阶段与建筑物使用期，辅助抗浮装置不会对地下空间承重柱体产生额外荷载，而仅针对强降水天气导致地下空间水位抬升时，通过提供额外的向下拉力以提高建筑的抗浮性能，真正做到“既轻又重”的设计理念。
圆台装置从上至下包含4个组成部分：强磁力连接层，密度比水轻的圆台型浮力层，柔性张力筋腱收纳层以及柔性张力筋腱。当水位抬升时，底部低密度圆台型浮力层开始启动；当水位抬升到一定高度时，强磁力连接层便与顶部磁力层紧密接触并对下端柔性张力筋腱产生初始的预张力，从而起到保护地下空间承重柱体的效果。因此，该辅助抗浮装置具有强大的即时性，并且在正常安全状态下不会对承重柱体造成任何额外负担，这方面明显优于传统抗浮技术。另外，传统抗浮工艺大多适用于施工期，对于仍需增强抗浮性能的已建成建筑结构，使用起来较为棘手。相较于传统工艺，辅助抗浮装置可以根据具体承重柱的尺寸而量身定制，并且在使用过程中便于安装拆卸，使其不仅适用于施工期的建筑结构，更适用于已建成的建筑结构。综上所述，地下空间承重柱体用CC3/3型辅助抗浮装置用于解决建筑抗浮稳性不足的问题非常方便有效，具有广阔的应用前景。
发明内容
本发明针对建筑抗浮性能不足的问题，提供一种地下空间承重柱体用CC3/3型辅助抗浮装置，主体结构由圆柱(Column)和圆台(Circular truncated cone)组成，附加3根竖直支撑的柔性张力筋腱和3根倾斜支撑的柔性张力筋腱，将此系统简称为CC3/3型辅助抗浮装置。
为了实现上述目的，本发明采取以下技术方案。
一种地下空间承重柱体用CC3/3型辅助抗浮装置，包括上顶板磁力层1、柔性张力筋腱收纳层4、接地柔性张力筋腱5、柱底部圆台型浮力装置，其中，柱底部圆台型浮力装置包括柱底部圆台型磁力上层2、柱底部圆台型浮力下层3。该辅助抗浮装置在连续强降水天气影响下，地下空间水位不断抬升，柱底部圆台牵动接地柔性张力筋腱上浮至一定高度，通过磁力与上顶板连接，使接地柔性张力筋腱处于紧绷状态并产生向下拉力，来提高地下空间承重柱体抗浮性能。
所述的上顶板磁力层1包括连接铆钉6以及磁铁7，磁铁7中部设有用于通过承重柱体的中心通孔，磁铁套在承重柱体外围，且不与承重柱体相连；所述连接铆钉6用于将磁铁7与上顶板固定连接。
所述的柱底部圆台型浮力装置为中空且能让承重柱贯穿其中的圆台结构；所述柱底部圆台型磁力上层2、柱底部圆台型浮力下层3、柔性张力筋腱收纳层4中部均设有通孔，套在承重柱体外围，且不与承重柱体相连，其中：
所述的柱底部圆台磁力上层2位于柱底部圆台型浮力装置顶部，当水位到达一定高度时，柱底部圆台磁力上层2上浮后利用磁力与上顶板磁力层1的磁铁7连接。
所述的柱底部圆台浮力下层3位于柱底部圆台型浮力装置中部，其内部设有空心玻璃微珠浮力部分8，底方设有柔性张力筋腱链接口9；所述的空心玻璃微珠浮力部分8质轻，密度比水小，可提供良好的浮力并带动柔性张力筋腱上浮；所述的柔性张力筋腱链接口9用以与接地柔性张力筋腱5的顶部相连接，给建筑提供向下拉力，提高其抗浮性能。所述空心玻璃微珠浮力部分8为空心玻璃微珠4。
所述的接地柔性张力筋腱5位于柱底部圆台型浮力装置下方，采用纤维增强复合材料FRP，其底部固定在地面上，顶部与性张力筋腱链接口9连接。所述接地柔性张力筋腱共计6根，3根斜撑筋腱，3根竖直接地筋腱。所述的柔性张力筋腱收纳层4设于柱底部圆台浮力下层3下方，在整个装置处于静置状态时候，用于收纳柔性张力筋腱5。
正常状态下，该装置围绕承重柱体且静置于地面上，不会对柱体产生任何影响，各个部分都未进入工作。
强降雨天气发生以后，抗浮装置进入工作状态，随着地下空间结构开始产生积水，水位逐步上涨，柱底部圆台型浮力装置开始发挥作用：在水环境下，柱底部圆台型浮力下层3所产生的浮力牵动底部与其连接的柔性张力筋腱5，一起沿着柱子逐渐上浮，进入浮动状态。当其上浮到一定水位后，上顶板磁力层1和柱底部圆台磁力上层2之间的磁力开始发挥作用。由于柱底部圆台型浮力装置整个质量较轻，恰好高度也在磁力的作用范围，磁力带动圆台加速向上移动，上顶板磁力层1和柱底部圆台磁力上层2最终紧密连接到一起，进入连接状态。此时，圆台底部连接的多根接地柔性张力筋腱5处于拉紧绷直状态，产生向下的拉力。由于接地柔性张力筋腱5的另一端在安装时，固定到了建筑地下空间的底面，所以多根柔性张力筋腱产生向下的拉力均会传导给建筑体。在此情况下，地下空间所有的承重柱体用CC3/3型辅助抗浮装置都已进入连接状态，所有拉力的集合用于抵抗建筑所受到的浮力，使得承重柱不易受剪切破坏，达到了提高建筑抗浮稳定性的目的。
本发明的有益效果：
1)正常施工及建筑使用时期，承重柱体用CC3/3辅助抗浮装置不会对建筑结构本身造成影响，只是附加在承重柱周围的一种辅助装置。
2)承重柱体用CC3/3辅助抗浮装置在地下空间积水时触发，为结构增加向下的拉力以提高整体结构的抗浮稳定性；在正常状态(无积水)下不会触发，具有很强的即时性。
3)承重柱体用CC3/3辅助抗浮装置易于安装和拆卸。
4)承重柱体用CC3/3辅助抗浮装置既可以安装于在建的建筑结构，也能安装于已建成建筑结构，突破建筑期和使用期的限制。
5)圆台型设计，可有效减少地下空间物体与装置间的碰撞，并在有限空间内容纳更多的柔性张力筋腱。
(6)设置3根倾斜支撑的柔性张力筋腱，可以直接抵抗部分剪切力，防止立柱受剪变形。
附图说明
图1是本发明的三维示意图。
图2是本发明处于正常状态图。
图3是本发明处于浮动状态图。
图4是本发明处于连接状态图。
图中：1上顶板磁力层；2柱底部圆台磁力上层；3柱底部圆台浮力下层；4柔性张力筋腱收纳层；5接地柔性张力筋腱；6连接铆钉；7磁铁；8空心玻璃微珠浮力部分；9柔性张力筋腱链接口。
具体实施方式
为了对本辅助抗浮装置的特征、目的和效果有更加清楚的理解，下面结合附图对该发明进行详细描述。
参见图1、图2、图3、图4，本发明包括上顶板磁力层1、柱底部圆台型磁力上层2、柱底部圆台型浮力下层3、柔性张力筋腱收纳层4、接地柔性张力筋腱5。所述的上顶板磁力层1包括连接铆钉6以及磁铁7，磁铁7中部设有用于通过承重柱体的中心通孔，磁铁套接在承重柱体外围；所述连接铆钉6用于将磁铁7与上顶板固定连接。所述的柱底部圆台型浮力装置设于承重柱体下方，柱底部圆台型磁力上层2、柱底部圆台型浮力下层3、柔性张力筋腱收纳层4中部均设有通孔，套接在承重柱体外围，其中：所述的柱底部圆台磁力上层2位于柱底部圆台型浮力装置顶部，当水位到达一定高度时，柱底部圆台磁力上层2上浮后利用磁力与上顶板磁力层1的磁铁7连接。所述的柱底部圆台浮力下层3位于柱底部圆台型浮力装置中部，其内部设有低密度空心玻璃微珠浮力部分8，底方设有柔性张力筋腱链接口9。所述的接地柔性张力筋腱5位于柱底部圆台型浮力装置下方，能够伸缩，其底部固定在地面上，顶部与性张力筋腱链接口9连接。所述接地柔性张力筋腱共计6根，3根斜撑筋腱，3根竖直接地筋腱。所述的柔性张力筋腱收纳层4设于柱底部圆台浮力下层3下方，在整个装置处于静置状态时候，用于收纳柔性张力筋腱5。图2、图3、图4分别是地下空间承重柱体用CC3/3型辅助抗浮装置在正常状态下、浮动状态、连接状态。其正常状态是装置静置于地面上，不会对柱体产生任何影响，各个部分都未进入工作。随着地下空间结构开始产生积水，水位逐步上涨，柱底部圆台开始发挥作用，在水环境下圆台的浮力下层所产生的浮力牵动底部连接的柔性张力筋腱，一起沿着柱子逐渐上浮，开始进入浮动状态。当其上浮到一定水位后，上顶板磁力层1和柱底部圆台磁力上层2之间的磁力开始发挥作用。由于圆台装置整个质量较轻，恰好高度也在磁力的作用范围，磁力带动圆台加速向上移动，最终连接到一起，进入连接状态。上顶板磁力层1和柱底部圆台磁力上层2紧密连接时，圆台底部连接的多根接地柔性张力筋腱5处于拉紧绷直状态，产生向下的拉力。由于接地柔性张力筋腱5的另一端在安装时，固定到了建筑地下空间的底面，所以多根柔性张力筋腱产生向下的拉力均会传导给建筑体。在此情况下，地下空间所有的承重柱体用CC3/3型辅助抗浮装置都已进入连接状态，所有拉力的集合用于抵抗建筑所受到的浮力，使得承重柱不易受剪切破坏，达到了提高建筑抗浮稳定性的目的。
本装置的制作与安装：
(1)装置的制作是根据具体地下空间承重柱的尺寸来进行制作的，使承重柱能够与抗浮装置相匹配。
(2)装置的安装方便，上顶板磁力层由两个半环组成一个环形磁铁，通过连接铆钉将其固定于上部顶板：柱底部圆台部分由两个竖向的半圆台拼接而成；柱底部圆台下端接口连接柔性张力筋腱一端，柔性张力筋腱另一端固定在地面下。
以上结合附图描述了地下空间承重柱体用CC3/3型辅助抗浮装置的具体实施方式，但本辅助抗浮装置并不局限于以上的具体实施方式，这些描述仅仅是示意性的，而不是限制性的，在核心思想不变和不超出权利要求所保护范围的情况下，形式可以是多样的。
以上所述实施例仅表达本发明的实施方式，但并不能因此而理解为对本发明专利的范围的限制，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。
