申请/专利权人：长安大学

申请日：2017-11-15

公开（公告）日：2023-08-29

公开（公告）号：CN107905806B

主分类号：E21D11/00

分类号：E21D11/00;E21D11/10;E21D11/15;E21D11/38;E21D20/00;E21D9/14

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2023.08.29#授权;2018.05.08#实质审查的生效;2018.04.13#公开

摘要：本发明公开了一种用于提升窑洞宜居性能的装置及其安装方法，包括混凝土横梁、混凝土柱、预制混凝土拱架以及若干个锚杆，沿窑洞进深方向的窑洞内部地面两端均设有混凝土横梁，混凝土横梁上现浇有竖向的混凝土柱，混凝土柱上方连接有与窑洞内顶部形状适配的预制混凝土拱架；锚杆由窑洞内壁斜插入土壤中，锚杆的一端与混凝土柱中的钢筋连接，另一端向地面方向延伸。解决了现有技术中窑洞安全稳定性不足的问题，本发明可以提升窑洞的加固性能。

主权项：1.一种用于提升窑洞宜居性能的装置，其特征在于，包括混凝土横梁（2）、混凝土柱（7）、预制混凝土拱架（6）以及若干个锚杆（5），沿窑洞进深方向的窑洞内部地面两端均设有混凝土横梁（2），混凝土横梁（2）上现浇有竖向的混凝土柱（7），混凝土柱（7）上方连接有与窑洞内顶部形状适配的预制混凝土拱架（6）；锚杆（5）由窑洞内壁斜插入土壤中，锚杆（5）的一端与混凝土柱（7）中的钢筋连接，另一端向地面方向延伸；混凝土柱（7）的上部预留有第一钢筋，预制混凝土拱架（6）的下部预留有第二钢筋，第一钢筋和第二钢筋通过套筒（20）连接，套筒（20）外浇筑有混凝土，混凝土的两侧固定有加固板（8）；锚杆（5）高的一端与地面之间的距离为窑洞高度的14~13；锚杆（5）与地面呈30°~45°夹角，锚杆之间的距离等于混凝土柱之间的距离；预制混凝土拱架（6）上设有钢丝网（9），钢丝网（9）上设有防潮保温层（10），防潮保温层（10）与窑洞内壁接触；防潮保温层（10）和钢丝网（9）均由若干块矩形片状单元拼接而成，每一块矩形片状单元通过铆钉固定在窑洞的内壁上，矩形片状单元之间的搭接宽度大于等于10cm；窑洞的入口处设置有阳光间（14），阳光间（14）的顶部向外倾斜30°~45°，阳光间（14）的顶部及四周均采用透明的玻璃（13），阳光间（14）的前侧设有用于通风换气的窗户（18）；阳光间（14）的顶部设有百叶窗（16），百叶窗（16）的外表面为银色，内表面为黑色绒面；阳光间（14）顶部外沿设有排水沟（17），排水沟（17）用于收纳排水并使排水流向两侧，排水沟（17）的两端连接有落水管（19），落水管（19）用于将排水引导至地面；阳光间（14）采用铝合金框架（15）；窑洞的内壁及顶面采用白色涂料涂抹；玻璃（13）采用中空双层玻璃；窑洞的前墙上部设置有排风扇（11），排风扇（11）连接有排气管（12），排气管（12）设置在窑洞内，排气管（12）上设有通孔，排气管（12）固定在预制混凝土拱架（6）上；两道混凝土横梁（2）之间铺设有灰土层（3），灰土层（3）的表面铺设有地砖（4）；在阳光间（14）的前侧对称设置有两个小窗。

全文数据：一种用于提升窑洞宜居性能的装置及其安装方法技术领域[0001]本发明属于窑居建筑技术领域，尤其涉及一种用于提升窑洞宜居性能的装置及其安装方法。背景技术[0002]窑洞是黄土高原上最具特色的传统民居，是古人建筑智慧的结晶，是历史文化传承的载体，是天然环保理念的体现。在国家大力发展新型城镇化建设的今天，因地制宜是一个重要的指导思想，黄土高原地区的自然环境、地形地貌、居住习惯和气候条件为窑居建筑的使用打下了良好的天然基础。目前我国仍有约3000万人居住在窑洞之中，考虑到我国中西部农村地区的实际情况，窑居建筑作为黄土高原上一种独特的居住形式在相当长的一段时间内仍将被广泛使用。[0003]世界上许多先进国家所推行的建筑技术进步，实际上是以巨大的能源消耗为代价以求得劳动的节约和生活的舒适。这种以巨大消耗为前提的技术进步，造成能源危机、资源短缺，代价过高，无法长期维持。有鉴于此，全球的建筑师开始对建筑的环境问题、地域问题进行反省，先后展开了对本土传统建筑的研究，可以说用生态和技术的眼光重新审视传统民居建筑在处理人与环境、人与资源的关系方面的巧妙之处，特别是保存在其中朴素的生态建筑思想和技术经验已经成为一个新的研究热点。这对现代民居的设计和建设有着深远的启示作用和现实意义。[0004]传统窑居建筑作为黄土地区常用的建筑形式拥有就地取材、朝向灵活、冬暖夏凉、布局规整和节能环保等诸多优点，但也存在着采光差、通风不畅、抵御地震灾害能力弱和安全稳定性不足的问题。窑居建筑所使用的建筑材料是黄土，黄土的大孔隙结构和高渗透性使窑洞在防潮隔湿方面具有先天的不足，这不仅降低了人民群众的居住舒适度，损害了居住者的身体健康，湿度的增加还会使土体产生力学性质的变化，严重影响了窑居建筑的安全稳定性，必须加以改进解决。[0005]因此，从现代建筑技术的角度出发，提出系统化窑居建筑加固防潮等措施是十分必要的，这对于改善人民群众的居住质量和安全保障都有非常重要的意义。但目前针对这一领域系统化的研宄还比较少，很多工作仅仅只是着眼于某个单一问题的解决，成果有待丰富和深入，特别是亟待提供整体的系统化解决方案以供选择。[0006]传统窑居能够扎根本土展现长久生命力是有其深厚原因的，在我国大力推行新型城镇化建设的大背景下，应积极发展针对黄土地区窑居建筑的新工艺和新方法，以达到去粗取精，古今互补的效果，让千百年来的窑居建筑在现代技术的改进之下重新焕发光彩，更好地为人们服务。这对于人与环境的和谐发展及黄土地区新型城镇化建设的开展具有明确的现实意义。发明内容[0007]本发明的目的在于提供一种用于提升窑洞宜居性能的装置及其安装方法，解决了现有技术中窑洞安全稳定性不足的问题，本发明可以提升窑洞的加固性能。[0008]为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：[0009]本发明提供了一种用于提升窑洞宜居性能的装置，包括混凝土横梁、混凝土柱、预制混凝土拱架以及若干个锚杆，沿窑洞进深方向的窑洞内部地面两端均设有混凝土横梁，混凝土横梁上现浇有竖向的混凝土柱，混凝土柱上方连接有与窑洞内顶部形状适配的预制混凝土拱架;锚杆由窑洞内壁斜插入土壤中，锚杆的一端与混凝土柱中的钢筋连接，另一端向地面方向延伸。[0010]更进一步地，本发明的特点还在于：[0011]混凝土柱的上部预留有第一钢筋，预制混凝土拱架的下部预留有第二钢筋，第一钢筋和第二钢筋通过套筒连接，套筒外浇筑有混凝土，混凝土的两侧固定有加固板。[0012]锚杆高的一端与地面之间的距离为窑洞高度的14〜13;锚杆与地面呈30°〜45。夹角，锚杆之间的距离等于混凝土柱之间的距离。[0013]预制混凝土拱架上设有钢丝网，钢丝网上设有防潮保温层，防潮保温层与窑洞内壁接触。[0014]防潮保温层和钢丝网均由若干块矩形片状单元拼接而成，每一块矩形片状单元通过铆钉固定在窑洞的内壁上，矩形片状单元之间的搭接宽度大于等于lOcin。[0015]窑洞的入口处设置有阳光间，阳光间的顶部向外倾斜30°〜45°，阳光间的顶部及四周均采用透明的玻璃，阳光间的前侧设有用于通风换气的窗户。[0016]阳光间的顶部设有百叶窗，百叶窗的外表面为银色，内表面为黑色绒面；[0017]阳光间顶部外沿设有排水沟，排水沟用于收纳排水并使排水流向两侧，排水沟的两端连接有落水管，落水管用于将排水引导至地面；[0018]阳光间采用铝合金框架;窑洞的内壁及顶面采用白色涂料涂抹。[0019]窑洞的前墙上部设置有排风扇，排风扇连接有排气管，排气管设置在窑洞内，排气管上设有通孔，排气管固定在预制混凝土拱架上；[0020]两道混凝土横梁之间铺设有灰土层，灰土层的表面铺设有地砖。[0021]本发明还提供了一种用于提升窑洞宜居性能的装置的安装方法，包括以下步骤：[0022]步骤1:在窑洞内壁钻孔，然后向孔内打入锚杆，对土体进行挤密；[0023]步骤2:在混凝土横梁上现浇混凝土柱，当浇筑至锚杆位于窑洞内的一端时，将锚杆与混凝土柱里的钢筋进行锚固，之后继续向上浇筑混凝土柱至设计高度；[0024]步骤3:在混凝土柱的上方连接预制混凝土拱架，用脚手架及千斤顶控制预制混凝土拱架的高度，对预制混凝土拱架的高度调整完成后，在混凝土柱和预制混凝土拱架的连接处填充混凝土；[0025]步骤4:待混凝土凝固充分后，撤去脚手架及千斤顶。[0026]更进一步地，本发明的特点还在于：[0027]在步骤1之前，还包括:把带有防潮保温层的钢丝网用铆钉固定到窑洞的顶部，[0028]在步骤1中，孔与地面的距离为窑洞高度的14〜13;[0029]在步骤3中，还包括:待连接可靠后，在混凝土柱和预制混凝土拱架的连接部分的两侧固定加固板。[0030]与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：[0031]本发明提供的一种用于提升窑洞宜居性能的装置及其安装方法，通过预制混凝土拱架及与混凝土横梁连接的现浇混凝土柱对窑洞整体提供有效的竖向支撑，当预制混凝土拱架受到来自窑洞的压力时，两侧的窑洞壁和在窑洞两侧设置的斜撑的锚杆可以提供有效的水平支撑作用。实现了对窑洞的整体加固。[0032]进一步地，通过在混凝土柱和预制混凝土拱架的连接处设置加固板，增强了窑洞进深方向上的整体性及稳定性。[0033]进一步地，窑洞顶部及两侧壁设置的钢丝网及防潮保温层，充分的保证了窑洞的防潮保温性能。[0034]进一步地，外侧设置阳光间可增强窑洞采光。[0035]进一步地，排风扇和排风管可改善窑洞内通风差的问题。[0036]进一步地，室内地坪下设置的灰土层可防止地下潮气上升，改善窑洞内潮湿的问题。附图说明[0037]图1为本发明提供的一种提升窑洞宜居性能的装置的结构示意图；[0038]图2为本发明提供的一种提升窑洞宜居性能的装置的横断面示意图；[0039]图3为本发明提供的一种提升窑洞宜居性能的装置的正视示意图；[0040]图4为本发明提供的一种提升窑洞宜居性能的装置的纵剖面示意图；[0041]图5为本发明提供的锚杆的结构示意图；[0042]图6为本发明提供的排气管的结构示意图；[0043]图7为本发明提供的混凝土柱与预制混凝土拱架的连接示意图；[0044]图8为本发明提供的百叶窗的结构示意图。[0045]图中：1、素土层;2、横梁;3、灰土层;4、地砖;5、锚杆;51、锚头;52、锚杆体;53、拱形垫板;54、球形螺母;6、预制混凝土拱架;7、混凝土柱;8、加固板;9、钢丝网；10、防潮保温层；11、排风扇；12、排气管；13、玻璃；14、阳光间；15、铝合金框架；16、百叶窗；17、排水沟；18、窗户；19、落水管;20、套筒。具体实施方式[0046]下面结合附图对本发明做进一步详细描述：[0047]本发明提供了一种用于提升窑洞宜居性能的装置，包括混凝土横梁2、混凝土柱7、预制混凝土拱架6以及若干个锚杆5。沿窑洞进深方向的窑洞内部地面两端均设有混凝土横梁2，混凝土横梁2上现浇有竖向的混凝土柱7，可以增强加固系统的稳定性。混凝土柱7上方连接有与窑洞内顶部形状适配的预制混凝土拱架6;锚杆5由窑洞内壁斜插入土壤中，锚杆5的一端与混凝土柱7中的钢筋连接，另一端向地面方向延伸。[0048]在现浇混凝土柱7时需预留一定长度的第一钢筋，在预制混凝土拱架6时需预留一定长度的第二钢筋，以便后期在拱架及柱的结合部分利用套筒20进行机械连接。在混凝土柱7和预制混凝土拱架6的连接过程中，用脚手架及千斤顶控制预制混凝土拱架6的高度。对预制混凝土拱架6高度进行调整后，在连接处填充混凝土。待混凝土凝固充分后，通过螺栓在连接部分的两侧固定加固板8,所述加固板8为加固钢板。[0049]锚杆5高的一端与地面之间的距离为窑洞高度的14〜13;锚杆5与地面呈30°〜45°夹角，锚杆5之间的距离等于混凝土柱7之间的距离。[0050]预制混凝土拱架6与窑洞顶部之间由钢丝网9和防潮保温层10组成。预制混凝土拱架6上设有钢丝网9,防潮保温层10直接铺设在钢丝网9上，预制混凝土拱架6顶紧窑洞顶面和两侧的防潮保温层10及钢丝网9。所述防潮保温层10采用防潮保温材料，所述防潮保温材料包括玻璃棉_铝箔复合材料、玻璃棉卷毡等。[0051]防潮保温层10及钢丝网9为矩形片状，用铆钉固定在窑洞土壤表面，单位面积内固定的铆钉数不得少于8枚，铆钉长度应足够，以便深入土壤，防止钢丝网9及防潮保温层10脱落。在钢丝网9及防潮保温层10的搭接处，搭接宽度不应小于10cm，以保证充分的防潮保温性能。[0052]在窑洞的入口处设置有改进型阳光间14,阳光间14的顶部向外倾斜30°〜45°，以便增加进光量及获取理想的排水效果。阳光间14骨架均为铝合金材质，阳光间14的顶部及四周均采用透明的中空双层玻璃进行透光，铝合金框架15与中空双层玻璃之间填充玻璃胶进行密封。在阳光间14的前侧对称设置有两个小窗，小窗用于通风换气。[0053]阳光可以通过玻璃13透入室内，阳光间14的顶部设有百叶窗16,百叶窗16用于调整进光量，获取更合适的光照度。百叶窗16的外表面为银色，夏季时可增强阳光的反射。百叶窗16的内表面为黑色绒面，冬季时可以提高保温效果。[0054]阳光间14顶部玻璃最外沿设有排水沟17,排水沟17用于收纳上侧玻璃13上的排水并使排水流向两侧，排水沟17的两端连接有落水管19,落水管19用于将排水引导至地面；[0055]室内窑洞内壁及顶面采用白色涂料涂抹，阳光进入窑洞之后可在窑洞内壁及地面产生漫反射，以增强窑洞光照效果。[0056]窑洞的前墙上部设置有排风扇11，排风扇11连接有排气管12,排气管12设置在窑洞内，排气管12上钻取圆形孔洞以便对窑洞全长范围内均匀地进行换气通风，排气管12固定在预制混凝土拱架6上。[0057]窑洞的底部是素土层1，混凝土横梁2设置在素土层1上面，在混凝土横梁2之间铺设灰土层3防止潮气上渗，采用灰土填实地基，在灰土层3表面铺设地砖4做室内地坪即可。[0058]在实际操作过程中，亦可采用其它类似垫层代替灰土层3。[0059]本发明还提供了一种用于提升窑洞宜居性能的装置的安装方法，如下：[0060]安装时先把带有防潮保温层10的钢丝网9用铆钉固定到窑洞的顶部。[0061]用洛阳铲或小型地洞机在窑洞内壁上预钻圆孔，然后向孔内打入底部斜撑锚杆5，对土体进行挤密。锚杆5位于由窑洞室内地坪向上侧壁三分之一高度处，与地面呈30°〜45°夹角，锚杆5之间的距离等于混凝土柱7之间的距离。[0062]在混凝土横梁2上现浇混凝土柱7,当浇筑至锚杆5位于窑洞内的一端时，将锚杆5与混凝土柱7里的钢筋进行锚固，之后继续向上浇筑混凝土柱7至设计高度，用以保证锚杆5和现浇混凝土柱7在受力时的可靠性。在锚杆5从窑洞内壁伸出而导致防潮保温层10断开的部分用防水砂浆填缝抹面，从而保证防潮保温层1〇的完整性。[0063]在混凝土柱7的上方连接预制混凝土拱架6,用脚手架及千斤顶控制预制混凝土拱架6的高度，对预制混凝土拱架6的高度调整完成后，在混凝土柱7和预制混凝土拱架6的连接处填充混凝土。待连接可靠后，在混凝土柱7和预制混凝土拱架6的连接部分的两侧固定加固板8。[0064]待混凝土凝固充分后，撤去脚手架及千斤顶。[0065]综上，本发明通过预制混凝土拱架6及与混凝土横梁2连接的现饶混凝土柱7对窑洞整体提供有效的竖向支撑，当预制混凝土拱架6受到来自窑洞的压力时，两侧的窑洞壁和在窑洞两侧设置的斜撑的锚杆5可以提供有效的水平支撑作用。加固板8进一步增强了本发明在窑洞进深方向上的整体性及稳定性。窑洞顶部及两侧壁设置的钢丝网9及防潮保温材料层，充分的保证了窑洞的防潮保温性能，外侧设置阳光间14可增强窑洞采光，排风扇11和排风管可改善窑洞内通风差的问题，室内地坪下设置的灰土层3可防止地下潮气上升，改善窑洞内潮湿的问题。本发明在加固黄土窑洞的同时，改善了窑洞的采光、通风和防潮性能。

权利要求：1.一种用于提升窑洞宜居性能的装置，其特征在于，包括混凝土横梁（2、混凝土柱7、预制混凝土拱架6以及若干个锚杆5，沿窑洞进深方向的窑洞内部地面两端均设有混凝土横梁2，混凝土横梁2上现浇有竖向的混凝土柱7，混凝土柱（7上方连接有与窑洞内顶部形状适配的预制混凝土拱架6;锚杆5由窑洞内壁斜插入土壤中，锚杆⑸的一端与混凝土柱7中的钢筋连接，另一端向地面方向延伸。2.根据权利要求1所述的用于提升窑洞宜居性能的装置，其特征在于，混凝土柱7的上部预留有第一钢筋，预制混凝土拱架6的下部预留有第二钢筋，第一钢筋和第二钢筋通过套筒20连接，套筒20外浇筑有混凝土，混凝土的两侧固定有加固板8。3.根据权利要求1所述的用于提升窑洞宜居性能的装置，其特征在于，锚杆5高的一端与地面之间的距离为窑洞高度的14〜13;锚杆⑸与地面呈30°〜45°夹角。4.根据权利要求1所述的用于提升窑洞宜居性能的装置，其特征在于，预制混凝土拱架6上设有钢丝网（9，钢丝网（9上设有防潮保温层（10，防潮保温层（10与窑洞内壁接触。5.根据权利要求4所述的用于提升窑洞宜居性能的装置，其特征在于，防潮保温层10和钢丝网（9均由若干块矩形片状单元拼接而成，每一块矩形片状单元通过铆钉固定在窑洞的内壁上，矩形片状单元之间的搭接宽度大于等于l〇cm。6.根据权利要求1所述的用于提升窑洞宜居性能的装置，其特征在于，窑洞的入口处设置有阳光间（14，阳光间（14的顶部向外倾斜30°〜45°，阳光间（14的顶部及四周均采用透明的玻璃13，阳光间（14的前侧设有用于通风换气的窗户（18。7.根据权利要求6所述的用于提升窑洞宜居性能的装置，其特征在于，阳光间（14的顶部设有百叶窗（16，百叶窗（16的外表面为银色，内表面为黑色绒面；阳光间（14顶部外沿设有排水沟（17，排水沟（17用于收纳排水并使排水流向两侧，排水沟17的两端连接有落水管19，落水管19用于将排水引导至地面；阳光间（14采用铝合金框架（15;窑洞的内壁及顶面采用白色涂料涂抹；玻璃13采用中空双层玻璃。8.根据权利要求1所述的用于提升窑洞宜居性能的装置，其特征在于，窑洞的前墙上部设置有排风扇（11，排风扇（11连接有排气管（12，排气管1¾设置在窑洞内，排气管12上设有通孔，排气管12固定在预制混凝土拱架⑹上；两道混凝土横梁⑵之间铺设有灰土层3，灰土层⑶的表面铺设有地砖⑷。9.一种如权利要求1-8任意一项所述的用于提升窑洞宜居性能的装置的安装方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1:在窑洞内壁钻孔，然后向孔内打入锚杆5，对土体进行挤密；步骤2:在混凝土横梁（2上现浇混凝土柱（7，当浇筑至锚杆5位于窑洞内的一端时，将锚杆5与混凝土柱⑺里的钢筋进行锚固，之后继续向上浇筑混凝土柱⑺至设计高度.步骤3:在混凝土柱7的上方连接预制混凝土拱架6，用脚手架及千斤顶控制预制混凝土拱架6的高度，对预制混凝土拱架⑹的高度调整完成后，在混凝土柱⑺和预制混凝土拱架6的连接处填充混凝土；步骤4:待混凝土凝固充分后，撤去脚手架及千斤顶。10.根据权利要求9所述的用于提升窑洞宜居性能的装置的安装方法，其特征在于：在步骤1之前，还包括：把带有防潮保温层（10的钢丝网（9用铆钉固定到窑洞的顶部，在步骤1中，孔与地面的距离为窑洞高度的14〜i3;在步骤3中，还包括:待连接可靠后，在混凝土柱7和预制混凝土拱架的连接部分的两侧固定加固板8。

百度查询： 长安大学 一种用于提升窑洞宜居性能的装置及其安装方法

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