張建文， 蔡向陽

(1.河南工程學(xué)院土木工程學(xué)院 河南 鄭州 451191；2.中建新疆建設(shè)集團(tuán)有限公司 新疆 烏魯木齊 830000)

0 引言

屈曲約束支撐又叫防屈曲支撐，由芯材、外套筒和位于芯材和外套通間的填充材料3部分組成[1,2]。屈曲約束支撐由芯板承擔(dān)所受荷載，套筒和填充材料的作用是對芯板進(jìn)行約束，提高芯板的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，保證芯板在受拉和受壓時都能進(jìn)入屈服狀態(tài)。因此，既能充分利用芯板材料強(qiáng)度，又能同時發(fā)揮金屬阻尼器的耗能能力，在建筑結(jié)構(gòu)中充分發(fā)揮抗震和抗壓雙重作用[3]。由于屈曲約束支撐具有優(yōu)越的抗震性能、可更換、施工方便等優(yōu)點，因此可用于各類具有抗震要求的新建、改造及加固的建筑物，尤其適合各類復(fù)雜結(jié)構(gòu)、大空間大跨度的建筑物[4-7]。

南陽市“三館一院”工程地貌單元為白河左岸一級階地，屬于白河沖積平原帶，抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計基本地震加速度值為0.10 g，本工程高度較高，跨度較大，屬于人員密集區(qū)域，抗震設(shè)防類別屬于重點設(shè)防類，需提高設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)。在抗震措施方面需要提高一度設(shè)防。如果采用一般結(jié)構(gòu)或者支撐，不能滿足抗震要求，采用耗能減震的屈曲約束支撐后，可以很好地解決工程的抗震問題。根據(jù)抗震措施和抗震計算，在工程中需要屈曲約束支撐37根，其中最大的屈服承載力為1.1×104kN。如果使用普通抗震技術(shù)，梁和柱截面尺寸、材料強(qiáng)度、混凝土和鋼材用量都會增加，既不經(jīng)濟(jì)也不符合綠色施工要求。采用屈曲約束支撐后，經(jīng)過綜合計算，總體節(jié)約用鋼量近600 t，約180萬元，降低混凝土用量1000 m3，約32萬元，總體節(jié)約成本約212萬元。因為支撐芯板受到了套筒和填充材料的約束，所以支撐不屈曲，結(jié)構(gòu)設(shè)計簡便，材性增強(qiáng)而節(jié)約材料，既易于施工、縮短工期，又滿足綠色施工的要求[8]。屈曲約束支撐在改善裝配式框架結(jié)構(gòu)抗震性能方面也得到了重視和應(yīng)用[9，10]。

1 施工工藝要點和要求

1.1 施工測量

(1)確定測量控制點和水準(zhǔn)點，據(jù)此建立屈曲約束支撐的施工測量控制網(wǎng)和高程控制點，作為施工測量定位、放線、標(biāo)高引測的依據(jù)。

(2)測量儀器經(jīng)檢查合格后方可用于本工程。

(3)預(yù)埋件埋設(shè)是否精準(zhǔn)，對安裝質(zhì)量和安裝進(jìn)度有直接影響，吊裝前，根據(jù)測量控制網(wǎng)對軸線、標(biāo)高進(jìn)行嚴(yán)格復(fù)核，進(jìn)行認(rèn)真檢查驗收。

(4)采用經(jīng)緯儀控制構(gòu)件的垂直度，用水準(zhǔn)儀控制標(biāo)高。

1.2 預(yù)埋件安裝

預(yù)埋件安裝前，需提前在工廠按照設(shè)計圖紙進(jìn)行加工制作，并預(yù)留好鋼筋孔洞，不能與梁、柱鋼筋交結(jié)沖突。預(yù)埋件的大小依據(jù)屈曲約束支撐的抗震屈服承載力大小而定，經(jīng)過嚴(yán)密計算后方可進(jìn)行加工制作。預(yù)埋件采用型鋼與鋼板焊接。預(yù)埋件如圖1所示。

圖1 預(yù)埋件節(jié)點

預(yù)埋件制作好運(yùn)抵現(xiàn)場經(jīng)檢驗后，與現(xiàn)場梁柱鋼筋綁扎結(jié)合施工安裝。安裝前需精確測量好預(yù)埋件放置位置，采用塔吊或者汽車吊將預(yù)埋件吊裝就位，然后固定。預(yù)埋件位置定位必須精準(zhǔn)，外板在水平和垂直方向需要放置并固定好，同時澆筑混凝土?xí)r要注意保持預(yù)埋件的位置，避免在混凝土振搗過程中預(yù)埋件發(fā)生位移。

1.3 節(jié)點板安裝

節(jié)點板連接有多種形式，焊接、螺栓連接以及銷軸連接。錨栓連接和銷軸連接對構(gòu)件安裝精度要求極高，因此，施工時一般選用焊接連接。

節(jié)點板現(xiàn)場施工安裝順序為：對節(jié)點板設(shè)計位置進(jìn)行標(biāo)記，使用塔吊或者汽車吊把節(jié)點板吊裝到目標(biāo)位置，臨時固定節(jié)點板，再次復(fù)核節(jié)點板位置，避免偏差，如果產(chǎn)生偏差，需要挪動并對位置進(jìn)行重新校正，然后將節(jié)點板進(jìn)行固定，與預(yù)埋件實施立焊接連接。

節(jié)點板安裝過程中，應(yīng)注意以下幾個要點：節(jié)點板尺寸必須符合深化設(shè)計尺寸；節(jié)點板水平和垂直誤差必須控制在允許偏差范圍內(nèi)；可利用電動葫蘆安裝，其額定噸位應(yīng)大于節(jié)點板重量；焊接前和焊接過程中確保位置無誤，防止位移。

1.4 屈曲約束支撐安裝

1.4.1 運(yùn)輸

(1)根據(jù)施工現(xiàn)場情況及屈曲約束支撐自重選取設(shè)備，垂直運(yùn)輸設(shè)備可采用汽車吊、塔吊等。

(2)屈曲約束支撐自帶有吊耳，吊索穿過吊耳綁扎吊裝，注意不要只穿部分吊耳，并且支撐構(gòu)件帶有吊耳的面要朝上。

(3)起吊過程中保持平穩(wěn)，緩慢落地，落地處設(shè)置墊木緩沖。

施工中垂直運(yùn)輸情況如圖2所示。

圖2 垂直運(yùn)輸示意圖

1.4.2 誤差消除

支撐安裝前應(yīng)進(jìn)行誤差消除。首先檢查核對層間凈高、柱間凈寬。如果存在偏差，根據(jù)情況進(jìn)行消除。消除誤差的方法有兩個：切割節(jié)點板或者補(bǔ)焊縫。對于負(fù)誤差的要求不應(yīng)大于5 cm，如果超過需要重新制作節(jié)點板，以保證長度滿足。

1.4.3 定位放線

在同一跨度內(nèi)的支撐要求其豎向位置保證在同一豎向平面內(nèi)。

1.4.4 吊裝就位

使用單吊點雙葫蘆倒鏈吊裝，支撐起吊為不等高起吊，一個葫蘆牽拉上端，一個葫蘆牽拉下端。根據(jù)桿件不同布置形式確定吊點的位置，通常情況下吊點位置在對應(yīng)支撐長度的1/2處。

1.5 校正及臨時固定

吊裝葫蘆對節(jié)點板和屈曲約束支撐吊裝到位后，分別進(jìn)行位置校正和臨時固定。對于節(jié)點板，首先點焊臨時固定，然后用水平尺進(jìn)行橫向水平及豎向垂直復(fù)測，上下節(jié)點板應(yīng)位于同一平面內(nèi)，初步固定后，應(yīng)采用鉛垂吊線進(jìn)行復(fù)核。經(jīng)校正無誤后再進(jìn)行多點焊接定位。支撐到位后，同樣先點焊臨時固定，點焊沿豎向勁板方向進(jìn)行，臨時固定的順序是先將支撐下端臨時固定，再將上端臨時固定。通過撬動轉(zhuǎn)動使支撐與節(jié)點板對齊，對齊后進(jìn)行多點焊接定位。焊縫焊接時每道焊縫固定點焊兩處，焊縫長2 cm，焊高1/3母材厚度。點焊位置應(yīng)避開角磨機(jī)無法打磨到的死角部位。

1.6 焊接固定及節(jié)點連接檢測

完成節(jié)點板和屈曲支撐的校正和臨時固定后，還需要進(jìn)一步對構(gòu)件幾何尺寸、軸線位置進(jìn)行檢測，如果符合要求可以進(jìn)行熔透焊接。

圖3是節(jié)點的焊接順序，在工廠內(nèi)可以進(jìn)行的焊接是①②，其他的依次在施工現(xiàn)場進(jìn)行，③焊縫焊接完成后才可以進(jìn)行加勁板與節(jié)點板的組裝。

圖3 節(jié)點焊接順序圖示

焊工嚴(yán)禁無證上崗，并且要求其進(jìn)行焊接作業(yè)時的焊工考試合格證在有效期內(nèi)。

焊接作業(yè)嚴(yán)禁雨天或露天進(jìn)行，當(dāng)風(fēng)速過大或氣溫過低時應(yīng)采取相應(yīng)的防風(fēng)、預(yù)熱或者保溫措施。焊條使用時溫度要保持在200 ℃，提前預(yù)熱2 h，使用時置于保溫箱(桶)內(nèi)。

焊接質(zhì)量檢驗等級為二級，對接焊縫及T型焊縫均為全熔透焊縫，要求開坡口并全部進(jìn)行超聲波探傷。

圖4所示為現(xiàn)場焊縫④⑤的施焊方法。在焊縫一側(cè)先使用φ3.2焊條焊接一遍，從反面對完成的焊縫根部清根，然后再使用φ3.2焊條焊接另一面，如此往復(fù)直至焊接完成雙面焊焊接接頭。

圖4 焊縫④⑤施焊方法

焊接完成后，清理焊縫表面熔渣及兩側(cè)飛濺物，減少殘留物帶來的應(yīng)力集中、降低接頭塑性和韌性等危害。焊工施焊完畢后，檢查焊縫外觀質(zhì)量和表面缺陷，如裂紋、氣孔、夾渣、弧坑、焊瘤等缺陷。外觀質(zhì)量檢查合格后，進(jìn)行無損檢測。超聲波探傷執(zhí)行GB11345-89標(biāo)準(zhǔn)。無損檢測人員須持證上崗，探傷前應(yīng)將探傷焊縫兩側(cè)150 mm范圍內(nèi)鋼構(gòu)表面打磨干凈，焊接完成24 h后進(jìn)行探傷檢驗。發(fā)現(xiàn)超出規(guī)范允許的缺陷時，必須按工藝要求進(jìn)行重焊，同一部位返修次數(shù)不宜超過兩次。預(yù)埋件、節(jié)點板和支撐安裝后現(xiàn)場照片如圖5所示。

圖5 支撐安裝后照片

1.7 防火防腐涂裝

屈曲約束支撐應(yīng)具有良好的環(huán)境特性，耐腐蝕，耐氣候。支撐表面需進(jìn)行除銹處理，除盡鐵銹等雜質(zhì)。屈曲約束支撐的表面應(yīng)噴涂3層涂料，在火災(zāi)時應(yīng)與結(jié)構(gòu)共同工作，耐火等級定為二級，耐火極限為2 h。

屈曲約束支撐的防火要求應(yīng)根據(jù)約束機(jī)制設(shè)計不同的防火措施。如果采用純鋼約束體系，鋼材的防火性能相對較差，應(yīng)做防火保護(hù)，并防火等級等同于普通鋼支撐。如果采用填充材料約束體系，根據(jù)填充材料是否是隔熱材料，在支撐的不同部位采用不同的防火保護(hù)。當(dāng)填充材料是具有隔熱性能的不燃燒材料時，套筒可不做防火保護(hù)，自由伸縮段和封頭板做防火保護(hù)；當(dāng)填充材料不具有隔熱性能時，套筒、自由伸縮段及封頭板均應(yīng)作防火保護(hù)。

1.8 施工技術(shù)措施

在預(yù)埋件、節(jié)點板安裝和支撐吊裝施工過程中，采取的保證措施如表1所示。

表1 技術(shù)保證措施

2 質(zhì)量控制

2.1 一般規(guī)定

(1)屈曲約束支撐的生產(chǎn)廠家須具有相應(yīng)的生產(chǎn)能力，質(zhì)量能達(dá)到技術(shù)要求。

(2)屈曲約束支撐是結(jié)構(gòu)中的重要組成部分，其制作與施工安裝是專業(yè)工程，應(yīng)作為分項工程中的檢驗批進(jìn)行驗收。

屈曲約束支撐進(jìn)場驗收資料應(yīng)包含：原材料出廠合格報告、原材料復(fù)試合格報告、出廠工藝焊接及探傷報告、現(xiàn)場探傷報告等。

屈曲約束支撐竣工驗收應(yīng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》(GB50205)的相關(guān)規(guī)定。

2.2 質(zhì)量要求

(1)屈曲約束支撐安裝前應(yīng)先對連接的上、下梁柱節(jié)點進(jìn)行位置檢查，包括兩個方面檢查內(nèi)容：節(jié)點板在施工過程中發(fā)生的出平面偏移和節(jié)點與施工圖的偏位。例如平面偏移不得超過節(jié)點處最厚板板厚的1/3，當(dāng)出現(xiàn)超出允許偏差情況，應(yīng)采取相應(yīng)的措施予以糾偏，矯正后再進(jìn)行支撐安裝。

(2)焊接材料、焊縫外形尺寸和內(nèi)部缺陷以及焊縫質(zhì)量等級應(yīng)符合國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，例如：《鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范》、《鋼結(jié)構(gòu)焊縫外形尺寸》(GB10854)、《鋼焊縫手工超聲波探傷方法和探傷結(jié)果分級》(GB11345)、《鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范》(GB50661)。

(3)屈曲約束支撐在運(yùn)輸、堆放和吊裝等過程中會造成支撐變形和涂層脫落，產(chǎn)生的變形和涂裝應(yīng)符合設(shè)計要求，否則應(yīng)進(jìn)行矯正和修補(bǔ)。

3 材料與設(shè)備

3.1 主要材料技術(shù)參數(shù)

屈曲約束支撐進(jìn)場時需提供材質(zhì)清單、套管和芯板材料均應(yīng)提供產(chǎn)品質(zhì)量保證書，進(jìn)行材料復(fù)檢，提供復(fù)檢報告。材料復(fù)檢需提前按設(shè)計要求進(jìn)行，報告指標(biāo)符合國家標(biāo)準(zhǔn)《低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼》(GB/T 1591)、《碳素結(jié)構(gòu)鋼》(GB/T 700)、《建筑用熱軋低屈服強(qiáng)度鋼板和鋼帶》中的要求。

3.2 主要施工機(jī)械設(shè)備

工程中的主要施工機(jī)具如表2所示。

表2 主要施工機(jī)具

4 結(jié)論

普通支撐由于考慮其自身的穩(wěn)定性，截面設(shè)計和支撐剛度較大，造成地震力過大，形成了不可避免的惡性循環(huán)。防屈曲支撐由于自身的承載力與剛度分離，即可避免此類現(xiàn)象，不增加結(jié)構(gòu)剛度就能滿足結(jié)構(gòu)對于承載力的要求。結(jié)合防屈曲支撐在南陽市“三館一院”工程中的應(yīng)用，闡述了防屈曲支撐的施工工藝流程和施工要點。施工工藝流程包括預(yù)埋件和屈曲約束支撐加工制作、吊裝就位、校正并固定、焊接及無損檢測、防火防腐涂裝、工程驗收。給出了施工中的主要機(jī)械設(shè)備，提出了施工技術(shù)措施和質(zhì)量保證規(guī)定及要求。經(jīng)過精心組織施工，37根屈曲約束支撐在南陽市“三館一院”工程中順利安裝，全部竣工驗收合格，達(dá)到了簡便高效、節(jié)能環(huán)保的施工要求。