溫艷芳，于德功

（1.山西工程職業(yè)學(xué)院，山西 太原 030009；2.山西建筑工程集團(tuán)有限公司，山西 太原 030006）

1 引言

減隔震技術(shù)是通過增設(shè)消能部件或隔震裝置，以提高建筑工程抗震性能的抗震技術(shù)，有效減輕地震作用，大幅度提升房屋建筑抗震設(shè)防能力，避免人員傷亡、減輕財(cái)產(chǎn)損失，社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益明顯，應(yīng)用價(jià)值大，《住房城鄉(xiāng)建設(shè)部關(guān)于房屋建筑工程推廣應(yīng)用減隔震技術(shù)的若干意見》（建質(zhì)〔2014〕25號）的有關(guān)要求，抗震設(shè)防烈度8度區(qū)、地震重點(diǎn)危險(xiǎn)區(qū)學(xué)校和幼兒園的新建教學(xué)用房、學(xué)生宿舍、食堂以及醫(yī)院的新建醫(yī)療建筑，必須采用減隔震技術(shù)，屈曲約束支撐(BRB)為此技術(shù)的一項(xiàng)應(yīng)用。

2 屈曲約束支撐的概念與原理

屈曲約束支撐(BRB)是一種安裝在建筑物中發(fā)揮承載、耗能、剛度調(diào)整作用的裝置，可為框架結(jié)構(gòu)、排架結(jié)構(gòu)提供側(cè)向剛度和承載力，由芯板、約束芯板屈曲的套筒和位于芯板與套筒間的無粘結(jié)材料及填充材料（如有）組成的，利用套筒給支撐芯材提供約束，抑制支撐受壓屈曲的一種支撐減震構(gòu)件，如圖1所示。

圖1 屈曲約束支撐

屈曲約束支撐(BRB)僅芯板與其他構(gòu)件連接，所受的荷載全部由芯板承擔(dān)，外套筒和填充材料約束芯板受壓屈曲，在地震力作用下支撐的內(nèi)力在受壓和受拉反復(fù)荷載作用下，提高支撐的滯回性能，屈曲約束支撐的應(yīng)用可以全面提高傳統(tǒng)的支撐框架的抗震性能，達(dá)到小震經(jīng)濟(jì)、中震不壞、大震易修、余震不倒的效果。

在風(fēng)載和小震作用下，屈曲約束支撐由于沒有受壓穩(wěn)定問題，自身的承載力與剛度的分離，可避免截面和剛度過大的現(xiàn)象，在不增加結(jié)構(gòu)剛度的情況下，滿足結(jié)構(gòu)對承載力的要求，主體構(gòu)件截面可以減小，從而降低主體結(jié)構(gòu)的綜合造價(jià)。

在中震作用下，屈曲約束支撐具有明確的屈服承載力，率先屈服耗能產(chǎn)生塑性變形，從而保護(hù)主體結(jié)構(gòu)使其發(fā)生彈性變形各階段屈服周期加長。

在大震作用下，屈曲約束支撐具有金屬阻尼器的耗能能力，使得主體結(jié)構(gòu)基本處于彈性范圍內(nèi)，保護(hù)主體結(jié)構(gòu)不屈服或不嚴(yán)重破壞，對于發(fā)生較大變形的支撐可以方便更換，不影響建筑使用。

通過合理布置單斜撐、V字型或人字形屈曲約束支撐，其受拉與受壓承載力差異很小，可大大減小與支撐相鄰構(gòu)件的內(nèi)力（包括基礎(chǔ)），結(jié)構(gòu)在余震作用下不產(chǎn)生過大塑性變形，保證豎向承載構(gòu)件不會(huì)在余震中倒塌。

3 屈曲約束支撐技術(shù)在某幼兒園工程的應(yīng)用

3.1 工程概況

某幼兒園工程，建筑面積6700m，地上4層，長87m，寬27.6m，1層～3層層高3.9m，4層層高3.6m，建筑高度15.75m，鋼筋混凝土框架+BRB結(jié)構(gòu)，一級抗震8度設(shè)防，鋼筋混凝土獨(dú)立基礎(chǔ)，框架柱截面600mm×600mm，BRB耗能型（焊接）支撐，某立面框架+BRB模型，如圖2所示。

圖2 某幼兒園框架+BRB模型

3.2 框架+BRB結(jié)構(gòu)施工技術(shù)要點(diǎn)

核心單元耗能芯材采用Q235低碳鋼，屈強(qiáng)比≦0.8，伸長率≧30%，與支撐連接的節(jié)點(diǎn)板材料采用Q345B鋼，主體框架根據(jù)不同截面柱、梁內(nèi)定位安裝預(yù)埋件，后安裝法施工。

3.2.1 支撐式剪切阻尼器預(yù)埋件安裝

核對主體結(jié)構(gòu)軸線，定位預(yù)埋件安裝位置，安裝預(yù)埋件時(shí)，預(yù)埋件安裝誤差不應(yīng)大于2cm，預(yù)埋件安裝完成合格后，方能澆筑混凝土，預(yù)埋件的安裝根據(jù)安裝部位的不同，工序不同，包括柱上預(yù)埋件和梁上預(yù)埋件。預(yù)埋件安裝流程如下。

①梁埋件放置

梁底模支護(hù)好后，找到定位軸線，按照深化設(shè)計(jì)圖紙將預(yù)埋件放置到位，并做好臨時(shí)固定。為方便箍筋綁扎，放置梁預(yù)埋件時(shí)，應(yīng)先把預(yù)埋件腹板間箍筋預(yù)先放好，之后穿梁縱筋、綁扎箍筋，混凝土澆筑前對埋件位置進(jìn)一步校正，防止穿梁縱筋、綁扎箍筋時(shí)埋件位置移動(dòng)所造成的偏差，安裝如圖3所示。

圖3 預(yù)埋件及梁預(yù)埋件安裝示意圖

②柱預(yù)埋件放置

柱底預(yù)埋件放置：找到定位軸線，在分層柱混凝土澆筑完成后放置柱底埋件，按照深化設(shè)計(jì)圖紙將預(yù)埋件放置到位，并做好臨時(shí)固定。

柱頂預(yù)埋件箍筋及綁扎：柱箍筋綁扎時(shí)預(yù)留柱頂埋件位置，安裝前核對并標(biāo)記預(yù)埋件安裝標(biāo)高位置。

柱埋件腹板間箍筋綁扎：采用兩道開口箍（U形箍），搭接部分焊接并進(jìn)行綁扎、安裝，如圖4所示。

圖4 柱預(yù)埋件安裝示意圖

③預(yù)埋件校正及固定

根據(jù)圖紙調(diào)整位置并預(yù)留安裝空隙10mm（如：BRB長度為H，埋件之間的距離應(yīng)為H+10mm），調(diào)整完成后用鋼筋或者方木固定，避免澆筑混凝土?xí)r埋件偏移。

3.2.2 BRB產(chǎn)品安裝前準(zhǔn)備

①進(jìn)場前提前組織好卸車吊運(yùn)設(shè)備和人力，確定停車路線。

②清理出一塊干凈平整的地面便于BRB產(chǎn)品現(xiàn)場堆放，并在現(xiàn)場起重設(shè)備范圍內(nèi)。

③材料進(jìn)場后經(jīng)各方進(jìn)行驗(yàn)收，并根據(jù)阻尼器及鋼結(jié)構(gòu)外形，進(jìn)行合適的綁扎固定，保護(hù)構(gòu)件涂層不受損傷，保證阻尼器及鋼結(jié)構(gòu)和零件不變形、不損壞、不散失。

④核對清單，并檢查減震產(chǎn)品實(shí)際尺寸，專業(yè)人員現(xiàn)場指揮吊運(yùn)，操作工人做好安全措施。

⑤安裝前進(jìn)行現(xiàn)場尺寸復(fù)核，如果發(fā)現(xiàn)與圖紙有出入，及時(shí)反映并做出調(diào)整。

⑥借助鋼直尺、水平儀等工具，對安裝點(diǎn)進(jìn)行劃線和定位，制訂尺寸誤差的修正方案。

⑦根據(jù)實(shí)際測量尺寸，對斜支撐節(jié)點(diǎn)板進(jìn)行加工，根據(jù)深化設(shè)計(jì)圖下料，如圖5、圖6所示。

圖5 單斜撐節(jié)點(diǎn)板

圖6 人字形或V形節(jié)點(diǎn)板

3.2.3 主要施工設(shè)備

如表1所示。

主要設(shè)備 表1

3.2.4 屈曲約束支撐安裝

①各工序施工按規(guī)律有序進(jìn)行，屈曲約束支撐安裝工藝流程：

現(xiàn)場核對支撐長度→安裝節(jié)點(diǎn)板與預(yù)埋件焊接→核對連接點(diǎn)間距離→調(diào)整節(jié)點(diǎn)板距離→支撐起吊（成品支撐構(gòu)件沿支撐長度焊有兩道專用的吊耳，可直接穿入吊索進(jìn)行吊裝，吊裝設(shè)備采用葫蘆吊，有吊耳的面朝上，起吊為兩端不等高起吊，牽拉支撐下端達(dá)到安裝部位，支撐上端可通過臨時(shí)支架就位）→支撐臨時(shí)固定→支撐校正→支撐固定（對支撐兩端進(jìn)行點(diǎn)焊固定）→安裝側(cè)向加勁肋→芯板與節(jié)點(diǎn)板焊接→探傷檢測，刷防銹漆和面漆，防火處理。

②操作要點(diǎn)

支撐安裝過程中，根據(jù)現(xiàn)場情況可調(diào)節(jié)節(jié)點(diǎn)板，屈曲約束支撐芯板兩端禁止切割。

a.上部節(jié)點(diǎn)板制作安裝

因上部節(jié)點(diǎn)板規(guī)格較多，尺寸各異，重量在80kg～160kg，按設(shè)計(jì)圖紙現(xiàn)場加工制作上部節(jié)點(diǎn)板，按位置編號，制作完畢檢查合格后用人力拖板車運(yùn)至擬安裝的框架附近，和屈曲約束支撐構(gòu)件一起用吊車吊至卸料平臺，采用托舉裝置托舉節(jié)點(diǎn)板至梁底，調(diào)整位置及水平度，點(diǎn)焊，校核無誤后將節(jié)點(diǎn)板與預(yù)埋件焊接。

b.屈曲約束支撐構(gòu)件安裝

根據(jù)屈曲約束支撐構(gòu)件編號，用人工拖板車托運(yùn)至安裝的框架附近，對號用汽車吊吊至卸料平臺，一根屈曲約束支撐構(gòu)件重量800kg～1000kg，在樓層間用手動(dòng)倒鏈起吊屈曲約束支撐構(gòu)件，在構(gòu)件擬安裝的梁邊樓板上鉆孔（孔徑25），在梁上橫放一根10#工字鋼，鋼絲繩從孔里穿過，固定在工字鋼上，下部掛倒鏈，倒鏈勾到屈曲約束支撐的吊環(huán)上起吊，如圖7所示，調(diào)節(jié)與上部節(jié)點(diǎn)板的方向與角度，找正位置，臨時(shí)固定。

圖7 BRB吊裝示意圖

c.下部節(jié)點(diǎn)板制作安裝

屈曲約束支撐構(gòu)件就位后，實(shí)際測量復(fù)核下部節(jié)點(diǎn)板的尺寸，根據(jù)實(shí)際尺寸加工下部節(jié)點(diǎn)板，將下部節(jié)點(diǎn)板與預(yù)埋件點(diǎn)焊，再次復(fù)核屈曲約束支撐構(gòu)件，無誤后用氬弧焊機(jī)打底，二氧化碳保護(hù)焊接完成。

d.探傷、刷漆、防火處理

焊接完成后，觀感檢查合格后，按設(shè)計(jì)要求的二級焊縫抽取20%采用手工超聲波探傷，經(jīng)檢查合格后，清除表面銹蝕、氧化皮等雜物，采用環(huán)氧富鋅防銹漆（其中鋅粉含量大于80%）無氣噴涂，厚度不小于80μm，干燥后用環(huán)氧云鐵漆無氣噴涂，厚度不小于40μm，再用藍(lán)色丙烯酸漆無氣噴涂，厚度不小于40μm。節(jié)點(diǎn)板、屈曲約束支撐構(gòu)件防銹刷漆后，在節(jié)點(diǎn)板與屈曲約束支撐構(gòu)件焊接處，用巖棉板包裹，外面再包鍍鋅鐵絲網(wǎng)，用抗裂砂漿分層抹平直至與相鄰墻體平齊；突出墻外的屈曲約束支撐構(gòu)件在室內(nèi)裝修時(shí)與室內(nèi)其他耐火裝飾材料裝飾。

3.3 屈曲約束支撐與墻體的連接

框架間填充墻采用加氣混凝土砌塊，墻體橫向通長拉結(jié)砌體加筋，構(gòu)造柱鋼筋焊接在節(jié)點(diǎn)板處，支撐芯板焊接節(jié)點(diǎn)板與砌塊交接處用聚苯板填充，砌體在支撐連接處采用80厚水泥砂漿砌筑，墻體抹灰時(shí)，在支撐部位做一層鍍鋅鋼絲網(wǎng)，鋼絲網(wǎng)與墻體用射釘固定，確保墻體抹灰不開裂。墻體砌筑施工如圖8所示，墻體抹灰施工，如圖9所示。

圖8 墻體砌筑圖

圖9 墻體鋼絲網(wǎng)布置圖

4 框架+BRB結(jié)構(gòu)與框架無支撐結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)對比

某幼兒園工程，設(shè)計(jì)要求一級抗震9度設(shè)防，設(shè)計(jì)初期，比選框架無支撐結(jié)構(gòu)與框架+BRB支撐結(jié)構(gòu)兩種情況，混凝土框架結(jié)構(gòu)全部承擔(dān)地震力，設(shè)計(jì)柱約60根，梁每層約270根，主體結(jié)構(gòu)柱截面達(dá)1000mm×1000mm，不僅影響建筑功能的使用，而且影響整個(gè)結(jié)構(gòu)體系，剛度增大抗扭不足對地震不利；采用混凝土框架+BRB結(jié)構(gòu)體系，在不影響建筑使用功能的情況下，解決了結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)和抗側(cè)剛度問題，按8度設(shè)防截面及配筋減小，BRB在小震作用下為結(jié)構(gòu)提供抗側(cè)剛度，在中震和大震下，BRB屈服耗能，為結(jié)構(gòu)提供阻尼，減小地震作用。

采用框架無支撐體系，梁柱截面增大，梁柱混凝土增加約385m，鋼筋約60t，參照市場價(jià)格及人工、材料、機(jī)械、管理費(fèi)、利潤、規(guī)費(fèi)、稅金等綜合工程造價(jià)取費(fèi)計(jì)價(jià)模式，不考慮地基基礎(chǔ)、模板相應(yīng)費(fèi)用的增加及框架體系的影響，僅混凝土和鋼筋兩項(xiàng)費(fèi)用增加58萬元；采用框架+BRB結(jié)構(gòu)，BRB支撐設(shè)計(jì)使用明細(xì)，見表2所示。

某幼兒園工程使用BRB支撐明細(xì)表 表2

①BRB深化設(shè)計(jì)及產(chǎn)品成本約26萬元，安裝成本約2.5萬元；

②BRB節(jié)點(diǎn)板約3.5t、預(yù)埋件約8.5t，材料及安裝成本約10.5萬元；

③BRB產(chǎn)品檢驗(yàn)試驗(yàn)成本約1萬元；

屈曲約束支撐總造價(jià)合計(jì)約40萬元。

采用框架+BRB方案與框架無支撐方案（僅考慮梁柱截面增大相應(yīng)混凝土和鋼筋費(fèi)用增加情況）可節(jié)約58-40=18萬元。

5 屈曲約束支撐推廣應(yīng)用前景

近年來，隨著國家對建筑物抗震性能要求的提高，住建部在房屋建筑工程中推廣應(yīng)用減隔震技術(shù)，屈曲約束支撐作為一種結(jié)構(gòu)抗震構(gòu)件得到越來越廣泛應(yīng)用，屈曲約束支撐集承載和耗能為一體，在施工時(shí)既要保證設(shè)計(jì)對構(gòu)件的承載力要求，同時(shí)也要保證構(gòu)件的減震阻尼要求，施工時(shí)要區(qū)別于普通支撐構(gòu)件的安裝方法，深入屈曲約束支撐施工技術(shù)、節(jié)點(diǎn)焊接連接合理順序、現(xiàn)場臨時(shí)固定到最終固定條件、與主體混凝土結(jié)構(gòu)及砌體墻連接節(jié)點(diǎn)等的研究和試驗(yàn)驗(yàn)證，使屈曲約束支撐既滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求，又能使其減震耗能的性能得到充分發(fā)揮，保證工程結(jié)構(gòu)安全并提高工效，降低成本，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，有較強(qiáng)地推廣價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。