張 雪 健, 甘 孝 彬, 張 莉

(中國(guó)水利水電第十工程局有限公司,四川 成都 610032)

1 概 述

鑒于國(guó)內(nèi)各地地震頻發(fā),導(dǎo)致我國(guó)對(duì)已建或在建的房屋建筑工程(無(wú)論是民用建筑,還是工業(yè)建筑)的抗震能力需要著重考慮。在目前施行的抗震技術(shù)類(lèi)別中,消能減震技術(shù)是現(xiàn)代化建筑結(jié)構(gòu)中能夠減輕地震災(zāi)害的有效技術(shù)之一,其具有抗震效果好、技術(shù)成熟、施工方便等特點(diǎn)。大量的試驗(yàn)研究和震后經(jīng)驗(yàn)證明:消能減震技術(shù)可以在很大程度上減輕地震作用對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的影響,從而從建筑物自身全面提高建筑物結(jié)構(gòu)的抗震性能,其包括通過(guò)改造加固并改善既有建筑物的抗震能力。由此可見(jiàn),消能減震體系是完全不同于傳統(tǒng)抗震設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)保護(hù)體系,其在現(xiàn)今工程結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。為了適應(yīng)我國(guó)工程建設(shè)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要,有效且合理的利用消能減震等專(zhuān)業(yè)技術(shù)以減輕建筑結(jié)構(gòu)所遭受的震害,我國(guó)相繼頒布了隔震與消能減震技術(shù)相關(guān)的規(guī)范、規(guī)程和標(biāo)準(zhǔn)圖集。2008年汶川地震發(fā)生后,消能減震技術(shù)以及其他的抗震技術(shù)愈發(fā)引起人們的高度重視,目前國(guó)內(nèi)頒布的《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50011-2010針對(duì)房屋建筑工程中的消能減震技術(shù)做了專(zhuān)門(mén)的規(guī)定,不僅使消能減震技術(shù)有了技術(shù)和法律的支撐依據(jù),同時(shí)也為該技術(shù)的應(yīng)用提供了參考依據(jù)。在常規(guī)設(shè)防地區(qū),消能減震技術(shù)的應(yīng)用已趨于普遍,但在抗震設(shè)防烈度為9度的地區(qū),消能減震技術(shù)的應(yīng)用卻少之又少。

2 商業(yè)樓的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

通常,商業(yè)樓的結(jié)構(gòu)形式為框架結(jié)構(gòu),其跨度大,故其可以采用消能減震技術(shù)中的屈曲約束支撐(BRB)減震方案。筆者以西昌馬道項(xiàng)目的商業(yè)樓建設(shè)為例說(shuō)明屈曲約束支撐在抗震設(shè)防烈度為9度地區(qū)的應(yīng)用。西昌市馬道城中村棚戶(hù)區(qū)改造項(xiàng)目的修建地址為西昌市西南部的馬道鎮(zhèn),其抗震設(shè)防烈度為9度,其中的商業(yè)樓為框架結(jié)構(gòu)。由于該商業(yè)樓的跨度較大且處于9度抗震設(shè)防烈度地區(qū),為了增加其結(jié)構(gòu)的抗扭剛度、耗能能力、結(jié)構(gòu)的抗倒塌能力,項(xiàng)目部經(jīng)與設(shè)計(jì)方的相關(guān)專(zhuān)業(yè)人員溝通后決定采用屈曲約束支撐。屈曲約束支撐在彈性工作階段如同普通支撐為結(jié)構(gòu)提供抗側(cè)剛度,并且在彈性工作階段其變形能力強(qiáng)、滯回性能好,可用于結(jié)構(gòu)抵御強(qiáng)烈的地震作用。項(xiàng)目部在工程前期與設(shè)計(jì)單位積極對(duì)接,經(jīng)對(duì)其原始結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算分析后,在建筑物各樓層的多個(gè)部位合理布置了BRB阻尼器(消能減震技術(shù)之一)。通過(guò)對(duì)原始結(jié)構(gòu)進(jìn)行局部的改善優(yōu)化且在不改變建筑物上部結(jié)構(gòu)的原有布局、不增加基礎(chǔ)的受力、不占用樓層原有使用空間的前提下,將其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)按照抗震設(shè)防裂度為8度進(jìn)行了初步設(shè)計(jì)。經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)單位通過(guò)消能減震優(yōu)化設(shè)計(jì)將其抗震設(shè)防烈度提高到9度,不僅滿(mǎn)足了該建筑物的抗震設(shè)防烈度要求,還極大程度地節(jié)約了資金。屈曲約束支撐的安裝不僅為建筑物提供了足夠大的抗側(cè)移剛度,而且能夠高效地將普通支撐體系的缺點(diǎn)完全克服,使設(shè)有屈曲約束支撐構(gòu)件的建筑物具有良好的力學(xué)性能,進(jìn)而達(dá)到了使建筑物自身以最大的抗震能力保護(hù)主體結(jié)構(gòu)不受損、減小相鄰構(gòu)件受力等多個(gè)目的,更為有效地保護(hù)了該建筑結(jié)構(gòu)在地震中不被破壞。

3 屈曲約束支撐的工藝原理及施工工藝

3.1 工藝原理

屈曲約束支撐出廠即為成品性構(gòu)件、運(yùn)輸?shù)焦こ态F(xiàn)場(chǎng)后即可直接安裝。但該阻尼器因其自身性能必須在入場(chǎng)或出場(chǎng)時(shí)經(jīng)各單位共同見(jiàn)證抽樣復(fù)檢并待復(fù)檢合格滿(mǎn)足相關(guān)要求后,方能將該批次屈曲約束支撐構(gòu)件正式投入安裝使用。此外,因屈曲約束支撐阻尼器的試驗(yàn)屬于破壞性試驗(yàn),施工時(shí)禁止將其用于試驗(yàn)檢測(cè)的構(gòu)件投入到工程實(shí)際安裝過(guò)程中。在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工過(guò)程中,安裝作業(yè)人員必須在專(zhuān)業(yè)技術(shù)與管理人員的指導(dǎo)下,將擬用于根據(jù)工程建筑物本身的特點(diǎn)與所采用的屈曲約束支撐阻尼器自身性能及構(gòu)件特點(diǎn)相結(jié)合,通過(guò)高強(qiáng)螺栓連接等一種或由多種連接節(jié)點(diǎn)組合的方式進(jìn)行節(jié)點(diǎn)連接,使阻尼器本體和主體結(jié)構(gòu)的連接堅(jiān)實(shí)且高效,且在節(jié)點(diǎn)完成后需要通過(guò)第三方監(jiān)測(cè)單位進(jìn)場(chǎng)進(jìn)行工程檢測(cè),以保證其連接節(jié)點(diǎn)的施工質(zhì)量完全能夠滿(mǎn)足相關(guān)設(shè)計(jì)及規(guī)范要求,進(jìn)而保證屈曲約束支撐阻尼器的本體能夠在主體結(jié)構(gòu)正式受力后,高效地展現(xiàn)出其優(yōu)越的抗震性能。

3.2 施工準(zhǔn)備及施工質(zhì)量控制

筆者針對(duì)目前實(shí)際采用的屈曲約束支撐施工的情況發(fā)現(xiàn),對(duì)其前期原材料(構(gòu)件)和施工過(guò)程的控制非常重要。

3.2.1 材料的取樣標(biāo)準(zhǔn)

(1)對(duì)屈曲約束支撐的取樣。

①對(duì)于其抽檢數(shù)量,同一工程中的同一類(lèi)型且為同一規(guī)格數(shù)量的阻尼器的取樣數(shù)量不少于3%;

②若同一工程中的同一類(lèi)型、同一規(guī)格的消能器數(shù)量較少時(shí),可在同一類(lèi)屈曲約束支撐中隨機(jī)抽樣,其抽檢數(shù)為屈曲約束支撐總數(shù)量的3%,但不應(yīng)少于2個(gè);

③檢驗(yàn)支撐的工作性能和拉壓反復(fù)荷載作用下的滯回性能,其檢測(cè)合格率應(yīng)為100%。當(dāng)其滿(mǎn)足相關(guān)要求后,則該批次產(chǎn)品可用于主體結(jié)構(gòu)。但需注意的是:檢測(cè)后的屈曲約束支撐不可再應(yīng)用于主體結(jié)構(gòu)[1]。

(2)若產(chǎn)品首次檢測(cè)合格率未達(dá)到100%,則應(yīng)在同批次抽檢產(chǎn)品中重新取樣送檢,并對(duì)取樣數(shù)量采用加倍抽檢的方式;只有在二次抽檢樣品的合格率達(dá)到100%時(shí),則該批次產(chǎn)品方可用于主體結(jié)構(gòu);否則,該批次構(gòu)件應(yīng)禁止應(yīng)用于主體結(jié)構(gòu)[2]。

3.2.2 施工過(guò)程控制

(1)安裝流程控制。

①預(yù)埋件安裝:預(yù)埋件安裝位置標(biāo)記(放線)→預(yù)埋件吊運(yùn)至安裝點(diǎn)→預(yù)埋件安裝到位(臨時(shí)固定)→預(yù)埋件的最終固定;

②節(jié)點(diǎn)板安裝:作業(yè)人員首先對(duì)節(jié)點(diǎn)板在施工現(xiàn)場(chǎng)的具體安裝位置進(jìn)行放線標(biāo)記→將節(jié)點(diǎn)板平穩(wěn)吊運(yùn)至安裝點(diǎn)→臨時(shí)將節(jié)點(diǎn)板固定在標(biāo)記的位置→校正節(jié)點(diǎn)板的位置→調(diào)整好節(jié)點(diǎn)板后將其進(jìn)行固定;

③施工前的準(zhǔn)備→施工前的檢查→預(yù)埋件安裝前的誤差消除→構(gòu)件垂直運(yùn)輸→構(gòu)件水平運(yùn)輸→吊裝就位→連接措施→支撐臨時(shí)固定(點(diǎn)焊)→支撐永久固定(滿(mǎn)焊)。

(2)質(zhì)量過(guò)程控制。

①對(duì)所使用的施工機(jī)具在施工前進(jìn)行檢查,必須保證所有機(jī)具全部滿(mǎn)足施工及檢測(cè)要求;

②操作人員(焊工,電工,氣割工等)均屬于特殊作業(yè)人員,所有人員必須持證上崗,且其相關(guān)的操作證書(shū)等必須在有效期限范圍內(nèi),并且只能在規(guī)定的作業(yè)崗位上進(jìn)行作業(yè)。針對(duì)不同崗位的操作人員必須滿(mǎn)足三同(同人、同崗、同證),相關(guān)證書(shū)文件如特種操作作業(yè)證書(shū)等必須在進(jìn)場(chǎng)時(shí)立即報(bào)送至施工總承包單位,然后由總承包單位向相關(guān)單位報(bào)審備案;

③坡口的表面雜質(zhì)必須采用砂輪機(jī)或鋼絲刷清理干凈、露出金屬底色;坡口加工時(shí)需嚴(yán)格按圖紙及規(guī)范的規(guī)定設(shè)置,確保其在相關(guān)規(guī)定的允許偏差范圍內(nèi);

④焊接的內(nèi)在質(zhì)量必須符合設(shè)計(jì)要求:無(wú)夾渣、無(wú)飛渣、無(wú)氣孔等;焊接寬度亦符合相關(guān)要求,禁止出現(xiàn)焊縫咬邊、未熔合、焊瘤、凹坑等質(zhì)量缺陷,整體外觀質(zhì)量符合相關(guān)規(guī)范要求;

⑤按常規(guī)焊接工藝及作業(yè)指導(dǎo)書(shū)進(jìn)行加工,特殊工藝待評(píng)定后進(jìn)行,無(wú)焊接工藝評(píng)定時(shí)禁止焊接;

⑥焊接校正的質(zhì)量控制要求:將焊接溫度控制在900 ℃進(jìn)行空冷,嚴(yán)禁水冷,校正后嚴(yán)禁第二次加熱[3];

⑦采用手工焊焊接的外觀質(zhì)量應(yīng)均勻飽滿(mǎn),無(wú)氣孔、夾渣及飛濺;

⑧焊接部位采用人工操作,作業(yè)人員采用手工砂輪清除夾渣、飛濺、焊瘤等焊接缺陷,局部補(bǔ)渣使焊縫完美;

⑨油漆需嚴(yán)格按相關(guān)規(guī)范規(guī)定進(jìn)行涂裝作業(yè),漆膜厚度按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行。施工時(shí)應(yīng)保證油漆無(wú)流淌、無(wú)氣泡、無(wú)刮痕、無(wú)雜物且必須禁止涂裝燒壞后清除不及時(shí)、不干凈,油漆露底、流淌、皺紋、色澤不一的情況出現(xiàn)。

3.2.3 設(shè)計(jì)優(yōu)化

由于屈曲約束支撐的安裝需要在新建混凝土框架工程提前設(shè)置預(yù)埋件,相對(duì)于常規(guī)地區(qū)設(shè)計(jì)的屈曲約束支撐構(gòu)件的預(yù)埋件采用的是新型的腹板開(kāi)孔H型鋼板。腹板開(kāi)孔的H型鋼預(yù)埋件節(jié)點(diǎn)見(jiàn)圖1。然而,在抗震設(shè)防裂度為9度地區(qū)的設(shè)計(jì)情況下,其結(jié)構(gòu)用鋼量相應(yīng)的會(huì)較常規(guī)地區(qū)多很多,因此,該工程屈曲約束支撐的安裝因高抗震設(shè)防烈度地區(qū)的鋼筋太密集而受阻。若按照原常規(guī)設(shè)計(jì)的預(yù)埋板施工需要切割大量的結(jié)構(gòu)箍筋,甚至?xí)柏Q向主筋,因此,從事該項(xiàng)目設(shè)計(jì)的專(zhuān)業(yè)人員根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況,為平衡阻尼器的安裝和土建鋼筋的安裝質(zhì)量,最終決定對(duì)連接板的預(yù)埋件進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化,在設(shè)計(jì)層面即將原設(shè)計(jì)的封閉的節(jié)點(diǎn)預(yù)埋板變更為開(kāi)口式預(yù)埋板,同時(shí)增大了預(yù)埋板的預(yù)埋腹板寬度,將其由原來(lái)的30 mm擴(kuò)展到40 mm,以增強(qiáng)其錨固強(qiáng)度。如圖1所示,從該構(gòu)件縫隙中切斷,從正面看形成了多個(gè)小型的H型鋼板。如此實(shí)施即可以先制作梁柱鋼筋,后安裝預(yù)埋件。該方法的應(yīng)用不僅安裝快速且更有利于預(yù)埋件定位。改進(jìn)前的預(yù)埋件見(jiàn)圖1,改進(jìn)后的預(yù)埋件見(jiàn)圖2。

圖1 腹板開(kāi)孔的H型鋼預(yù)埋件節(jié)點(diǎn)示意圖

圖2 改進(jìn)后的預(yù)埋件實(shí)物

3.3 質(zhì)量控制要點(diǎn)

屈曲約束支撐不能當(dāng)作一般的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件制作,必須由擁有相應(yīng)產(chǎn)品專(zhuān)利的鋼結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)廠家作為專(zhuān)業(yè)產(chǎn)品進(jìn)行生產(chǎn);鋼結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)廠家必須擁有安全生產(chǎn)許可證,擁有黏滯阻尼器、屈曲約束支撐的生產(chǎn)能力,且其生產(chǎn)的管理應(yīng)通過(guò)ISO質(zhì)量管理體系認(rèn)證。

屈曲約束支撐應(yīng)按照鋼結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)承包工程中制作與施工安裝相應(yīng)分項(xiàng)工程中的檢驗(yàn)批進(jìn)行驗(yàn)收。進(jìn)場(chǎng)驗(yàn)收資料應(yīng)包含:鋼結(jié)構(gòu)工程專(zhuān)業(yè)承包企業(yè)資質(zhì)(三級(jí)及以上)、安全生產(chǎn)許可證、產(chǎn)品質(zhì)保書(shū)、產(chǎn)品芯材材料質(zhì)保書(shū)及材料復(fù)檢報(bào)告、產(chǎn)品出廠第三方檢驗(yàn)CMA報(bào)告(應(yīng)符合相關(guān)國(guó)家規(guī)范及設(shè)計(jì)圖紙要求);竣工驗(yàn)收資料應(yīng)包含:鋼結(jié)構(gòu)安裝施工驗(yàn)收資料。其中屈曲約束支撐構(gòu)件與框架的連接施工驗(yàn)收應(yīng)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》GB 50205-2020中的相關(guān)規(guī)定;高強(qiáng)螺栓連接、焊接連接方式的施工驗(yàn)收應(yīng)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》GB 50205-2020中的相關(guān)規(guī)定;銷(xiāo)軸連接方式的施工驗(yàn)收應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求[4]。

4 屈曲約束支撐在抗震設(shè)防裂度為9度地區(qū)應(yīng)用具有的優(yōu)勢(shì)

(1) 對(duì)于國(guó)內(nèi)高抗震設(shè)防烈度地區(qū),建筑物的抗震性能尤為重要,而將屈曲約束支撐在高抗震設(shè)防烈度地區(qū)應(yīng)用后可降低其設(shè)防烈度。例如,將抗震設(shè)防烈度為9度降低至抗震設(shè)防烈度為8度等;

(2) 屈曲約束支撐應(yīng)在工程建設(shè)前期與建筑結(jié)構(gòu)同時(shí)設(shè)計(jì)。在降低抗震設(shè)防烈度的同時(shí),亦極大程度地降低了結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸的大小及含鋼量,并可節(jié)約鋼筋制安的材料成本和人力成本。這一過(guò)程雖然會(huì)產(chǎn)生阻尼器的采購(gòu)成本,但對(duì)于項(xiàng)目主體結(jié)構(gòu)講,其綜合成本依然會(huì)降低;

(3) 屈曲約束支撐的安裝是在框架之間,因此不會(huì)改變其原始結(jié)構(gòu)的設(shè)置,同時(shí)也不會(huì)占用多余的空間,不僅能滿(mǎn)足建筑物的規(guī)劃要求,亦能滿(mǎn)足建筑物的功能要求;

(4) 鑒于傳統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)的抗彎性能相對(duì)較弱,而屈曲約束支撐具有的優(yōu)勢(shì)就能夠較為明顯地顯現(xiàn),在地震作用中可以有效消除地震波帶來(lái)的水平作用力,其具有的屈服性能能夠極大程度地提升建筑物的安全性;

(5) 國(guó)內(nèi)采用的這項(xiàng)技術(shù)正在逐步趨于成熟。該項(xiàng)技術(shù)在抗震設(shè)防裂度為9度地區(qū)的應(yīng)用情況可為后續(xù)項(xiàng)目的建設(shè)提供參考[5]。

5 結(jié) 語(yǔ)

到目前為止,屈曲約束支撐作為消能減震技術(shù)的主要形式之一,其施工工藝存在多樣化且一直在不斷突破、更新,消能減震施工技術(shù)的優(yōu)勢(shì)愈發(fā)明顯:速度快、效率高、結(jié)構(gòu)的綜合成本低,對(duì)建筑物結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和功能性影響較小,對(duì)工期和質(zhì)量的控制均具有極大的優(yōu)勢(shì)。該項(xiàng)技術(shù)在常規(guī)抗震設(shè)防烈度地區(qū)的應(yīng)用較為廣泛,特別是沿海一帶應(yīng)用較多(這些地區(qū)對(duì)于屈曲約束支撐的生產(chǎn)、加工較為便利)。由于部分地區(qū)距離生產(chǎn)廠家較遠(yuǎn),使得生產(chǎn)加工和運(yùn)輸成本增大,但隨著其在如西昌市等高抗震設(shè)防烈度地區(qū)的逐步應(yīng)用,必將會(huì)加快其在這些地區(qū)的發(fā)展,不僅能為消能減震技術(shù)在當(dāng)?shù)氐钠占肮ぷ髌鸬綐O大的推進(jìn)作用,同時(shí)亦會(huì)給建筑行業(yè)內(nèi)的各個(gè)企業(yè)帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益。