张建文， 蔡向阳
(1.河南工程学院土木工程学院 河南 郑州 451191；
2.中建新疆建设集团有限公司 新疆 乌鲁木齐 830000)
屈曲约束支撑又叫防屈曲支撑，由芯材、外套筒和位于芯材和外套通间的填充材料3部分组成[1,2]。屈曲约束支撑由芯板承担所受荷载，套筒和填充材料的作用是对芯板进行约束，提高芯板的强度和稳定性，保证芯板在受拉和受压时都能进入屈服状态。因此，既能充分利用芯板材料强度，又能同时发挥金属阻尼器的耗能能力，在建筑结构中充分发挥抗震和抗压双重作用[3]。由于屈曲约束支撑具有优越的抗震性能、可更换、施工方便等优点，因此可用于各类具有抗震要求的新建、改造及加固的建筑物，尤其适合各类复杂结构、大空间大跨度的建筑物[4-7]。
南阳市“三馆一院”工程地貌单元为白河左岸一级阶地，属于白河冲积平原带，抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10 g，本工程高度较高，跨度较大，属于人员密集区域，抗震设防类别属于重点设防类，需提高设防标准。在抗震措施方面需要提高一度设防。如果采用一般结构或者支撑，不能满足抗震要求，采用耗能减震的屈曲约束支撑后，可以很好地解决工程的抗震问题。根据抗震措施和抗震计算，在工程中需要屈曲约束支撑37根，其中最大的屈服承载力为1.1×104kN。如果使用普通抗震技术，梁和柱截面尺寸、材料强度、混凝土和钢材用量都会增加，既不经济也不符合绿色施工要求。采用屈曲约束支撑后，经过综合计算，总体节约用钢量近600 t，约180万元，降低混凝土用量1000 m3，约32万元，总体节约成本约212万元。因为支撑芯板受到了套筒和填充材料的约束，所以支撑不屈曲，结构设计简便，材性增强而节约材料，既易于施工、缩短工期，又满足绿色施工的要求[8]。屈曲约束支撑在改善装配式框架结构抗震性能方面也得到了重视和应用[9，10]。
1.1 施工测量
(1)确定测量控制点和水准点，据此建立屈曲约束支撑的施工测量控制网和高程控制点，作为施工测量定位、放线、标高引测的依据。
(2)测量仪器经检查合格后方可用于本工程。
(3)预埋件埋设是否精准，对安装质量和安装进度有直接影响，吊装前，根据测量控制网对轴线、标高进行严格复核，进行认真检查验收。
(4)采用经纬仪控制构件的垂直度，用水准仪控制标高。
1.2 预埋件安装
预埋件安装前，需提前在工厂按照设计图纸进行加工制作，并预留好钢筋孔洞，不能与梁、柱钢筋交结冲突。预埋件的大小依据屈曲约束支撑的抗震屈服承载力大小而定，经过严密计算后方可进行加工制作。预埋件采用型钢与钢板焊接。预埋件如图1所示。
图1 预埋件节点
预埋件制作好运抵现场经检验后，与现场梁柱钢筋绑扎结合施工安装。安装前需精确测量好预埋件放置位置，采用塔吊或者汽车吊将预埋件吊装就位，然后固定。预埋件位置定位必须精准，外板在水平和垂直方向需要放置并固定好，同时浇筑混凝土时要注意保持预埋件的位置，避免在混凝土振捣过程中预埋件发生位移。
1.3 节点板安装
节点板连接有多种形式，焊接、螺栓连接以及销轴连接。锚栓连接和销轴连接对构件安装精度要求极高，因此，施工时一般选用焊接连接。
节点板现场施工安装顺序为：对节点板设计位置进行标记，使用塔吊或者汽车吊把节点板吊装到目标位置，临时固定节点板，再次复核节点板位置，避免偏差，如果产生偏差，需要挪动并对位置进行重新校正，然后将节点板进行固定，与预埋件实施立焊接连接。
节点板安装过程中，应注意以下几个要点：节点板尺寸必须符合深化设计尺寸；
节点板水平和垂直误差必须控制在允许偏差范围内；
可利用电动葫芦安装，其额定吨位应大于节点板重量；
焊接前和焊接过程中确保位置无误，防止位移。
1.4 屈曲约束支撑安装
1.4.1 运输
(1)根据施工现场情况及屈曲约束支撑自重选取设备，垂直运输设备可采用汽车吊、塔吊等。
(2)屈曲约束支撑自带有吊耳，吊索穿过吊耳绑扎吊装，注意不要只穿部分吊耳，并且支撑构件带有吊耳的面要朝上。
(3)起吊过程中保持平稳，缓慢落地，落地处设置垫木缓冲。
施工中垂直运输情况如图2所示。
图2 垂直运输示意图
1.4.2 误差消除
支撑安装前应进行误差消除。首先检查核对层间净高、柱间净宽。如果存在偏差，根据情况进行消除。消除误差的方法有两个：切割节点板或者补焊缝。对于负误差的要求不应大于5 cm，如果超过需要重新制作节点板，以保证长度满足。
1.4.3 定位放线
在同一跨度内的支撑要求其竖向位置保证在同一竖向平面内。
1.4.4 吊装就位
使用单吊点双葫芦倒链吊装，支撑起吊为不等高起吊，一个葫芦牵拉上端，一个葫芦牵拉下端。根据杆件不同布置形式确定吊点的位置，通常情况下吊点位置在对应支撑长度的1/2处。
1.5 校正及临时固定
吊装葫芦对节点板和屈曲约束支撑吊装到位后，分别进行位置校正和临时固定。对于节点板，首先点焊临时固定，然后用水平尺进行横向水平及竖向垂直复测，上下节点板应位于同一平面内，初步固定后，应采用铅垂吊线进行复核。经校正无误后再进行多点焊接定位。支撑到位后，同样先点焊临时固定，点焊沿竖向劲板方向进行，临时固定的顺序是先将支撑下端临时固定，再将上端临时固定。通过撬动转动使支撑与节点板对齐，对齐后进行多点焊接定位。焊缝焊接时每道焊缝固定点焊两处，焊缝长2 cm，焊高1/3母材厚度。点焊位置应避开角磨机无法打磨到的死角部位。
1.6 焊接固定及节点连接检测
完成节点板和屈曲支撑的校正和临时固定后，还需要进一步对构件几何尺寸、轴线位置进行检测，如果符合要求可以进行熔透焊接。
图3是节点的焊接顺序，在工厂内可以进行的焊接是①②，其他的依次在施工现场进行，③焊缝焊接完成后才可以进行加劲板与节点板的组装。
图3 节点焊接顺序图示
焊工严禁无证上岗，并且要求其进行焊接作业时的焊工考试合格证在有效期内。
焊接作业严禁雨天或露天进行，当风速过大或气温过低时应采取相应的防风、预热或者保温措施。焊条使用时温度要保持在200 ℃，提前预热2 h，使用时置于保温箱(桶)内。
焊接质量检验等级为二级，对接焊缝及T型焊缝均为全熔透焊缝，要求开坡口并全部进行超声波探伤。
图4所示为现场焊缝④⑤的施焊方法。在焊缝一侧先使用φ3.2焊条焊接一遍，从反面对完成的焊缝根部清根，然后再使用φ3.2焊条焊接另一面，如此往复直至焊接完成双面焊焊接接头。
图4 焊缝④⑤施焊方法
焊接完成后，清理焊缝表面熔渣及两侧飞溅物，减少残留物带来的应力集中、降低接头塑性和韧性等危害。焊工施焊完毕后，检查焊缝外观质量和表面缺陷，如裂纹、气孔、夹渣、弧坑、焊瘤等缺陷。外观质量检查合格后，进行无损检测。超声波探伤执行GB11345-89标准。无损检测人员须持证上岗，探伤前应将探伤焊缝两侧150 mm范围内钢构表面打磨干净，焊接完成24 h后进行探伤检验。发现超出规范允许的缺陷时，必须按工艺要求进行重焊，同一部位返修次数不宜超过两次。预埋件、节点板和支撑安装后现场照片如图5所示。
图5 支撑安装后照片
1.7 防火防腐涂装
屈曲约束支撑应具有良好的环境特性，耐腐蚀，耐气候。支撑表面需进行除锈处理，除尽铁锈等杂质。屈曲约束支撑的表面应喷涂3层涂料，在火灾时应与结构共同工作，耐火等级定为二级，耐火极限为2 h。
屈曲约束支撑的防火要求应根据约束机制设计不同的防火措施。如果采用纯钢约束体系，钢材的防火性能相对较差，应做防火保护，并防火等级等同于普通钢支撑。如果采用填充材料约束体系，根据填充材料是否是隔热材料，在支撑的不同部位采用不同的防火保护。当填充材料是具有隔热性能的不燃烧材料时，套筒可不做防火保护，自由伸缩段和封头板做防火保护；
当填充材料不具有隔热性能时，套筒、自由伸缩段及封头板均应作防火保护。
1.8 施工技术措施
在预埋件、节点板安装和支撑吊装施工过程中，采取的保证措施如表1所示。
表1 技术保证措施
2.1 一般规定
(1)屈曲约束支撑的生产厂家须具有相应的生产能力，质量能达到技术要求。
(2)屈曲约束支撑是结构中的重要组成部分，其制作与施工安装是专业工程，应作为分项工程中的检验批进行验收。
屈曲约束支撑进场验收资料应包含：原材料出厂合格报告、原材料复试合格报告、出厂工艺焊接及探伤报告、现场探伤报告等。
屈曲约束支撑竣工验收应符合国家标准《钢结构工程施工质量验收规范》(GB50205)的相关规定。
2.2 质量要求
(1)屈曲约束支撑安装前应先对连接的上、下梁柱节点进行位置检查，包括两个方面检查内容：节点板在施工过程中发生的出平面偏移和节点与施工图的偏位。例如平面偏移不得超过节点处最厚板板厚的1/3，当出现超出允许偏差情况，应采取相应的措施予以纠偏，矫正后再进行支撑安装。
(2)焊接材料、焊缝外形尺寸和内部缺陷以及焊缝质量等级应符合国家相关标准规定，例如：《钢结构焊接规范》、《钢结构焊缝外形尺寸》(GB10854)、《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级》(GB11345)、《钢结构焊接规范》(GB50661)。
(3)屈曲约束支撑在运输、堆放和吊装等过程中会造成支撑变形和涂层脱落，产生的变形和涂装应符合设计要求，否则应进行矫正和修补。
3.1 主要材料技术参数
屈曲约束支撑进场时需提供材质清单、套管和芯板材料均应提供产品质量保证书，进行材料复检，提供复检报告。材料复检需提前按设计要求进行，报告指标符合国家标准《低合金高强度结构钢》(GB/T 1591)、《碳素结构钢》(GB/T 700)、《建筑用热轧低屈服强度钢板和钢带》中的要求。
3.2 主要施工机械设备
工程中的主要施工机具如表2所示。
表2 主要施工机具
普通支撑由于考虑其自身的稳定性，截面设计和支撑刚度较大，造成地震力过大，形成了不可避免的恶性循环。防屈曲支撑由于自身的承载力与刚度分离，即可避免此类现象，不增加结构刚度就能满足结构对于承载力的要求。结合防屈曲支撑在南阳市“三馆一院”工程中的应用，阐述了防屈曲支撑的施工工艺流程和施工要点。施工工艺流程包括预埋件和屈曲约束支撑加工制作、吊装就位、校正并固定、焊接及无损检测、防火防腐涂装、工程验收。给出了施工中的主要机械设备，提出了施工技术措施和质量保证规定及要求。经过精心组织施工，37根屈曲约束支撑在南阳市“三馆一院”工程中顺利安装，全部竣工验收合格，达到了简便高效、节能环保的施工要求。
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