超高層建筑屈曲約束支撐安裝施工技術

中建鋼構有限公司 靖江 214532

1 工程概況

義烏世貿中心超高層酒店采用帶環帶桁架的核心筒-框架結構體系，核心筒和外圍框架的抗震等級均為—級。超高層酒店鋼結構用鋼量約10 000 t。

超高層酒店地下3 層，地上54 層，結構標高258.4 m，塔樓層高2.10～7.50 m，標準層層高為3.90 m和4.10 m。鋼構件類型主要有十字形和H形。核心筒外框均勻分布16 根勁性十字柱，主體結構共設置3 道環帶桁架，分別位于22、35、47層，桁架斜腹桿采用屈曲約束支撐（BRB，Buckling Restrained Brace）。在環帶桁架層，每2 根外框柱之間設計有2 根屈曲約束支撐，故每層有屈曲約束支撐32 根。屈曲約束支撐外觀為正方形，外觀尺寸為400 mm×400 mm，芯板厚50 mm，屈服承載力最大為12 850 kN。本工程所用屈曲約束支撐為承載力屈曲約束支撐，故而屈曲約束支撐的安裝不宜滯后于上部結構施工，以便屈曲約束支撐更好地發揮承載力，達到設計性能要求。

2 屈曲約束支撐

超高層建筑對結構抗震性能和風荷載作用下的結構變形要求更高。普通支撐受壓會產生屈曲現象，當支撐受壓屈曲后，剛度和承載力急劇降低。在地震或風的作用下，支撐的內力在受壓和受拉兩種狀態下往復變化。當支撐由壓曲狀態逐漸變至受拉狀態時，支撐的內力以及剛度接近為零。因而普通支撐在反復荷載作用下的滯回性能較差。而屈曲約束支撐一方面可以避免普通支撐拉壓承載力差異顯著的缺陷，另一方面具有金屬阻尼器的耗能能力，使得主體結構基本處于彈性范圍內[1-4]。

義烏世貿中心采用的承載型屈曲約束支撐主要是為了克服普通支撐受壓屈曲的弱點，通過設置外側的約束單元來抑制支撐在受壓狀態下出現屈曲的可能性，從而改善并且提高支撐的受壓承載能力，如圖1所示。

由于這種支撐能夠大幅度提高支撐的承載力，特別是受壓承載力，因此可以充分發揮鋼材的強度。承載型屈曲約束支撐可以不考慮支撐芯材進入屈曲后的耗能能力，設計時芯材僅控制在彈性工作狀態，且支撐不會發生整體屈曲[5,6]。

圖1 屈曲約束支撐構造

3 技術要求

1）屈曲約束支撐不可采用普通鋼結構支撐替代，應由專業廠家為產品供貨，屈曲約束支撐制造商應提供建設部的產品論證報告書。

2）屈曲約束支撐制造商應對芯材進行性能試驗；芯材的屈強比不應大于0.8，伸長率應大于30%并有明顯的屈服臺階，應具有常溫下27 J沖擊韌性功。

3）本支撐為承載型屈曲約束支撐，應進行抽樣試驗檢驗，試驗時，支撐在受拉和受壓兩種狀態下均應能達到屈服承載力，且支撐不可出現屈曲現象，還應在1/100支撐長度的拉伸和壓縮往復各一次變形，支撐不得出現屈曲失穩現象。

4）屈曲約束支撐應保證具有良好的環境特性，耐氣候、耐腐蝕。屈曲約束耐火等級為二級，耐火極限為2 h，在火災時應與結構共同工作。屈曲約束支撐正常維護使用年限為50 年。

5）工廠焊接焊縫檢驗等級為一級，現場焊接焊縫質量檢驗等級為二級。

6） 構件長度的允許偏差為±3 mm。

4 BRB施工

4.1 施工順序

義烏世貿中心超高層酒店屈曲約束支撐施工步驟為：下弦梁→框架柱→上弦梁→BRB（屈曲約束支撐），如圖2所示。

圖2 BRB施工順序

第1步，施工環帶桁架下弦梁，鋪設下弦梁所在樓層鋼筋桁架板；

第2步，施工環帶桁架框架柱，同時施工上弦梁，并在其上安裝2 臺30 kN倒鏈。上弦梁所在樓層鋼筋桁架板暫不施工；

第3步，用塔吊起吊堆場屈曲約束支撐至下弦梁所在樓層以上1.5 m處，塔吊停止起降操作。屈曲約束支撐上安裝2 根纜風繩用于后續將構件平拉就位和臨時固定。因屈曲約束支撐要通過塔吊和倒鏈協同操作，故而屈曲約束支撐上1 個吊耳孔要同時滿足2 個卸扣穿過的要求（一個供塔吊，一個供倒鏈）。吊耳孔設計為35 mm，不足以同時穿孔2 個卸扣，故而先用1 個大卸扣C穿過吊耳，再用2 個較小卸扣A、B穿過大卸扣C，提供塔吊和倒鏈的吊點；

第4步，用纜風繩將屈曲約束支撐拉至樓層內后，安裝倒鏈鋼絲繩，并通過倒鏈不等高提升，使倒鏈逐漸承受構件的質量，逐步減小塔吊受力，直至塔吊吊鉤鋼絲繩完全松弛；

第5步，將完全不受力塔吊吊鉤與屈曲約束支撐分離，塔吊吊鉤離開，準備下一根構件吊裝。拉動2 臺倒鏈與纜風繩，調整屈曲約束支撐空間位置，先使屈曲約束支撐下端與鋼柱牛腿精確就位，通過焊接馬板臨時固定；然后微調使屈曲約束支撐上部對準并臨時固定；

第6步，采用對稱吊裝的方式進行同層屈曲約束支撐的施工作業，同時采用對稱焊接的方式進行屈曲約束支撐的焊接作業。屈曲約束支撐的吊裝順序和焊接順序一致，整體順序如圖3所示。

圖3 BRB吊裝與焊接順序（1→8）

4.2 端部構造

因屈曲約束支撐具有截面小、芯板厚度大的特點，為保證屈曲約束支撐準確就位，減少安裝時間，同時也為了保障施工安全，需在屈曲約束支撐端部增加靠向板，靠向板可在工廠預制或現場安裝時臨時焊接，靠向板如圖4所示。

圖4 BRB端部措施

5 焊接工藝

5.1 焊接次序

因本工程屈曲約束支撐為承載型，故而屈曲約束支撐吊裝完畢后應立即進行焊接，以使屈曲約束支撐能更好地發揮設計性能。

現場主要采用4 個焊接班組進行對稱焊接，即一個跨間2 個焊接班組同時焊接2 根屈曲約束支撐，焊接次序為從下向上；同時，此跨對應跨間的另外2 個焊接班組也進行焊接作業。

5.2 焊接技術要點

1）環境要求：平均氣溫-5 ℃以上，風力＜2 m/s，相對濕度≤70%，焊接預熱不小于60 ℃；

2）多層、多道焊接時應連續施焊，每一焊道焊接完成后，應及時清理焊渣及表面飛濺物，發現影響焊接質量的缺陷，應清除后方可施焊。在連續焊接過程中應控制焊接區母材溫度，使層間的上、下限溫度符合工藝文件要求。如遇有中斷施焊情況，應采取加熱措施，再次焊接時重新預熱溫度應高于初始預熱溫度。

3）焊接完成后，應用火焰切割去除引弧板和引出板，并修磨平整，不得用錘擊落引出板和引弧板。

4）嚴禁在焊接部位以外的母材上打火引弧。

5）焊接完成后，焊工應檢查焊縫外觀質量是否符合要求，并在施焊部位打上施焊焊工代號（英文字母）。

6）對連接板的切割不能過早，一定要填充到焊縫1/3以上的厚度才能切割。

5.3 安全防護

根據焊口高度，搭設釋放、焊接操作平臺，操作平臺采用鋼管搭設，平臺底部滿鋪木跳板，木跳板上鋪滿石棉網（圖5）。平臺空間及承載力能夠滿足2 名焊接人員順利操作。

圖5 BRB焊接操作平臺

6 結語

義烏世貿中心超高層酒店為浙中地區第一高樓，是超高層結構典型代表。工程采用的屈曲約束支撐具有安全高效、施工便捷的特點，因而為越來越多的超高層建筑所使用[7,8]。在本工程實施過程中，通過對現場數據的及時采集與設計院的實時反饋進行匯總，加強溝通交流，優化屈曲約束支撐的節點構造，使屈曲約束支撐順利高精度就位，高質量完成施工作業。