混凝土框架-屈曲約束支撐結(jié)構(gòu)體系施工技術(shù)應(yīng)用研究

陳昭羽 施 鍇 李世杰 唐維濤

中建四局第三建筑工程有限公司 貴州 遵義 563000

1.前言

近年來，世界范圍內(nèi)地震頻繁發(fā)生，大量建筑在地震發(fā)生后往往出現(xiàn)較大的非線性變形，無法快速恢復(fù)功能[1]。對于遭受破壞的建筑，通常的做法是拆除重建或者維修加固，相比拆除重建，結(jié)構(gòu)維修加固更為經(jīng)濟(jì)簡便[2]。但是傳統(tǒng)的支撐鋼結(jié)構(gòu)體系在支撐受到較大軸向壓力作用時(shí)極易產(chǎn)生屈曲變形而退出工作。出于以上原因，一些學(xué)者就研究制作出了一種能夠在壓力作用下，而不發(fā)生屈曲現(xiàn)象的構(gòu)件，就被稱為屈曲約束支撐，其在拉力和壓力作用時(shí)能表現(xiàn)出穩(wěn)定的滯回特征[3]。

2.工程概況

北京大學(xué)附屬中學(xué)海口學(xué)校由學(xué)術(shù)中心、體育與藝術(shù)中心及宿舍綜合樓三部分構(gòu)成。其中學(xué)術(shù)中心地下1層、地上5層，建筑高度23.550米，為鋼框架結(jié)構(gòu)；體育與藝術(shù)中心地下局部1層，地上2層，為混凝土框架結(jié)構(gòu)；宿舍綜合樓地下1層（-1F底為隔震層）、地上5層，結(jié)構(gòu)形式為框架結(jié)構(gòu)。通過應(yīng)用屈曲約束支撐，能起到混凝土支撐的作用，提高結(jié)構(gòu)的抗扭剛度。尤其是在等級較高的地震條件下，能夠起到減小主體框架損傷的目的。

3.工藝特點(diǎn)與原理

3.1 工藝特點(diǎn)

（1）屈曲約束支撐不會(huì)屈曲，只會(huì)屈服，通過支撐屈服耗能能保護(hù)梁、柱構(gòu)件不破壞。

（2）“小震經(jīng)濟(jì)”“中震不壞”“大震易修”“余震不倒”。

（3）屈曲約束支撐具有良好的承載力，更具有非常好的變形耗能能力。

（4）屈曲約束支撐作為支撐構(gòu)件，它最大優(yōu)點(diǎn)是其自身的承載力與剛度是相互分離的。選用防屈曲支撐，可以實(shí)現(xiàn)在不增加結(jié)構(gòu)剛度的情況下，滿足結(jié)構(gòu)對于承載力的要求。

（5）延性與滯回性能良好：屈曲約束支撐在彈性階段工作時(shí)，可為結(jié)構(gòu)整體提供一個(gè)足夠大強(qiáng)度的抗側(cè)剛度，從而起到抵抗小震以及風(fēng)荷載的作用。而處在彈塑性階段工作時(shí)，其自身強(qiáng)大的變形能力和優(yōu)越的滯回性能，可用于抵御強(qiáng)烈的地震作用。

（6）保護(hù)主體結(jié)構(gòu)作用：屈曲約束支撐具有較高的屈服承載力，在遇到等級較高的地震是，能夠起到類似“保險(xiǎn)絲”的作用，從而實(shí)現(xiàn)主體結(jié)構(gòu)在大震下不屈服或者不嚴(yán)重破壞的目的。

3.2 工藝原理

（1）普通支撐在受到壓力時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生屈曲的現(xiàn)象。并且當(dāng)支撐受壓變形產(chǎn)生屈曲后，它的剛度和承載力就會(huì)急劇降低。當(dāng)在地震或者風(fēng)的作用下時(shí)，支撐的內(nèi)力會(huì)在受壓和受拉兩種狀態(tài)下往復(fù)變化。但當(dāng)支撐由壓曲狀態(tài)逐漸變至受拉狀態(tài)時(shí)，支撐的內(nèi)力及其剛度就會(huì)接近為零。因此，普通支撐在往復(fù)荷載作用下的滯回性能較差。為了解決此類問題，在普通支撐外部增加設(shè)置套管，起到約束支撐受壓屈曲的作用，從而構(gòu)成了屈曲約束支撐[4]。

（2）屈曲約束支撐中，僅僅有其芯板與其他構(gòu)件連接，而所受的荷載全部由芯板承擔(dān)。外套筒和填充材料的僅作為約束芯板受壓屈曲的作用，使芯板在受拉和受壓下均能進(jìn)入屈服狀態(tài)[5]。

4.施工工藝流程

4.1預(yù)埋件工藝流程

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.梁底模支護(hù)→2.梁預(yù)埋件定位并放置→3.穿梁縱筋、綁扎箍筋→4.預(yù)埋件校正、梁側(cè)模支護(hù)、澆筑混凝土→5.柱底預(yù)埋件定位并放置→6.柱底預(yù)埋件定位并置、箍筋綁扎→7.柱頂預(yù)埋件位置箍筋預(yù)留→8.柱主筋接起、箍筋綁扎→9.預(yù)埋件校正、梁側(cè)模支護(hù)、澆筑混凝土

4.2屈曲約束支撐工藝流程

1.復(fù)測現(xiàn)場安裝尺寸→2.現(xiàn)場修正節(jié)點(diǎn)板的長度→3.節(jié)點(diǎn)板定位→4.節(jié)點(diǎn)板起吊→5.構(gòu)件就位→6.構(gòu)件固定→7.屈曲約束支撐起吊→8.構(gòu)件就位→9.進(jìn)行臨時(shí)固定-10.尺寸校正→11.最終固定。

4.3阻尼器工藝流程及操作要點(diǎn)

4.3.1 支撐式阻尼器工藝流程

1.現(xiàn)場核對長度→2.安裝節(jié)點(diǎn)板→3.調(diào)節(jié)兩節(jié)點(diǎn)板距離→4.支撐起吊→5.支撐臨時(shí)固定→6.安裝側(cè)向加勁肋→7.支撐校正→8.支撐最終固定

4.3.2 墻式阻尼器工藝流程

1.核對尺寸→2.復(fù)核阻尼器產(chǎn)品安裝位置→3.放線定位連接墻尺寸→4.安裝下連接墻預(yù)埋件→5.澆筑混凝土→6.與主體一起安裝上連接墻→7.安裝上部預(yù)埋件→8.復(fù)核后與主體一起澆筑

5.效益分析“混凝土框架-屈曲約束支撐結(jié)構(gòu)體系施工技術(shù)”

對北京大學(xué)附屬中學(xué)海口學(xué)校建設(shè)項(xiàng)目結(jié)構(gòu)抗震性能提升顯著，在施工過程中安全文明、施工質(zhì)量、縮短工期、經(jīng)濟(jì)效益方面提升明顯。本技術(shù)的成功實(shí)踐，對類似結(jié)構(gòu)工藝施工提供了重要的數(shù)據(jù)支持和參考，可引用延伸至更多的結(jié)構(gòu)施工中，為以后相似項(xiàng)目提供寶貴經(jīng)驗(yàn)。

6.結(jié)語

通過對北京大學(xué)附屬中學(xué)海口學(xué)校項(xiàng)目的分析可以發(fā)現(xiàn)：一、屈曲約束支撐構(gòu)件便于加工和安裝，施工效率高；二、安裝到結(jié)構(gòu)上，能有效的提高結(jié)構(gòu)整體剛度，起到消能減震的作用；三、支撐構(gòu)件的安裝對建筑物的使用功能和建筑造型不產(chǎn)生影響；四、屈曲約束支撐構(gòu)件為耗能構(gòu)件，而不是承重構(gòu)件，因此不會(huì)對結(jié)構(gòu)承載力產(chǎn)生較大的影響，安全度高，適合推廣應(yīng)用。