屈曲約束支撐施工安裝技術探析
——以某幼兒園工程為例

溫艷芳，于德功

（1.山西工程職業學院，山西 太原 030009；2.山西建筑工程集團有限公司，山西 太原 030006）

1 引言

減隔震技術是通過增設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，有效減輕地震作用，大幅度提升房屋建筑抗震設防能力，避免人員傷亡、減輕財產損失，社會效益和經濟效益明顯，應用價值大，《住房城鄉建設部關于房屋建筑工程推廣應用減隔震技術的若干意見》（建質〔2014〕25號）的有關要求，抗震設防烈度8度區、地震重點危險區學校和幼兒園的新建教學用房、學生宿舍、食堂以及醫院的新建醫療建筑，必須采用減隔震技術，屈曲約束支撐(BRB)為此技術的一項應用。

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揮承載、耗能、剛度調整作用的裝置，可為框架結構、排架結構提供側向剛度和承載力，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)僅芯板與其他構件連接，所受的荷載全部由芯板承擔，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力在受壓和受拉反復荷載作用下，提高支撐的滯回性能，屈曲約束支撐的應用可以全面提高傳統的支撐框架的抗震性能，達到小震經濟、中震不壞、大震易修、余震不倒的效果。

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

在中震作用下，屈曲約束支撐具有明確的屈服承載力，率先屈服耗能產生塑性變形，從而保護主體結構使其發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，使得主體結構基本處于彈性范圍內，保護主體結構不屈服或不嚴重破壞，對于發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件的內力（包括基礎），結構在余震作用下不產生過大塑性變形，保證豎向承載構件不會在余震中倒塌。

3 屈曲約束支撐技術在某幼兒園工程的應用

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結構，一級抗震8度設防，鋼筋混凝土獨立基礎，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結構施工技術要點

核心單元耗能芯材采用Q235低碳鋼，屈強比≦0.8，伸長率≧30%，與支撐連接的節點板材料采用Q345B鋼，主體框架根據不同截面柱、梁內定位安裝預埋件，后安裝法施工。

3.2.1 支撐式剪切阻尼器預埋件安裝

核對主體結構軸線，定位預埋件安裝位置，安裝預埋件時，預埋件安裝誤差不應大于2cm，預埋件安裝完成合格后，方能澆筑混凝土，預埋件的安裝根據安裝部位的不同，工序不同，包括柱上預埋件和梁上預埋件。預埋件安裝流程如下。

①梁埋件放置

梁底模支護好后，找到定位軸線，按照深化設計圖紙將預埋件放置到位，并做好臨時固定。為方便箍筋綁扎，放置梁預埋件時，應先把預埋件腹板間箍筋預先放好，之后穿梁縱筋、綁扎箍筋，混凝土澆筑前對埋件位置進一步校正，防止穿梁縱筋、綁扎箍筋時埋件位置移動所造成的偏差，安裝如圖3所示。

圖3 預埋件及梁預埋件安裝示意圖

②柱預埋件放置

柱底預埋件放置：找到定位軸線，在分層柱混凝土澆筑完成后放置柱底埋件，按照深化設計圖紙將預埋件放置到位，并做好臨時固定。

柱頂預埋件箍筋及綁扎：柱箍筋綁扎時預留柱頂埋件位置，安裝前核對并標記預埋件安裝標高位置。

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

圖4 柱預埋件安裝示意圖

③預埋件校正及固定

根據圖紙調整位置并預留安裝空隙10mm（如：BRB長度為H，埋件之間的距離應為H+10mm），調整完成后用鋼筋或者方木固定，避免澆筑混凝土時埋件偏移。

3.2.2 BRB產品安裝前準備

①進場前提前組織好卸車吊運設備和人力，確定停車路線。

②清理出一塊干凈平整的地面便于BRB產品現場堆放，并在現場起重設備范圍內。

③材料進場后經各方進行驗收，并根據阻尼器及鋼結構外形，進行合適的綁扎固定，保護構件涂層不受損傷，保證阻尼器及鋼結構和零件不變形、不損壞、不散失。

④核對清單，并檢查減震產品實際尺寸，專業人員現場指揮吊運，操作工人做好安全措施。

⑤安裝前進行現場尺寸復核，如果發現與圖紙有出入，及時反映并做出調整。

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

⑦根據實際測量尺寸，對斜支撐節點板進行加工，根據深化設計圖下料，如圖5、圖6所示。

圖5 單斜撐節點板

圖6 人字形或V形節點板

3.2.3 主要施工設備

如表1所示。

主要設備 表1

3.2.4 屈曲約束支撐安裝

①各工序施工按規律有序進行，屈曲約束支撐安裝工藝流程：

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

②操作要點

支撐安裝過程中，根據現場情況可調節節點板，屈曲約束支撐芯板兩端禁止切割。

a.上部節點板制作安裝

因上部節點板規格較多，尺寸各異，重量在80kg～160kg，按設計圖紙現場加工制作上部節點板，按位置編號，制作完畢檢查合格后用人力拖板車運至擬安裝的框架附近，和屈曲約束支撐構件一起用吊車吊至卸料平臺，采用托舉裝置托舉節點板至梁底，調整位置及水平度，點焊，校核無誤后將節點板與預埋件焊接。

b.屈曲約束支撐構件安裝

根據屈曲約束支撐構件編號，用人工拖板車托運至安裝的框架附近，對號用汽車吊吊至卸料平臺，一根屈曲約束支撐構件重量800kg～1000kg，在樓層間用手動倒鏈起吊屈曲約束支撐構件，在構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上起吊，如圖7所示，調節與上部節點板的方向與角度，找正位置，臨時固定。

圖7 BRB吊裝示意圖

c.下部節點板制作安裝

屈曲約束支撐構件就位后，實際測量復核下部節點板的尺寸，根據實際尺寸加工下部節點板，將下部節點板與預埋件點焊，再次復核屈曲約束支撐構件，無誤后用氬弧焊機打底，二氧化碳保護焊接完成。

d.探傷、刷漆、防火處理

焊接完成后，觀感檢查合格后，按設計要求的二級焊縫抽取20%采用手工超聲波探傷，經檢查合格后，清除表面銹蝕、氧化皮等雜物，采用環氧富鋅防銹漆（其中鋅粉含量大于80%）無氣噴涂，厚度不小于80μm，干燥后用環氧云鐵漆無氣噴涂，厚度不小于40μm，再用藍色丙烯酸漆無氣噴涂，厚度不小于40μm。節點板、屈曲約束支撐構件防銹刷漆后，在節點板與屈曲約束支撐構件焊接處，用巖棉板包裹，外面再包鍍鋅鐵絲網，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件在室內裝修時與室內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，墻體橫向通長拉結砌體加筋，構造柱鋼筋焊接在節點板處，支撐芯板焊接節點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，在支撐部位做一層鍍鋅鋼絲網，鋼絲網與墻體用射釘固定，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 墻體鋼絲網布置圖

4 框架+BRB結構與框架無支撐結構經濟對比

某幼兒園工程，設計要求一級抗震9度設防，設計初期，比選框架無支撐結構與框架+BRB支撐結構兩種情況，混凝土框架結構全部承擔地震力，設計柱約60根，梁每層約270根，主體結構柱截面達1000mm×1000mm，不僅影響建筑功能的使用，而且影響整個結構體系，剛度增大抗扭不足對地震不利；采用混凝土框架+BRB結構體系，在不影響建筑使用功能的情況下，解決了結構扭轉和抗側剛度問題，按8度設防截面及配筋減小，BRB在小震作用下為結構提供抗側剛度，在中震和大震下，BRB屈服耗能，為結構提供阻尼，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，參照市場價格及人工、材料、機械、管理費、利潤、規費、稅金等綜合工程造價取費計價模式，不考慮地基基礎、模板相應費用的增加及框架體系的影響，僅混凝土和鋼筋兩項費用增加58萬元；采用框架+BRB結構，BRB支撐設計使用明細，見表2所示。

某幼兒園工程使用BRB支撐明細表 表2

①BRB深化設計及產品成本約26萬元，安裝成本約2.5萬元；

②BRB節點板約3.5t、預埋件約8.5t，材料及安裝成本約10.5萬元；

③BRB產品檢驗試驗成本約1萬元；

屈曲約束支撐總造價合計約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混凝土和鋼筋費用增加情況）可節約58-40=18萬元。

5 屈曲約束支撐推廣應用前景

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用減隔震技術，屈曲約束支撐作為一種結構抗震構件得到越來越廣泛應用，屈曲約束支撐集承載和耗能為一體，在施工時既要保證設計對構件的承載力要求，同時也要保證構件的減震阻尼要求，施工時要區別于普通支撐構件的安裝方法，深入屈曲約束支撐施工技術、節點焊接連接合理順序、現場臨時固定到最終固定條件、與主體混凝土結構及砌體墻連接節點等的研究和試驗驗證，使屈曲約束支撐既滿足設計和規范要求，又能使其減震耗能的性能得到充分發揮，保證工程結構安全并提高工效，降低成本，具有良好的經濟效益和社會效益，有較強地推廣價值和廣闊的應用前景。