連梁式剪切型阻尼器在混凝土框剪結構減震設計和施工中的應用

涂剛要 陳 龍

合肥建工集團有限公司 安徽 合肥 230088

為減輕地震災害對建筑結構造成的影響，提高建筑結構的安全可靠度，保障人類生命和財產安全，可在建筑結構設計時考慮設置阻尼器來降低地震造成的影響，避免建筑結構破壞，最大程度地減輕地震所造成的災害[1]。

建筑物中采用的框架-剪力墻結構為雙重抗側力結構體系，當遇到地震作用時，框剪結構中的剪力墻作為主要的受力構件，容易產生應力集中，從而造成脆性剪切破壞，使結構變形過大而失穩[2-4]。為改善框剪結構中這種不利的破壞狀態，阻尼器消能減震技術應運而生，其能有效減輕框剪結構中連梁的損壞，避免混凝土結構失穩破壞[5-8]。

本文以海口市海航首府雙語學校宿舍樓為工程背景，介紹一種在框剪結構中應用的新型連梁式剪切型阻尼器消能減震裝置。該裝置顯著改善了結構整體的抗震性能，提升了建筑結構的抗震能力，可為有消能減震要求的框剪結構工程施工提供借鑒。

1 工程概況

?？谑泻：绞赘p語學校項目，總建筑面積65 600 m2，其中地上建筑面積51 640 m2，地下建筑面積13 960 m2，抗震設防烈度為8度。工程有多棟教學綜合樓及學生宿舍樓，其中學生宿舍樓為框架-剪力墻結構，抗震等級為一級。

為提高學生宿舍樓的抗震性能，根據該學校宿舍樓的使用功能和結構特點，決定采取連梁式剪切型阻尼器消能減震裝置，對結構進行抗震設計。連梁式剪切型阻尼器的構造如圖1所示。

圖1 連梁式剪切型阻尼器構造

2 工藝原理

連梁式剪切型阻尼器裝置是由連梁受力鋼筋、預埋件和阻尼器等構件焊接組成的。在主體結構的模板支設結束后，按照圖紙設計位置要求，先將2塊預埋件安裝固定于剪力墻連梁中間，連梁受力鋼筋分別對稱焊接固定在2塊預埋件端板上，再澆筑混凝土。主體結構施工完畢后，在連梁中間兩內側預埋件端板內安裝焊接阻尼器，并進行焊接部位的探傷檢測，確保節點部位可靠連接，通過剪切型阻尼器與兩側連梁的協調作用，實現連梁式阻尼器的消能減震作用。

3 施工要點

3.1 連梁預埋件放樣、加工、制作

根據阻尼器承載屈服力的不同，設計院提供不同規格、類型的連梁預埋件。預埋件構造如圖2所示。由于栓釘能顯著提升混凝土和預埋件之間的黏結力，故使用預埋鋼板和栓釘焊接制成連梁預埋件，尺寸應嚴格按照圖紙規定。此外，應嚴格按圖紙進行焊接，確保焊縫平滑，無夾渣、氣孔等焊接缺陷。

圖2 連梁預埋件構造示意

3.2 預埋件連梁縱筋及箍筋焊接綁扎

1）針對質量和體積較大的連梁預埋件，為確保預埋件安裝質量，應預先在預埋件上焊接綁扎好連梁縱箍筋，后整體吊裝放入連梁模板內；針對質量及體積較小、不方便“先綁扎連梁鋼筋后下吊”的預埋件（如頂層墻柱鋼筋有彎錨），可提前將預埋件放入連梁底模相應位置處，再焊接綁扎連梁縱箍筋。

2）根據阻尼器與連梁截面配筋圖，在預埋件端板上預先標記出連梁縱筋焊接位置，隨后焊接縱筋，綁扎連梁箍筋。對設有拉筋孔的預埋件，連梁腰筋處拉筋應穿過拉筋孔綁扎，其余腰筋處的拉筋應穿過預埋件齒縫綁扎。

3）連梁分布腰筋遇埋板彎折后雙面焊于埋板上，按受拉錨固于墻柱內。

4）鋼筋綁扎完后，應再次復核連梁鋼筋位置，確保綁扎牢固及位置準確。

3.3 吊裝預埋件、連梁鋼筋骨架

1）針對質量和體積較大的連梁預埋件，采用塔吊將綁扎完成的預埋件連梁鋼筋骨架吊運到剪力墻連梁相應預埋位置。針對體積及質量較小、不方便提前焊接綁扎連梁鋼筋骨架的預埋件，可先將其放入連梁底模相應位置處，再焊接綁扎連梁縱箍筋。

2）為確保將預埋件準確放入梁中，在梁模支設好后，按照設計深化圖紙要求，在梁底模上將預埋件的安裝位置標記好，并釘上木條，避免預埋件下側發生移位。

3）連梁預埋件吊裝到梁底模后，根據圖紙調整位置并預留安裝空隙10 mm（例如阻尼器長度為H，則預埋件之間的距離應為H＋10 mm），方便后續阻尼器的焊接。

4）連梁預埋件的位置調整并確定好后（安裝位置偏差應小于10 mm），用多根鋼筋在兩預埋件端板上下之間交叉焊接固定，避免預埋件在混凝土澆筑時發生偏位；同時，在兩端板之間上方采用模板遮蓋，避免混凝土澆入阻尼器預留洞中。

3.4 主體結構混凝土澆筑

混凝土澆筑時，采用振搗棒插入構件中振搗，快插慢拔、均勻振搗。同時，在構件兩側采用人工輕微錘擊，振動密實。在澆筑結束后，應使用長木抹子進行收光處理，并應于12 h內用塑料薄膜進行為期不少于7 d的保濕養護。

3.5 阻尼器吊裝焊接

對連梁預埋件側端板的焊接面進行打磨，確保焊接質量。采用自制提升機配合人工輔助將阻尼器提升至兩預埋件端板之間相應標記位置（阻尼器與梁平面內外偏差應小于10 mm），利用水平尺校正阻尼器的垂直度（阻尼器垂直度偏差應小于2 mm）。校正后采用電弧焊焊接，焊條型號采用E43型，符合GB/T 5118—2012《熱強鋼焊條》的要求，與預埋板連接部位采用圍焊，焊縫高度為25～35 mm。

3.6 連接節點檢測

在連梁式剪切型阻尼器施工工序結束后，應對阻尼器與預埋件之間的連接節點進行焊縫檢測。對于設計要求全焊透的一、二級焊縫，應使用超聲波對內部缺陷進行探傷檢驗，無法作出判斷時，使用射線進行探傷檢測，結果應符合規范要求。

3.7 防腐、防火處理

焊接完成后，應對焊縫的焊渣進行去除和打磨，采用齊平打磨方式，保證接頭區域與母材金屬之間的平滑；使用環氧富鋅漆對節點連接構件進行防腐施工，漆膜厚度不低于0.12 mm；在防腐施工驗收結束后，應按照要求開始進行防火施工。

3.8 阻尼器裝飾封閉

阻尼器連梁周邊空隙應采用輕質隔聲防火巖棉材料填充，要求填充全面、密實，并內襯輕鋼龍骨，外側用防火石膏板裝飾封閉（同結構梁平齊）。

4 效益分析

本技術結合框剪結構剪力墻連梁構建消能減震體系，僅通過局部的改善措施，在不改變上部結構原有布局、不占用樓層使用空間的前提下，就能很好地滿足建筑結構的抗震要求，大大減少了傳統“硬抗”方法所增加的費用。同時，施工方法簡便，施工周期短，可以保證結構抗震性能，符合綠色建筑和綠色施工要求。

以海航首府雙語學校學生宿舍樓應用項目為例，施工效益分析如下：

1）傳統的非消能減震方式。經設計院設計驗算，上部主體結構鋼材和混凝土用量分別為：鋼材3 548.3 t，混凝土17 520 m3。按照市場價格（鋼材5 000元/t，混凝土600元/m3）計算，共需成本2 825.3萬元。

2）連梁式剪切型阻尼器技術。項目共應用連梁式阻尼器110個，每個連梁式阻尼器約5 000元，阻尼器兩端金屬預埋件約600元，每個阻尼器安裝費用約100元，則總造價為627 000元。上部主體結構鋼材和混凝土用量為：鋼材3 433.2 t，混凝土16 100 m3。經計算，共需成本2 745.3萬元。

由此可知，采用連梁式剪切型阻尼器消能減震裝置，可節省成本80萬元。

5 結語

本施工技術通過設置連梁式剪切型阻尼器消能減震裝置，使混凝土框剪結構在出現變形時，可以迅速并大量消耗由于地震產生的能量，保護建筑主體結構在地震中免遭破壞。同時，本施工技術簡便，施工周期短，可以保證結構抗震性能，確保工程質量，提高整體工程抗震水平，符合綠色建筑和綠色施工要求，因而具有廣闊的應用前景和推廣價值，社會效益顯著。