大型公建工程屈曲約束支撐安裝施工技術(shù)研究

【摘要】屈曲約束支撐安裝是建筑鋼結(jié)構(gòu)工程中重要施工環(huán)節(jié)，其安裝質(zhì)量直接關(guān)系到屈曲約束支撐和性能。對(duì)此，文中提出了一種屈曲約束支撐安裝施工技術(shù)，可以全面提升施工質(zhì)量與效果。首先利用吊具將屈曲約束支撐鋼柱吊裝到設(shè)定位置，然后校正高度、軸線位移以及垂直度，最后利用高強(qiáng)度螺栓對(duì)屈曲約束支撐固定。這一安裝技術(shù)實(shí)現(xiàn)大型公共建筑工程中屈曲約束支撐安裝施工。

【關(guān)鍵詞】大型公共建筑；屈曲約束支撐；安裝施工；吊裝；高強(qiáng)度螺栓

【中圖分類號(hào)】TU313.3 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-6028（2024）10-0117-03

0 引言

隨著現(xiàn)代建筑技術(shù)的飛速發(fā)展，大型公共建筑工程逐漸成為城市的標(biāo)志性存在。這不僅要求具備卓越的外觀設(shè)計(jì)和使用功能，更需滿足極高的安全性和抗震性能。在高層建筑及復(fù)雜建筑結(jié)構(gòu)體系中，屈曲約束支撐正在受到廣泛關(guān)注。由于屈曲約束支撐的構(gòu)造設(shè)計(jì)比較獨(dú)特，所以地震的作用下可以吸收和耗散一定能量，從而很大程度提升抗震性能，保障建筑安全。屈曲約束支撐作為一種先進(jìn)的抗震技術(shù)，其研究與應(yīng)用已經(jīng)取得一定的進(jìn)展。

隨著科技的不斷進(jìn)步，有學(xué)者進(jìn)行了相關(guān)研究，也取得了一定成效。呂欣豪等[1]提出了一種大型復(fù)雜醫(yī)院中屈曲約束支撐減震施工技術(shù)，闡述了屈曲約束支撐施工關(guān)鍵技術(shù)和應(yīng)用流程；張子徑[2]分析了BRB屈曲約束支撐安裝施工，論述了屈曲約束支撐安裝注意事項(xiàng)和相關(guān)技術(shù)。但是，目前在屈曲約束支撐安裝技術(shù)方面仍面臨著一些挑戰(zhàn)，尤其是在大型公共建筑工程中，對(duì)施工質(zhì)量要求較高，其安裝施工難度較大，施工質(zhì)量難以把控。

1 屈曲約束支撐概述

1.1 基本原理

屈曲約束主要是由鋼管內(nèi)部的填充材料構(gòu)成。鋼管起到骨架作用，填充材料起到保護(hù)作用。當(dāng)建筑物受到外力作用時(shí)，屈曲約束在鋼管的作用下能夠?qū)⑼饬鶆虻胤稚㈤_來(lái)，避免某一部分出現(xiàn)過(guò)度受力情況。

屈曲約束支撐能夠限制大型公共建筑屈曲變形情況，在實(shí)際應(yīng)用中是一種超前的支護(hù)技術(shù)。運(yùn)用屈曲約束支撐技術(shù)，可以有效地防止大型公共建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)受到加載時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)的屈曲變形，同時(shí)能夠發(fā)揮支撐作用。

1.2 屈曲約束支撐特點(diǎn)

屈曲約束支撐的特點(diǎn)主要包括：①較強(qiáng)的屈曲約束力。屈曲約束力指的是支護(hù)結(jié)構(gòu)對(duì)建筑產(chǎn)生的壓力和限制力，這是屈曲約束支撐的關(guān)鍵。在實(shí)際操作中屈曲約束大小直接影響支撐效果，因此在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮地質(zhì)條件、施工情況、實(shí)際狀況等因素。②約束長(zhǎng)度合理。約束長(zhǎng)度指的是支護(hù)結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度，不直接影響支護(hù)效果，但會(huì)對(duì)實(shí)際應(yīng)用造成一定影響。在實(shí)際工程中，應(yīng)根據(jù)大型公共建筑的地質(zhì)條件和支護(hù)要求合理設(shè)置約束長(zhǎng)度。③約束剛度適當(dāng)。約束剛度指的是支護(hù)結(jié)構(gòu)剛度，由于剛度大小會(huì)影響支護(hù)效果，所以在具體設(shè)置過(guò)程中，需要考慮相關(guān)因素影響，才可以更好地實(shí)際應(yīng)用。

屈曲約束支撐技術(shù)被廣泛應(yīng)用于各類工程中，以提升大型公共建筑的安全性與穩(wěn)定性，還可以在一定程度上減少工期，降低施工費(fèi)用，具有較高的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

2 屈曲約束支撐安裝施工

2.1 屈曲約束支撐吊裝

在建造大型公共建筑時(shí)，關(guān)鍵的問(wèn)題就是確保其穩(wěn)定性和完整性。使用屈曲約束支撐吊裝施工方法，可以全面提升建筑穩(wěn)定性與完整性，因此需要進(jìn)行深入的研究，才可以更好地實(shí)際應(yīng)用。在具體施工過(guò)程中，可以采用兩個(gè)不同高度的起吊方式，將屈曲約束支撐吊到安裝點(diǎn)附近，利用手動(dòng)吊具對(duì)鋼索中的滑輪進(jìn)行伸縮調(diào)節(jié)，然后將上部節(jié)板連在一起固定，并且在整個(gè)支架安裝完畢之前，不能將上端脫開。

當(dāng)屈曲約束支撐牽引到設(shè)計(jì)的位置后，將支撐的上端和前、后對(duì)齊固定，然后對(duì)兩邊進(jìn)行調(diào)整，焊接支撐的上下端節(jié)點(diǎn)。采用十字形節(jié)點(diǎn)，具體焊接順序：補(bǔ)強(qiáng)鋼板和節(jié)點(diǎn)鋼板的焊接→增強(qiáng)片與支承彈頭端的對(duì)接→結(jié)節(jié)板與支承彈頭端的連接[3]。當(dāng)雙側(cè)高強(qiáng)度螺栓式抗彎支撐螺栓連接時(shí)，連接板的長(zhǎng)度增加20 mm，并鉆出與穩(wěn)定支撐相對(duì)應(yīng)的孔和連接孔。當(dāng)實(shí)際操作中拉動(dòng)到位時(shí)，使用臨時(shí)螺栓固定，螺栓數(shù)＞1/3，每節(jié)≥2根，螺栓數(shù)控制在臨時(shí)螺栓總數(shù)的30%左右。在拼裝過(guò)程中，將鉆孔定位好，用扳手將臨時(shí)螺栓固定在指定的位置上[4]。當(dāng)兩個(gè)銷釘式屈曲約束支承連接時(shí)，要在銷釘上做好記號(hào)，將受壓的支承支到一邊，然后將支承下端的銷釘暫時(shí)固定，將下一根銷釘插進(jìn)去。完畢后，調(diào)整支架的位置，最后擰緊支架兩端的銷釘并鎖緊。

2.2 屈曲約束支撐校正

在鋼柱就位后，對(duì)其進(jìn)行校正。首先調(diào)整標(biāo)高，確保每一根鋼柱都能達(dá)到設(shè)計(jì)或規(guī)范所規(guī)定的高度要求。隨后，對(duì)軸線位移進(jìn)行校正。最后針對(duì)鋼柱的垂直度進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)上下節(jié)鋼柱之間因安裝誤差導(dǎo)致扭轉(zhuǎn)錯(cuò)位時(shí)，應(yīng)在連接耳板處加設(shè)墊板。通過(guò)調(diào)整墊板的厚度消除錯(cuò)位，恢復(fù)鋼柱的直線性和穩(wěn)定性[5]。在軸線位移的校正過(guò)程中，注意鋼柱的扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象。尤其是高層鋼結(jié)構(gòu)的每個(gè)節(jié)柱，以及每個(gè)定位軸線都必須從地面開始控制，以確保軸線能夠準(zhǔn)確引到下一個(gè)節(jié)柱頂端，以此作為中心線的參考，這樣可以確保有效安裝的準(zhǔn)確性。在安裝上節(jié)柱過(guò)程中，先要將柱底與中心線對(duì)準(zhǔn)，從而確保安裝正確性。同時(shí)，避免使用下節(jié)柱頂位置線作為上節(jié)柱的定位依據(jù)，以防止累積誤差。

對(duì)垂直度的校正，選擇并確定基準(zhǔn)柱是關(guān)鍵。通過(guò)多次轉(zhuǎn)動(dòng)激光儀，并測(cè)量多個(gè)激光點(diǎn)以糾正各種誤差源，確保垂直度校正的精確性。然后根據(jù)校正支撐與基準(zhǔn)柱之間的直角關(guān)系，校正支撐垂直度。此外，對(duì)于非基準(zhǔn)柱的誤差校正，采用丈量法，通過(guò)拉設(shè)鋼絲繩形成平面方格網(wǎng)，利用鋼尺丈量各點(diǎn)間的距離，依據(jù)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，以保證整體框架結(jié)構(gòu)的幾何精度和穩(wěn)定性。

2.3 屈曲約束支撐固定

對(duì)屈曲約束支撐位置校正完畢后，應(yīng)使用高強(qiáng)度螺栓對(duì)鋼柱進(jìn)行固定。在安裝高強(qiáng)度螺栓之前，要確保連接摩擦面的干燥和潔凈。徹底清除所有可能影響連接質(zhì)量的因素，如毛刺、鐵屑、油污、焊接飛濺物等，這不僅會(huì)降低連接強(qiáng)度，還可能引發(fā)腐蝕問(wèn)題。為此，應(yīng)用鋼絲刷沿著與受力方向垂直的角度清理，確保徹底去除腐銹等附著物。此外，還需特別留意天氣條件，確保摩擦面表面無(wú)結(jié)露、積霜、積雪，嚴(yán)格避免在雨天進(jìn)行安裝作業(yè)，以防潮氣對(duì)連接質(zhì)量造成不利影響[6]。

高強(qiáng)度螺栓錨固屈曲約束支撐鋼柱要求：①對(duì)于單個(gè)接頭上的高強(qiáng)度螺栓，安裝工作應(yīng)從螺栓群的中心區(qū)域開始，逐步向四周擴(kuò)展。這一過(guò)程中，初擰、復(fù)擰、終擰三個(gè)步驟均需嚴(yán)格遵循從中間到四周的順序進(jìn)行，并在每次擰緊后做好標(biāo)記，這樣的操作方式有效地防止了漏擰情況發(fā)生。②當(dāng)接頭涉及螺栓連接和焊接時(shí)，除非在設(shè)計(jì)當(dāng)中另有規(guī)定，否則先焊接后緊固螺栓，即先完成焊縫的焊接，再進(jìn)行高強(qiáng)度螺栓的終擰工作，以確保連接的穩(wěn)定性和可靠性。

采用扭矩扳手對(duì)螺母進(jìn)行擰緊，以在螺桿內(nèi)部產(chǎn)生所需的預(yù)緊拉力。為確保擰緊力矩的準(zhǔn)確性，使用扭矩扳手前需按照規(guī)范進(jìn)行校準(zhǔn)和校核，只有合格的扭矩扳手才能投入使用[7]。在具體操作中可以使用特制電動(dòng)扳手，先將扳手當(dāng)中的一個(gè)頭套在螺母上，同時(shí)將另一個(gè)套在螺栓角體上。擰緊時(shí)向螺母施加順時(shí)針力矩，對(duì)螺栓體施加逆時(shí)針力矩，這兩種力矩是等量的。采用這種雙向施力方式能夠使螺栓斷頸部位，以承受一定的扭剪作用，從而達(dá)到預(yù)期的緊固效果，并且使用高強(qiáng)度螺栓緊固屈曲約束支撐。實(shí)際操作中初始扭轉(zhuǎn)扭矩被設(shè)置為擰緊扭矩的25%，再扭轉(zhuǎn)扭矩和初始扭轉(zhuǎn)扭矩一樣，并且結(jié)束扭轉(zhuǎn)一直持續(xù)到斷裂的頸部，標(biāo)志著安裝工作的完成。一旦安裝完成，這些高強(qiáng)度螺栓一般不拆除，以維護(hù)連接的完整性和穩(wěn)定性。按照以上將屈曲約束支撐固定，完成大型公共建筑工程中屈曲約束支撐安裝施工。

2.4 工法優(yōu)勢(shì)

使用這種工法，具有非常明顯的優(yōu)勢(shì)，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。①空間結(jié)構(gòu)較為優(yōu)化。運(yùn)用這種工法可以優(yōu)化設(shè)計(jì)和空間結(jié)構(gòu)，而且具有一定抗震性，確保大型公共建筑的穩(wěn)定性與完整性。②發(fā)揮屈曲約束支撐優(yōu)勢(shì)。運(yùn)用屈曲約束支撐系統(tǒng)，能夠?qū)⒋笮凸步ㄖ灾亍L(fēng)荷載、地震荷載傳遞到地基當(dāng)中，全面提升建筑穩(wěn)定性。③安裝效率較高。由于這種工法的安裝效率較高，不僅全面提升了施工效率，也在一定程度上提升了安裝，進(jìn)而提升了大型公共建筑的施工質(zhì)量。④降低了施工振動(dòng)與噪聲。在施工過(guò)程中不可避免會(huì)發(fā)生振動(dòng)和噪聲，應(yīng)用該工法，可以有效降低施工振動(dòng)與噪聲影響。⑤可以重復(fù)施工。

3 實(shí)例分析

3.1 工程概況

以某大型公共建筑工程為研究背景，項(xiàng)目建筑整體結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，建筑總高度為19.60 m，建筑地上5層，建筑縱向長(zhǎng)度為71.9 m，橫向?qū)挾葹?5.5 m，設(shè)計(jì)抗震等級(jí)為二級(jí)。根據(jù)GB 50023—2009《建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》，在建筑抗震設(shè)防時(shí)不宜采用單跨混凝土框架，采用屈曲約束支撐對(duì)其進(jìn)行加固。在建筑結(jié)構(gòu)軸線上布置屈曲約束支撐，該工程總屈曲約束支撐長(zhǎng)度為22 143 m，鋼柱數(shù)量為153根，屈服承載力為200 kN，屈服段芯材強(qiáng)度為235 N/mm2。以此為基礎(chǔ)開展測(cè)試。

3.2 施工質(zhì)量檢驗(yàn)

1）按照設(shè)定的施工流程開展屈曲約束支撐安裝施工。在工程中所有屈曲約束支撐安裝完畢后，通過(guò)對(duì)屈曲約束支撐擬靜力加載測(cè)試，檢驗(yàn)安裝的屈曲約束支撐的支撐性能。擬靜力加載測(cè)試使用JGFA-A4F74545超大型擬靜力機(jī)構(gòu)試驗(yàn)機(jī)，采用擬靜力試驗(yàn)的方式，模擬地震振動(dòng)中屈曲約束支撐變形情況。在屈曲約束支撐兩端之間布設(shè)4個(gè)位移計(jì)，在屈曲約束支撐芯材左側(cè)、右側(cè)無(wú)約束段布設(shè)2個(gè)位移計(jì)，在屈曲約束支撐套筒左端、中部以及右端各布設(shè)1個(gè)位移計(jì)，測(cè)量在擬靜力加載測(cè)試中屈曲約束支撐變形量。

2）加載過(guò)程按照屈曲約束支撐長(zhǎng)度的1/500、1/300、1/200、1/150、1/100以及最終的1/80進(jìn)行逐級(jí)遞增的加載。每一級(jí)別的加載均重復(fù)三次循環(huán)，以充分模擬并觀察材料在不同位移水平下的響應(yīng)特性。加載中設(shè)定恒定加載速度為0.25 mm/s。當(dāng)屈曲約束支撐因無(wú)法承受繼續(xù)增加的拉力而發(fā)生斷裂時(shí)，表明已達(dá)到極限承載能力，此時(shí)應(yīng)立即終止加載，記錄各個(gè)測(cè)點(diǎn)位移計(jì)示值。GB/J 26126—2020《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》規(guī)定，建筑工程中屈曲約束支撐最大位移不能超過(guò)50 mm。屈曲約束支撐靜力作用下位移數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

從表1數(shù)據(jù)可以看出，工程安裝的屈曲約束支撐靜力作用下最大位移僅為14.12 mm，符合GB/J 26126—2020《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》規(guī)定，證明了此屈曲約束支撐具有良好的穩(wěn)定性和抗震性能，施工質(zhì)量良好。

4 結(jié)語(yǔ)

在大型公共建筑工程領(lǐng)域，屈曲約束支撐（BRB）的安裝施工技術(shù)作為提升建筑抗震性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其重要性不言而喻。本文重點(diǎn)研究了安裝施工關(guān)鍵技術(shù)和流程，并且結(jié)合實(shí)際工程案例對(duì)施工技術(shù)進(jìn)行了驗(yàn)證，有效發(fā)揮了屈曲約束支撐的性能。大型公共建筑工程中屈曲約束支撐的安裝施工技術(shù)研究是一項(xiàng)長(zhǎng)期而艱巨的任務(wù)。需要不斷探索、勇于創(chuàng)新、精益求精，為提升建筑行業(yè)的抗震能力、保障人民的生命財(cái)產(chǎn)安全貢獻(xiàn)智慧和力量。

參考文獻(xiàn)

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[作者簡(jiǎn)介]李大凱（1985—），男，長(zhǎng)春人，本科，高級(jí)工程師，研究方向：房屋建筑工程施工。