鋼桁架屈曲約束支撐組合結(jié)構(gòu)施工技術(shù)
——基于超高層建筑

陳錦 金冠楠

(中建海峽建設(shè)發(fā)展有限公司 福建福州 350014)

鋼桁架屈曲約束支撐組合結(jié)構(gòu)施工技術(shù)
——基于超高層建筑

陳錦 金冠楠

(中建海峽建設(shè)發(fā)展有限公司 福建福州 350014)

以福州海西商務(wù)大廈為工程案例，文章介紹了鋼桁架安裝技術(shù)、屈曲約束支撐安裝技術(shù)，介紹了該超高層建筑鋼桁架屈曲約束支撐組合結(jié)構(gòu)施工。

鋼桁架；屈曲約束支撐；抗震；施工技術(shù)

0 引言

屈曲約束支撐又稱防屈曲支撐或BRB(Buckling restrained brace)。屈曲約束支撐僅芯板與伸臂鋼桁架通過(guò)節(jié)點(diǎn)板連接，所受的荷載全部由芯板承擔(dān)，外套筒和填充材料僅約束芯板受壓屈曲，使芯板在受拉和受壓下均能進(jìn)入屈服，因而，屈曲約束支撐的滯回性能優(yōu)良。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，可以在結(jié)構(gòu)中充當(dāng)“保險(xiǎn)絲”使得主體結(jié)構(gòu)基本處于彈性范圍內(nèi)，并且大震后，經(jīng)核查可對(duì)損壞的支撐進(jìn)行便捷更換。

鋼桁架作為固定屈曲約束支撐的框架，有效地保證了屈曲約束支撐的安裝穩(wěn)定性，為屈曲約束支撐在地震中性能的正常發(fā)揮提供了可靠的前提。因此，鋼桁架屈曲約束支撐組合結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，可以全面提高傳統(tǒng)的支撐框架在中震和大震下的抗震性能，應(yīng)用前景廣闊[1]。本文以福州某工程實(shí)例介紹其施工技術(shù)。

1 工程概況

海西商務(wù)大廈工程位于福州市五四路商務(wù)中心，為鋼框架-雙核心筒結(jié)構(gòu)，新建建筑地下4 層，地上 39 層，建筑高度為173.95m?？傆玫孛娣e9 100m2,總建筑面積107 432.99m2。設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.10g,抗震設(shè)防烈度為7度，地上部分核心筒抗震等級(jí)為一級(jí)，其中避難層及相鄰樓層為特一級(jí)。

主樓結(jié)構(gòu)十層、二十四層為避難層，層高4.8m。為提高結(jié)構(gòu)整體抗震性能，兩個(gè)避難層各設(shè)置4道伸臂鋼桁架，伸臂桿件采用型號(hào)為T(mén)JH-C235-4600-4210(ww)屈曲約束支撐(BRB)連接。兩個(gè)避難層各設(shè)置8根屈曲約束支撐，支撐長(zhǎng)度為4.2m，接頭截面尺寸為H900mm×700mm×80mm×80mm，屈服段芯材材質(zhì)Q235，屈服承載力為46 000kN，該型號(hào)屈曲約束支撐承載力目前為全國(guó)之最。本工程是福建省首例在超高層雙核心筒結(jié)構(gòu)避難層中應(yīng)用鋼桁架屈曲約束支撐組合結(jié)構(gòu)，鋼桁架屈曲約束支撐組合結(jié)構(gòu)施工是本工程鋼結(jié)構(gòu)施工的重點(diǎn)、難點(diǎn)。

2 鋼桁架安裝技術(shù)

2.1 鋼桁架分段

(1)分析鋼桁架與BRB構(gòu)件在結(jié)構(gòu)中的布置形式情況。兩端對(duì)稱布置鋼桁架，鋼桁架通過(guò)勁性柱與主體結(jié)構(gòu)接，屈曲約束支撐通過(guò)節(jié)點(diǎn)板與鋼桁架連接形成穩(wěn)定組合結(jié)構(gòu)(圖1)。

(2)根據(jù)其結(jié)構(gòu)形式及現(xiàn)場(chǎng)塔吊布置情況，對(duì)鋼桁架進(jìn)行分段。福州海西商務(wù)大廈工程在10層及24層?xùn)|、西兩面各設(shè)置兩道鋼桁架，根據(jù)施工步驟、塔吊工況以及桁架各分部情況將東立面鋼桁架分為：XXG1、XFG1、GZ2、GL2、SXG1、XFG2、GZ1、GL1(圖2)；將西立面鋼桁架分為：JD1、XXG1、XFG1、GZ2、GL2、JD2、SXG1、XFG2、GZ1、GL1(圖3)。

圖1 鋼桁架及BRB布置剖面圖

圖2 核心筒東立面避難層鋼結(jié)構(gòu)分段圖

圖3 核心筒西立面避難層鋼結(jié)構(gòu)分段圖

2.2 桁架吊點(diǎn)設(shè)置

因避難層鋼構(gòu)件重量較大，安裝過(guò)程使用類似鋼柱安裝過(guò)程中的臨時(shí)連接措施，即耳板+雙夾板的連接板式，直接用構(gòu)件上連接板作為吊點(diǎn)，為穿卡環(huán)方便，在深化設(shè)計(jì)時(shí)就將連接板最外側(cè)的一個(gè)螺栓孔的孔徑加大，作為吊裝孔。對(duì)于核心筒西立面重量較大的XXG1 異型構(gòu)件，除保留臨時(shí)連接用耳板外，需通過(guò)中心推算在構(gòu)件上設(shè)置吊裝用吊耳(圖4～圖5)。

圖4 異型構(gòu)件 XXG1 吊點(diǎn)設(shè)置

圖5 吊耳尺寸設(shè)計(jì)

2.3 桁架安裝臨時(shí)措施

(1)臨時(shí)連接

節(jié)點(diǎn)板與勁性柱之間采用雙夾板(耳板厚度20mm，夾板厚度16mm)的形式進(jìn)行臨時(shí)連接(圖6)， 節(jié)點(diǎn)板與上下勁性柱之間臨時(shí)連接點(diǎn)上下部位均為與勁性柱截面相同的 H 型鋼，連接示意圖及雙夾板部位詳圖見(jiàn)圖7。

圖6 臨時(shí)連接部位示意圖

圖7 夾板部位詳圖

(2)錯(cuò)位調(diào)節(jié)措施

當(dāng)節(jié)點(diǎn)板或桁架層其它構(gòu)件安裝有錯(cuò)位時(shí)，需采用鋼柱錯(cuò)位調(diào)節(jié)措施進(jìn)行校正，主要工具包括調(diào)節(jié)固定托架和千斤頂，固定托架可采用活動(dòng)式三角托架或七字板的形式，示意圖如圖8所示。

圖8 活動(dòng)式三角托架錯(cuò)位調(diào)節(jié)措施

(3)支撐措施設(shè)置

節(jié)點(diǎn)板安裝時(shí)，使用塔吊將其吊裝就位后，安裝上臨時(shí)連接螺栓，通過(guò)倒鏈、千斤頂?shù)日{(diào)節(jié)措施，塔吊不松勾，在全站儀的觀測(cè)下，完成節(jié)點(diǎn)板校正，校正完成后安裝剛性支撐，將鋼支撐與節(jié)點(diǎn)板焊接完成后再進(jìn)行節(jié)點(diǎn)板與下部勁性柱的焊接。支撐立桿及斜桿措施采用規(guī)格為[20a(20號(hào)槽鋼)制作，共需槽鋼長(zhǎng)度 150m，支撐措施設(shè)計(jì)如圖9～圖10。

圖9 桁架下弦安裝支撐措施設(shè)計(jì)圖

圖10 桁架上弦安裝支撐措施設(shè)計(jì)圖

東立面安裝：豎向支撐1、2為臨時(shí)支撐，在桁架下弦桿焊接完成后拆除，斜撐1、2為斜向支撐，斜向支撐中心位置與柱體之間設(shè)置橫向連接，斜撐1、2為永久支撐，在10層混凝土澆筑時(shí)將其澆筑在墻體內(nèi)；斜撐3、4為臨時(shí)支撐，在桁架斜腹桿焊接完成后拆除。

西立面安裝：下弦及節(jié)點(diǎn)板為一個(gè)整體構(gòu)件，無(wú)需豎向支撐1、2，斜撐1、2為斜向支撐，斜向支撐中心位置與柱體之間設(shè)置橫向連接，斜撐1、2為永久支撐，在10層混凝土澆筑時(shí)將其澆筑在墻體內(nèi)；斜撐3、4為臨時(shí)支撐，在桁架斜腹桿焊接完成后拆除。

(4)鋼桁架施工

鋼桁架分段施工應(yīng)遵循先下后上，先兩邊再中間的順序。福州海西商務(wù)大廈工程十層鋼桁架施工流程(圖11)。

3 屈曲約束支撐安裝技術(shù)

3.1 BRB吊裝準(zhǔn)備

支撐安裝前應(yīng)對(duì)與支撐連接的上下梁柱節(jié)點(diǎn)進(jìn)行校核， 主要校核內(nèi)容包括節(jié)點(diǎn)與施工圖的偏位以及節(jié)點(diǎn)板在安裝過(guò)程中出現(xiàn)的出平面偏移(圖12～圖13)。

圖12 節(jié)點(diǎn)板偏位校核圖

圖13 節(jié)點(diǎn)板出平面偏移注：實(shí)線為屈曲約束支撐設(shè)計(jì)位置，虛線為可能出現(xiàn)的偏差位置。

當(dāng)存在上述偏差時(shí)應(yīng)采取相應(yīng)的措施予以糾偏、矯正后方可開(kāi)始屈曲約束支撐安裝。

3.2 吊點(diǎn)設(shè)置

(1)屈曲約束支撐作為成品構(gòu)件在工廠加工好，支撐表面設(shè)置有專用的吊耳，方便吊裝。

(2)在具體操作中，工人需遵照起重工作規(guī)范進(jìn)行工作，并特別注意如下事項(xiàng)：

①選擇合理規(guī)格的鋼絲繩進(jìn)行吊裝，吊裝過(guò)程使用四點(diǎn)吊裝；

②卸車時(shí)，在對(duì)方位置預(yù)先設(shè)置好枕木，避免磕碰，確保堆放平穩(wěn)(圖14)；

③起吊時(shí)平穩(wěn)起吊。

3.3 BRB吊裝

(1)屈曲約束支撐的布置采用人字形形式。

(2)屈曲約束支撐兩端禁止切割，為避免現(xiàn)場(chǎng)剖口質(zhì)量差及工程量大的問(wèn)題，構(gòu)件在出廠前兩端開(kāi)好剖口(圖15)。

(3)成品支撐構(gòu)件沿支撐長(zhǎng)度方向焊有兩道專用的吊耳，采用葫蘆吊為吊裝設(shè)備，可直接穿入吊索進(jìn)行吊裝。吊裝過(guò)程中，支撐有吊耳的面朝上。

(4)起吊為兩端不等高起吊，首先通過(guò)倒鏈與葫蘆吊牽拉支撐下端達(dá)到安裝部位，支撐上端可通過(guò)臨時(shí)支架就位。

(5)支撐就位后，采用安裝臨時(shí)螺栓進(jìn)行臨時(shí)固定。

(6)臨時(shí)固定后，再用三角托架錯(cuò)位調(diào)節(jié)器、千斤頂對(duì)支撐位置進(jìn)行校正。

(7)校正畢后，采用高強(qiáng)螺栓與節(jié)點(diǎn)板進(jìn)行固定。標(biāo)記好初擰及終擰完畢的螺栓，當(dāng)天安裝的高強(qiáng)螺栓應(yīng)終擰完畢，防止漏擰。安裝高強(qiáng)螺栓時(shí)按照鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)螺栓連接設(shè)計(jì)、施工及驗(yàn)收規(guī)程等進(jìn)行。然后焊接支撐的下端節(jié)點(diǎn)，下端節(jié)點(diǎn)焊接完畢后，再焊接上端節(jié)點(diǎn)。

(8)BRB須在主體結(jié)構(gòu)施工完成后方可完全焊接。

(9)焊接完成后，應(yīng)對(duì)連接焊縫進(jìn)行探傷檢查，并且應(yīng)達(dá)到一級(jí)探傷要求[2]。

圖14 BRB現(xiàn)場(chǎng)保管圖

3.4 BRB焊接

(1)焊接方式

現(xiàn)場(chǎng)BRB構(gòu)件與鋼桁架對(duì)接焊接工作采用半自動(dòng)CO2氣體保護(hù)焊，以降低生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)效率。

(2)焊接準(zhǔn)備工作

①鋼結(jié)構(gòu)安裝人員必須熟悉相關(guān)構(gòu)件的圖紙和技術(shù)質(zhì)量要求，安裝時(shí)認(rèn)真調(diào)整各接口連接質(zhì)量，測(cè)量好各主要框形結(jié)構(gòu)的對(duì)角線，長(zhǎng)、寬方向尺寸的數(shù)據(jù)，以防止各接口錯(cuò)邊超限的情況發(fā)生。

②各型鋼構(gòu)件因變形影響組裝和焊接質(zhì)量應(yīng)及時(shí)予以修整，并滿足相應(yīng)的技術(shù)要求。

③鋼桁架現(xiàn)場(chǎng)對(duì)接焊縫均為一級(jí)焊縫，Q420GJC-Z35材質(zhì)對(duì)接焊采用ER55-D2焊絲，BRB與節(jié)點(diǎn)板之間焊接采用ER50-6焊絲。

④BRB構(gòu)件與鋼桁架連接的坡口夾角應(yīng)控制在圖紙要求的技術(shù)范圍內(nèi)，坡口間隙：1.5mm～3.0mm，焊縫接口的錯(cuò)邊量應(yīng)控制在(t/10且不大于2mm)技術(shù)范圍內(nèi)[3]。

(3)BRB與鋼桁架節(jié)點(diǎn)板的焊接

①根據(jù)板的不同厚度采取相應(yīng)的預(yù)熱措施及層間溫度控制措施。

②實(shí)施分段的多層多道焊，每焊完一道后應(yīng)及時(shí)清理焊渣及表面飛濺，發(fā)現(xiàn)影響焊接質(zhì)量的缺陷時(shí)，應(yīng)清除后方可再焊。

③連續(xù)焊接時(shí)應(yīng)控制焊接區(qū)母材溫度，使層間溫度的上、下限符合工藝條件要求。遇有中斷焊接作業(yè)的特殊情況，應(yīng)采取保溫措施，再次焊接時(shí)，應(yīng)重新預(yù)熱且應(yīng)高于初始預(yù)熱溫度。

④焊后應(yīng)在焊接完成后用氧、乙炔焰進(jìn)行后熱處理，為防止出現(xiàn)冷脆裂紋。認(rèn)真清除焊縫表面飛濺、焊渣、焊縫不得有咬邊、氣孔、裂紋、焊瘤等缺陷和焊縫表面存在幾何尺寸不符現(xiàn)象，不得因切割連接板、刨除墊板等工作而傷及母材，連接板、引入、引出板刨除后的表面應(yīng)光滑平整[4]。

4 結(jié)語(yǔ)

海西商務(wù)大廈工程所采用的鋼桁架屈曲約束支撐組合具有安全、高效，快速施工的特點(diǎn)。通過(guò)實(shí)踐鋼桁架安裝技術(shù)、屈曲約束支撐安裝技術(shù)，使鋼桁架屈曲約束支撐組合安裝精度得到有效的控制，高質(zhì)量地完成施工，對(duì)類似超高層建筑的抗震措施有借鑒性作用。

[1] 鄭洋，顏冬. 超高層建筑屈曲約束支撐安裝施工技術(shù)[J].建筑施工, 2015(3):330-332.

[2] TJ屈曲約束支撐設(shè)計(jì)手冊(cè)(4版)[M]. 上海：同濟(jì)大學(xué)多高層鋼結(jié)構(gòu)及鋼結(jié)構(gòu)抗火研究室主編,2012.

[3] 徐龍勇，夏仲軍. 大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的焊接應(yīng)力與變形控制[J].焊接技術(shù), 2011, 40(12):54-56.

[4] DBJ/CT 105-2011 TJ屈曲約束支撐應(yīng)用技術(shù)規(guī)程[S]. 北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社, 2011.

Construction technology of steel truss buckling restrained brace combined structur——Based on super high rise building

CHENJinJINGuannan

(CSCEC Strait Construction and Development Co., Ltd.,Fuzhou 350014)

Taking the Fuzhou Haixi commercial building as an engineering case, this paper introduces the installation technology of steel truss and the installation technology of buckling restrained brace.

Steel truss; Buckling restrained brace; Seismic resistance; Construction technology

陳錦(1992.4- )，男，助理工程師。

E-mail:906203009@qq.com

2016-09-28

TU974

A

1004-6135(2016)12-0046-06