超高层建筑屈曲约束支撑安装施工技术

中建钢构有限公司 靖江 214532

1 工程概况

义乌世贸中心超高层酒店采用带环带桁架的核心筒-框架结构体系，核心筒和外围框架的抗震等级均为—级。超高层酒店钢结构用钢量约10 000 t。

超高层酒店地下3 层，地上54 层，结构标高258.4 m，塔楼层高2.10～7.50 m，标准层层高为3.90 m和4.10 m。钢构件类型主要有十字形和H形。核心筒外框均匀分布16 根劲性十字柱，主体结构共设置3 道环带桁架，分别位于22、35、47层，桁架斜腹杆采用屈曲约束支撑（BRB，Buckling Restrained Brace）。在环带桁架层，每2 根外框柱之间设计有2 根屈曲约束支撑，故每层有屈曲约束支撑32 根。屈曲约束支撑外观为正方形，外观尺寸为400 mm×400 mm，芯板厚50 mm，屈服承载力最大为12 850 kN。本工程所用屈曲约束支撑为承载力屈曲约束支撑，故而屈曲约束支撑的安装不宜滞后于上部结构施工，以便屈曲约束支撑更好地发挥承载力，达到设计性能要求。

2 屈曲约束支撑

超高层建筑对结构抗震性能和风荷载作用下的结构变形要求更高。普通支撑受压会产生屈曲现象，当支撑受压屈曲后，刚度和承载力急剧降低。在地震或风的作用下，支撑的内力在受压和受拉两种状态下往复变化。当支撑由压曲状态逐渐变至受拉状态时，支撑的内力以及刚度接近为零。因而普通支撑在反复荷载作用下的滞回性能较差。而屈曲约束支撑一方面可以避免普通支撑拉压承载力差异显著的缺陷，另一方面具有金属阻尼器的耗能能力，使得主体结构基本处于弹性范围内[1-4]。

义乌世贸中心采用的承载型屈曲约束支撑主要是为了克服普通支撑受压屈曲的弱点，通过设置外侧的约束单元来抑制支撑在受压状态下出现屈曲的可能性，从而改善并且提高支撑的受压承载能力，如图1所示。

由于这种支撑能够大幅度提高支撑的承载力，特别是受压承载力，因此可以充分发挥钢材的强度。承载型屈曲约束支撑可以不考虑支撑芯材进入屈曲后的耗能能力，设计时芯材仅控制在弹性工作状态，且支撑不会发生整体屈曲[5,6]。

图1 屈曲约束支撑构造

3 技术要求

1）屈曲约束支撑不可采用普通钢结构支撑替代，应由专业厂家为产品供货，屈曲约束支撑制造商应提供建设部的产品论证报告书。

2）屈曲约束支撑制造商应对芯材进行性能试验；芯材的屈强比不应大于0.8，伸长率应大于30%并有明显的屈服台阶，应具有常温下27 J冲击韧性功。

3）本支撑为承载型屈曲约束支撑，应进行抽样试验检验，试验时，支撑在受拉和受压两种状态下均应能达到屈服承载力，且支撑不可出现屈曲现象，还应在1/100支撑长度的拉伸和压缩往复各一次变形，支撑不得出现屈曲失稳现象。

4）屈曲约束支撑应保证具有良好的环境特性，耐气候、耐腐蚀。屈曲约束耐火等级为二级，耐火极限为2 h，在火灾时应与结构共同工作。屈曲约束支撑正常维护使用年限为50 年。

5）工厂焊接焊缝检验等级为一级，现场焊接焊缝质量检验等级为二级。

6） 构件长度的允许偏差为±3 mm。

4 BRB施工

4.1 施工顺序

义乌世贸中心超高层酒店屈曲约束支撑施工步骤为：下弦梁→框架柱→上弦梁→BRB（屈曲约束支撑），如图2所示。

图2 BRB施工顺序

第1步，施工环带桁架下弦梁，铺设下弦梁所在楼层钢筋桁架板；

第2步，施工环带桁架框架柱，同时施工上弦梁，并在其上安装2 台30 kN倒链。上弦梁所在楼层钢筋桁架板暂不施工；

第3步，用塔吊起吊堆场屈曲约束支撑至下弦梁所在楼层以上1.5 m处，塔吊停止起降操作。屈曲约束支撑上安装2 根缆风绳用于后续将构件平拉就位和临时固定。因屈曲约束支撑要通过塔吊和倒链协同操作，故而屈曲约束支撑上1 个吊耳孔要同时满足2 个卸扣穿过的要求（一个供塔吊，一个供倒链）。吊耳孔设计为35 mm，不足以同时穿孔2 个卸扣，故而先用1 个大卸扣C穿过吊耳，再用2 个较小卸扣A、B穿过大卸扣C，提供塔吊和倒链的吊点；

第4步，用缆风绳将屈曲约束支撑拉至楼层内后，安装倒链钢丝绳，并通过倒链不等高提升，使倒链逐渐承受构件的质量，逐步减小塔吊受力，直至塔吊吊钩钢丝绳完全松弛；

第5步，将完全不受力塔吊吊钩与屈曲约束支撑分离，塔吊吊钩离开，准备下一根构件吊装。拉动2 台倒链与缆风绳，调整屈曲约束支撑空间位置，先使屈曲约束支撑下端与钢柱牛腿精确就位，通过焊接马板临时固定；然后微调使屈曲约束支撑上部对准并临时固定；

第6步，采用对称吊装的方式进行同层屈曲约束支撑的施工作业，同时采用对称焊接的方式进行屈曲约束支撑的焊接作业。屈曲约束支撑的吊装顺序和焊接顺序一致，整体顺序如图3所示。

图3 BRB吊装与焊接顺序（1→8）

4.2 端部构造

因屈曲约束支撑具有截面小、芯板厚度大的特点，为保证屈曲约束支撑准确就位，减少安装时间，同时也为了保障施工安全，需在屈曲约束支撑端部增加靠向板，靠向板可在工厂预制或现场安装时临时焊接，靠向板如图4所示。

图4 BRB端部措施

5 焊接工艺

5.1 焊接次序

因本工程屈曲约束支撑为承载型，故而屈曲约束支撑吊装完毕后应立即进行焊接，以使屈曲约束支撑能更好地发挥设计性能。

现场主要采用4 个焊接班组进行对称焊接，即一个跨间2 个焊接班组同时焊接2 根屈曲约束支撑，焊接次序为从下向上；同时，此跨对应跨间的另外2 个焊接班组也进行焊接作业。

5.2 焊接技术要点

1）环境要求：平均气温-5 ℃以上，风力＜2 m/s，相对湿度≤70%，焊接预热不小于60 ℃；

2）多层、多道焊接时应连续施焊，每一焊道焊接完成后，应及时清理焊渣及表面飞溅物，发现影响焊接质量的缺陷，应清除后方可施焊。在连续焊接过程中应控制焊接区母材温度，使层间的上、下限温度符合工艺文件要求。如遇有中断施焊情况，应采取加热措施，再次焊接时重新预热温度应高于初始预热温度。

3）焊接完成后，应用火焰切割去除引弧板和引出板，并修磨平整，不得用锤击落引出板和引弧板。

4）严禁在焊接部位以外的母材上打火引弧。

5）焊接完成后，焊工应检查焊缝外观质量是否符合要求，并在施焊部位打上施焊焊工代号（英文字母）。

6）对连接板的切割不能过早，一定要填充到焊缝1/3以上的厚度才能切割。

5.3 安全防护

根据焊口高度，搭设释放、焊接操作平台，操作平台采用钢管搭设，平台底部满铺木跳板，木跳板上铺满石棉网（图5）。平台空间及承载力能够满足2 名焊接人员顺利操作。

图5 BRB焊接操作平台

6 结语

义乌世贸中心超高层酒店为浙中地区第一高楼，是超高层结构典型代表。工程采用的屈曲约束支撑具有安全高效、施工便捷的特点，因而为越来越多的超高层建筑所使用[7,8]。在本工程实施过程中，通过对现场数据的及时采集与设计院的实时反馈进行汇总，加强沟通交流，优化屈曲约束支撑的节点构造，使屈曲约束支撑顺利高精度就位，高质量完成施工作业。