屈曲约束支撑施工安装技术探析——以某幼儿园工程为例

温艳芳，于德功

（1.山西工程职业学院，山西 太原 030009；2.山西建筑工程集团有限公司，山西 太原 030006）

1 引言

减隔震技术是通过增设消能部件或隔震装置，以提高建筑工程抗震性能的抗震技术，有效减轻地震作用，大幅度提升房屋建筑抗震设防能力，避免人员伤亡、减轻财产损失，社会效益和经济效益明显，应用价值大，《住房城乡建设部关于房屋建筑工程推广应用减隔震技术的若干意见》（建质〔2014〕25号）的有关要求，抗震设防烈度8度区、地震重点危险区学校和幼儿园的新建教学用房、学生宿舍、食堂以及医院的新建医疗建筑，必须采用减隔震技术，屈曲约束支撑(BRB)为此技术的一项应用。

2 屈曲约束支撑的概念与原理

屈曲约束支撑(BRB)是一种安装在建筑物中发挥承载、耗能、刚度调整作用的装置，可为框架结构、排架结构提供侧向刚度和承载力，由芯板、约束芯板屈曲的套筒和位于芯板与套筒间的无粘结材料及填充材料（如有）组成的，利用套筒给支撑芯材提供约束，抑制支撑受压屈曲的一种支撑减震构件，如图1所示。

图1 屈曲约束支撑

屈曲约束支撑(BRB)仅芯板与其他构件连接，所受的荷载全部由芯板承担，外套筒和填充材料约束芯板受压屈曲，在地震力作用下支撑的内力在受压和受拉反复荷载作用下，提高支撑的滞回性能，屈曲约束支撑的应用可以全面提高传统的支撑框架的抗震性能，达到小震经济、中震不坏、大震易修、余震不倒的效果。

在风载和小震作用下，屈曲约束支撑由于没有受压稳定问题，自身的承载力与刚度的分离，可避免截面和刚度过大的现象，在不增加结构刚度的情况下，满足结构对承载力的要求，主体构件截面可以减小，从而降低主体结构的综合造价。

在中震作用下，屈曲约束支撑具有明确的屈服承载力，率先屈服耗能产生塑性变形，从而保护主体结构使其发生弹性变形各阶段屈服周期加长。

在大震作用下，屈曲约束支撑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，保护主体结构不屈服或不严重破坏，对于发生较大变形的支撑可以方便更换，不影响建筑使用。

通过合理布置单斜撑、V字型或人字形屈曲约束支撑，其受拉与受压承载力差异很小，可大大减小与支撑相邻构件的内力（包括基础），结构在余震作用下不产生过大塑性变形，保证竖向承载构件不会在余震中倒塌。

3 屈曲约束支撑技术在某幼儿园工程的应用

3.1 工程概况

某幼儿园工程，建筑面积6700m，地上4层，长87m，宽27.6m，1层～3层层高3.9m，4层层高3.6m，建筑高度15.75m，钢筋混凝土框架+BRB结构，一级抗震8度设防，钢筋混凝土独立基础，框架柱截面600mm×600mm，BRB耗能型（焊接）支撑，某立面框架+BRB模型，如图2所示。

图2 某幼儿园框架+BRB模型

3.2 框架+BRB结构施工技术要点

核心单元耗能芯材采用Q235低碳钢，屈强比≦0.8，伸长率≧30%，与支撑连接的节点板材料采用Q345B钢，主体框架根据不同截面柱、梁内定位安装预埋件，后安装法施工。

3.2.1 支撑式剪切阻尼器预埋件安装

核对主体结构轴线，定位预埋件安装位置，安装预埋件时，预埋件安装误差不应大于2cm，预埋件安装完成合格后，方能浇筑混凝土，预埋件的安装根据安装部位的不同，工序不同，包括柱上预埋件和梁上预埋件。预埋件安装流程如下。

①梁埋件放置

梁底模支护好后，找到定位轴线，按照深化设计图纸将预埋件放置到位，并做好临时固定。为方便箍筋绑扎，放置梁预埋件时，应先把预埋件腹板间箍筋预先放好，之后穿梁纵筋、绑扎箍筋，混凝土浇筑前对埋件位置进一步校正，防止穿梁纵筋、绑扎箍筋时埋件位置移动所造成的偏差，安装如图3所示。

图3 预埋件及梁预埋件安装示意图

②柱预埋件放置

柱底预埋件放置：找到定位轴线，在分层柱混凝土浇筑完成后放置柱底埋件，按照深化设计图纸将预埋件放置到位，并做好临时固定。

柱顶预埋件箍筋及绑扎：柱箍筋绑扎时预留柱顶埋件位置，安装前核对并标记预埋件安装标高位置。

柱埋件腹板间箍筋绑扎：采用两道开口箍（U形箍），搭接部分焊接并进行绑扎、安装，如图4所示。

图4 柱预埋件安装示意图

③预埋件校正及固定

根据图纸调整位置并预留安装空隙10mm（如：BRB长度为H，埋件之间的距离应为H+10mm），调整完成后用钢筋或者方木固定，避免浇筑混凝土时埋件偏移。

3.2.2 BRB产品安装前准备

①进场前提前组织好卸车吊运设备和人力，确定停车路线。

②清理出一块干净平整的地面便于BRB产品现场堆放，并在现场起重设备范围内。

③材料进场后经各方进行验收，并根据阻尼器及钢结构外形，进行合适的绑扎固定，保护构件涂层不受损伤，保证阻尼器及钢结构和零件不变形、不损坏、不散失。

④核对清单，并检查减震产品实际尺寸，专业人员现场指挥吊运，操作工人做好安全措施。

⑤安装前进行现场尺寸复核，如果发现与图纸有出入，及时反映并做出调整。

⑥借助钢直尺、水平仪等工具，对安装点进行划线和定位，制订尺寸误差的修正方案。

⑦根据实际测量尺寸，对斜支撑节点板进行加工，根据深化设计图下料，如图5、图6所示。

图5 单斜撑节点板

图6 人字形或V形节点板

3.2.3 主要施工设备

如表1所示。

主要设备 表1

3.2.4 屈曲约束支撑安装

①各工序施工按规律有序进行，屈曲约束支撑安装工艺流程：

现场核对支撑长度→安装节点板与预埋件焊接→核对连接点间距离→调整节点板距离→支撑起吊（成品支撑构件沿支撑长度焊有两道专用的吊耳，可直接穿入吊索进行吊装，吊装设备采用葫芦吊，有吊耳的面朝上，起吊为两端不等高起吊，牵拉支撑下端达到安装部位，支撑上端可通过临时支架就位）→支撑临时固定→支撑校正→支撑固定（对支撑两端进行点焊固定）→安装侧向加劲肋→芯板与节点板焊接→探伤检测，刷防锈漆和面漆，防火处理。

②操作要点

支撑安装过程中，根据现场情况可调节节点板，屈曲约束支撑芯板两端禁止切割。

a.上部节点板制作安装

因上部节点板规格较多，尺寸各异，重量在80kg～160kg，按设计图纸现场加工制作上部节点板，按位置编号，制作完毕检查合格后用人力拖板车运至拟安装的框架附近，和屈曲约束支撑构件一起用吊车吊至卸料平台，采用托举装置托举节点板至梁底，调整位置及水平度，点焊，校核无误后将节点板与预埋件焊接。

b.屈曲约束支撑构件安装

根据屈曲约束支撑构件编号，用人工拖板车托运至安装的框架附近，对号用汽车吊吊至卸料平台，一根屈曲约束支撑构件重量800kg～1000kg，在楼层间用手动倒链起吊屈曲约束支撑构件，在构件拟安装的梁边楼板上钻孔（孔径25），在梁上横放一根10#工字钢，钢丝绳从孔里穿过，固定在工字钢上，下部挂倒链，倒链勾到屈曲约束支撑的吊环上起吊，如图7所示，调节与上部节点板的方向与角度，找正位置，临时固定。

图7 BRB吊装示意图

c.下部节点板制作安装

屈曲约束支撑构件就位后，实际测量复核下部节点板的尺寸，根据实际尺寸加工下部节点板，将下部节点板与预埋件点焊，再次复核屈曲约束支撑构件，无误后用氩弧焊机打底，二氧化碳保护焊接完成。

d.探伤、刷漆、防火处理

焊接完成后，观感检查合格后，按设计要求的二级焊缝抽取20%采用手工超声波探伤，经检查合格后，清除表面锈蚀、氧化皮等杂物，采用环氧富锌防锈漆（其中锌粉含量大于80%）无气喷涂，厚度不小于80μm，干燥后用环氧云铁漆无气喷涂，厚度不小于40μm，再用蓝色丙烯酸漆无气喷涂，厚度不小于40μm。节点板、屈曲约束支撑构件防锈刷漆后，在节点板与屈曲约束支撑构件焊接处，用岩棉板包裹，外面再包镀锌铁丝网，用抗裂砂浆分层抹平直至与相邻墙体平齐；突出墙外的屈曲约束支撑构件在室内装修时与室内其他耐火装饰材料装饰。

3.3 屈曲约束支撑与墙体的连接

框架间填充墙采用加气混凝土砌块，墙体横向通长拉结砌体加筋，构造柱钢筋焊接在节点板处，支撑芯板焊接节点板与砌块交接处用聚苯板填充，砌体在支撑连接处采用80厚水泥砂浆砌筑，墙体抹灰时，在支撑部位做一层镀锌钢丝网，钢丝网与墙体用射钉固定，确保墙体抹灰不开裂。墙体砌筑施工如图8所示，墙体抹灰施工，如图9所示。

图8 墙体砌筑图

图9 墙体钢丝网布置图

4 框架+BRB结构与框架无支撑结构经济对比

某幼儿园工程，设计要求一级抗震9度设防，设计初期，比选框架无支撑结构与框架+BRB支撑结构两种情况，混凝土框架结构全部承担地震力，设计柱约60根，梁每层约270根，主体结构柱截面达1000mm×1000mm，不仅影响建筑功能的使用，而且影响整个结构体系，刚度增大抗扭不足对地震不利；采用混凝土框架+BRB结构体系，在不影响建筑使用功能的情况下，解决了结构扭转和抗侧刚度问题，按8度设防截面及配筋减小，BRB在小震作用下为结构提供抗侧刚度，在中震和大震下，BRB屈服耗能，为结构提供阻尼，减小地震作用。

采用框架无支撑体系，梁柱截面增大，梁柱混凝土增加约385m，钢筋约60t，参照市场价格及人工、材料、机械、管理费、利润、规费、税金等综合工程造价取费计价模式，不考虑地基基础、模板相应费用的增加及框架体系的影响，仅混凝土和钢筋两项费用增加58万元；采用框架+BRB结构，BRB支撑设计使用明细，见表2所示。

某幼儿园工程使用BRB支撑明细表 表2

①BRB深化设计及产品成本约26万元，安装成本约2.5万元；

②BRB节点板约3.5t、预埋件约8.5t，材料及安装成本约10.5万元；

③BRB产品检验试验成本约1万元；

屈曲约束支撑总造价合计约40万元。

采用框架+BRB方案与框架无支撑方案（仅考虑梁柱截面增大相应混凝土和钢筋费用增加情况）可节约58-40=18万元。

5 屈曲约束支撑推广应用前景

近年来，随着国家对建筑物抗震性能要求的提高，住建部在房屋建筑工程中推广应用减隔震技术，屈曲约束支撑作为一种结构抗震构件得到越来越广泛应用，屈曲约束支撑集承载和耗能为一体，在施工时既要保证设计对构件的承载力要求，同时也要保证构件的减震阻尼要求，施工时要区别于普通支撑构件的安装方法，深入屈曲约束支撑施工技术、节点焊接连接合理顺序、现场临时固定到最终固定条件、与主体混凝土结构及砌体墙连接节点等的研究和试验验证，使屈曲约束支撑既满足设计和规范要求，又能使其减震耗能的性能得到充分发挥，保证工程结构安全并提高工效，降低成本，具有良好的经济效益和社会效益，有较强地推广价值和广阔的应用前景。