鋼桁架屈曲約束支撐組合結構施工技術
——基于超高層建筑

陳錦 金冠楠

(中建海峽建設發展有限公司 福建福州 350014)

鋼桁架屈曲約束支撐組合結構施工技術
——基于超高層建筑

陳錦 金冠楠

(中建海峽建設發展有限公司 福建福州 350014)

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

鋼桁架；屈曲約束支撐；抗震；施工技術

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節點板連接，所受的荷載全部由芯板承擔，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入屈服，因而，屈曲約束支撐的滯回性能優良。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，可以在結構中充當“保險絲”使得主體結構基本處于彈性范圍內，并且大震后，經核查可對損壞的支撐進行便捷更換。

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定性，為屈曲約束支撐在地震中性能的正常發揮提供了可靠的前提。因此，鋼桁架屈曲約束支撐組合結構的應用，可以全面提高傳統的支撐框架在中震和大震下的抗震性能，應用前景廣闊[1]。本文以福州某工程實例介紹其施工技術。

1 工程概況

海西商務大廈工程位于福州市五四路商務中心，為鋼框架-雙核心筒結構，新建建筑地下4 層，地上 39 層，建筑高度為173.95m。總用地面積9 100m2,總建筑面積107 432.99m2。設計基本地震加速度為0.10g,抗震設防烈度為7度，地上部分核心筒抗震等級為一級，其中避難層及相鄰樓層為特一級。

主樓結構十層、二十四層為避難層，層高4.8m。為提高結構整體抗震性能，兩個避難層各設置4道伸臂鋼桁架，伸臂桿件采用型號為TJH-C235-4600-4210(ww)屈曲約束支撐(BRB)連接。兩個避難層各設置8根屈曲約束支撐，支撐長度為4.2m，接頭截面尺寸為H900mm×700mm×80mm×80mm，屈服段芯材材質Q235，屈服承載力為46 000kN，該型號屈曲約束支撐承載力目前為全國之最。本工程是福建省首例在超高層雙核心筒結構避難層中應用鋼桁架屈曲約束支撐組合結構，鋼桁架屈曲約束支撐組合結構施工是本工程鋼結構施工的重點、難點。

2 鋼桁架安裝技術

2.1 鋼桁架分段

(1)分析鋼桁架與BRB構件在結構中的布置形式情況。兩端對稱布置鋼桁架，鋼桁架通過勁性柱與主體結構接，屈曲約束支撐通過節點板與鋼桁架連接形成穩定組合結構(圖1)。

(2)根據其結構形式及現場塔吊布置情況，對鋼桁架進行分段。福州海西商務大廈工程在10層及24層東、西兩面各設置兩道鋼桁架，根據施工步驟、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構分段圖

圖3 核心筒西立面避難層鋼結構分段圖

2.2 桁架吊點設置

因避難層鋼構件重量較大，安裝過程使用類似鋼柱安裝過程中的臨時連接措施，即耳板+雙夾板的連接板式，直接用構件上連接板作為吊點，為穿卡環方便，在深化設計時就將連接板最外側的一個螺栓孔的孔徑加大，作為吊裝孔。對于核心筒西立面重量較大的XXG1 異型構件，除保留臨時連接用耳板外，需通過中心推算在構件上設置吊裝用吊耳(圖4～圖5)。

圖4 異型構件 XXG1 吊點設置

圖5 吊耳尺寸設計

2.3 桁架安裝臨時措施

(1)臨時連接

節點板與勁性柱之間采用雙夾板(耳板厚度20mm，夾板厚度16mm)的形式進行臨時連接(圖6)， 節點板與上下勁性柱之間臨時連接點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圖7。

圖6 臨時連接部位示意圖

圖7 夾板部位詳圖

(2)錯位調節措施

當節點板或桁架層其它構件安裝有錯位時，需采用鋼柱錯位調節措施進行校正，主要工具包括調節固定托架和千斤頂，固定托架可采用活動式三角托架或七字板的形式，示意圖如圖8所示。

圖8 活動式三角托架錯位調節措施

(3)支撐措施設置

節點板安裝時，使用塔吊將其吊裝就位后，安裝上臨時連接螺栓，通過倒鏈、千斤頂等調節措施，塔吊不松勾，在全站儀的觀測下，完成節點板校正，校正完成后安裝剛性支撐，將鋼支撐與節點板焊接完成后再進行節點板與下部勁性柱的焊接。支撐立桿及斜桿措施采用規格為[20a(20號槽鋼)制作，共需槽鋼長度 150m，支撐措施設計如圖9～圖10。

圖9 桁架下弦安裝支撐措施設計圖

圖10 桁架上弦安裝支撐措施設計圖

東立面安裝：豎向支撐1、2為臨時支撐，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置橫向連接，斜撐1、2為永久支撐，在10層混凝土澆筑時將其澆筑在墻體內；斜撐3、4為臨時支撐，在桁架斜腹桿焊接完成后拆除。

西立面安裝：下弦及節點板為一個整體構件，無需豎向支撐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置橫向連接，斜撐1、2為永久支撐，在10層混凝土澆筑時將其澆筑在墻體內；斜撐3、4為臨時支撐，在桁架斜腹桿焊接完成后拆除。

(4)鋼桁架施工

鋼桁架分段施工應遵循先下后上，先兩邊再中間的順序。福州海西商務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

3.1 BRB吊裝準備

支撐安裝前應對與支撐連接的上下梁柱節點進行校核， 主要校核內容包括節點與施工圖的偏位以及節點板在安裝過程中出現的出平面偏移(圖12～圖13)。

圖12 節點板偏位校核圖

圖13 節點板出平面偏移注：實線為屈曲約束支撐設計位置，虛線為可能出現的偏差位置。

當存在上述偏差時應采取相應的措施予以糾偏、矯正后方可開始屈曲約束支撐安裝。

3.2 吊點設置

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

(2)在具體操作中，工人需遵照起重工作規范進行工作，并特別注意如下事項：

①選擇合理規格的鋼絲繩進行吊裝，吊裝過程使用四點吊裝；

②卸車時，在對方位置預先設置好枕木，避免磕碰，確保堆放平穩(圖14)；

③起吊時平穩起吊。

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，為避免現場剖口質量差及工程量大的問題，構件在出廠前兩端開好剖口(圖15)。

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

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

(5)支撐就位后，采用安裝臨時螺栓進行臨時固定。

(6)臨時固定后，再用三角托架錯位調節器、千斤頂對支撐位置進行校正。

(7)校正畢后，采用高強螺栓與節點板進行固定。標記好初擰及終擰完畢的螺栓，當天安裝的高強螺栓應終擰完畢，防止漏擰。安裝高強螺栓時按照鋼結構高強螺栓連接設計、施工及驗收規程等進行。然后焊接支撐的下端節點，下端節點焊接完畢后，再焊接上端節點。

(8)BRB須在主體結構施工完成后方可完全焊接。

(9)焊接完成后，應對連接焊縫進行探傷檢查，并且應達到一級探傷要求[2]。

圖14 BRB現場保管圖

3.4 BRB焊接

(1)焊接方式

現場BRB構件與鋼桁架對接焊接工作采用半自動CO2氣體保護焊，以降低生產成本、提高生產效率。

(2)焊接準備工作

①鋼結構安裝人員必須熟悉相關構件的圖紙和技術質量要求，安裝時認真調整各接口連接質量，測量好各主要框形結構的對角線，長、寬方向尺寸的數據，以防止各接口錯邊超限的情況發生。

②各型鋼構件因變形影響組裝和焊接質量應及時予以修整，并滿足相應的技術要求。

③鋼桁架現場對接焊縫均為一級焊縫，Q420GJC-Z35材質對接焊采用ER55-D2焊絲，BRB與節點板之間焊接采用ER50-6焊絲。

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

(3)BRB與鋼桁架節點板的焊接

①根據板的不同厚度采取相應的預熱措施及層間溫度控制措施。

②實施分段的多層多道焊，每焊完一道后應及時清理焊渣及表面飛濺，發現影響焊接質量的缺陷時，應清除后方可再焊。

③連續焊接時應控制焊接區母材溫度，使層間溫度的上、下限符合工藝條件要求。遇有中斷焊接作業的特殊情況，應采取保溫措施，再次焊接時，應重新預熱且應高于初始預熱溫度。

④焊后應在焊接完成后用氧、乙炔焰進行后熱處理，為防止出現冷脆裂紋。認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光滑平整[4]。

4 結語

海西商務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。通過實踐鋼桁架安裝技術、屈曲約束支撐安裝技術，使鋼桁架屈曲約束支撐組合安裝精度得到有效的控制，高質量地完成施工，對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[J].建筑施工, 2015(3):330-332.

[2] TJ屈曲約束支撐設計手冊(4版)[M]. 上海：同濟大學多高層鋼結構及鋼結構抗火研究室主編,2012.

[3] 徐龍勇，夏仲軍. 大型復雜結構件的焊接應力與變形控制[J].焊接技術, 2011, 40(12):54-56.

[4] DBJ/CT 105-2011 TJ屈曲約束支撐應用技術規程[S]. 北京：中國建筑工業出版社, 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