防屈曲钢板墙阻尼器施工技术的研究应用

防屈曲钢板墙阻尼器施工技术的研究应用

李勇

云南省第一人民医院基建科 云南 昆明 650000

【摘要】 在不改变钢板墙的力学性能前提下，通过深化设计、使得其结构布置更加灵活、易修易换，深化后的钢板墙尺寸较原设计尺寸有了明显的减小，既方便了现场运输，降低安装难度，保证了安装质量，同时缩短了施工工期；辅助安装支架自主研发并运用到现场，在结构施工时先施工梁上、下钢板预埋件，结构混凝土浇筑后再焊接连接板，最后安装阻尼器。实践证明，此施工技术实施效果良好，质量、进度、成本各指标均达到预期效果。

【关键词】防屈曲钢板墙阻尼器、二次深化、施工工艺流程及操作要点、分析总结

1. 施工技术应用概况

云南省第一人民医院二号住院楼项目地下4层， 地上23层（不含设备层）88.70米，建筑结构类型为钢筋混凝土框架及框架剪力墙结构，建筑设计合理使用年限50年，抗震设防烈度8度，地上8层~地上18层，层高3.5m。

本工程BRW应用在8至18层，8层13套，9层至18层每层16套（X、Y方向各布置8套），共计157套。阻尼器型号为BRW1-800、BRW2-900两种。

2. 技术内容简介

云南省第一人民医院二号住院楼项目采用了防屈曲钢板阻尼墙减震技术，防屈曲钢板阻尼墙是指不会发生面外屈曲的钢板剪力墙，由承受水平荷载的芯板和防止芯板发生面外屈服的约束部件组成，是针对普通钢板剪力墙易发生面外屈曲而改进的新型抗侧力耗能构件。它的基本组成如图1，芯板由钢板组成，在水平力的作用下，产生面内弯剪变形。面外约束部件对芯板提供侧向约束，使芯板的屈曲临界荷载大于其抗剪屈曲承载力，使钢板墙只发生剪切屈服，极大的改善了在地震作用下的耗能能力。防屈曲钢板墙的滞回曲线如图2，此外面外约束部件还可以作为芯板的保护层。

3. 二次深化设计

3.1防屈曲钢板墙的具体技术参数

（1）屈服承载力：800kN和900kN；

（2）最大承载力：1600kN和1800kN；

（3）屈服位移：均为1mm；

（4）极限位移：均为10mm；

（5）弹性刚度：800kN/mm和900kN/mm；

（6）第二刚度：16kN/mm和18kN/mm；

（7）滞回曲线：光滑，饱满，无异常，任一循环中的滞回环包络面积下降不超过15%。

3.2原阻尼器产品初步设计型号尺寸为如下两种

根据设计施工图，满足建筑功能的要求，设计要求对原阻尼器产品进行二次深化设计，并经设计院确认后方可实施。

我施工方根据防屈曲钢板墙的具体技术参数及等效刚度设计原则对防屈曲钢板墙外形尺寸进行二次深化。根据《建筑消能阻尼器》的相关要求，在保证产品的技术参数不变的情况下，可以根据建筑和现场情况，调整产品的外形尺寸。

3.3钢板墙设计公式

图1 芯板尺寸

初始刚度公式：

（1）

屈服承载力公式：

（2）

刚度和承载力等效

根据刚度和承载力等效原则，可由式（1）和式（2）得到所需要的芯板尺寸。

屈服承载力900kN，屈服位移1mm的钢板墙:

当钢板墙尺寸(宽*高)为2m*2m时，其中芯板厚度为35mm；

当钢板墙尺寸(宽*高)为1.5m*1m时，其中芯板厚度为45mm；

屈服承载力800kN，屈服位移1mm的钢板墙为:

当钢板墙尺寸(宽*高)为2m*2m时，其中芯板厚度为30mm；

当钢板墙尺寸(宽*高)为2m*1m时，其中芯板厚度为32mm。

3.4阻尼器二层深化后型号尺寸

最终深化的尺寸：BRW1-800的外形尺寸为2.08m×1m，受力芯板尺寸为2m×1m；BRW2-900的外形尺寸为1.58m×1m，受力芯板尺寸为1.5m×1m。

经设计单位复核，调整后的阻尼墙阻尼刚度、屈服承载力、变形能力及滞回曲线与原设计一致，阻尼元件抗震性能满足原设计要求，相关结构构件处于安全状态。

3.5阻尼器深化结构连接节点大样

4. 施工工艺流程及操作要点

4.1防屈曲钢板墙阻尼器施工工艺流程

施工图深化设计

预埋件加工

防屈曲钢板墙选型加工

防屈曲钢板墙运输

主体结构预埋件安装

安装准备工作

辅助安装支架制作

吊装就位

初步焊接固定

CO₂气体保护焊接

检测

验收

4.2 操作要点

4.2.1施工图深化设计

1. 防屈曲钢板墙阻尼器的软件实现

2. 防屈曲钢板墙阻尼器的布置原则

防屈曲钢板墙阻尼器布置灵活，在作为结构构件的同时，还可以起到建筑墙体的作用，既可以布置在任何有墙体的位置，或符合建筑墙体需求的位置，一般情况下为了最大限度地满足其抗震作用，宜沿结构高度方向从下至上连续布置（如下图所示）

图4.1防屈曲钢板墙在柱子开间内沿高度方向布置

3. 简化计算模型

防屈曲钢板墙阻尼器是新型抗侧力构件，为便于工程运用，可采用等效支撑简化模型来进行模拟计算。等效支撑简化模型能够较好地模拟防屈曲钢板墙阻尼器的工作原理，并且能够方便的利用目前常用的结构分析与设计软件进行结构建模和分析，得到各种结构构件的变形和内力，具有较高精度。

3. 设计步骤

（1）首先完成梁柱及楼板的建模，然后把布置有钢板墙的梁按钢板墙布置的位置分段进行支撑建模，用于模拟防屈曲钢板墙阻尼器，选择等效截面类型及交叉点的链接方式；

（2）定义恒荷载、风荷载、活荷载以及地震作用；

（3）进行各荷载工况下的结构分析，并进行结构荷载效应组合；

（4）进行结构变形和结构各构件的承载力验算，当各指标均满足规范要求以后，可以得出各支撑的截面面积及最大组合内力；

（5）可以根据以上的数据确定出防屈曲钢板墙阻尼器的规格，得到防屈曲钢板墙阻尼器的刚度和屈服承载力。

4.2.2防屈曲钢板墙阻尼器选型及预埋件加工

1、防屈曲钢板墙阻尼器选型技术参数

根据防屈曲钢板墙阻尼器的具体技术参数及等效刚度设计原则对防屈曲钢板墙阻尼器外形尺寸进行二次深化；在保证产品的技术参数不变的情况下，可以根据建筑和现场情况，调整产品的外形尺寸。

2、防屈曲钢板墙阻尼器深化结构连接节点大样

图4.2防屈曲钢板墙阻尼器连接节点大样图

3. 预埋件加工

1. 材料准备：根据施工图准备10mm厚钢板、18mm厚钢板、20mm厚钢板、28mm厚钢板；直径12mm、25 mm栓钉等材料。进场材料必须符合设计要求并有合格证，材料进场后立即取样送检。

2. 根据施工图纸先将钢板画出分割线，分割线画出后用GS/ZH-500数控、多头直条切割机切割钢板。

（3）钻孔

钢板切割好后，根据图纸要求及阻尼器安装需要的实际尺寸采用数控机床对钢板进行开孔，具体步骤：将具体数据输入设备电脑→切割好钢板放入机床→精确开孔。

4. 预埋板焊接

本工程预埋板与结构连接用钢筋锚固，钢筋与预埋板采用贴焊连接使阻尼器墙体钢筋与钢板连成一体，实现加固结构与阻尼器的可靠连接，在地震来临时共同工作，达到减震耗能的作用。

4.2.3主体结构预埋件安装

在主体施工时，先绑扎防屈曲钢板墙阻尼器下端暗柱及墙钢筋，钢筋绑扎后先安装下部钢板，预埋板放置于墙上进行调平，调平后将钢板上预埋筋与暗柱主筋点焊固定。待楼层模板及支架搭设完成后再进行上部预埋钢板安装，再进行绑扎。为了保证混凝土在浇筑过程中上下端预埋板上下端发生位移影响后期阻尼器安装，上下模板进行整体加固。

预埋件安装工序如下：

梁底模铺设完成→在梁底模标记预埋件放置位置→预埋件放置到位→穿梁底层纵筋→主上层纵向架立筋 →绑扎箍筋→校核预埋件位置→预埋件固定→梁侧模合模

预埋件安装过程注意事项：

1.预埋件及箍筋放置到位后，应做好临时固定措施，防止后面施工发生移位；梁柱钢筋绑扎完后，应再次复核预埋件位置，位置无误后再进行混凝土浇筑。

2.安装柱预埋件时，若因柱钢筋偏位造成预埋件放置后模板位置偏差以及柱钢筋与预埋件相碰时，应协调现场钢筋工进行柱钢筋调节，调节好后再进行安装。

3.安装梁上部位预埋件时，模板支护好后，应复核尺寸，包括模板的高度与宽度，梁钢筋的间距，箍筋的间距。

4.混凝土浇筑时，预埋件位置处应振捣密实，可配合使用铁钎捣实，振捣时不要碰到预埋件；根据现场需求，可在预埋件上开排气口，保证振捣密实。

4.2.4辅助安装支架的制作（如下图所示）

1.安装辅助支架的制作需要考虑的因素：设计楼层的高度、防屈曲钢板墙阻尼器单个的重量和几何尺寸、防屈曲钢板墙阻尼器的安装位置及固定方法。

2.根据已选型厂家生产的阻尼器单个重量选择支架型钢规格尺寸；本项目选用10#槽钢作为承重支架，以不小于100*100*10mm的钢板开口（居中开口不大于直径30圆孔），钢板与槽钢焊接制作成吊耳（下图中2）；

3.利用三角形的稳定性原则形成骨架，一般H/B比例不超过3，H根据层高确定；长度L根据防屈曲钢板墙的水平长度确定，支架两端斜杆（下图中3）立面在阻尼器两端外侧300-500mm为宜；

4.上端水平槽钢共有5个吊耳，每端有两个，中部1个；在两端吊耳上（吊耳选择由防屈曲钢板墙的水平长度确定，每端制作2个的目的是为了在水平方向上可调）挂有一个2T（型号为HS - T，起重高度为3m）的手拉吊葫芦，用于垂直吊起防屈曲钢板墙阻尼器。

5.支架底部采用4个可固定式万向滚轮，用于调节和移动已吊装的防屈曲钢板墙阻尼器就位，当就位在要求位置以后，滚轮固定，防止支架移动而造成安装质量问题。

安装辅助支架图示说明：

1. - 10#槽钢；

2. - 100*100*10钢板，板中间开孔，孔径为30；

3. - 钢板与槽钢采用坡口焊接；

4. - 直径为400的4个万向滚轮，单个承载力为1T；

5、6 - 槽钢与槽钢之间采用角焊缝焊接，图中其余同等。

4.2.5安装准备工作

1．施工前根据结构图纸以及深化设计复检主体结构的质量，特别是上下两层框架梁中间连接阻尼器剪力墙的垂直度、平整度以及预埋件的浇筑质量，是否会影响阻尼器的安装；

2. 清理预埋件表面上浇筑混凝土污染物，如果有锈迹，需用磨光机对预埋件表面的锈迹打磨干净，清除涂刷层等。

3．核查深化设计施工图纸和现场施工完成以后实测的尺寸，以确保设计和实际施工的一致性。

4．阻尼器进场前应提前组织好卸车吊运设备和人力，对运至现场的阻尼器设置相应的库房，库房设置便于卸货及运输，卸货及运输时需采取必要的保护措施，防止阻尼器受到损伤而影响使用。阻尼器进场时必须开箱检验是否与设计图纸相符合；

5. 阻尼器水平运输设备可采用液压式小型人工拖运车，省力方便；垂直运输至各楼层时考虑施工电梯及运输平台的承载力要求。

6．对工人进行技术交底和安全教育，按照生产厂家安装说明施工，规范施工，明确施工中主要的防护措施。

4.2.6吊装就位

1．连接形式

阻尼器外形图如下图所示。阻尼器两端各有单耳环座，单耳环座内装有轴承。同过销轴将阻尼器与其支撑构件连接起来。

2. 阻尼器安装

（1）安装流程

阻尼器进场－阻尼器搬运至安装点－上部连接板点焊接－阻尼器安装－构件校正－上部夹板连接－下部连接板焊接－下部夹板连接－二氧化碳气体保护焊焊接上部下部连接板位置处

（2）上部连接板点焊接

在阻尼器安装前先在阻尼器下侧钢筋混凝土剪力墙上弹出水平基准线，在上部预埋钢板上分线，标出钢板两个方向上的中线，然后将连接板对中放置，并且调平，放置好将连接板与预埋板焊接。

（3）阻尼器安装

由于阻尼器自身重量较重，阻尼器两侧分别焊接有吊装耳板，因此采用辅助安装支架上两个2T滑轮同时吊装，严重单点起吊。阻尼器吊起后安装对应夹板板，先将2端头点焊固定。上端固定后再进行下部连接，将下部连接板、夹板用端头与阻尼器固定。在对连接板满焊前也需将下部连接板与预埋板进行点焊。

4.2.7初步焊接固定

1.通过安装支架将产品吊起，借助其可移动性和调节上下左右位置至设计位置。

2.产品就位后, 若阻尼器尺寸和预埋板之间的尺寸存在误差，可采用临时加固或者其他有效的措施，保证阻尼器与连接板焊接符合要求。

3. 阻尼器构件安装就位后，可通过安装辅助支架或临时支撑对构件的位置和垂直度进行微调，产品位置校正无误后应进行点焊固定，先焊接上端节点，后焊接下端节点。

4. 临时固定措施的拆除应在连接能达到后续施工要求的承载力、刚度及稳定性要求后进行。

5. 最后即可放松吊装设备，从吊起方移除辅助安装支架。

4.2.8 CO₂气体保护焊接

1. 焊接位置：安装位置预埋件的上下连接夹板与阻尼器上下端连接板互相搭接缝，如下图所示

2. 原理：二氧化碳气体保护电弧焊（简称CO2焊）是以二氧化碳气为保护气体，进行焊接的方法，焊丝采用直径为1.2mm铜丝。焊接电流为60~250A，焊接采用半自动焊接，焊接速度为18m/h~36m/h，焊丝从导电嘴前端伸出的长度，一般为焊丝直径的10-15倍，即10-15毫米长。焊缝要求饱满、均匀。

3. 焊接注意事项：

（1）焊前应清理坡口及其两侧表面的油污、漆层、氧化皮以及铁金属等杂物。

（2）多层焊接宜连续施焊，为能保焊缝的尺寸和外观质量，要合理选择每道焊缝的施焊部位，且每层焊道焊完后应及时清理检查，清除缺陷后再焊下道。

（3）焊接时要遵循合理的焊接顺序，当几种焊缝要施焊时，应先焊收缩变形较大的横缝，而后焊纵缝，或者是先焊对接焊缝而后再焊焊角焊缝。

4.2.9检测

1.设计要求全焊透的一、二级焊缝应采用超声波探伤进行内部缺陷的检验；超声波探伤不能对缺陷作出判断时应采用射线探伤。

2.焊缝外形尺寸检验前，必须清除焊缝两侧的熔渣、飞溅及其它污染物。

3.焊缝感观应达到:外形均匀成型较好，焊道与焊道、焊道与基本金属间过度较平滑，焊渣和飞溅物基本清除干净，焊缝表面不应有裂纹、气孔、弧坑等。

4.焊缝表面和热影响区不得有裂纹、未融合、夹渣、气孔、烧穿和焊瘤。

4.2.10验收

应根据设计图纸对安装好的阻尼器进行型号、安装位置、尺寸检查核对，以及安装焊接质量、探伤检测报告等质量进行检查验收，对不符合设计要求或者安装不合格的成品进行标记直至返工达到验收合格。

5. 材料与设备

根据预算提出材料供应计划，编制施工使用计划，落实主要材料，并根据施工进度控制计划安排，制定主要材料、半成品及设备进场时间计划。

6.1材料

材料表

6.2机械设备

机械设备表

6. 工程质量控制

6.1质量执行标准

钢结构施工规范(正式版)GB50755-2012、《气焊、手工电弧焊及气体保护焊焊缝坡口形式及尺寸》GB985、《建筑工程施工质量验收统一标准》 GB 50300、《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205等现行规范。

6.2施工前的技术质量保证措施

1.根据设计图纸的要求，对在施工过程中，质量难以控制，或要采取相应的技术措施、新的施工工艺才能达到保证质量目的的内容组织有关人员进行深入研究，在实施过程中予以改进；

2.施工现场管理人员向操作人员作好相应的技术交底工作，落实质量保证计划、质量目标计划，保证操作中按要求施工，杜绝质量问题的出现；

6.3施工操作中的质量控制措施

施工操作人员是工程质量的直接责任者，故从施工操作人员自身的素质以及对他们的管理均要有严格的要求，对操作人员加强质量意识的同时，加强管理，以确保操作过程中的质量要求。

（1）对每个进入本项目施工的人员，均要求达到一定技术等级，具有相应的操作技能。（2）加强对每个施工人员的质量意识教育，提高他们的质量意识，自觉按操作规程进行操作，在质量控制上加强其自觉性。

（3）施工管理人员随时对操作人员所施工的内容、过程进行检查，指出达不到质量要求及标准的部位，要求操作者整改。

（4）在施工中各工序要坚持自检、互检、专业检制度，以确保工程质量。

6.4施工材料的质量控制措施

为确保工程质量，施工现场所需的材料均由材料部门统一采购，对本工程所需采购的物质，进行严格的质量检验控制；物质采购遵循在诸多厂家中优中选优，执行首选名牌产品的采购原则。

6.5重点工序质量控制

在施工前制定针对性强，全面具体的施工方案及相关技术措施，施工中按照施工方案严格检查，发现问题及时解决，并在施工中派专人职守，监督指导工作。施工后做各项试验，保证工程质量。

7. 安全措施

7.1认真执行《施工现场临时用电安全技术规范》、《建筑机械使用安全技术规程》、《建筑施工安全检查标准》 等安全标准。

7.2施工人员安装时，焊工必须持证上岗，穿工作服、使用护目镜和面罩、戴绝缘手套、穿绝缘工作鞋等安全防护用品。

7.3所有机械设备必须接零、接地保护，配电箱设置漏电保护器,；切割机、角磨机等机械设备必须装有防护罩。

7.4氧气瓶和乙炔瓶的安全距离大于5m,二者与动火作业点大于10m，并不得在烈日下暴晒。

7.5吊装作业应划定危险区域，在主要施工部位、作业点、危险区、都必须挂有安全警示牌，挂设明显安全标志，并将吊装作业区封闭，设专人加强安全警戒，防止其他人员进入吊装危险区。

7.6施工现场吊装挂钩人员必须做到相对固定。吊索具的配备做到齐全、规范、有效，使用前和使用过程中必须经检查合格方可使用。

8. 环保措施

8.1 场容场貌整齐、有序，料、机具、构件应分类堆放，摆放整齐，标识明确、整洁。在施工区域和危险区域设置醒目安全警示标志。

8.2现场使用的机械设备，要按平面布置存放，遵守机械安全规程，经常保持机身等周围环境的清洁。机械的标记、编号明了，安全装置可靠。

8.3施工时，构件吊装和焊接尽量在白天进行，以减小电弧闪光对周围居民的打扰，影响居民正常生活。

8.4 在进行施工吊装作业时应注意缓慢吊装，尽量减少构件碰撞而产生噪音污染。

8.5遵循设计图纸施工，严格按照操作规程焊接，避免重复用工和材料资源消耗。

8.6施工部位清理：生产班组每天完成工作任务后，必须将余料清理干净，堆放在规定的部位，不得随意堆放在楼层内，保持楼层整洁。

9. 效益分析与总结

9.1 本施工技术采用的阻尼器安装方法是先施工主体，再进行安装，即先浇筑各楼层上下段剪力墙混凝土，待达到强度要求后再进行阻尼器安装；那么主体施工两段剪力墙时模板加固可按照一般的剪力墙整体加固方式进行，避免了分段施工造成上下段错位或偏离的质量问题，保证了后期阻尼器的安装，成功解决了阻尼器与主体结构同步施工的难题，达到了质量验收要求。

9.2选用防屈曲钢板阻尼器耗能构件，大幅度提高了主体结构抗震耗能能力，同时减少梁柱截面尺寸以及降低了配筋率，节约了工程造价。

9.3由于前期通过图纸深化设计，预埋构件尺寸精确，块料形状及尺寸加工一次成型，减少材料加工的浪费。

9.4加工及构件涂层均在工厂完成，不占用施工现场场地，增大了场地利用率；同时，对环境无污染，又减少能源消耗，实现了绿色施工。

9.5本施工技术采用自制的安装辅助支架现场安装方便、快捷，保证了吊装安全，可操作性和质量可控性强，与一般的吊装方法节省了大量劳动力，并有效缩短了施工工期。

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