CN105064524A - 用于建筑物抗震加固的屈曲约束支撑及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于建筑物抗震加固的屈曲约束支撑及方法，该屈曲约束支撑由内核钢结构支撑、内部填充约束材料和外包钢管组成，内核钢结构支撑与外包钢管之间充填内部填充约束材料，内部填充约束材料在内核钢结构支撑和外包钢管之间形成一个滑移面或是无黏结层，使轴向外荷载由内核钢结构支撑承受，内部填充约束材料与外包钢管提供防止内核钢结构支撑整体屈曲的刚度。本发明可有效地改善结构的抗震性能，显著地提高结构的抗震承载能力。不仅如此，屈曲约束支撑占用空间小，加固和改造的工程量小，工程造价相对低廉，而且对建筑内部的使用功能影响小，同时还能增加结构的刚度，使结构的刚度分布更加合理，在地震多发区尤其适用其发挥。

Description

用于建筑物抗震加固的屈曲约束支撑及方法

技术领域

本发明涉及一种建筑物抗震加固方法，尤其是一种屈曲约束支撑及加固方法。

背景技术

工程建筑总面积约8500m²，原结构形式为框架-剪力墙结构，基础形式为承台+桩基础，桩基选用450mm×450mm沉管灌注方形桩，桩长25.0m，持力层为暗绿-黄色粉质粘土层。框架柱截面采用Φ450mm和Φ550mm圆形柱，框架梁主要截面有350mm×1000mm和800mm×600mm。底层为建筑地坪，其余楼层板均为现浇钢筋混凝土楼板。混凝土结构抗震等级为：框架结构四级、剪力墙三级。

该工程改造后原结构桩基+承台基础承载力、强度及变形均满足现行相关规范要求，本次加固仅针对上部结构构件进行设计。

针对最新的建筑设计资料、检测和抗震鉴定报告以及结构计算，原结构存在以下问题：

整体性的结构问题是抗震鉴定报告中所提到的加固建议第一条，即原结构第一振型是以扭转为主，楼层位移比严重超限，不符合现行的抗震规范要求。对此，需要利用屈曲约束支撑来加固，并调整整栋建筑物的平面刚度，对影响抗震的主要因素进行处理，使其各项整体指标满足设计要求。

并且原来由于结构布置不合理造成的端部、角部框架柱配筋不满足的问题，也随之解决。该项处理方案的优点是：经济、安全、可靠、美观，不影响建筑使用功能，不用增设剪力墙，不涉及基础改造，对原来框架梁、柱加固工作达到了量最少、效果最好的目的，也提高了加固施工进度。

该项目改造与加固主要内容：

⑴梁板柱承载力不足，碳纤维加固。

⑵结构抗震承载力不足，设置屈曲支撑加固。

⑶出屋面钢结构稳定性不足，设置支撑体系加固。

发明内容

本发明是要提供一种用于建筑物抗震加固的屈曲约束支撑及方法，该屈曲约束支撑具有良好的抗震性能，不管是已有结构的抗震加固还是新建结构，使屈曲约束支撑成为应用广泛的一种抗侧力构件。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种用于建筑物抗震加固的屈曲约束支撑，由内核钢结构支撑、内部填充约束材料和外包钢管组成，其特征在于：所述内核钢结构支撑与外包钢管之间充填内部填充约束材料，内部填充约束材料在内核钢结构支撑和外包钢管之间形成一个滑移面或是无黏结层，使轴向外荷载由内核钢结构支撑承受，内部填充约束材料与外包钢管提供防止内核钢结构支撑整体屈曲的刚度。

所述内核钢结构支撑的材料为屈服后具有吸收大量能量特性的材料。所述外包钢管为方钢管。所述内核钢结构支撑为“十字形”支撑杆。

一种用于建筑物抗震加固的屈曲约束支撑施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

1、屈曲约束支撑的墙上钢板及屈曲约束支撑的梁下钢板安装

钢板安装时先安装梁下钢板，焊接时应保持上、下钢板的平整度，保持上、下钢板间的水平，上、下钢板底部在焊接后应用角磨机磨平，打磨至光滑；

（1）屈曲约束支撑的墙体上部钢板施工方法

采用先安装钢板，后浇注混凝土：安装钢板前应校正好屈曲约束支撑的墙体钢筋的位置，并保证屈曲约束支撑的上部钢板与下部钢板的形心尽量在一条线上，保证屈曲约束支撑不产生偏心受力，以影响屈曲支撑变形，屈曲约束支撑的墙体上部钢板应在钢板表面事先开出两个排气孔，保证混凝土浇注密实；

或者，采用先浇注混凝土，后安装钢板：浇注混凝土前应校正好钢筋的位置，并保证屈曲约束支撑的上部钢板与下部钢板的形心尽量在一条线上，安装时应保持钢板的平整度，并在屈曲约束支撑的墙体钢筋上预先焊接定位钢筋，以保证钢板安装标高准确，在钢板安装后采用结构胶灌注密实，钢板上应事先开出两个排气孔；

（2）安装屈曲约束支撑的墙体钢板时，应用事先做好的标尺在上下钢板间滑动，确保钢板间尺寸符合屈曲支撑安装要求；

2、屈曲约束支撑的钢支撑锚板安装

先用油毡纸在已经植好的钢筋上用铁锤轻轻敲击至击穿为止，然后将油毡纸放在已切割好的钢板上，用石笔画出钻孔位置，然后用磁力钻钻孔，然后焊接锚板，安装屈曲约束支撑底座；

3、在屈曲约束支撑支座安装完成后安装屈曲约束支撑。本发明的有益效果是：

本发明采用的屈曲约束支撑及施工方法，可有效地改善结构的抗震性能，显著地提高结构的抗震承载能力。不仅如此，屈曲约束支撑占用空间小，加固和改造的工程量小，工程造价相对低廉，而且对建筑内部的使用功能影响小，同时还能增加结构的刚度，使结构的刚度分布更加合理，因此，在地震多发区尤其适用其发挥。

屈曲约束支撑具有良好的抗震性能，不管是已有结构的抗震加固还是新建结构，屈曲约束支撑必将成为应用广泛的一种抗侧力构件。

附图说明

图1是本发明的结构立体示意图；

图2是本发明的内核钢结构支撑和内部填充约束材料示意图；

图3是屈曲约束支撑滞回曲线；

图4是屈曲约束支撑的钢结构施工工艺流程。

具体实施方式

如图1，2所示，一种用于建筑物抗震加固的屈曲约束支撑，由内核钢结构支撑1、内部填充约束材料2和外包钢管3组成，内核钢结构支撑1与外包钢管3之间充填内部填充约束材料2，内部填充约束材料2在内核钢结构支撑1和外包钢管3之间形成一个滑移面或是无黏结层，使轴向外荷载由内核钢结构支撑1承受，内部填充约束材料2与外包钢管3提供防止内核钢结构支撑1整体屈曲的刚度。外包钢管3为方钢管。内核钢结构支撑1为“十字形”支撑杆。

主要原理是通过内部填充约束材料在内核钢结构支撑和外包钢管之间形成一个滑移面或是无黏结层，轴向外荷载仅由钢结构内核承受，同时内部填充的约束材料存在一定强度，它与外包钢管提供了足够的刚度以防止支撑的整体屈曲，使得内核钢支撑的滞回曲线非常饱满，有很好的受力性能。

此外，内核钢结构支撑材料在屈服后具有吸收大量能量的特性，这样屈曲约束支撑不仅是斜撑构件，更是一种性能优越的消能元件，可以有效消散地震能量。在混凝土框架柱间增设这种支撑，使改良后的框架不但具备一定的刚度，而且框架系统的延性与抗震能力更可显著提升。

如图3所示，屈曲约束支撑具有饱满的滞回性能，该图3是分别按1/500，1/400，1/300，1/200，1/100层间位移角下各转3圈、罕遇地震时极限变形1/50时可转15圈以上、总滞回圈数高达30圈的试验结果。

如图4所示，屈曲约束支撑加固工程施工：

本改造加固工程屈曲支撑钢结构安装部分，将先施工梁下钢板，然后再施工阻尼器混凝土墙上端的钢板，最后施工阻尼器钢支撑部分的钢结构。防腐及防火涂料在经有关部门及单位检测合格后一次涂刷完毕。

针对本工程的特点，对本工程施工采用如下设备：钢结构所用钢板切割采用全自动钢板切割机；防屈曲支撑钢支撑部分的H型钢、钢柱采用场外加工；钢结构上的塞焊孔采用磁力钻开孔。

1）屈曲约束支撑施工难点

（1）焊接变形

拼装构件焊接后易翘曲变形。由于焊缝布置不对称，构件刚度不均匀，变形不一致，容易产生翘曲。焊接电流、速度、方向以及焊接时的装配卡具对结构变形均有影响。应采取的措施包括:

A．为了抵消焊接变形，可在焊接的装配中，将工件沿与焊接变形相反的方向预留偏差。

B．采用合理的焊接顺序控制变形，不同的工件可采用不同的顺序。⑶选用夹具或专用胎具，将构件固定后再进行焊接。⑷构件出现翘曲，可用机械矫正法或氧乙炔火焰加热法进行矫正。

（2）构件刚度差

构件本身有挠度，拼装时没有拉好通线，造成折线连接;柱间支撑、十字水平支撑和垂直支撑等本身尺寸有误差或节间间距有误差，造成支撑不在一个平面内。施工应对措施:地面平拼时必须垫平，以防下挠。拼装时必须拉通线，电焊时点准、焊牢。

（3）高强螺栓安装

螺栓表面有浮锈、油污等杂质，螺栓孔壁有毛刺和焊瘤等，影响螺栓安装与紧固。采取措施:清除螺栓表面的浮锈、油污等杂质，将螺栓孔壁的毛刺和焊瘤等逐个清理干净。

（4）连接板拼接不严密

连接板之间拼缝不严密、有间隙;连接钢板可能有翘曲变形，或板间有杂物。施工应对措施:严格检查连接板钢板的平直度，变形较大时应调整之后再使用。

2）屈曲约束支撑施工步骤：

（1）屈曲约束支撑墙上钢板及屈曲约束支撑梁下钢板安装时应保持上下钢板间的水平。钢板安装时先安装梁下钢板，焊接时应保持钢板的平整度，如发现钢板因焊接应力变形时应立即用大锤校平，对焊接产生的焊渣应在焊接后及时清除。钢板底部在焊接后应用角磨机磨平，打磨至光滑。

（2）屈曲约束支撑墙体上部钢板施工方法有两种。第一种先安装钢板，后浇注混凝土。安装钢板前应校正好屈曲支撑墙体钢筋的位置，并保证屈曲约束支撑上部钢板与下部钢板的形心尽量在一条线上，保证屈曲约束支撑不产生偏心受力，以影响屈曲支撑变形。屈曲约束支撑墙体上部钢板应在钢板表面事先开出两个排气孔。保证混凝土浇注密实。

第二种先浇注混凝土，后安装钢板。浇注混凝土前应校正好钢筋的位置，并保证屈曲约束支撑上部钢板与下部钢板的形心尽量在一条线上。安装时应保持钢板的平整度，并在屈曲约束支撑墙体钢筋上预先焊接定位钢筋，以保证钢板安装标高准确。在钢板安装后采用结构胶灌注密实，钢板上应事先开出两个排气孔。

（3）安装屈曲约束支撑墙体钢板时应用事先做好的标尺（标尺长332mm）在上下钢板间滑动，确保钢板间尺寸符合屈曲支撑安装要求。

（4）屈曲约束支撑钢支撑锚板安装时先用油毡纸在已经植好的钢筋上用铁锤轻轻敲击至击穿为止。然后将油毡纸放在已切割好的钢板上，用石笔画出钻孔位置，然后用磁力钻钻孔，然后焊接锚板，安装底座。

（5）在屈曲约束支撑支座安装完成后安装屈曲约束支撑。

（6）施工质量控制及检查

为保证施工质量，设计时已考虑到施工中可能影响精度的问题，在支撑制作时给出了允许出现的最小偏差。施工过程中应严格控制施工质量，按照要求对各阶段施工质量作出检查。

验收时应遵循《钢结构工程施工质量验收规范》（GB50205-2001）、《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204-2002）、《建筑消能减震技术规程（报批稿）》等相关技术标准。施工单位与设计和监理单位应制订既符合相关标准要求，又适合实际工程条件的验收计划，并根据相关技术条款制定出适合新建工程的验收规范。检测及质量验收的工作按验收规范所规定的要求进行操作，并填写相关表格。

为保证焊缝的质量，采用无损检测技术对焊缝进行检测。常规焊缝无损检测技术包括：外观检查、超声波检测、射线检测、磁粉检测、渗透检测、磁记忆检测等。本工程采用外观检查、超声波检测和射线检测。外观检查是最简便易行的检测方法，也是进行其他检测之前必不可少的工序。

超声波检测的基本原理是利用超声波的反射和透射特性，通过接收回波信号，进行缺陷评定。射线检测通常使用γ射线和Χ射线辐照试件，透过的射线强度在试件内密度变化区域被不同程度地吸收，放在试件背面对射线敏感的照相胶片能记录透射的射线能量差异构成潜像，经处理后转变成具有可见黑度差的图像，从而能够显示试件中缺陷的平面投影图像以供评定。

Claims (5)

1.一种用于建筑物抗震加固的屈曲约束支撑，由内核钢结构支撑(1)、内部填充约束材料(2)和外包钢管(3)组成，其特征在于：所述内核钢结构支撑(1)与外包钢管(3)之间充填内部填充约束材料(2)，内部填充约束材料(2)在内核钢结构支撑(1)和外包钢管(3)之间形成一个滑移面或是无黏结层，使轴向外荷载由内核钢结构支撑(1)承受，内部填充约束材料(2)与外包钢管(3)提供防止内核钢结构支撑(1)整体屈曲的刚度。

2.根据权利要求1所述的用于建筑物抗震加固的屈曲约束支撑，其特征在于：所述内核钢结构支撑(1)的材料为屈服后具有吸收大量能量特性的材料。

3.根据权利要求1所述的用于建筑物抗震加固的屈曲约束支撑，其特征在于：所述外包钢管(3)为方钢管。

4.根据权利要求1所述的用于建筑物抗震加固的屈曲约束支撑，其特征在于：所述内核钢结构支撑(1)为“十字形”支撑杆。

5.一种应用权利要求1-4任一所述用于建筑物抗震加固的屈曲约束支撑的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）屈曲约束支撑的墙上钢板及屈曲约束支撑的梁下钢板安装

钢板安装时先安装梁下钢板，焊接时应保持上、下钢板的平整度，保持上、下钢板间的水平，上、下钢板底部在焊接后应用角磨机磨平，打磨至光滑；

（1）屈曲约束支撑的墙体上部钢板施工方法

采用先安装钢板，后浇注混凝土：安装钢板前应校正好屈曲约束支撑的墙体钢筋的位置，并保证屈曲约束支撑的上部钢板与下部钢板的形心尽量在一条线上，保证屈曲约束支撑不产生偏心受力，以影响屈曲支撑变形，屈曲约束支撑的墙体上部钢板应在钢板表面事先开出两个排气孔，保证混凝土浇注密实；

或者，采用先浇注混凝土，后安装钢板：浇注混凝土前应校正好钢筋的位置，并保证屈曲约束支撑的上部钢板与下部钢板的形心尽量在一条线上，安装时应保持钢板的平整度，并在屈曲约束支撑的墙体钢筋上预先焊接定位钢筋，以保证钢板安装标高准确，在钢板安装后采用结构胶灌注密实，钢板上应事先开出两个排气孔；

（2）安装屈曲约束支撑的墙体钢板时，应用事先做好的标尺在上下钢板间滑动，确保钢板间尺寸符合屈曲支撑安装要求；

2）屈曲约束支撑的钢支撑锚板安装

先用油毡纸在已经植好的钢筋上用铁锤轻轻敲击至击穿为止，然后将油毡纸放在已切割好的钢板上，用石笔画出钻孔位置，然后用磁力钻钻孔，然后焊接锚板，安装屈曲约束支撑底座；

3）在屈曲约束支撑支座安装完成后安装所述屈曲约束支撑。