第十届中日建筑结构技术交流会南京巨型屈曲约束支撑在天津高银11 7大厦的应用李国强1孙飞飞1宫海2王新娣1胡大柱2郭小康1 1同济大学2上海蓝科建筑减震科技有限公司Abstract11他huge BRB was applied in the project of TiaIljin 11 7 building111is building is a super lli咖rise bllilding w“h a height of 597m in Tia玛in，ChinaAs the huge BRB is about 48m long and its yielding capacny is large as 3700toIlspecial des洒was conceiVed for this BRBTo e璐ure廿le qual咄the production锄西ering also needs special n硷thodIn order to e璐ure也e safe吼a V耐ficadon test ha_s bn made to validate the pe哝玳mnce and capac时of the huge BRBThis p印er iIl缸：oduces tl圮desi弘method，tlle prod眦tiengin血唱of the huge BRB，as well豁也e Veri6cation testKe”mrdshugc BRB；desi印；test：production en西nee血g，1应用背景介绍 天津高银117大厦，外形设计独特，见图l。由国际知名的巴马丹拿公司设计，高银地产(天津) 有限公司投资兴建，中建三局承建，总建筑面积约37万m2，建筑高度约为597m，共117层，结构高 度587mul。塔楼首层至93层将用作甲级写字楼，94层至顶层将用作六星级豪华商务酒店。该项目外围框架采用巨型支撑+巨柱+环带桁架的结构形式，形成支撑外框筒，由地面往上依次分 为卜9区(见图2)。巨型支撑在1区为人字形布置，29区为交叉支撑布置。其中人字支撑采用采用 屈曲约束支撑，原因主要如下：1)由于支撑不约束长度较大，而地震作用的不确定性较强，要满足大 震不屈曲，稳定性上不容易满足要求；2)由于支撑水平杆跨度达44m，若采用普通支撑，该杆件为承 担受压支撑屈曲后不平衡力需要截面很大，承载力难以满足要求且经济性较差。图1天津高银117大厦效果图图2外框筒628该巨型屈曲约束支撑总长度达到48m，截面面积373026唧2，屈服承载3730t，无论在设计上还是 制造上都克服了诸多技术难题，由于支撑较长较重，在运输以及现场吊装都无法采用整根支撑一次成 型的技术。根据我国公路运输长度要求、现场塔吊起吊重量，将整根支撑分三段，并采用三向定位、 空中拼装方案，平均每段长度约16m，均在工厂制作完毕运往现场。2013年3月上旬，与下柱脚相连 的屈曲约束支撑(三分之一段)进行进场，见图3。2巨型屈曲约束支撑的设计乜1 根据设计要求，在区间1巨型屈曲约束与巨型框架之间的布置关系见图4所示。 整根巨型屈曲约束支撑分三段进行设计，见图5，其中两端的两段芯材设计为屈服段，中间一段为弹性段。图3屈曲约束支撑进场图4结构区间l巨型外围框架示意图图5巨型屈曲约束支撑分段数设计咖(1)BI国核心断面尺寸 根据轴向承载力及外观要求，BRB核心断面面积选为：1426舳826咖90咖90衄。核心断面面积为373026姗2，采用Q100LY和Q345作为核心材料，因此屈服承载力，为3730t，满足轴向承载力要求(不小于3600t)。 (2)BIm套筒壁厚 要求BRB外观不超过1500900，考虑箱型核心参与工作，结合箱型核心面积，可确定外套筒壁厚。考虑支撑一端固接，一端铰接，支撑计算长度仁O748000衄=33600舳，由以下公式确定套筒尺寸。掣1512by厶选取套筒断面尺寸为：1500唧900胁35咖35衄，经验算可满足支撑稳定承载力的要求。3巨型屈曲约束支撑的生产工艺要点3 1)芯材抛丸除锈，要求除锈等级为Sa25；2)下料时要严格控制钢材变形；3)加工芯材内撑板， 板厚为20衄，宽度为200衄，撑板尺寸为1240唧640咖，每隔2m设一道，如图6所示；4)芯材对 拼顺序如图7所示：5)构件主要为轴向力，为减少残余应力，焊缝采用半熔透焊；6)焊接后把焊缝 全部打磨平整；7)无粘性材料厚度采用5衄，粘贴在套筒内侧：8)套筒拼接采用半熔透焊，拼接顺 序如图8所示：9)套筒焊缝高出部分全部打磨平整，外观要求光滑平整；10)Q100LY和Q345芯材对 接前要预热，预热温度150左右，层间温度不能大于250，最终的预热工艺与焊条选择需要焊接工艺评定后确定。蒇萱恻凰图6撑板图7芯材拼接顺序图8套筒拼接顺序示意4巨型屈曲约束支撑的试验检测由于工程应用的屈曲约束支撑长度47米，设计屈服承载力37000l(N，现有的试验条件不能满足足 尺试验的要求，因此采用缩尺模型试件来测试支撑的性能。缩尺比例为1：4，缩尺支撑试件型号规格 TJE10022011500(长度115m，屈服承载力220t，采用屈服强度为100胛Z的钢材)，共计2个试件。 其中，试件l的两端均为固定端连接：试件2的一端为固定端连接，另一端为销轴连接，销轴连接端 允许试件绕弱轴转动。试验中采用的试验标准如下：(1)建筑抗震试验方法规程JGJ lO卜1996。 (2)建筑抗震设计规范GB 500112010第816条及条文说明的要求。 (3)加载制度：采用低周反复加载试验，依次按14080、l2720、12040、11360支撑长度的 变形拉伸和压缩往复各3次。试验得到的滞回曲线应稳定、饱满，具有正的增量刚度，且最后一级变 形第3次循环的承载力不低于历经最大承载力的85，历经最大承载力不高于屈曲约束支撑极限承载力计算值的l-1倍。屈曲约束支撑滞回性能检验试验在超大型拟静力结构试验机QF200034型上进行，按卧式放置进 行试验，其试验装置如0所示。屈曲约束支撑试件与反力架安装底座、加载头连接之间采用高强度螺 栓连接。4llI 8困卜|l卜豳1 厂_ 斗 “j目l1日一 一 届曲钓泉支撑、也一 一 一 一J。lD1 11。0l HlIiH。l，IL-l I_ull H_l_r_| l L 。LL二a 。lI，吐 -IL-l_IlHll u _n_L|。 I - 立4下0罔。一一f_j豳忙H l 50|H圈j自 圈 鹰 fl：1 p J l ji； 辛 丁 lI “q I， l _。 飞 ；lllI 。11I、(H-_l-_H。 L 。LL二1，。ll9Id_ILJ_I l H lJ_日Lo _r _c_一 耳州。国Bhcl、向同，邕 d一一一一。一一一一一一一一一一一也AI一一一二 一 一一一一一一一一一一一一一一一j一一一；一一一型B眦L十oj：_o_=22111=12I_lo=一222。2=22Ia-E=。02_122=j=1。1。3。2-=j=_1。-lE=，l】。2212，；t口_口-。=-c-=1roH cIL_r LJid!，!气专32专生AACC图10应变片布箕AlcIBI F22习；li；1I 11 i=三Ul_ !CCBB图ll位移计布置表l位移计的布置及其测量内容序号位移计编号位移计位测量内容1D1、D2、D3、D4屈曲约束支撑两端之间支撑的总变形量2D5、D6、D7、D8支撑芯材左侧无约束段7芯板左端与套筒左端的相对位移3D9、DlO、D1l、D12支撑芯材右侧无约束段芯板右端与套筒左右的相对位移、 4D13、D14支撑长度l4处位移(左)套筒的平面外位移5D15、D16套筒右端套筒的平面外位移6D17、D18支撑长度14处位移(右)套筒的平面外位移按照结构性能目标，结合建筑抗震设计规范GB 500ll一2010第816条及条文说明的要求，631确定试验加载制度： (1)支撑结构层高618m，支撑与地面夹角72。；根据结构设计要求，大震下楼层的最大层间位 移角限值为l400。则支撑结构层位移角达到1400时，支撑轴向变形率为：u=丢ps试2720)_丢去o5889=志(2) 建筑抗震设计规范GB 5001l一2010第816条及条文说明规定的加载制度为：对耗能型 屈曲约束支撑，试验时依次在1300，1200，1150，1100支撑长度的拉伸和压缩往复各3次变形。 作出上述规定的背景是，对屈曲约束支撑的性能要求是基于大震下最大层间位移角为150规定，层间 位移角与支撑轴向变形率的最不利关系为2倍(换言之，支撑轴向变形率为l100时，结构层间位移角达到150)。(3)参照建筑抗震设计规范之规定，依据结构性能目标确定117大厦屈曲约束支撑缩尺试件 的加载变形控制值，具体如表3所示。将上述支撑轴向变形平均应变乘以试件长度可得对应每一级加 载位移为：282咖、423咖、564唧、846衄。 表2缩尺试件支撑加载变形值的计算建筑抗震设计规范第-816条117大厦屈曲约束支撑试验 荷载步 层间位移角支撑最大变形率层间位移角支撑最大变形率 第一级加载1150l3001120014080 第二级加载11001200 l80012720 第三级加载 l751150 l60012040 第四级加载 l501100 l400l1360每级加载均为拉伸、压缩往复三次试验所得到的试验结果如下：么锣屈曲约啦摔型号规格 !。膨姘(1unll 纱多；t(a)两端固定连接。丝么歹娴一，I(b)一端固接一端销轴连接 图12试验结果曲线6325结论 对于巨型屈曲约束支撑的应用以及三向定位、空中拼接技术，国内外都没现成的经验可以借鉴， 故在此项目中应用时，各方都进行了审慎考虑和细致分析，对于设计及生产中的一些难点均采取了相 应的措施进行妥善解决。：(1)建立了巨型屈曲约束支撑的ABAQUS模型，对在最大层间位移下支撑的内力和变形进行了分 析、分析了不同顶梁的约束条件对该支撑的影响、分析了初始缺陷对支撑性能的影响、分析了耗能段 芯材强度变化对支撑性能的影响。(2)采用半熔透焊缝时焊缝的受力性能及对整根支撑的受力性能采用了通用有限元程序AJ3AQUS进行了分析。(3)委托第三方机构评定焊接温度对无粘结材料的影响，证实了该无粘结材料对支撑性能的影响 的稳定性。 (4)对焊接工艺进行了细致的评定。 (5)对于防止套筒滑落采取了相应的措施，并进行分析。总之，巨型屈曲约束支撑在天津高银117大厦中的应用刷新了该项技术世界应用历史，让我国屈 曲约束支撑技术应用在某些指标上迈入世界领先水平，同时为今后超高层建筑结构巨型支撑的广泛应 用提供参考。安装过程照片如图13所示：(a)第一段(b)第二段(c)第三段(d)整体成型 图13安装进度照片参考文献1】周建龙。包联进，童骏，等天津高银117大厦基础设计研究J建筑结构，2012，42(5)：19232】GB 500172003钢结构设计规范【S北京：中国建筑工业