張彤煒，周書東，麥鎮(zhèn)東，劉 亮

（東莞市建筑科學研究所 廣東東莞523076）

0 引言

建筑工業(yè)化是我國建筑業(yè)的發(fā)展方向，而裝配式建筑具有較高的綜合效益和工業(yè)化特征，在國內(nèi)正處于大力推廣階段，但受限于建造成本高、適用體系和裝配施工技術(shù)尚未成熟等因素［1］，裝配式建筑高質(zhì)量發(fā)展仍需進一步提升。相關(guān)研究表明裝配式建筑并不等同于建筑工業(yè)化及其推廣發(fā)展，且不應局限于裝配式建筑［2，3］；裝配式成型鋼筋骨架的制作實現(xiàn)了“工廠工業(yè)化”生產(chǎn)，其現(xiàn)場安裝實現(xiàn)了“工位工業(yè)化”施工，其相關(guān)應用推廣為建筑工業(yè)化的發(fā)展另辟蹊徑。

1 技術(shù)概述

成型鋼筋制品是按規(guī)定形狀、尺寸采用專業(yè)化加工模式加工成型［4］，成型鋼筋制品相關(guān)技術(shù)在我國處于起步發(fā)展階段［5］；目前國內(nèi)成型鋼筋在房建工程應用僅局限于棒材鋼筋剪彎、箍筋成型和鋼筋焊接網(wǎng)加工等簡單層面的鋼筋制作與配送［6］，且現(xiàn)行規(guī)范以規(guī)定生產(chǎn)加工、配送和驗收環(huán)節(jié)為主。裝配式成型鋼筋骨架是以承臺、樁、梁、柱、剪力墻等復雜三維成型鋼筋骨架為主，如圖1、圖2 所示，適用于混凝土結(jié)構(gòu)工程中鋼筋的加工、配送、施工及驗收，成型鋼筋制品相關(guān)應用有利于提高鋼筋骨架的定型質(zhì)量，轉(zhuǎn)變鋼筋工程成型作業(yè)環(huán)境，大幅降低施工現(xiàn)場綁扎勞動強度和減少該環(huán)節(jié)施工時間，有效避免復雜鋼筋骨架和有限操作空間的現(xiàn)場綁扎問題，降低鋼材損耗和對現(xiàn)場環(huán)境的污染，具有良好的工程應用價值［7］。

圖1 裝配式剪力墻成型鋼筋骨架Fig.1 Fabricated Steel Bar Frame of Shear Wall

圖2 裝配式梁鋼筋骨架安裝Fig.2 Hoisting Fabricated Steel Bar Frame of Beam

2 重點與難點總結(jié)分析

得益于裝配式預制構(gòu)件的大量需求，國內(nèi)成型鋼筋制品的產(chǎn)業(yè)鏈和配送模式得到完善，預制構(gòu)件生產(chǎn)企業(yè)一般具備箍筋加工機、桁架加工機、鋼筋網(wǎng)焊機、滾焊機等鋼筋加工設(shè)備，及起重機、運料系統(tǒng)、成品搬運車等運輸設(shè)施；珠三角地域預制構(gòu)件或成品鋼筋生產(chǎn)企業(yè)的配送運輸網(wǎng)已全范圍覆蓋［8］，且制品體量尺寸基本滿足道路運輸規(guī)定。然而，成型鋼筋骨架應用性的研究和試驗較少，設(shè)計與施工方面關(guān)鍵問題的解決及配套技術(shù)滯后，阻礙了成型鋼筋骨架推廣與應用。筆者通過資料整理與實際試驗操作，歸納出成型鋼筋骨架應用存在的主要重難點及問題，如表1 所示。

表1 阻礙成型鋼筋骨架推廣與應用的關(guān)鍵性重難點及問題Tab.1 Key Difficulties and Problems in the Promotion and Application of Fabricated Steel Bar Frame

圖3 鋼筋網(wǎng)片出筋折彎Fig.3 Rebar Mesh Sheet Bending

3 解決思路的探討

圍繞表1 所分析的阻礙成型鋼筋骨架推廣與應用的相關(guān)重難點與問題，筆者通過探討問題主觀解決思路，旨在提供具有一定價值意義的展開方向：

⑴技術(shù)應用規(guī)范與推廣方面：積極推進成型裝配式成型鋼筋骨架技術(shù)基礎(chǔ)性與應用性研究，推行行業(yè)中成熟的有現(xiàn)實價值意義的產(chǎn)品和工藝工法，及時補充發(fā)布標準規(guī)范，出臺促進成型鋼筋發(fā)展應用的配套政策，政府與行業(yè)上下會同推進，積極選用裝配式鋼筋骨架，訂立使用規(guī)模目標，加強信息交流和技術(shù)培訓。

圖4 裝配式梁鋼筋骨架扭曲變形Fig.4 Assembled Beam Rebar Skeleton Distortion

⑵生產(chǎn)模式的選用：宜采用游牧式的成型鋼筋專業(yè)化生產(chǎn)加工模式。該模式在成本、配送、供求等方面具有比固定的預制企業(yè)所不可比擬的優(yōu)勢，在投資較少和自動化生產(chǎn)程度較高的前提下，實現(xiàn)產(chǎn)能量身定做，適宜施工企業(yè)配備專業(yè)化生產(chǎn)設(shè)備和人員，在不同項目接續(xù)投入使用，可節(jié)省運輸成本、避免裝車卸貨造成損壞和成型鋼筋制品長時間存貯易銹蝕的問題。

⑶設(shè)計基本原則：裝配式成型鋼筋骨架的設(shè)計不僅僅局限于對鋼筋工程的深化設(shè)計，要實現(xiàn)易建性和發(fā)揮工業(yè)化優(yōu)勢，需遵守“設(shè)計先導、技術(shù)引領(lǐng)”的原則，初步設(shè)計時就應前置考慮成型鋼筋的實現(xiàn)，且結(jié)構(gòu)整體設(shè)計時應圍繞“大直徑少根數(shù)”的理念，以模數(shù)化原則為標準，是實現(xiàn)骨架構(gòu)件通用化和標準化的前提，亦是裝配式成型鋼筋制作實現(xiàn)自動化與機械化的前提。

⑷骨架成型方式的選用：裝配式成型鋼筋骨架施工所考慮的結(jié)構(gòu)作用效應為吊裝過程（平吊、立吊、翻轉(zhuǎn)等）自重和起吊瞬間動力作用，保證在鋼筋未屈服、骨架不發(fā)生過大變形和節(jié)點處接頭安裝精度；在考慮安全和制作便利性方面，宜采用綁扎與焊接共有的成型方式：吊點主受力部位、輪廓骨架成型部位、易散落部位等宜采用焊接，錯綜復雜的鋼筋骨架內(nèi)部、微滑移易糾正部位、無脫落風險部位等宜采用綁扎，如圖5 所示（圖中圓點為焊接節(jié)點）。

圖5 鋼筋骨架焊點位置示意Fig.5 Reinforced Steel Frame Solder Joint Position

⑸豎向構(gòu)件鋼筋骨架連接方式：表1 所述的連接方式都存在長時間維持吊裝狀態(tài)的情況，顯然都不符合實際施工適用性與經(jīng)濟性的要求；綁扎搭接和灌漿套筒連接并不適用于裝配式成型鋼筋骨架，擠壓套筒連接施工器械和工藝的簡便化仍有待提高，而直螺紋套筒及焊接連接成熟可靠，適合作為裝配式成型鋼筋骨架連接方式。但生產(chǎn)與施工連接工藝仍需要進一步提高，一方面是制作過程中構(gòu)件精度控制，保證鋼筋骨架所有連接鋼筋平面方向相對準確和控制長度方向的尺寸誤差；另一方面是安裝過程中施工方法改進，保持吊裝過程的連續(xù)穩(wěn)定，且加快連接速度或采取可調(diào)節(jié)的支撐支架臨時固定安裝。

⑹裝配式成型鋼筋骨架與模板系統(tǒng)相結(jié)合：①通過改變模板對拉孔洞的成孔類型，使得對拉桿或拉片具有可空間調(diào)節(jié)的能力；②通過減小對拉桿或?qū)慕孛娉叽纾ㄤ摻g線），使得對拉桿或拉片在保證一定強度的前提下可實現(xiàn)人工強制掰撬；③在保證模板整體性的前提下，改變模板和鋼筋的安裝順序，如鋁模體系中先安裝梁鋼筋骨架后閉合側(cè)模；④改變成型鋼筋的構(gòu)造，加設(shè)可調(diào)節(jié)鋼筋，使得成型鋼筋在節(jié)點位置處具有可伸縮能力；⑤裝配式成型鋼筋骨架與模板系統(tǒng)工廠一體化制作與施工現(xiàn)場整體安裝。

⑺安裝碰撞與順序妨礙的解決：并非所有構(gòu)件都適用于裝配式成型鋼筋骨架，如復雜節(jié)點、塔吊起重能力、規(guī)范約束、慣用施工工法等問題限制，局部位置和構(gòu)件不可避免地采用現(xiàn)場鋼筋綁扎。鋼筋工程宜現(xiàn)場綁扎與鋼筋骨架預制裝配相結(jié)合，有利于裝配式成型鋼筋骨架順利安裝。

⑻設(shè)計輔助軟件：應用BIM 技術(shù)的三維可視化、優(yōu)化設(shè)計、精確定位、施工模擬、碰撞檢查、材料與構(gòu)件可溯等功能優(yōu)勢進行設(shè)計，可預知和解決大部分安裝施工方面的“錯漏碰缺”問題。

4 豎向構(gòu)件裝配式成型鋼筋骨架的輔助安裝架研發(fā)

傳統(tǒng)鋼筋與模板工程中，需先行綁扎施工豎向構(gòu)件鋼筋籠，后封閉豎向構(gòu)件模板，此過程不存在與水平構(gòu)件鋼筋骨架發(fā)生碰撞和妨礙的情況，在妥善解決與下層縱向連接鋼筋接續(xù)問題的前提下，豎向構(gòu)件應用成型鋼筋骨架技術(shù)較水平構(gòu)件有優(yōu)勢。本節(jié)從上述所分析的難重點與解決思路出發(fā)，研發(fā)了一種豎向構(gòu)件裝配式成型鋼筋骨架的輔助安裝架，相關(guān)施工過程如圖6 所示，可概括為以下幾點：

圖6 豎向構(gòu)件裝配式成型鋼筋骨架與輔助安裝架施工過程Fig.6 Construction Process of Vertical Member Assembled Forming Rebar Skeleton and Auxiliary Mounting Frame

⑴預制加工：按照設(shè)計與生產(chǎn)工藝要求，對鋼筋骨架進行加工成型，成品必須保證間距定位與長度加工誤差在允許誤差內(nèi)，可考慮裝配式建筑中預制柱加設(shè)定位鋼板的做法。

⑵安插加固：將成型鋼筋骨架成品放置于輔助安裝支架內(nèi)部，插入并安裝扁擔梁部件，使得扁擔梁與箍筋焊網(wǎng)形成穩(wěn)固的結(jié)構(gòu)體系。

⑶吊運著地：將上述結(jié)構(gòu)體系通過平衡梁吊具吊往連接安裝部位，操作輔助安裝支架的可調(diào)支腿部件著地后，可撤離吊具。

⑷對中定位：人工牽引輔助安裝支架以驅(qū)動底部萬向輪子進行連接鋼筋的平面對中，人工操作設(shè)有螺紋調(diào)節(jié)支腿進行連接鋼筋長度方向的微調(diào)定位。

⑸安裝連接：采用直螺紋連接或焊接的方式進行接續(xù)作業(yè)，連接完成后把箍筋捋至相應位置并進行綁扎，此時已完成接續(xù)的豎向構(gòu)件鋼筋骨架具備獨立受力條件。

⑹重復使用：操作調(diào)節(jié)支腿使得扁擔梁與箍筋焊網(wǎng)分離，然后抽出扁擔梁并將該支架吊重復運用于其他豎向構(gòu)件的成型鋼筋骨架的裝配作業(yè)。

與成型鋼筋骨架直接吊裝相比，上述輔助安裝架具有如下優(yōu)點：①在保證鋼筋骨架生產(chǎn)精度的前提下，可移動和可調(diào)節(jié)功能實現(xiàn)鋼筋骨架在現(xiàn)場裝配時的定位準確；②使用操作方便，無需專用輔助工具；③避免連接安裝過程中吊具長時間占用的情況，且穩(wěn)定連接狀態(tài)有利于連接順利與保證連接質(zhì)量；④起保護作用，避免吊運過程發(fā)生意外碰撞而散落。

5 結(jié)語

裝配式成型鋼筋骨架在應用過程中的關(guān)鍵性重難點直接阻礙了該技術(shù)的推廣，其應用性研究對推動建筑工業(yè)化有積極意義。本文通過總結(jié)和分析裝配式成型鋼筋骨架的重難點及問題，并進行解決思路的探討，結(jié)合有關(guān)解決思路提出一種為豎向構(gòu)件裝配式成型鋼筋骨架的輔助安裝支架，為裝配式成型鋼筋骨架的推廣應用提供參考：

⑴發(fā)展裝配式成型鋼筋骨架技術(shù)雖有完備的產(chǎn)業(yè)鏈，但阻礙該技術(shù)推廣與發(fā)展的關(guān)鍵問題主要為設(shè)計與施工方面的技術(shù)難點。

⑵推進裝配式成型鋼筋骨架技術(shù)發(fā)展，需要以行政與市場手段上下聯(lián)同發(fā)展為前提，在技術(shù)與工藝提升方面，開展基于BIM 技術(shù)的裝配式成型鋼筋設(shè)計、鋼筋骨架生產(chǎn)成型與施工安裝工藝提高的工作；從技術(shù)創(chuàng)新方面，研發(fā)新型鋼筋骨架的連接方式、研制與之相匹配的模板體系和輔助安裝工具。

⑶研發(fā)一種豎向構(gòu)件裝配式成型鋼筋骨架的輔助安裝支架，實現(xiàn)了輔助加固、臨時支承、對中微調(diào)等功能，避免起重設(shè)備長時間占用，且為連接作業(yè)提供穩(wěn)定的工作環(huán)境。