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建 科 机 械

PC墙板钢筋骨架自动化加工方法研究

发表时间:2019-12-12 15:28

摘要:以国家建筑标准设计图集15G365-1《预制混凝土剪力墙外墙板》为研究对象,研究了PC构件中剪力墙外墙板钢筋自动化加工方法,分析了不同形式外墙板钢筋骨架的特点和存在的自动化加工问题,提出了钢筋骨架的优化方式和对应的自动化加工方案。

关键词:PC墙板;剪力墙;钢筋骨架;自动化加工

近几年来,我国大力发展装配式建筑,通过装配式建筑构件的工厂化生产,来实现建筑工程高质量、标准化、绿色化的目的。

PC构件主要分为叠合楼板、内外墙板、梁柱、楼梯、阳台板、空调板及女儿墙等,构件钢筋骨架是PC构件生产过程中的重要组成部分,钢筋骨架加工是PC构件工厂化加工的第一步工序,也是目前整个预制构件加工工序中自动化程度相对较低的部分。虽然目前PC工厂已经有许多自动化设备,但是仍需要大量的人力辅助进行钢筋骨架的组合绑扎工作。本文以国家建筑标准设计图集15G365-1《预制混凝土剪力墙外墙板》(以下简称图集)为对象,研究PC构件中钢筋自动化加工方法,减少人工劳动量,提高钢筋骨架的自动化加工水平和成型精度。

根据剪力墙外墙板的结构特征,可将其分为无门窗墙板和带门窗墙板两类。由于外墙板带有保温层结构,两类墙板外侧附带有外叶墙板,在图集中已经推荐了钢筋构件的加工组装方式,下面按照推荐的加工组装方式分别对这三种墙板结构中的钢筋单元骨架自动化加工进行定性分析研究。

1无门窗墙板

无门窗墙板中的钢筋骨架结构如图1所示,根据图集推荐的方式可分拆为两片带折弯的钢筋网片和竖向连接钢筋,两片带折弯的钢筋网片的横向筋需要拼装后对焊形成封闭形式的钢筋骨架。在实际操作中,对两个折弯钢筋网片进行对焊是十分困难的操作,因此该分拆方案可行性不高。

无门框墙板钢筋骨架结构.png

通过研究图1的无门窗墙板钢筋骨架的结构,从底部向上数第3个和第5个横向钢筋比其它横向钢筋短,灌浆套筒上的几根横向钢筋尺寸和其它部位的横向钢筋尺寸不一致,除此之外,其它结构比较规矩。因此考虑改变该钢筋骨架的分拆方式,将底部向上数第3个和第5个横向钢筋和灌浆套筒上的横向钢筋从整体结构上去掉,改成图2所示的折弯网片WP1、网片WP2和图3所示的竖向连接钢筋VJ1的组合方式。

无门框钢筋骨架结构拆解.png

经过拆分,图2中的折弯网片WP1可以通过常规焊网机焊接完成后形成一张普通网片,之后网片进入和焊网机对接的自动弯网机,分别对网片的两端进行2次弯曲成型加工,形成最终的折弯网片。考虑到国内和焊网机对接的自动弯网机较少,也可以用弯网单机通过人工操作的方式对焊接好的网片进行弯曲,这样比人工单根绑扎的速度会快,而且精度也高。网片WP2是一个普通钢筋网片,通过焊网机直接加工形成。

图3中竖向连接钢筋VJ1是一组带灌浆套筒的钢筋和普通竖向钢筋,起连接作用的竖向钢筋的一端加工有螺纹结构,用于安装连接用的灌浆套筒。竖向连接钢筋可以用钢筋丝头生产线来加工,该设备由钢筋切断设备和螺纹加工设备组合而成,从棒材钢筋原材的定尺切断到带螺纹的成品钢筋流水线式加工。带螺纹的钢筋加工完成后安装好灌浆套筒就完成了竖向连接钢筋的制作。不带螺纹的竖向钢筋直接定尺切断后就可以使用。

除了上述3类拆分结构,钢筋骨架中的拉筋可以通过现在常用的弯箍机加工;短横筋和灌浆套筒上的横筋通过弯箍机或者自动弯曲线加工。完成这些部件加工后,对这些部件组合安装就形成了一个完整的无门窗墙板的钢筋骨架。

2带门窗墙板

带门窗墙板的一个典型钢筋骨架如图4所示,按图集推荐的拆分方式可以分解为图5所示的三大部件:边缘构件骨架GJ1、梁钢筋骨架GJ2和钢筋网片WP。其中,边缘构件骨架左右各一件,梁钢筋骨架一件,钢筋网片前后各一件。

带门窗墙板钢筋骨架结构及拆解.png

图5中边缘构件骨架GJ1是一个矩形笼结构,通过多根纵筋将所有箍筋固定连接在一起,起上下连接作用的纵筋带有灌浆套筒,其中的灌浆套筒灌浆口有方向要求,因此在纵筋和箍筋固定时就应该控制灌浆套筒的方向。为适应矩形钢筋笼成型的自动化加工需求,对构件进行以下几个方面的设计优化:①拉筋后安装;②最外端的两根不带灌浆套筒的纵筋后安装;③最下端的套筒上箍筋(宽度和其它箍筋不一致)后安装,优化后的边缘构件骨架如图6所示。这样优化后的边缘构件骨架可以用专用钢筋笼设备焊接成型,后续再通过安装结构优化时拆除的这些部件,就可以完成整个边缘构件的制作。

优化后的边缘构件.png

梁钢筋骨架GJ2和边缘构件骨架具有类似的结构,也是一个矩形笼结构,图5结构中有横向筋有6根,箍筋12个间距是100mm的倍数,可以取消其中的拉筋后使用骨架成型机加工出来,之后再人工安装拉筋。梁钢筋骨架还有其它几种结构形式,体现在横向筋上,有的横向筋具有弯起结构;有的横向筋在和边缘构件交叉处有用于错筋的弯曲结构。这些结构形式可以通过更改钢筋骨架成型机的夹钳结构来完成梁钢筋骨架的自动成型。

图5中钢筋网片WP结构和无门窗墙板中的折弯网片结构类似,使用相同的加工工艺。

在完成以上三大部件的加工之后便可在模台上进行部件组装,从而完成整个带门窗墙板的钢筋骨架。

3外叶墙板

外叶墙板是安装在保温层外部的部件,其钢筋骨架结构为一张单片钢筋网结构,根据所安装的墙板类型也大致分为图7和图8所示的中间不带门窗和带门窗两种结构。部分位置会有钢筋的加密,或者有缺口的不规矩情况。

无窗口网片及带窗口网片.png

根据图集提供的参数,这些钢筋网片的钢筋直径一般为5mm,横纵向钢筋间距≤150mm。按照目前针对PC构件的常规窗口网焊网机,纵筋间距要求≥100mm且为50mm的倍数,横筋间距无极可调。根据焊网机的技术参数,可以按照外叶墙板的参数选择合适的方向作为纵筋焊接,当选取的纵筋(对于焊网机)间距≥100mm且为50mm的倍数时就可以使用焊网机加工。对于加密区间距<100mm的钢筋和窗口位置的斜拉筋可以采取人工后安装的方式。窗口网焊机可以直接焊接出带门洞窗口的钢筋网片,对比原来焊接成标准网片再剪门洞的工艺,节材省时,而且也可以焊接普通标准钢筋网,功能强。

4结语

通过以上3种类型墙板钢筋骨架的分解,基本可以对钢筋骨架的组成部件进行自动化加工,主要采用窗口网焊接成型机、网片弯曲机、矩形钢筋笼焊接、数控钢筋弯箍机设备。但仍然存在几方面的问题,一些单件需要人工安装,例如各个部位的拉筋、边缘构件加密处的纵筋、边缘构件套筒处的箍筋等;有些结构不适合自动化加工,例如纵筋加密区的纵筋间距小于50mm。要解决这些问题,需要在PC墙板的结构设计时参照发达国家钢筋骨架标准化设计思路,考虑使用什么样的设备,如何加工这些钢筋构件,将钢筋笼的自动化成型与现场安装等因素考虑在内,以有效推动我国装配式建筑工厂化生产的质量和效率。