裝配式混凝土結構高精度測控一體化支撐系統研究

李琰，曹劉坤，潘峰，韓亞明

（上海建工五建集團有限公司，上海200063）

1 引言

隨著裝配式混凝土建筑發展迅速，構件安裝精度要求也不斷提高，其中，豎向構件垂直度調整將直接影響上層結構、外立面效果、接縫防水。目前，豎向構件支撐系統使用比較廣泛的是斜支撐。斜支撐由支撐桿件及連接固定組件組成，通過旋轉手把帶動支撐桿轉動，上絲桿與下絲桿隨著支撐桿的轉動同時拉近或伸長，達到調節支撐長度的目的，進而調整預制豎向構件的垂直度和位移。

但是，現階段臨時斜支撐系統搭設沒有細致的標準規范，本文將圍繞現階段施工過程中的主要難點進行基于傳感原理的智能化高精度安裝測控、校正技術及成套設備的研發，研究其工藝原理，制定其操作規程，投入到項目實踐應用之中。

2 裝配式混凝土結構臨時斜支撐系統現狀分析

2.1 現有臨時斜支撐系統構造分析

根據裝配式建筑標準規范，每個豎向預制構件斜支撐不少于2道；預制墻板斜向支撐與墻體的距離不宜小于構件高的2/3，且不應小于構件高的1/2；可通過斜向支撐對構件垂直度進行微調【1】。

現有斜支撐桿主要有整體式桿件和分段式桿件。整體式桿件調整較為方便，可通過工具穿過中部手把較為輕松地轉動支撐桿。分段式支撐桿調整較為困難，須預先選定插管上銷孔，插入銷釘后，再旋轉套管上的鎖扣來固定銷釘。

連接節點主要有：（1）螺栓式連接組件：此種連接方式限制了斜支撐與豎向構件只能以直角相對位置固定，一旦預埋件偏差較大將造成臨時斜支撐支設困難。（2）耳板式連接組件：環形金屬件與掛鉤能夠較方便結合，即使埋設位置出現偏差，也可完成斜支撐支設。但現場施工中，下部連接節點預埋環常出現不按照設計制作、埋設問題，導致預埋環變形，甚至被拉出等安全隱患。

2.2 臨時斜支撐調整垂直度施工工藝分析

根據水平安裝線確定構件的水平位置【2】，待預制豎向構件就位后，使用預先在樓面預埋的金屬件，用斜支撐將構件固定在樓面上【3】。

預制構件剛就位時，迅速將上部2道斜支撐安裝到預制構件上，但暫時不對斜支撐進行固定，1人使用靠尺或線錘來測量預制構件的垂直度，另外1人逐根調整斜支撐長度，2人配合完成豎向構件垂直度調整。每個樓層吊裝完成后須統一復核。

往往因為靠尺（線錘）人工讀取精度低、手工調節桿件伸縮速度慢、傳統斜支撐就位校正操作步驟多，而造成預制墻體就位精度無法保證、產業勞動力工效降低（見圖1）而隨著裝配式建筑高度越來越高，垂直精度相應要求不斷提升，操作過程中“人為因素”將成為影響項目總體質量的關鍵問題。

圖1 人工讀取垂直度誤差與調整構件垂直度

3 裝配式混凝土結構高精度測控一體化支撐系統

針對現有裝配整體式混凝土結構施工臨時支撐的現狀，以目前建造過程中產業工人粗放式施工方式、構件墻體垂直度校正操作步驟、傳統鋼管臨時斜支撐與構件連接節點等切入點，實現豎向預制構件施工調整過程的智能化、便捷化、數控化、一體化，從而降低整個操作過程中“人為因素”對施工精度的干擾，特別是能解決從垂直度數據讀取及實時反饋、斜支撐桿件伸縮操作的“自動化”“高效化”（見圖2）。

圖2 高精度自適應斜支撐系統總體設計思路

3.1 高精度測控一體化支撐系統原理

在預制墻體吊裝就位后，設置電子垂直度測量傳感器，反饋無線數據信號，“一鍵式”啟動外置數據轉換及控制設備，對斜支撐后部設置的驅動器進行驅動，使得斜支撐桿件伸縮工作，從而快速引導預制墻體達到預期姿態，實現智能化高精度調節。整個標準化一體式臨時支撐系統由電子側垂系統、動力輸出及調整系統、支撐桿件系統3大系統組成。

高精度測量及實時數據反饋系統主要由電子側垂尺及數據接收反饋控制器組成，將設電子側垂尺置于豎向預制構件上，用于感應所述豎向預制構件的當前垂直度，與數據接收反饋控制器無線通信連接，將測量數據實時反饋，動力輸出裝置根據指令進行調節，起到豎向預制構件姿態調整的目的。

3.2 高精度測控一體化支撐系統各組成系統

動力輸出及調整系統采用單相電機作為動力，通過齒輪機構傳動實現斜支撐桿件的伸縮（見圖3）。

圖3高精度測控一體化支撐系統實物圖

現有預制構件安裝過程中用于調整垂直度的斜撐安裝時，存在預埋埋件偏位導致的斜撐產生偏心受壓，從而影響整個預制構件安裝質量的問題。針對這一問題，對傳統鋼管支及連接節點進行優化，形成一套優化后的連接裝置，該連接裝置包括埋板、可360°旋轉接頭以及限位構件，埋板分別通過埋件與預制構件固定連接，可360°旋轉接頭垂直于預制墻體構件或預制樓板構件設置且與埋板固定連接，限位構件穿過斜撐的端部與可360°旋轉接頭的自由端固定連接。如圖4所示。

圖4 機械動力桿及動力連接

3.3 高精度測控一體化支撐系統工序數字化模擬研究

高精度測控一體化支撐系統工序數字化模擬（見圖5）研究的主要施工流程是：預制構件吊裝就位、斜支撐桿件連接件固定、斜支撐桿件連接就位、動力輸出裝置與桿件連接、電子測垂尺測量系統讀取靠尺數據自動調整與固定件安裝鎖定并調整完成。

圖5 高精度測控一體化支撐系統工序數字化模擬

3.4 高精度測控一體化支撐系統實驗

根據設計方案與實際工況模擬情況，對機械動力標準化一體式臨時支撐系統進行了加工及場內實驗。情況總結如下：

調整時間：垂直度調節時間縮短，在調整角度2°范圍內，機械動力設備調整時間為15～30s，比傳統作業工人調整時間提高50%。

調整精度：調節精度控制更精確，機械動力設備調整精度最終為0.001°，調節理論精度達L/1 000（L為墻板高度），并且避免了人工測量調整的誤差，全過程無人員操作。如圖6所示。

圖6 機械動力裝置調整

為了便于現場作業人員操作，提高高精度測控一體化支撐體系的施工現場可應用性，機械動力成套設備更適合現場進行裝配式混凝土結構小型構件的姿態調整。考慮到所采集的數據、操作方式、便捷程度等方面，項目組對機械動力成套設備進行了優化與改進，將原有手持式伺服電機控制器優化為自鎖定式，數據反饋裝置也優化為集成式，通過2項優化，大大地簡便了實際操作過程中的便捷程度。

4 結語

本文針對裝配式混凝土建筑中廣泛使用的臨時斜支撐系統進行分析研究，結合實驗和項目實踐，證明可以明顯提升裝配式建筑現場安裝質量，并作出了一定優化和調整，為后續的裝配式項目實施提供借鑒。