1. 简介
近期,“焊接”是否属于“装配式”钢结构成为行业内的热门话题,并上升到“院士”和设计大师的层面进行讨论。
专家认为“焊接”属于“装配式”钢结构,具体如下:
王利军(中冶京诚工程技术有限公司设计总监):预制不只是一个简单的概念,一般来说预制是指梁、柱,所以木结构(不能现场焊接、浇注,作者注)肯定是预制的。钢结构(可以焊接,现浇混凝土听上去有点像焊接,但不是焊接,作者注)是预制的,就是现场焊接或者螺栓连接。
余银泉(中国建筑标准设计院总工程师、设计大师):那些把装配式简单等同于建筑工业化的观念要颠倒过来,你说钢结构装配式不能现场焊接,或者说焊接质量没法保证,这些都是误区。 焊接一直是钢结构非常重要的连接方式,对于日本这样的发达国家也是如此,因为螺栓连接有螺栓连接无法解决的问题,而且螺栓连接的经济性也存在问题(这里好像有偷概念的问题,余银泉总工程师好像把“钢结构”和“装配式钢结构”混淆了,“钢结构”当然可以“焊接”,而焊接必须在工厂车间进行,否则钢结构件就无法制造出来,而“装配式钢结构”能不能在现场“焊接”,现场“焊接”占多少比例才能叫“装配式”?这才是问题的关键。华南理工大学王士同教授编制的广东省地方装配式钢结构标准就是本着提供出路的原则:“当装配率≥90%(焊接占10%)时,可视为装配式钢结构。”)。
作者注:如果“焊接”属于“装配式”钢结构,那么“现浇混凝土”似乎也可以称为“装配式”混凝土结构。因为“浇铸”和“焊接”很相似,都是采用“加法”来制造构件。唯独“木结构”既不能“焊接”,也不能“浇铸”!
对于“焊接”不属于“装配式”钢结构,专家有如下观点:
李国强(同济大学教授、博士生导师):还有就是工厂焊接的问题,发达国家基本没有现场焊接,就是纯粹的安装。而我国钢结构建筑现场焊接很多,更多的时候是螺栓和焊接并用。能不能避免现场焊接,用螺栓代替?这样既可以避免焊接对防腐的影响,也可以避免工人焊接对工程整体质量的影响。减少现场焊接,可以缩短工期,降低成本。
杨永斌(中国工程院院士、重庆大学土木工程学院院长):施工的关键点是焊接,焊接不好,钢结构肯定达不到要求。……另外还要提高质量,很多钢结构都是高空焊接,焊工都说焊接的很牢固,但实际焊接的怎么样,谁也不知道。这一点一定要落实好。
n 陈录如(中国钢结构协会专家委员会名誉主任):现场焊接问题能解决吗?
n王士同(华南理工大学教授):装配式钢结构是指钢构件在工厂制造(焊接等),在现场采用高强度螺栓进行装配,不同于规范提倡的可靠连接方式(焊接、高强度螺栓连接)。先进国家已基本实现钢结构全部采用高强度螺栓(连接)在现场装配。结合我国目前钢结构设计、施工水平,建议以现场高强度螺栓(连接)装配率来衡量装配式钢结构——当装配率≥90%(焊接占10%)时,可视为装配式钢结构。
2. 如何定义“组装”
1. 王世同教授给我的任务
从2015年广东省钢结构协会年会到2016年第二届装配式建筑技术与应用会议,以及2016年广东省钢结构协会年会暨2017年构件预制房屋技术交流会(图1),已经八十岁高龄的王世同教授多次给我打电话,要我在会上大力推介“装配式钢结构用高强度螺栓(连接件)。
图1
2、机械行业如何定义“组装”?
由于我是学机械制造专业的,所以机械行业里的“装配”是什么是个常识性的问题,没必要特别强调,因此前两次见面我都忽略了这个问题。
机械行业对于“装配”有明确的定义:
1. 什么是组装、分组装、总组装?组装的目的是什么?
a按照技术要求把若干个零件组合成部件,或者把若干个零件、部件组合成一台机器的过程叫组装。
b 将若干个零件按技术要求组合成部件,称为部件组装。
c把若干个零件、部件按照技术要求组合成一台机器的过程叫总装配。
2.简述零件、部件、组件、子组件的区别?
多个零件可以组成一个组件,组件也可以直接由零部件组装而成,由零部件进一步组装而成的组件称为子组件。
3、为保证组装出的产品符合预定的技术要求,零件组装时应注意什么?
a.要注意元器件的尺寸;
b.安装时注意各部件是否移动;
c.应注意准确度的要求;
d.应注意零部件安装的可操作性;
e. 注意零件的数量。
4.简述装配操作活动的分类,并分别举三个例子?
初级操作,次级操作。
主要操作包括:安装、连接、调整。
小作业包括:储存、运输、清洁。
5. 大会的组织形式有哪些?它们有何特点?
单件生产装配、成批生产装配、大批量生产装配、现场生产装配。
不同结构产品单独生产,重复性较小;
在一定时期内分批生产同一种产品;
生产的产品数量庞大,各个工位往往重复完成某一工序;
部分制造、调整和组装均在现场进行。
6. 装配时应考虑哪些因素?
a.仔细阅读装配图及说明书,明确装配技术要求;
b.熟悉各部件的功能;
c.若没有组装说明书,请考虑组装顺序;
d.装配前清理好装配零部件及工具;
e.必须采取适当措施防止赃物或异物进入正在组装的产品;
f.装配时必须使用符合要求的紧固件进行紧固;
g 拧紧螺栓、螺钉和其他紧固件时,必须按要求使用适当的装配工具;
h 如果零部件安装在规定的位置上,必须做好标记,并按标记进行组装;
装配过程中应及时进行检查或测量。
7. 比较紧固与固定、定位与夹紧、夹紧与压紧的区别
a 紧固是用紧固件将两个或多个零件连接起来的操作;
b 固定是将组装时用手指拧紧的部件拧紧;
c 定位是将零件或工具放置到正确的位置,以便进行随后的装配操作;
d.夹紧是利用压力或推力将零件固定在一定的位置;
e 压制是利用压力工具或设备在连续的推力下组装或拆卸零件的过程。
在制造业中,可安装、可拆卸、可更换(可修复)是衡量设计好坏的重要指标。“焊”一个死葫芦是最差的水平,现在基本没有这种机械设计了。但“零件”还是可以焊接的,所以王世同教授反复强调,装配式建筑应该是“工厂焊接、现场高强度螺栓(连接)”。
何谓“装配”?“装配”就是把各种材质、形状、功能的“零部件”,利用各种“可装配”、“可拆卸”、“可更换”(即可修复)的装置,装配在一起,组成一台“整机”,甚至是运动的机器或可移动的机器。
3. 我在会议上即兴解释什么是“集会”
这次不一样了。不仅已经八十高龄的王世同教授(图2)多次给我打电话,让我在会议上大力推广“预制钢结构采用高强度螺栓(连接件),而且“焊接”是不是“预制”的问题已经上升到院士、设计大师、教授们的层面,闭口不谈、视而不见是不行的。于是这次在广州会议上,我即兴作了“焊接”不是“预制”建筑的发言(图3)。内容简述如下:
n我现场以矿泉水瓶为例钢结构现场焊接,拧上瓶盖是“组装”钢结构现场焊接,拧下瓶盖是“拆卸”,更换瓶盖是“可更换”(即可修复);
如果你买了一辆几十万元的车,开了两天轮胎就爆了,你去4S店修。你说:师傅,换个轮胎吧。修车师傅检查完说:不好意思,你的车不是“组装”车,轮胎是“焊接”(即焊在)在车上的,不能“拆”下来。你说:那怎么办?修车师傅说:再买辆车吧,不过下次一定要买“组装”车,别买这种“焊接”的车。因为一辆车要几十万元,而一个轮胎才几百元。
北美很多百年老木屋,墙面因为各种原因都破损了。不过没关系,只要用两个千斤顶和一根横梁支撑屋顶或楼板系统,就可以把旧墙“拆”掉,换上新墙。如果不是“预制”建筑,就只能把整栋房子“拆”掉。
图 2
图 3
4. 最早的“预制”建筑
预制建筑应该可安装、拆卸、更换(修复),甚至在不同地点重新组装。
在建筑行业,最早的装配式建筑可以追溯到公元1779年,铁匠大师约翰·威尔金森协助亚伯拉罕·道尔比和他的建筑师TF普里查德设计并建造了世界上第一座铸铁桥——英国塞文河上的科尔布鲁克代尔桥(图4)。该桥跨度30m,高12.2m,用了378吨铸铁,至今仍在使用,接待着来自世界各地的游客。作为工业革命以来铸铁技术的成果,这座诞生在英国的铸铁桥被誉为前所未有的大型结构。这座桥建成后,不仅在市政工程和建筑领域,而且在工业技术史上都是一座丰碑。该桥是第一座采用金属结构的大型建筑。
图 4
当然,那时还没有焊接技术,更没有高强度螺栓,所以唯一采用的连接技术就是“热铆”,是真正意义上的“预制”建筑,可以安装、拆卸、更换(修补),甚至可以在不同地点重新组装。
1849年,阿尔伯特亲王在英国皇家艺术学会提议举办一次大型展览,目的是向世界展示工业和艺术可以结合在一起,并让世界关注英国作为世界工业强国的地位。
这座长 563 米、宽 124 米(图 5)的巨大建筑,在 1850 年 9 月至 1851 年 1 月的短短几个月内就建成了。这主要归功于设计师和建造者约瑟夫·帕克斯顿 (Joseph Paxton)、福克斯 (Fox) 和亨德森 (Henderson)(来自斯梅斯维克的承包商、工程师和铁厂厂长)以及来自伯明翰的玻璃制造商 Chance Brothers 的聪明才智。
图 5
水晶宫大部分采用现场预制构件建造,部分构件提前24小时浇铸完成,铸铁柱在现场进行检测,现场打磨、上油,包括加工木制玻璃框架(图6)。
图 6 (abc)
水晶宫经历了从设计、生产、运输到最终建成、拆除的全过程,是一个完整的装配式建筑体系项目,曾是19世纪上半叶铸铁技术的总回顾之一,虽然是用马拉、扛着的(图6),但开创了工厂预制、现场装配的技术模式,是现代建筑(钢架、玻璃幕墙)的开山之作。
图 6(高清)
展览会于 1851 年 10 月 15 日闭幕,参观人数超过六百万(图 6)。展览会取得了巨大的成功,门票收入为其他城市项目提供了资金。1852 年,水晶宫被拆除,并在泰晤士河南岸的谢尔登庄园重新组装。
图 6(g)
这座建于166多年前的水晶宫不仅可安装、拆卸、更换(修复),还可以在不同地点重新组装。
我们今天装配式建筑的水平,不会比166年前的水晶宫差。
我并不是否定、排斥现场“焊接”技术。钢结构建筑确实可以现场焊接,但“焊接”,尤其是现场100%“焊接”的建筑,绝对不是“装配式”的钢结构建筑。典型的例子就是“中国国家体育场”(鸟巢,图7),虽然现场100%“焊接”,但不可拆卸,更不是可以异地重新组装的“装配式”建筑。如果拆了,就只是一堆“废铁”。
预制建筑必须可安装、拆卸、更换(可修复),最好还能够在不同地点重新组装。
图 7
那是:
n 钢结构部件必须在工厂内“焊接”(包括其他必须在工厂完成的制造工序);
n 在工厂制造好的钢结构件,在现场可以“焊接”成整体钢结构,但不是预制钢结构(焊接≥10%);
n“装配式”钢结构不能在现场“焊接”,或者现场“焊接”控制在一定比例以内(焊接≤10%)才能称为“装配式”钢结构。