文/薛伟辰，李佳，李杨辉，郑强，苏瑞佳，黄谦，江佳斐

自2016年国务院办公厅印发《关于大力发展装配式建筑的指导意见》以来，以装配式建筑为代表的新型建筑工业化快速推进，建造水平和建筑品质明显提高^[1-2]。建筑工业化主要包括三部分：混凝土工程工业化、钢筋工程工业化、模板工程工业化。近年来，混凝土工程工业化和模板工程工业化已基本实现，但占工程总成本约30%的钢筋工程仍存在现场混乱、绑扎效率低下、质量难以控制、劳动强度大、人员需求量大等问题，这严重制约了我国建筑行业的标准化、机械化和产业化发展^[3]。采用工业化加工的成型钢筋骨架可缩短加工时间约20%，减少废料损耗约8%，提高构件质量，因此钢筋骨架工业化成为必然趋势^[3]。

成型钢筋是指在工厂通过工业化方式(包括先进的工艺流程、专业化成套设备及工厂化数字生产管理系统)加工而成的钢筋制品。目前实际工程中常用的成型钢筋主要包括两类：1)钢筋焊接网片，主要应用于楼板、路面、桥梁面板等，这类成型钢筋是由纵向和横向钢筋以一定间距垂直排列，并在所有交叉点处采用电阻点焊焊接而成；2)成型钢筋骨架，主要应用于各类混凝土构件，如梁、柱、墙等，这类成型钢筋是通过弯网、穿箍、绕箍等工艺制成的三维钢筋骨架。

目前，成型钢筋已广泛应用于建筑工程、桥梁工程、基础工程和市政工程等。如新加坡标志性建筑“滨海湾金沙酒店”顶部船型建筑的楼板采用了钢筋焊接网片；上海中环百联综合体项目的楼板及剪力墙均采用钢筋焊接网片，总用量达到8000多吨；新加坡首个大型综合娱乐城“圣淘沙名胜世界”的灌注桩、柱、剪力墙、梁、楼板、电梯井等采用了成型钢筋骨架和钢筋焊接网片；新加坡圣多马径34层高级商住楼项目中，±0.00m标高以上所有的柱、剪力墙、电梯井及筒体也采用了成型钢筋骨架和钢筋焊接网片；沪宁城际铁路项目中，混凝土底座和凸形挡台等构件大量使用了成型钢筋骨架和钢筋焊接网片，节省材料约17%；成型钢筋骨架和钢筋焊接网片也广泛应用于上海沪闵高架二期、汉孝城际铁路、包头新都市区综合管廊、沈阳浑南新城综合管廊等市政工程中。

综上所述：钢筋焊接网片因其制备工序简单、工艺成熟、性能稳定等特点，目前已在各类工程中广泛应用；成型钢筋骨架的制备工艺相对复杂，相关应用较少。因此，本文基于国内外已有研究成果，对成型钢筋的应用现状进一步进行阐述。

成型钢筋在实际工程中的应用情况及相关技术标准表明，钢筋焊接网片的制备工艺已相对成熟和完善。近年来，成型钢筋骨架制备工艺迅速发展。相关工艺包括：弯网成型、穿箍成型和绕箍成型等。以下将对这三种制备工艺进行简要说明。

弯网成型钢筋的制备流程(图1)主要包括以下步骤^[4]：1)制备钢筋焊接网片，即焊接钢筋网成型机根据系统设定的网片参数，抓取钢筋并将其沿纵向和横向以一定间距垂直排列；2)电阻点焊，即铺设好的网片随着传输带进入焊接区，在所有交叉点处进行电阻点焊；3)弯折成型，即焊接好的网片随着传输带进入弯折设备，沿弯折线进行弯折作业；4)搭接段焊接，形成骨架，即弯折后的钢筋骨架在箍筋搭接处进行电阻点焊。

图1  弯网成型工艺示意图

图2 穿箍成型工艺示意图

图3 绕箍成型工艺示意图

2.1 已有研究概况

杨勇、薛建阳等^[11-12]通过四点弯曲试验研究了格网箍筋对钢筋混凝土梁抗剪性能影响，试验结果表明：格网箍筋混凝土梁与普通箍筋混凝土梁的裂缝开展、变形发展和破坏形态基本相同；格网箍筋混凝土梁的抗剪承载力略高于普通箍筋混凝土梁，相差在10%以内。Chalioris、 Corte、Shatarat等^[13-16]通过四点弯曲试验研究了螺旋箍筋对钢筋混凝土梁抗剪性能影响，试验结果表明：采用螺旋箍筋可提高梁的抗剪承载力；在箍筋间距一致情况下，螺旋箍筋对称布置试件的承载力优于相应的螺旋箍筋连续布置试件及普通箍筋试件。

综上可见，国内外研究团队主要针对配置成型箍筋的混凝土梁抗剪性能开展了系统的试验研究，但尚未开展配置成型钢筋骨架的混凝土梁抗震性能研究。

2.2 试验设计

本课题组开展了14根成型钢筋混凝土梁足尺试件的低周往复荷载试验^[17-18]，试验参数包括：成型工艺(穿箍、绕箍、弯网、绑扎)，截面形式(矩形、T形)，浇筑方式(现浇、叠合)，箍筋形式(双肢、三肢)，有无钢筋接头等。

2.3 主要试验结果

2.3.1 破坏模式

所有试件的破坏模式均为弯曲破坏，具体表现为混凝土压碎脱落，纵筋受压屈曲或拉断。在极限状态下，各试件的箍筋均出现不同程度的破坏：绑扎成型试件的箍筋被拉断，弯网成型试件的箍筋焊点失效搭接段张开，穿箍成型和绕箍成型试件的箍筋焊点失效。

2.3.2 滞回曲线与骨架曲线

图4和图5分别给出了典型成型钢筋混凝土梁与绑扎对比试件的滞回曲线和骨架曲线。由图4可知，成型钢筋混凝土梁的滞回曲线与绑扎对比试件相似且均较为饱满。由图5可知，成型钢筋试件与绑扎对比试件的承载力相差均在10%以内，说明成型工艺对试件承载力影响较小。相较于三肢箍试件，双肢箍试件具有更好的变形能力，但承载力相差不大。

图4 典型成型钢筋混凝土梁与绑扎对比试件的滞回曲线

图5 典型成型钢筋混凝土梁与绑扎对比试件的骨架曲线

2.3.3 位移延性

试验结果表明，所有试件的位移延性系数均大于3.0。其中，弯网成型钢筋混凝土梁的延性较绑扎对比试件低约25%，其余试件的位移延性系数与绑扎对比试件相差均不超过10%；有接头试件较无接头试件位移延性系数高约17%；三肢箍试件的位移延性系数略高于双肢箍试件，相差约10%。这主要是因为在加载后期，弯网成型钢筋混凝土梁的箍筋焊点失效、搭接段张开，导致承载力急剧下降。

3.1 已有研究概况

尹衍樑^[19]通过轴压试验研究了格网箍筋对钢筋混凝土柱轴压性能影响，研究结果表明：成型箍筋混凝土试件的力学性能受格网箍筋的焊点强度及数量影响；出现焊点失效后，易发生连锁破坏；焊点数量越多约束效果越佳。Richart、樊成、陈耀等^[20-22]通过轴压试验研究了螺旋箍筋对钢筋混凝土柱轴压性能影响，研究结果表明，螺旋箍筋可以为混凝土提供均匀的有效约束力；增大配箍率能够显著提高构件的承载力和延性。薛伟辰、周建龙、姜维山、李青宁、张兴虎、薛建阳、陈宗平、Eom等^[23-30]研究了螺旋箍筋对钢筋混凝土柱抗震性能影响，研究结果表明，高强螺旋箍筋混凝土柱的滞回曲线更为饱满，呈梭形，其耗能能力和延性均优于普通箍筋混凝土柱。

综上可见，国内外研究团队已针对配置成型箍筋的混凝土柱进行了系统的静力和抗震性能试验研究，研究结果表明，配置不同成型箍筋的混凝土柱的抗震性能可达到等同绑扎钢筋混凝土柱。而针对配置成型钢筋骨架的混凝土柱抗震性能研究较少。

3.2 试验设计

本课题组开展了20根成型钢筋混凝土柱足尺试件的低周往复荷载试验^[31-32]，试验参数包括：成型工艺(穿箍、绕箍、弯网、绑扎)，轴压比(0.2、0.8)，箍筋形式(双肢、三肢)，有无钢筋接头等。

3.3 主要试验结果

3.3.1 破坏模式

所有试件的破坏模式均为柱底混凝土压碎脱落，纵筋压屈或拉断，箍筋变形严重或拉断。高低轴压比下，各试件分别为小偏压和大偏压破坏。特别是高轴压比试件，在极限状态下，约柱高的1/3范围内出现混凝土大面积压溃，承载力迅速下降。

3.3.2 滞回曲线与骨架曲线

图6和图7分别给出了典型成型钢筋混凝土柱与绑扎对比试件的滞回曲线和骨架曲线。结果表明，成型钢筋混凝土柱与绑扎对比试件的滞回曲线相似且均较为饱满；各试件与绑扎对比试件的承载力相差均在10%以内，说明成型工艺对试件承载力影响较小；在低轴压比下，弯网成型试件在相对位移达到4.5%时，焊点失效箍筋搭接段张开，无法有效约束核心区混凝土，导致承载力突降。

图6 典型成型钢筋混凝土柱与绑扎对比试件的滞回曲线

图7 典型成型钢筋混凝土柱与绑扎对比试件的骨架曲线

3.3.3 位移延性

根据试验结果，对比了轴压比、箍筋形式以及有无钢筋接头对成型钢筋混凝土柱延性的影响。分析结果表明，低轴压比试件的延性均高于5，高轴压比试件的延性均高于3；在相同轴压比下，成型钢筋试件的延性与绑扎对比试件相差在10%以内；双肢箍试件的延性较多肢箍试件高约20%；有无钢筋接头对成型钢筋试件延性的影响不大。

4.1 已有研究概况

聂建国、钱稼茹等^[33-35]认为通过合理设计，采用钢筋焊接网作为分布筋的剪力墙能够满足8度、丙类建筑的抗震要求。Carrillo、Thompson等^[36-37]研究了边缘构件采用弯网成型钢筋笼对钢筋混凝土剪力墙抗震性能影响，研究结果表明，中间墙体的钢筋焊接网和边缘构件的弯网成型钢筋笼可以有效提高钢筋混凝土剪力墙的抗剪承载力并约束混凝土。

综上可见，已有学者开展了成型钢筋混凝土剪力墙的抗震性能试验研究。总体上，其抗震性能可等同采用绑扎钢筋形式的剪力墙抗震性能，但现有研究主要集中在配置弯网成型钢筋的混凝土剪力墙。

4.2 试验设计

本课题组开展了6片成型钢筋混凝土剪力墙足尺试件的低周往复荷载试验^[38]，试验参数包括：成型工艺(穿箍、弯网、绑扎)，轴压比(0.2、0.5)。

4.3 主要试验结果

4.3.1 破坏模式

所有试件的破坏模式均为受弯破坏。高轴压比下，约束边缘构件的纵筋和受压一侧竖向分布钢筋受压屈服，受压区混凝土大面积压碎剥落。低轴压比下，受压区混凝土压溃剥落，纵筋压屈鼓出，受拉区部分纵筋被拉断。

4.3.2 滞回曲线与骨架曲线

图8和图9分别给出了典型成型钢筋混凝土剪力墙与绑扎对比试件的滞回曲线和骨架曲线。由图8和图9可知，成型钢筋混凝土剪力墙与绑扎对比试件的滞回曲线相似且均较为饱满；穿箍成型试件和弯网成型试件具有相近的承载力，均略低于绑扎成型试件，但相差在7.4%以内，说明成型工艺对试件承载力影响较小。

图8 典型成型钢筋混凝土剪力墙与绑扎对比试件的滞回曲线

图9 典型成型钢筋混凝土剪力墙与绑扎对比试件的骨架曲线

4.3.3 位移延性

轴压比是影响试件延性的关键因素。试验结果表明：低轴压比试件的位移延性系数在3.15～3.90之间，其中穿箍成型试件的位移延性系数为3.15，略低于绑扎对比试件；高轴压比下，各成型钢筋试件的位移延性系数与绑扎对比试件相差均在10%以内。

美国PCI Design Handbook ^[39]是最早给出成型钢筋相关规定的标准，但该标准仅对成型钢筋在预制混凝土构件中的适用性做了简单的规定。2013年后，我国相继发布了有关成型钢筋设计、加工、配送、施工等方面的国家与行业标准。其中，《混凝土结构用成型钢筋制品》(GB/T 29733—2013)^[40]和《混凝土结构成型钢筋应用技术规程》(JGJ 366—2015)^[41]对成型钢筋制品的加工质量、检测方法、出厂标示、贮存条件及配送要求等做了明确规定。《混凝土结构工程施工质量验收规范》(GB 50204—2015)^[42]对钢筋焊接网和焊接骨架的焊点验收方法进行了详细说明。《钢筋焊接网混凝土结构技术规程》(JGJ 114—2014)^[43]对钢筋焊接网混凝土结构的设计计算与施工给出了明确规定。需要指出：目前国内外相关技术标准尚未包含成型钢筋骨架混凝土结构的相关内容。

本课题组主要基于上述研究成果，联合宝业集团、中国建筑科学研究院建筑机械化研究分院、上海市城市建设设计研究总院、中国建筑第八工程局有限公司等单位，编制了上海市《成型钢筋混凝土结构设计标准》(DG/TJ 08-2414—2023)^[44]。该标准对配置成型钢筋构件(梁、柱、墙)的设计方法及其构造措施作出了明确规定，尤其是对于各类成型工艺的构造要求，标准中给出了详细的规定，如：组合成型钢筋采用绕箍成型工艺时，开始与结束位置应平直，长度不小于1圈半；箍筋采用弯折闭合箍筋时，对非抗震的梁平直段长度不应小于5倍箍筋直径，并在角部弯成稍大于90°的弯钩；当考虑抗震要求时，箍筋的末端应做成135°弯钩或采用90°弯折搭接焊接，且弯钩末端平直段长度不应小于10倍箍筋直径且不小于75mm，等。

本文基于国内外已有研究成果，概述了典型成型钢筋的制备工艺、成型钢筋混凝土构件的研究进展及相关技术标准，并重点介绍了本课题组开展的成型钢筋混凝土构件(包括14根梁、20根柱、6片剪力墙)抗震性能试验的研究成果及主编的上海市技术标准《成型钢筋混凝土结构设计标准》(DG/TJ 08-2414—2023)。从完善结构体系、改善结构综合经济效益方面来看，尚有以下几个方面的工作有待开展：

(1)研发成型钢筋的先进制备工艺，降低成本，提高生产效率和产品质量。

(2)开展成型钢筋混凝土结构层次的受力性能和抗震性能试验，进一步研究成型箍筋形式、成型钢筋连接方式等对结构力学性能的影响规律，提出成型钢筋混凝土结构的设计方法与构造要求。