裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件模具優(yōu)化設(shè)計(jì)淺析

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摘要:為更加合理的進(jìn)行裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件模具的設(shè)計(jì)、制作和使用，本文結(jié)合多年設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，基于構(gòu)件生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量和模具成本，針對(duì)模具模塊化設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)和組合設(shè)計(jì)等提出新的思路，為模具設(shè)計(jì)和制作人員提供參考。

1引言

裝配式建筑是建筑業(yè)綠色發(fā)展、循環(huán)發(fā)展、低碳發(fā)展的主要內(nèi)客，是穩(wěn)增長、促改革、調(diào)結(jié)構(gòu)的重要手段，與傳統(tǒng)施工方法相比，裝配式建筑可實(shí)現(xiàn)節(jié)能、節(jié)水、節(jié)材、節(jié)時(shí)、節(jié)省人工、大幅減少建筑垃圾和揚(yáng)塵、環(huán)保的目的；裝配式建筑在現(xiàn)場主要進(jìn)行預(yù)制構(gòu)件的拼裝，與傳統(tǒng)現(xiàn)澆模式相比，把施工現(xiàn)場大量的高強(qiáng)度的作業(yè)移向“工作環(huán)境可實(shí)現(xiàn)人為控制的廠房內(nèi)”進(jìn)行現(xiàn)代化生產(chǎn)，改善了工人作業(yè)條件，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高構(gòu)件生產(chǎn)精度，縮短施工周期，降低施工噪音，減少濕作業(yè)建筑垃圾，大大提升綠色施工水平。作為裝配式建筑產(chǎn)業(yè)中重要的一環(huán)，模具的精度、耐久度和成本尤為重要，目前，模具設(shè)計(jì)和制作普遍存在標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化程度低、結(jié)構(gòu)不合理和成本過高等問題，隨著預(yù)制構(gòu)件品類日益增多，以及對(duì)產(chǎn)品精度要求的不斷提升，模具問題一定程度上制約了裝配式建筑行業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展，存在一定的改進(jìn)和提升空間。

2裝配式建筑模具設(shè)計(jì)當(dāng)前現(xiàn)狀

2.1標(biāo)準(zhǔn)化程度低

住宅項(xiàng)目具有多樣化的特點(diǎn)，戶型和層高各有不同，以及每位工程師對(duì)預(yù)制構(gòu)件拆分思路和習(xí)慣存在差異，導(dǎo)致預(yù)制構(gòu)件尺寸、配筋和鋼筋間距的不同，模具之間互不通用，數(shù)量繁多。項(xiàng)目之間亦無法通用，此外，因模具精度要求高，大部分模具無法通過改制而再次使用于下一個(gè)項(xiàng)目，項(xiàng)目結(jié)束后模具只能報(bào)廢處理，造成極大浪費(fèi)，導(dǎo)致模具成本居高不下。

2.2模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理

大部分模具生產(chǎn)企業(yè)的工程師沒有預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，導(dǎo)致設(shè)計(jì)的很多模具組裝和拆模難度大，甚至無法拆模的情況時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重影響了構(gòu)件生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，如圖1中的空調(diào)板模具，左側(cè)模具下層出筋孔為圓孔，需要將左側(cè)模具退出才能拆模，但構(gòu)件彎筋導(dǎo)致模具沒有足夠的退出空間，導(dǎo)致無法拆模。另外，有些墻板的梁筋屬于彎錨，拆模需要上提模具，其余位置屬于直筋，拆模時(shí)需向外退出，拆模方向不同，目前設(shè)計(jì)普遍采用螺栓連接進(jìn)行組模，拆模時(shí)需將兩端模具分離，如圖2所示，拆模效率很低。

2.3模具設(shè)計(jì)精細(xì)化程度不足

目前由于模具設(shè)計(jì)從業(yè)人員技術(shù)水平和生產(chǎn)單位制作水平參差不齊，模具設(shè)計(jì)和制作普遍存在精細(xì)化程度不足的情況，常見問題如出筋孔處封堵混凝土問題考慮不周、模具連接螺栓規(guī)格不統(tǒng)一影響效率、模具頂板變形導(dǎo)致影響收面效果等。

2.4未結(jié)合模具周轉(zhuǎn)次數(shù)進(jìn)行選材

裝配式建筑項(xiàng)目既有超高層建筑，又有低層住宅，兩者模具的使用次數(shù)相差很大，但目前大部分模具設(shè)計(jì)和生產(chǎn)單位并未考慮模具周轉(zhuǎn)次數(shù)和使用壽命，所用鋼板厚度和型材規(guī)格均按照同一標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)和生產(chǎn)。高層建筑的模具因使用次數(shù)多，強(qiáng)度和剛度不足導(dǎo)致后期變形和破損嚴(yán)重，影響預(yù)制構(gòu)件質(zhì)量，而低層建筑項(xiàng)目的模具周轉(zhuǎn)次數(shù)較少，強(qiáng)度和剛度過剩，造成浪費(fèi)。

3設(shè)計(jì)改進(jìn)建議

3.1模塊化設(shè)計(jì)

因預(yù)制構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化程度低，導(dǎo)致模具通用率低，無法進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。針對(duì)這種情況，可進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，如目前很多樓梯模具均配有一體的爬梯和走臺(tái)，如圖3所示?？蓪⑦@些爬梯和走臺(tái)從模具中取消，單獨(dú)制作爬梯和走臺(tái)放于車間共同使用，既可節(jié)省成本，又能有效節(jié)省廠房空間，如圖4所示。此外，樓梯模具中底座尺寸是保持不變的，可由原來的焊接方式更改為螺栓連接，項(xiàng)目結(jié)束后將底座用于下一個(gè)項(xiàng)目，從而實(shí)現(xiàn)樓梯模具底座的通用，如圖5所示。此外，窗口模具也可進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，窗口模具一般為8個(gè)單元組合而成，如圖6所示。其中四個(gè)窗角可作為通用模具，四個(gè)直段模具的長度可根據(jù)窗戶的常用尺寸設(shè)計(jì)為600mm、800mm、1000mm等，經(jīng)合理組合進(jìn)行使用，實(shí)現(xiàn)大部分窗戶洞口的尺寸要求，從而節(jié)省成本和縮短制作周期。

3.2組合模具設(shè)計(jì)

預(yù)制疊合板一般指樓板的預(yù)制底板，后期通過桁架筋與上部現(xiàn)澆混凝土層結(jié)合成為一個(gè)整體，是預(yù)制和現(xiàn)澆混凝土相結(jié)合的一種較好的結(jié)構(gòu)形式，具有施工快，整體剛度大，抗震性能好的特點(diǎn)，預(yù)制構(gòu)件可提前預(yù)埋線盒，預(yù)留管道洞口。疊合板是裝配式建筑中使用廣泛，幾乎每個(gè)裝配式建筑均有采用，在預(yù)制構(gòu)件中數(shù)量占比大、模具費(fèi)用高、制作周期長。但為了適應(yīng)不同的房間尺寸，預(yù)制混凝土疊合板的尺寸變化頻繁且無規(guī)律，疊合板出筋間距也各不相同，但以200mm和150mm間距為主，根據(jù)預(yù)制疊合板的這些特點(diǎn)，可將上述兩種常用出筋間距的模具做成組合模具：將一個(gè)方向的模具做成2米一段的通用模具，另一方向的模具只需在組合模具中滑動(dòng)，即可實(shí)現(xiàn)任何尺寸的疊合板生產(chǎn)制作，如圖7所示，實(shí)現(xiàn)成本節(jié)約。

3.3基于提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行設(shè)計(jì)

針對(duì)上文2.2中提到的墻板梁筋處拆模不便的問題，為提高拆模效率，模具設(shè)計(jì)可采用通長上提式結(jié)構(gòu)，無需拆解螺栓和模具即可脫模，只需做好漏漿的封堵措施，如圖8所示。此外，目前模具在設(shè)計(jì)和制作時(shí)，普遍將立板和頂板平齊，而頂板在生產(chǎn)和拆模過程中逐漸變形，當(dāng)刮平桿以模具頂面為基準(zhǔn)對(duì)預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行找平和控制厚度時(shí)，變形的頂板嚴(yán)重影響找平和收面效果，為解決該問題，可考慮將模具立板預(yù)留飛邊，高出頂板5mm，如圖9所示，以立板為基準(zhǔn)進(jìn)行找平，可有效避免因模具頂板變形導(dǎo)致預(yù)制構(gòu)件找平和收面效果不佳的問題。墻板模具側(cè)面出筋多為封閉箍筋或彎鉤，模具在出筋位置需開長孔，加上長孔內(nèi)有出筋，如圖10所示。封堵不便，導(dǎo)致混凝土澆筑時(shí)漏漿嚴(yán)重，為解決該問題，可在長孔側(cè)邊開孔，將出筋放于此處，則長孔封堵變得非常方便，拆模時(shí)只需移動(dòng)模具將出筋恢復(fù)至長孔位置即可，如圖11所示，這樣可有效改善混凝土漏漿問題，避免浪費(fèi)混凝土和污染環(huán)境，同時(shí)提高構(gòu)件質(zhì)量。

3.4優(yōu)化模具結(jié)構(gòu)

目前大部分墻板模具采用鋼板組焊的方式進(jìn)行制作，預(yù)制內(nèi)墻板和三明治外墻中的內(nèi)葉板厚度一般為200mm，為避免焊接變形、減少人工作業(yè)量和縮短制作周期，可使用200×73×7.0/Q235規(guī)格的槽鋼代替鋼板組焊，如圖12所示。同樣，疊合板厚度一般為60mm厚，可使用60×6.0/Q235的非標(biāo)角鋼代替，如疊合板有倒角，可使用70×6.0/Q235折彎代替。疊合板模具也可以采用一次成型的鋁合金模具，側(cè)面做成花紋、溝槽或凸起，生產(chǎn)的疊合板構(gòu)件側(cè)面自然形成粗糙面，無需沖毛處理，如圖13所示。經(jīng)測算，使用槽鋼制作的墻板模具比鋼板組焊重量減低20%左右，使用角鋼制作的疊合板模具重量降低30%左右。此外，模具設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目情況和模具周轉(zhuǎn)次數(shù)，合理選擇鋼板厚度、型材規(guī)格和模具結(jié)構(gòu)形式，在保證模具質(zhì)量的前提下，根據(jù)周轉(zhuǎn)次數(shù)合理設(shè)計(jì)耐久性和使用壽命，可大幅節(jié)約成本。

4結(jié)語

隨著裝配式建筑的大力發(fā)展，裝配式建筑占比和單體裝配率逐年提高，為推動(dòng)行業(yè)健康穩(wěn)定發(fā)展，對(duì)裝配式建筑模具設(shè)計(jì)和制作水平的要求也越來越高。本文結(jié)合預(yù)制構(gòu)件實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，首先對(duì)目前模具設(shè)計(jì)現(xiàn)狀、存在的問題和不足進(jìn)行分析，提出以下改進(jìn)建議：

（1）進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，將窗口模具、樓梯模具底座、爬梯和走臺(tái)等設(shè)計(jì)為通用件；（2）針對(duì)模具占比大、普遍使用的疊合板模具推行組合模具；（3）基于提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行模具設(shè)計(jì)，將模具立板做成飛邊形式，將帶有梁筋且不便拆模的墻板模具做成通長上提式結(jié)構(gòu)；（4）優(yōu)化模具結(jié)構(gòu)，根據(jù)周轉(zhuǎn)次數(shù)選擇合適的鋼板和型材等措施，可顯著降低模具成本，改善漏漿情況、構(gòu)件找平效果和拆模速度，從而提高預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。同時(shí)，本文為模具設(shè)計(jì)和制作人員提供了新的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)思路。

作者:陳金濤 單位:青島光大集團(tuán)大型構(gòu)件有限公司