裝配式建筑預制構件模具優(yōu)化設計淺析

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摘要:為更加合理的進行裝配式建筑預制構件模具的設計、制作和使用，本文結合多年設計經驗和實際生產經驗，基于構件生產效率、產品質量和模具成本，針對模具模塊化設計、結構優(yōu)化設計和組合設計等提出新的思路，為模具設計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)展的主要內客，是穩(wěn)增長、促改革、調結構的重要手段，與傳統(tǒng)施工方法相比，裝配式建筑可實現節(jié)能、節(jié)水、節(jié)材、節(jié)時、節(jié)省人工、大幅減少建筑垃圾和揚塵、環(huán)保的目的；裝配式建筑在現場主要進行預制構件的拼裝，與傳統(tǒng)現澆模式相比，把施工現場大量的高強度的作業(yè)移向“工作環(huán)境可實現人為控制的廠房內”進行現代化生產，改善了工人作業(yè)條件，減輕了勞動強度，提高構件生產精度，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，模具設計和制作普遍存在標準化和模塊化程度低、結構不合理和成本過高等問題，隨著預制構件品類日益增多，以及對產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)的高質量發(fā)展，存在一定的改進和提升空間。

2裝配式建筑模具設計當前現狀

2.1標準化程度低

住宅項目具有多樣化的特點，戶型和層高各有不同，以及每位工程師對預制構件拆分思路和習慣存在差異，導致預制構件尺寸、配筋和鋼筋間距的不同，模具之間互不通用，數量繁多。項目之間亦無法通用，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項目，項目結束后模具只能報廢處理，造成極大浪費，導致模具成本居高不下。

2.2模具結構設計不合理

大部分模具生產企業(yè)的工程師沒有預制構件生產經驗，導致設計的很多模具組裝和拆模難度大，甚至無法拆模的情況時有發(fā)生，嚴重影響了構件生產效率和產品質量，如圖1中的空調板模具，左側模具下層出筋孔為圓孔，需要將左側模具退出才能拆模，但構件彎筋導致模具沒有足夠的退出空間，導致無法拆模。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，拆模時需向外退出，拆模方向不同，目前設計普遍采用螺栓連接進行組模，拆模時需將兩端模具分離，如圖2所示，拆模效率很低。

2.3模具設計精細化程度不足

目前由于模具設計從業(yè)人員技術水平和生產單位制作水平參差不齊，模具設計和制作普遍存在精細化程度不足的情況，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、模具頂板變形導致影響收面效果等。

2.4未結合模具周轉次數進行選材

裝配式建筑項目既有超高層建筑，又有低層住宅，兩者模具的使用次數相差很大，但目前大部分模具設計和生產單位并未考慮模具周轉次數和使用壽命，所用鋼板厚度和型材規(guī)格均按照同一標準進行設計和生產。高層建筑的模具因使用次數多，強度和剛度不足導致后期變形和破損嚴重，影響預制構件質量，而低層建筑項目的模具周轉次數較少，強度和剛度過剩，造成浪費。

3設計改進建議

3.1模塊化設計

因預制構件標準化程度低，導致模具通用率低，無法進行標準化設計。針對這種情況，可進行模塊化設計，如目前很多樓梯模具均配有一體的爬梯和走臺，如圖3所示?？蓪⑦@些爬梯和走臺從模具中取消，單獨制作爬梯和走臺放于車間共同使用，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，項目結束后將底座用于下一個項目，從而實現樓梯模具底座的通用，如圖5所示。此外，窗口模具也可進行模塊化設計，窗口模具一般為8個單元組合而成，如圖6所示。其中四個窗角可作為通用模具，四個直段模具的長度可根據窗戶的常用尺寸設計為600mm、800mm、1000mm等，經合理組合進行使用，實現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組合模具設計

預制疊合板一般指樓板的預制底板，后期通過桁架筋與上部現澆混凝土層結合成為一個整體，是預制和現澆混凝土相結合的一種較好的結構形式，具有施工快，整體剛度大，抗震性能好的特點，預制構件可提前預埋線盒，預留管道洞口。疊合板是裝配式建筑中使用廣泛，幾乎每個裝配式建筑均有采用，在預制構件中數量占比大、模具費用高、制作周期長。但為了適應不同的房間尺寸，預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，根據預制疊合板的這些特點，可將上述兩種常用出筋間距的模具做成組合模具：將一個方向的模具做成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，即可實現任何尺寸的疊合板生產制作，如圖7所示，實現成本節(jié)約。

3.3基于提高生產效率和產品質量進行設計

針對上文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，模具設計可采用通長上提式結構，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，目前模具在設計和制作時，普遍將立板和頂板平齊，而頂板在生產和拆模過程中逐漸變形，當刮平桿以模具頂面為基準對預制構件進行找平和控制厚度時，變形的頂板嚴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留飛邊，高出頂板5mm，如圖9所示，以立板為基準進行找平，可有效避免因模具頂板變形導致預制構件找平和收面效果不佳的問題。墻板模具側面出筋多為封閉箍筋或彎鉤，模具在出筋位置需開長孔，加上長孔內有出筋，如圖10所示。封堵不便，導致混凝土澆筑時漏漿嚴重，為解決該問題，可在長孔側邊開孔，將出筋放于此處，則長孔封堵變得非常方便，拆模時只需移動模具將出筋恢復至長孔位置即可，如圖11所示，這樣可有效改善混凝土漏漿問題，避免浪費混凝土和污染環(huán)境，同時提高構件質量。

3.4優(yōu)化模具結構

目前大部分墻板模具采用鋼板組焊的方式進行制作，預制內墻板和三明治外墻中的內葉板厚度一般為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，側面做成花紋、溝槽或凸起，生產的疊合板構件側面自然形成粗糙面，無需沖毛處理，如圖13所示。經測算，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，模具設計時，應根據項目情況和模具周轉次數，合理選擇鋼板厚度、型材規(guī)格和模具結構形式，在保證模具質量的前提下，根據周轉次數合理設計耐久性和使用壽命，可大幅節(jié)約成本。

4結語

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，為推動行業(yè)健康穩(wěn)定發(fā)展，對裝配式建筑模具設計和制作水平的要求也越來越高。本文結合預制構件實際生產經驗，首先對目前模具設計現狀、存在的問題和不足進行分析，提出以下改進建議：

（1）進行模塊化設計，將窗口模具、樓梯模具底座、爬梯和走臺等設計為通用件；（2）針對模具占比大、普遍使用的疊合板模具推行組合模具；（3）基于提高生產效率和產品質量進行模具設計，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構；（4）優(yōu)化模具結構，根據周轉次數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、構件找平效果和拆模速度，從而提高預制構件的生產效率和產品質量。同時，本文為模具設計和制作人員提供了新的設計和生產思路。

作者:陳金濤 單位:青島光大集團大型構件有限公司