PC构件模具标准化和通用化分析

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摘要：针对装配式建筑中pc构件生产的模具重复利用率较低、模具配套成本较高等现状，从预制构件标准化、构件模具标准化库与模具零部件标准化、模具组合式通用化配置等方面出发，对PC构件生产中模具设计与制作进行了分析与研究，对降低装配式建筑总体生产成本和提高预制构件生产效率提出了建议。

关键词：装配式建筑；PC构件；模具；标准化；通用化

随着装配式建筑产业的大力发展，预制混凝土构件（Precastconcretecomponents，以下简称PC构件）产品种类与型号也在不断增加，但尚未形成完整标准化设计与生产模式，预制构件模具配套成本大幅增加，从而造成预制构件整体造价偏高，阻碍了装配式建筑产业的持续发展[1-2]。本文通过分析PC构件模具设计现状，对PC构件标准化和模数化进行研究，从PC构件模具主体结构与零部件的标准化和工程中构件模具组合式通用化配置角度进行分析研究，探索降低构件模具配套成本、提高模具设计制作效率和模具重复利用率的有效途径。

1PC构件模具设计现状

PC构件模具主要以钢模为主，构件类型主要包括预制剪力墙、填充墙、叠合梁、构造柱、叠合楼板、楼梯等。模具配套设计主要依据PC构件形状、钢筋布置、预埋件位置和拆装工艺进行，其结构包括面板、支撑结构和工装吊架零部件等，且模具结构应满足承载力、刚度、稳定性和拼拆方便等设计要求。PC构件具有种类多样、形状复杂等特点。不同工程中PC构件的拆分和设计尚无成熟的统一标准，导致模具适用工程单一、周转次数少、损耗严重，不能达到单一模具多次生产的目的，这也是预制构件生产成本居高不下的原因之一[3-4]。

2PC构件标准化研究

PC构件模具设计的标准化需建立在PC构件标准化的基础上，整合大量已完工程，分析研究已生产预制构件并总结其规律性，整合开间、进深尺寸践行模数协调原则，综合考虑建筑、结构及其他专业功能要求及相互协调关系，对常用各类预制构件进行分类归纳和统计，并建立标准化预制构件库。标准化预制构件库将预制构件分为A类剪力墙、B类填充墙、C类阳台、D类楼板、E类空调板和F类楼梯等六大类构件。同时，针对PC构件模数化设计进行研究，通过实践经验，规范预制构件设计与拆分模数化原则，优化标准构件数量。如标准化构件库中剪力墙、填充墙构件属于模数化构件，其中剪力墙高设计为2780mm，墙厚设计为200mm，墙身段长度L为可变参数，以300mm为模数进行设计拆分，长度包括1200mm、1500mm、1800mm、2100mm、2400mm、2700mm和3000mm几种尺寸，房屋结构中非标模数长度的剪力墙面可由调节后浇暗柱的长度来控制[5-6]。采用标准化设计拆分的构件可配置标准化模具，当不同项目中采用构件库内构件，可直接调用标准化模具库内设计图纸进行模具设计，模数化的构件设计可为组合式设计方法进行模具设计提供基础。针对PC件标准化模数化的研究并建立标准化构件库，可为构件模具标准化研究提供基础，也是模具主体结构标准化设计的前提条件。

3PC构件模具的标准化设计研究

3.1基于标准化库的模具设计研究与实践效果。基于对PC构件标准化设计方法和标准化构件库的研究，将对标准化模具库进行分析，并对不在工程实践中的应用效果。标准化模具库为根据标准化构件库配套设计对应的模具图库，即每个标准构件对应设计一套标准化的模具，包括三维建模图和二维加工图纸。图1为标准化剪力墙三维模具。当设计构件为构件标准库内构件时，可直接检索模具标准库中已有的模具加工图，直接调用或者进行适当修改，可大幅减少模具设计的工作量，且基于标准化库的设计，各类型构件统计归类后可优化模具配置方案，模具配置套数也可大幅减少。本文以上海市宝山区顾村镇市属征迁安置房F-4地块项目2#、3#楼为例，量化统计了传统方案和基于标准化库两种模具配置方案的各类构件模具配置套数和设计工作量，详细数据见表1和表2。通过传统模式和基于标准化库两种模具配置。方案的各类型构件模具配置套数和设计工作量的对比分析可知，基于标准化构件和模具库进行的构件和模具设计可大幅减少构件模具设计工作量和模具配置套数，从而降低模具成本。3.2零部件的标准化设计与制作PC构件模具配套零部件作为PC构件模具设计的重要组成，且大部分具有较成熟的行业标准，模具配套部件与模具主体结构可灵活拆卸，故通过配套设计与制作标准化的模具配件，建立配件仓储库等方式，在不同工程项目或不同构件生产中，相同构件结构所需配套零部件重复使用，可大幅提高模具零部件重复利用率和减少该类配件浪费，主要包括剪力槽、预埋窗、预留孔洞、预埋钢筋套筒、工装吊架等相关配件。3.2.1剪力键与剪力槽。经过大量实践得出，当剪力槽深度H≤30mm，宜采用实心钢板，M12螺栓连接，当H>30mm时，采用6mm钢板折弯。剪力键配件较重且耐用，当不同项目剪力键大小相同时，可重复利用。图2为一类剪力键配件。3.2.2构件窗模具配件。窗框、门洞作为必不可少的部件，不同工程有预留窗洞和预埋窗框两种预制形式，且结构有较多相似之处。配套模具设计时，窗框模具一般分为6～8块，采用10mm法兰连接，方便拆模。图3为两种常见窗洞的配套模具方案，当窗框大小尺寸符合一定标准或模数后，窗框配套模具可实现重复利用。3.2.3预埋、预留孔洞等配件。PC构件中包含较多功能性预埋件或预留孔洞，包括镀锌钢套管、止水节、地漏、PVC管定位、预留圆洞、预留方洞等，该类预埋件的配套模具配件大部分可实现不同工程间的通用。构件埋件等需工装吊架作为安装定位装置，常见埋件工装架包括吊装、调标高、接驳用埋件、预留方洞等。另外，可通过设计可调式PC埋件工装架，提高工装吊架重复利用率，图4、图5分别为部分埋件、工装和吊具结构。

4预制构件模具组合式通用化配置

经过大量工程实践总结，同一工程中同类型构件不同构件型号往往存在较多相似之处，可在PC构件模具配套设计初期，采取组合式通用技术，实现部分边模或组件重复利用，优化模具配置套数方案，从而减少模具配套总体数量。通过分析整合不同预制构件的类型、尺寸、结构形式等特点，针对不同类型构件模具设计不同组合式通用配置方法，探索几种降低不同类型构件模具配置套数和减少设计工作量的途径。4.1预制叠合梁、构造柱、叠合楼板模具。预制叠合梁、构造柱和叠合楼板是装配式建筑重要的组成部分，且结构相对简单，配套模具可实现组件或边模的通用化，可有效减少模具配置[7]。预制梁、预制柱多呈不同尺寸的长方体形状，当构件端截面相同时，可利用端模的位置移动调节构件长度；叠合楼板多为厚度相同的长方体结构，可通过拼装和边模位置调节满足不同尺寸构件生产。图6、图7分别为上海市浦江社区MHP0-1302单元安置房项目中预制叠合梁和松江南站大型居住社区C19-10-04号地块动迁安置房项目叠合楼板模具配套模具结构。4.2预制墙板类构件模具。预制墙板类构件包括预制剪力墙、预制填充墙构件等，通过大量工程实践发现，较多工程为实现建筑结构不同楼层间的差异化需求，墙板的高度或形状设计存在一定差异，利用组合式通用模具配置方法可有效减少模具配置数量，以下为两种实际工程中遇到的不同楼层存在结构差异的构件生产的模具配置方法，其他不同工程中类似情况可参考此类方法进行构件模具的配套设计。以上海市静安区市北高新技术服务业园区NO70501单元09-03地块住办商品房项目中两个典型应用案例，可为所述的组合式通用模具配置方法提供借鉴。工程概况如下：（1）不同楼层墙板在层高和梁筋方面存在差异，但侧面结构仍存在较多相同部分，故采取组合式通用结构进行设计，可避免每类构件配置一套模具的浪费。图8为其中一种情况，总层数26层的楼体有五种墙板结构，但不同墙板下部结构皆相同，故采用组合拼装方式将下部结构模具通用，替换上部结构模具以实现几种构件的浇筑。（2）工程外墙飘窗高度与形状存在部分差异，导致底模需单独配置，利用组合式通用配置方法，可将各构件不同部分进行单独制作，并与相同的通用部分进行组合式拼装，实现不同构件的浇筑，如该33F楼层上部无凸块部分，即可替换上部模具组件进行组合浇筑，可有效减少模具配套数量，如图9所示。4.3预制楼梯模具。预制楼梯是房屋建筑结构中重要的组成部分，且不同工程中楼梯的结构类似，当层高和踏步等规格相同时，楼梯模具通过少量改动或直接通用，可有效减少楼梯模具的配置数量。图10为楼梯模具三维结构图。当楼梯踏步和层高等主要参数相同时，一套楼梯模具可少量改制，并应用于其他工程中实现通用。

5结论

（1）建立标准化预制构件和配套模具库。通过研究预制构件设计生产规律，总结预制构件标准化模数化的设计和拆分方法，并建立构件标准化库和配套模具标准化库，不同工程可参考构件标准化库进行构件拆分设计，配套模具就可直接调用配套的标准化模具库中模具进行设计制作，实际工程中有很好的应用效果。（2）通过零部件的标准化设计制作、建立标准化配件仓储等方式，对提高模具零部件利用率、减少零部件浪费和降低模具成本具有显著的效果。（3）在不影响构件生产工期情况下，在模具配套设计初期，考虑通过组合拼装方式，相同结构部分重复使用，不同部分拼装替换，可实现不同型号构件差异化结构的浇筑。

参考文献：

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[2]齐宝库,张阳.装配式建筑发展瓶颈与对策研究[J].沈阳建筑大学学报:社会科学版,2015,17(2):156-159.

[3]周克家.装配式建筑模具现状及发展趋势[J].装备制造技术,2017(5):61-63.

[4]常春光,张瑜.装配式建筑构件生产成本控制问题与措施研究[J].沈阳建筑大学学报:社会科学版,2016,18(5):470-475.

[5]王宇,,朱敏涛.基于BIM技术的标准化构件库的应用研究[J].建筑技艺.2018(S1):72-75.

[6]白庶,张艳坤,韩凤,等.BIM技术在装配式建筑中的应用价值分析[J].建筑经济,2015,36(11):106-109.[7]杨文斌,刘转伟,卢恒,等.基于梁柱预制构件的组合式模具研究[J].施工技术,2017,46(S2):595-599.

作者: 马金华 张德刚 朱敏涛 李玲玉 单位:上海建工材料工程有限公司