PC構件模具標準化和通用化分析

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摘要：針對裝配式建筑中pc構件生產的模具重復利用率較低、模具配套成本較高等現狀，從預制構件標準化、構件模具標準化庫與模具零部件標準化、模具組合式通用化配置等方面出發，對PC構件生產中模具設計與制作進行了分析與研究，對降低裝配式建筑總體生產成本和提高預制構件生產效率提出了建議。

關鍵詞：裝配式建筑；PC構件；模具；標準化；通用化

隨著裝配式建筑產業的大力發展，預制混凝土構件（Precastconcretecomponents，以下簡稱PC構件）產品種類與型號也在不斷增加，但尚未形成完整標準化設計與生產模式，預制構件模具配套成本大幅增加，從而造成預制構件整體造價偏高，阻礙了裝配式建筑產業的持續發展[1-2]。本文通過分析PC構件模具設計現狀，對PC構件標準化和模數化進行研究，從PC構件模具主體結構與零部件的標準化和工程中構件模具組合式通用化配置角度進行分析研究，探索降低構件模具配套成本、提高模具設計制作效率和模具重復利用率的有效途徑。

1PC構件模具設計現狀

PC構件模具主要以鋼模為主，構件類型主要包括預制剪力墻、填充墻、疊合梁、構造柱、疊合樓板、樓梯等。模具配套設計主要依據PC構件形狀、鋼筋布置、預埋件位置和拆裝工藝進行，其結構包括面板、支撐結構和工裝吊架零部件等，且模具結構應滿足承載力、剛度、穩定性和拼拆方便等設計要求。PC構件具有種類多樣、形狀復雜等特點。不同工程中PC構件的拆分和設計尚無成熟的統一標準，導致模具適用工程單一、周轉次數少、損耗嚴重，不能達到單一模具多次生產的目的，這也是預制構件生產成本居高不下的原因之一[3-4]。

2PC構件標準化研究

PC構件模具設計的標準化需建立在PC構件標準化的基礎上，整合大量已完工程，分析研究已生產預制構件并總結其規律性，整合開間、進深尺寸踐行模數協調原則，綜合考慮建筑、結構及其他專業功能要求及相互協調關系，對常用各類預制構件進行分類歸納和統計，并建立標準化預制構件庫。標準化預制構件庫將預制構件分為A類剪力墻、B類填充墻、C類陽臺、D類樓板、E類空調板和F類樓梯等六大類構件。同時，針對PC構件模數化設計進行研究，通過實踐經驗，規范預制構件設計與拆分模數化原則，優化標準構件數量。如標準化構件庫中剪力墻、填充墻構件屬于模數化構件，其中剪力墻高設計為2780mm，墻厚設計為200mm，墻身段長度L為可變參數，以300mm為模數進行設計拆分，長度包括1200mm、1500mm、1800mm、2100mm、2400mm、2700mm和3000mm幾種尺寸，房屋結構中非標模數長度的剪力墻面可由調節后澆暗柱的長度來控制[5-6]。采用標準化設計拆分的構件可配置標準化模具，當不同項目中采用構件庫內構件，可直接調用標準化模具庫內設計圖紙進行模具設計，模數化的構件設計可為組合式設計方法進行模具設計提供基礎。針對PC件標準化模數化的研究并建立標準化構件庫，可為構件模具標準化研究提供基礎，也是模具主體結構標準化設計的前提條件。

3PC構件模具的標準化設計研究

3.1基于標準化庫的模具設計研究與實踐效果。基于對PC構件標準化設計方法和標準化構件庫的研究，將對標準化模具庫進行分析，并對不在工程實踐中的應用效果。標準化模具庫為根據標準化構件庫配套設計對應的模具圖庫，即每個標準構件對應設計一套標準化的模具，包括三維建模圖和二維加工圖紙。圖1為標準化剪力墻三維模具。當設計構件為構件標準庫內構件時，可直接檢索模具標準庫中已有的模具加工圖，直接調用或者進行適當修改，可大幅減少模具設計的工作量，且基于標準化庫的設計，各類型構件統計歸類后可優化模具配置方案，模具配置套數也可大幅減少。本文以上海市寶山區顧村鎮市屬征遷安置房F-4地塊項目2#、3#樓為例，量化統計了傳統方案和基于標準化庫兩種模具配置方案的各類構件模具配置套數和設計工作量，詳細數據見表1和表2。通過傳統模式和基于標準化庫兩種模具配置。方案的各類型構件模具配置套數和設計工作量的對比分析可知，基于標準化構件和模具庫進行的構件和模具設計可大幅減少構件模具設計工作量和模具配置套數，從而降低模具成本。3.2零部件的標準化設計與制作PC構件模具配套零部件作為PC構件模具設計的重要組成，且大部分具有較成熟的行業標準，模具配套部件與模具主體結構可靈活拆卸，故通過配套設計與制作標準化的模具配件，建立配件倉儲庫等方式，在不同工程項目或不同構件生產中，相同構件結構所需配套零部件重復使用，可大幅提高模具零部件重復利用率和減少該類配件浪費，主要包括剪力槽、預埋窗、預留孔洞、預埋鋼筋套筒、工裝吊架等相關配件。3.2.1剪力鍵與剪力槽。經過大量實踐得出，當剪力槽深度H≤30mm，宜采用實心鋼板，M12螺栓連接，當H>30mm時，采用6mm鋼板折彎。剪力鍵配件較重且耐用，當不同項目剪力鍵大小相同時，可重復利用。圖2為一類剪力鍵配件。3.2.2構件窗模具配件。窗框、門洞作為必不可少的部件，不同工程有預留窗洞和預埋窗框兩種預制形式，且結構有較多相似之處。配套模具設計時，窗框模具一般分為6～8塊，采用10mm法蘭連接，方便拆模。圖3為兩種常見窗洞的配套模具方案，當窗框大小尺寸符合一定標準或模數后，窗框配套模具可實現重復利用。3.2.3預埋、預留孔洞等配件。PC構件中包含較多功能性預埋件或預留孔洞，包括鍍鋅鋼套管、止水節、地漏、PVC管定位、預留圓洞、預留方洞等，該類預埋件的配套模具配件大部分可實現不同工程間的通用。構件埋件等需工裝吊架作為安裝定位裝置，常見埋件工裝架包括吊裝、調標高、接駁用埋件、預留方洞等。另外，可通過設計可調式PC埋件工裝架，提高工裝吊架重復利用率，圖4、圖5分別為部分埋件、工裝和吊具結構。

4預制構件模具組合式通用化配置

經過大量工程實踐總結，同一工程中同類型構件不同構件型號往往存在較多相似之處，可在PC構件模具配套設計初期，采取組合式通用技術，實現部分邊模或組件重復利用，優化模具配置套數方案，從而減少模具配套總體數量。通過分析整合不同預制構件的類型、尺寸、結構形式等特點，針對不同類型構件模具設計不同組合式通用配置方法，探索幾種降低不同類型構件模具配置套數和減少設計工作量的途徑。4.1預制疊合梁、構造柱、疊合樓板模具。預制疊合梁、構造柱和疊合樓板是裝配式建筑重要的組成部分，且結構相對簡單，配套模具可實現組件或邊模的通用化，可有效減少模具配置[7]。預制梁、預制柱多呈不同尺寸的長方體形狀，當構件端截面相同時，可利用端模的位置移動調節構件長度；疊合樓板多為厚度相同的長方體結構，可通過拼裝和邊模位置調節滿足不同尺寸構件生產。圖6、圖7分別為上海市浦江社區MHP0-1302單元安置房項目中預制疊合梁和松江南站大型居住社區C19-10-04號地塊動遷安置房項目疊合樓板模具配套模具結構。4.2預制墻板類構件模具。預制墻板類構件包括預制剪力墻、預制填充墻構件等，通過大量工程實踐發現，較多工程為實現建筑結構不同樓層間的差異化需求，墻板的高度或形狀設計存在一定差異，利用組合式通用模具配置方法可有效減少模具配置數量，以下為兩種實際工程中遇到的不同樓層存在結構差異的構件生產的模具配置方法，其他不同工程中類似情況可參考此類方法進行構件模具的配套設計。以上海市靜安區市北高新技術服務業園區NO70501單元09-03地塊住辦商品房項目中兩個典型應用案例，可為所述的組合式通用模具配置方法提供借鑒。工程概況如下：（1）不同樓層墻板在層高和梁筋方面存在差異，但側面結構仍存在較多相同部分，故采取組合式通用結構進行設計，可避免每類構件配置一套模具的浪費。圖8為其中一種情況，總層數26層的樓體有五種墻板結構，但不同墻板下部結構皆相同，故采用組合拼裝方式將下部結構模具通用，替換上部結構模具以實現幾種構件的澆筑。（2）工程外墻飄窗高度與形狀存在部分差異，導致底模需單獨配置，利用組合式通用配置方法，可將各構件不同部分進行單獨制作，并與相同的通用部分進行組合式拼裝，實現不同構件的澆筑，如該33F樓層上部無凸塊部分，即可替換上部模具組件進行組合澆筑，可有效減少模具配套數量，如圖9所示。4.3預制樓梯模具。預制樓梯是房屋建筑結構中重要的組成部分，且不同工程中樓梯的結構類似，當層高和踏步等規格相同時，樓梯模具通過少量改動或直接通用，可有效減少樓梯模具的配置數量。圖10為樓梯模具三維結構圖。當樓梯踏步和層高等主要參數相同時，一套樓梯模具可少量改制，并應用于其他工程中實現通用。

5結論

（1）建立標準化預制構件和配套模具庫。通過研究預制構件設計生產規律，總結預制構件標準化模數化的設計和拆分方法，并建立構件標準化庫和配套模具標準化庫，不同工程可參考構件標準化庫進行構件拆分設計，配套模具就可直接調用配套的標準化模具庫中模具進行設計制作，實際工程中有很好的應用效果。（2）通過零部件的標準化設計制作、建立標準化配件倉儲等方式，對提高模具零部件利用率、減少零部件浪費和降低模具成本具有顯著的效果。（3）在不影響構件生產工期情況下，在模具配套設計初期，考慮通過組合拼裝方式，相同結構部分重復使用，不同部分拼裝替換，可實現不同型號構件差異化結構的澆筑。

參考文獻：

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作者: 馬金華 張德剛 朱敏濤 李玲玉 單位:上海建工材料工程有限公司