建筑模具(浅谈装配式建筑预制构件模具设计)

Posted 2023-05-25

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建筑模具(浅谈装配式建筑预制构件模具设计)

一、装配式建筑现状及发展趋势

装配式建筑是用预制构件装配而成的建筑，是基于工业化生产驱动下建筑项目的整个生产过程，是“建筑+制造”二者跨界融合的新模式。利用现代工业化技术，传统建筑业与传统建筑相比，装配式建筑预制构件的组装工艺简单、施工周期较短，预制构件实现模数化，方便现场管理存放，因此装配式建筑约可缩短施工周期，节约原材料的消耗，减少施工过程中产生的建筑垃圾，且大大降低了粉尘及噪音污染。

根据住建部统计的数据，2016 年全国新开工装配式建筑1.14 亿㎡，同比增长 57％，占新建建筑面积的比例为4.9％，全国新开工装配式建筑4.2亿㎡，同比增长45％，占新建建筑面积的比例为13.4％，2016-2019年，新开工建筑中，装配式建筑年均增长率为 55％。从重点区域看，2019 年重点推进地区新开装配式建筑占全国比例为47％，装配式建筑在东部发达地区继续引领全国发展，同时其他一些地区逐渐呈规模化发展局面。在2020年的“两会”上，“装配式建筑”依然为行业热词之一，在国家鼓励的大环境大背景下，各省市将继续加紧推进装配式建筑的落地进程，不少地方更是对建筑产业化的发展及新建建筑的预制率提出了明确要求。

尽管这几年我国装配式建筑发展迅猛，2019年占比达到了13.4％，但是从全球范围来看，欧美国家装配式建筑的普及率在80％以上，我国装配式建筑仍然远远落后于发达国家水平，仍需进一步提高预制水平与面积。

二、装配式建筑模具相关讨论

1.当前模具发展现状

模具设计作为生产环节的起始环节，在装配式建筑整个建设过程中发挥着巨大的作用，既需要对接上游的深化设计，更对整个构件生产环节起到主导作用，如果设计不合理有设计缺陷，那么就会导致预制构件出现各种问题，从而混凝土构件无法装配使用，造成直接的经济损失，所以模具的优劣直接关系到产品的质量。设计出符合要求的模具可大批制造构件，保证构件的精度及一致性，也能大大缩短制造时间、提高生产效率。

然而，由于装配式建筑仍处于发展阶段，各个环节都处于研究探索阶段，装配式建筑模具设计并没有得到足够的关注及重视，导致模具设计在行业内并没有统一的设计标准，无论是模具设计、材料选用、制造工艺、脱模方式都没有统一的模板模式，设计与生产方式较为粗犷，存在较多不足。如何对传统进行创新，走向现代化生产模式，在目前行业发展的大前提下建立符合行情的装配式建筑模具发展思路及路线，是目前模具发展的首要问题。

2.模具设计准则

结合目前装配式建筑构件生产车间生产情况及国内其他成熟的模具设计行业的设计标准，在装配式建筑构件的模具设计应遵循以下原则，才能保证设计出的模具的实用性。

1）便于构件脱模。PC构件为混凝土构件，质量大，体积大，不便于运输，所以是否脱模方便是模具设计过程中首要考虑的问题，若是设计不当无法脱模，则将造成直接的经济损失，同时设计的模具不便于脱模，也将给现场脱模增加工作难度，也会导致构件在脱模过程中损坏，极大地降低合格率，造成人工、材料成本大量浪费，在设计过程中不易于脱模的地方需要增加拔模斜度。

2）模具尺寸精度。尺寸精度包含两个方面——构件的尺寸精度及模具的尺寸精度，其中模具的尺寸精度直接决定所生产的构件精度，设计人员必须保证模具的尺寸精度，及模具生产的构件的尺寸精度，由于模具中浇筑的混凝土凝固后会发生膨胀，因而模具设计之初就要将其考虑在内，在设计过程应留有余量，这样才能保证模具所做出的构件尺寸不会过大且在允许的公差范围内。模具在加工焊接过程中，采用的材料及焊接工艺也都会影响到尺寸精度。

3）模具强度。模具中的混凝土凝固后，尺寸会膨胀，对模具的边模产生挤压，模具强度不够的情况下，模具将会发生变形，且每套模具用于多个构件生产，弱变形量较大，构件的尺寸误差将逐渐累积超过允许公差范围。保证模具强度的办法有很多，比如在边模增加加强筋数量，增加杆件，型材作为支撑等等。

4）模具出筋方式的处理。模具出筋的设计主要为钢筋开豁尺寸及开豁形式，若设计中开豁尺寸较大，则模具的密封性会出现问题，出现漏浆现象，模具漏浆会严重影响PC构件的外观，出现表面粗糙现象，需要耗费大量人力进行修整；若开豁尺寸过小，则会影响脱模，导致构件卡死情况的发生。

5）安全性及实用性。由于楼梯、阳台等构件多为大型模具，模具尺寸较大，重量重，所以在设计过程中应充分考虑实用性及可操作性，便于工人操作，留有足够的操作空间及操作平台，便于模具的组装、拆卸及生产过程中的操作。

3.装配式建筑预制构件模具问题

目前行业内的预制构件模具处于模仿、探索阶段，并没有统一的设计标准，预制建筑产品包括预制内外墙、叠合板、预制楼梯、PCF 板、预制梁、柱、预制阳台、预制空调板等，目前行业内的模具主要问题包括如下几个方面的不足。

1）标准化程度低，通用性差。由于目前各个建筑单位的技术标准没有统一，导致预制构件的标准程度不高，且各个模具厂设计也无统一标准，导致预制构件模具标准化程度低，通用性差，资源浪费情况严重。以种类最多的叠合板模具及重量较大的阳台模具为例，叠合板作为预制构件中使用最多且种类最多的构件，其模具也相应种类最多，由于每块叠合板板的尺寸出筋不同，导致叠合板生产完毕后模具无法回收再利用，且由于种类过多，现场存放及查找模具耗费大量的人力物力，浪费严重，而像楼梯、阳台等尺寸较大，重量较大的预制构件模具，生产完毕后也模具也只能做报废处理。另外，行业内的软件设计也缺乏统一的规范和标准，致使各相关专业的衔接和数据传递十分困难，用一种软件绘制的图形文件，用另一种软件打开时，常常会造成图形变形或数据丢失的情况，因此给设计人员带来了许多不必要的麻烦，影响了设计人员的技术交流，对设计信息从上游工序到下游工序产生障碍。

2）模具尺寸精度问题。由于像梁、柱、阳台板、楼梯等预制构件尺寸较大，这就需要模具与构件尺寸要相匹配，模具如果尺寸过大，如何控制模具尺寸，保证各个尺寸精度就会成为模具厂模具生产过程中的难题，下料过程中的误差，焊接过程中的焊接变形、组模过程中的误差，由此产生的累计误差都会随模具尺寸的增大而增大，因此对于大型的模具的模具结构及焊接工艺都要进行调整和完善，以保证模具尺寸在公差允许范围之内。

3）预制构件模具使用过程中的锈蚀问题。预制构件模具多采用钢材料，模具在使用过程中与混凝土接触，混凝土中水分带来的锈蚀问题是必须要考虑的，所以一般要对模具表面进行防锈处理，防止模具因锈蚀造成的报废现象。