装配式建筑构件模具的设计与使用管理

郭波

摘要：从混凝土预制构件生产的角度，对模具技术进行阐述，并例举模具设计实例。

关键词：装配式 模具 设计 通用性 模数化 模块化 效益

引言

混凝土构件生产具有类型多样、生产流水快、重复性高、外观质量要求高等特点，而模具是预制构件的外形保证，其质量的高低对构件的影响至关重要，主要体现在预制构件生产效率、产品质量、效益和装配式优势的发挥等方面，因此，模具技术应用成为了构件生产的关键环节，结合清镇住宅产业化基地模具的使用经验，对模具设计和使用管理进行阐述，并例举两种新型模具设计实例供参考。

1模具设计思路和构型选择

模具是预制构件的外形控制材料，是预制构件成败的关键，因此预制构件模具设计之前须先分析模具设计需要解决什么问题，理清重难点，清晰模具设计思路，明确模具构型，将决定模具设计的优劣。

1.1模具设计须解决的重难点问题

预制构件是装配式建筑的组成部件，根据建筑的特性，预制构件须与现浇段或灌浆段之间通过钢筋/套筒可靠连接，这决定了预制构件的外形尺寸和出筋位置必须精准，对模具提出了高精度要求

另外预制构件是工业化工厂生产的产品，工厂厂房建设和设备年均摊销大，须进行流水化快速批量生产才能确保效益，因此模具须满足工业化流水线生产的要求，同时确保构件外观质量

模具单价昂贵，因此须优选模具构型以降低模具造价，并通过提高模具的通用性和耐久性增加模具周转次数以降低模具摊销费用

装配式建筑的重要优势之一是施工进度快，但由于预制构件的成本较高，经济因素限制了装配式建筑的发展，若能使预制构件具备更高的通用性和生产便利性，将使预制构件模具成本继续大幅度降低，并进一步加快生产效率，装配式建筑的综合造价则有望低于常规现浇建筑，如此将能充分发挥装配式建筑优势，大幅增加产业化市场份额，而这要求预制构件朝模块化方向发展，也就意味着模具设计与结构设计之间的协调配合须提到更高的层次。

1.2模具设计思路

为满足以上要求，预制构件模具应实行模数化设计、模块化制作思路，按照重复利用原则，采取整体式组合模具，连接可靠且质量轻便、便于拆装，并须具有精度高、通用性高、刚度高和耐久性好的特点。

同时为满足流水化生产、提高生产效率要求，生产时须将钢筋绑扎工序在模具外提前进行，完成后整体吊装入模，因此模具还应具备使钢筋网笼整体入模的能力，且具有公差配合好的优点，即具备生产便利性。

1.3模具构型选择

根据模具设计思路，整体式组合模具优选预留孔组合形式，构件各向表面分别制作可拆卸边模，各边模之间用螺栓连接。

以外墙板模具为例，因大多数墙板构件左右端面构造类似，仅墙板高度不同，按照重复利用原则，应选择最大高度的外墙板为参照，将外墙板左右边模设计为同一规格，外墙板上下边模嵌入左右边模之间并与其螺栓连接组合，即采用左右包上下构型，可使最大程度实现模具重复利用，提高通用性。

具体到各边模，左右边模可采用整体式构型，箍筋出筋孔采用槽孔并向上开通，以方便钢筋笼整体入模 外墙板上端面出筋较长，若采用与左右边模相同的构型，将导致上边模宽度过大，模具费用高，考虑到外墙板上端面均出直筋或箍筋的特点，可将上边模按外墙板板厚方向单独拆分成上下组合式模具构型，并额外采用螺栓连接，拼装模具时先安装下部组合，待钢筋笼整体入模后，再安装上部组合完成模具拼装，拆模时可整体脱模以节约时间。

另外外墙板内叶墙模具和外叶墙模具之间可仅在转角部用螺栓连接，通过合理选择模具宽度保证模具组合体的整体刚度，以减少振捣变形并提高模具耐久性，同时能简化模具拆装工序，提高生产效率。

最后，为保证外墙外立面感官效果，优选反打模具构型，即外叶墙在下紧贴模台，内叶墙在上的型式，以保证外墙板的外立面平整光滑。

模具构型的合理选择是模具详细设计的基础，是体现模数化设计、模块化制作思路并实现重复利用原则的关键设计步骤。

2模具详细设计

2.1模具材料和制作要求

为保证模具的高精度要求，模具须选择质地坚硬耐磨、便于加工成型的材料，一般选用 Q235钢材，叠合板模具板材厚度可选 5mm左右，其他模具面板厚度 8mm左右。板材的切割下料须采用激光切割机以确保精度，模具须有较高整体刚度以减小变形，模具的连接部位位置须唯一确定，焊点牢固，各向尺寸累积误差及平整度控制在依1mm以内，角误差依1毅以内。

2.2模具刚度设计

为确保模具的耐久性和构件外形尺寸，模具须具有各向较高刚度，一般主要是侧向刚度，首要考虑混凝土振捣时的模具刚度要求，此时不宜考虑磁盒的紧固力，仅按照连接孔位置为铰支点进行刚度计算，控制模具变形在 1mm以内，另外还须验算模具转运时模具的竖向刚度 一般情况下，钢模具若满足以上刚度要求，其强度亦满足要求。

2.3细部设计

模具细部设计对生产效率的提高尤为关键，同一种模具构型，细部不同可大幅影响生产效率和构件质量。

如叠合板模具的连接孔若采用通槽孔形式，则可使拆装模速度提高 3倍以上，将模具各部位连接螺栓均统一设计为？16，将减少扳手种类和数量，避免频繁更换扳手，可进一步提高拆装模具速度。

当内/外墙板采用钢筋笼整体吊装入模工艺时，考虑预绑钢筋的制作误差，若适当调宽模具出筋孔宽度并对孔开口部位进行倒角，有助于提高入模速度，入模后再使用胶塞调校鋼筋准确位置。

部分细部设计亦涉及到构件外观质量，如外墙板若采用正打工艺，其内叶模具就需注意面板与封板之间的接口的平顺设计，否则拆模时极易损坏保温板，而各向边模边肋板与面板之间需要采用垫板支垫，以确保各向边模面板之间的紧贴。

2.4模具与结构设计

为提高模具的通用性，必然需——以预制构件的模块化设计为基础，而预制构件模块化设计又须以预制构件的模数化设计为基础。

预制构件的模数化直接关系到模具的成本，采用模数化设计的构件，相同长度的各向边模基本均可通用 相反，未采用模数化设计的构件，即便外形尺寸一模一样，但可能因为出筋位置不一致导致模具无法通用，只能新做模具，造成巨大的浪费。

因此，模具设计须与结构设计进行充分沟通，提前介入结构设计阶段，贯彻模数化原则，通过采用合理模数，适当优化结构设计，使结构更适合于模数拆分，有效减少出现非模数化构件的数量，并通过实践的积累逐渐总结出一套最优模数体系，归纳出一系列模数化标准节点构造，最终为设计标准化模块构件创造条件。

2.5模具合理数量

模具的合理数量与生产进度要求相关，若考虑达到最大产能，综合气温、预养护和模具成本等因素，8小时台班产量与模具合理数量的比值为 2.4左右。

3新型模具设计实例

3.1内墙板可侧翻通槽孔模具

模具构型如下图所示。

模具封板与面板采用 8mm厚 Q235钢板，加肋斜撑采用 20伊 20的方钢，出筋孔向上开通槽孔，孔开口部位进行倒角 下封板的宽度为 50mm，通过竖向粗牙螺杆将模具调平。

该模具拆模时让整套边模能向上封板挑出一侧侧翻，拆模后不易导致钢筋变形 模具向上开槽，槽口尺寸大，也不易损坏模具，方便拆模并保护模具，大幅减少模具修复工作，模具的重复使用次数能达到 100次 上封板采用整板面不会对保温板挂伤拉扯导致预制构件破损。

3.2叠合板组合可变通用模具

该模具是一套免开孔、可以自由组合，并能快速拆卸的模具设计，通过在钢筋上、下侧模板的侧面放置密封装置，达到固定钢筋和填充钢筋间的空隙，实现模具免开孔，同时防止漏浆 该模具侧模可以伸缩调节以满足不同外形尺寸的需求，可以极大的增加模具周转次数，降低生产成本 浇捣前加装特制折型固定装置，既保证了浇捣过程中模具稳定，又减轻了模具的自重。同时为实现机械化装配、拆卸创造条件。

4模具使用管理

为实现清水混凝土的目标，同时维持模具的质量，提高模具周转次数，降低模具均摊费用，从模具的归类、拆装、维修和保养等方面也应采取相应的措施。

4.1模具编码与归类

一般来说，构件的整套模具难以全部都具有通用性，但能有部分边模具备通用条件，所以当一个项目生产完成后，模具的编码与归类不必按照构件区分，应按照通用性的不同分类。

模具的编码需按照事先确定的编码规则进行，对通用模具采用通用编码并同区归类，以便后续项目遇到类似构件时可随时调用。对不通用的模具单独编码与归类，同时做好台账，便于改装需要。

4.2模具安装与拆除

预制构件模具的安装应根据模具设计方案进行安装及加固，模具安装的偏差及检验方法按叶混凝土结构工程施工质量验收规范曳相关要求。模具拼接处必须紧密无缝隙，模具与模台面必须紧贴。为防止在混凝土浇筑振捣过程中出现模具上浮的现象，利用磁盒、螺栓或压模工装等每间隔一段距离压住模具边角。模具安装完成后及时涂刷脱模剂或粗糙剂，涂刷水性脱模剂时注意不能与油性脱模剂混用，同时不要沾染已喷油的模台面以避免两种脱模剂不相容导致混凝土外观色差的問题。

模具拆除时按固定的倒序进行，要保护板面，严禁强行砸、撬模具，拆卸后及时清理，并修理损伤的模具，经检查合格后使用。

5结语

从分析模具设计需解决的问题着手，理清模具设计重难点，清晰模具设计思路，根据预制构件的外形特点，合理选择模具构型，并通过模具详细设计，确定优化模具各项参数，是良好的模具设计的必要步骤。

良好的模具设计需配合良好的模具管理，从模具的归类、拆装、维修和保养等方面采取相应的措施，注重维持模具的质量，才能充分发挥模具的效用，增加模具周转次数，降低模具均摊费用。

通过不断循环改进提高模具设计技术与管理工作水平，逐步提高产业化生产效率，降低成本，充分发挥装配式建筑优势，最终达到效益最大化。

参考文献：

[1]维普资讯，阳台预制构件模具的改进（学术），姚骥.

[2]GB-50017-2003，叶钢结构设计规范曳，中国计划出版社.

（作者单位 ：中国水利水电第八工程局有限公司 ）