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干货!预制构件飘窗模具工具化实践与研究

2021-08-27

摘 要:结合飘窗模具的特点,设计研究了一种组合式飘窗模具。根据飘窗模具各个部分的使用频率及构件的特点,将模具合理进行拆分,并分别对搭扣,内模吊架,下料装置,平衡吊架,气浮脱模等多方面的设计进行了研究,有效提高了生产效率。


《“十三五”装配式建筑行动方案》指出,到2020年,我国装配式建筑占新建建筑的比例达到15%以上,其中重点推进地区达到20%以上。截止到2025年,住建部出台《建筑产业现代化发展纲要》指出,全面普及成品住宅,新开工全装修成品住宅面积比率50%以上,保障性住房的全装修成品房面积比率达到70%以上。


装配式建筑的兴起,使得构件模具也越来越受到重视,模具的质量和数量直接影响预制构件的制造成本。对于飘窗模具这类异型构件,重复利用率极低,项目完成后基本做报废处理。每套的制作成本上万元,对于大型项目,如果增加模 具数量,提高生产效率,但是增加预制构件成本,如果不增加数量,生产效率低。如何能够更好地提高预制构件的生产效率和降低生产成本,下面以飘窗模具为例,通过飘窗模具的优化设计,并根据实际施工特点,对飘窗模具进行改进。


1 模具设计


预制混凝土飘窗模具重复利用率较低,通用性较差。在实际生产中,各个项目之间飘窗尺寸不同,同一项目中飘窗预埋件位置也有所差异,不同项目之间飘窗模具基本不能通用。一个项目结束之后,飘窗模具无法应用到下一个项目中,只能做报废处理。模具的制作成本影响构件的制作成本,模具数量多,生产效率高,构件成本高;模具数量少,生产效率低,构件成本低。根据不完全统计,模具制作成本约1.2万元/吨,但是项目完成后,模具变卖废铁,约3千元/吨,造成极大的浪费。


1.1 模具拆分设计


图1(a)为飘窗组合模具示意图。该模具主要由内模、外模、排架以及底座四部分组成。根据各部分的适用性,将飘窗模具整体分为3个部分,如A可重复利用部分,B为部分可重复利用部分,C为不可重复利用部分。飘窗模具的内模和外模围成的空间形式影响飘窗的构件实际尺寸,不同项目工程之间,预埋件的位置以及飘窗的轮廓尺寸的差异直接影响着内模和外模的制作。



图1(a)所介绍的是组合模具的各主要部分,各部分连接均为可拆连接。其中底座和排架均为标准件,本文所用的模具为长圳项目所用的飘窗模具,底座尺寸为3.5m×3.5m,底座和排架上设置有均匀等距的标准孔,底座和排架孔位一致进行安装。外模安装在底座四侧,与内模配合围成的腔体浇筑混凝土。内模安装在底座上,与底座对应的标准孔进行连接,外模通过安装在底座上。各部分设计的孔距一致,均用螺栓进行连接,因此各部分可以进行拆卸。



表1显示了对模具进行拆分的情况,其主要根据适用性进行划分,分为A、B、C三个部分。所用的组合模具材质均为钢材,以长圳的飘窗模具为例,每套模具质量约为3.5t。


根据组合模具的拆分,A部分为通用部分,即项目完工后可以继续用在下一个项目中,流动性强。由于A部分的重复利用,对于下一个项目而言,每套模具可以节省模具成本的1/3。B部分的使用需要根据下一个项目飘窗的高度进行确定,如果有合适高度的飘窗项目,B部分可以重复使用。对于C部分,内模和外模的尺寸以及预留孔洞,预埋件的位置不同项目均不同,因此C部分不可循环利用。


1.2 搭扣设计


在循环利用模具制作飘窗的过程中,对于外模的门需要反复进行拆装螺栓,防止进行混凝土漏浆。在实际的操作过程中,由于反复的拆装,螺栓个数比较多,在拆装外模的过程中耗时较多。通过搭扣代替螺栓,在满足强度的前提下,将螺栓利用搭扣设计进行代替,节省和安装和拆松螺栓的时间。图2为搭扣位置对比。


1.3 内模吊架


组合式飘窗模具是将模具各部分通过螺栓连接,在使用该模具之前进行各部分的组装,将内模与外模内壁进行喷油处理,再将飘窗钢筋笼吊装到飘窗模具中。安装预埋件部分根据项目图纸设计,进行预埋件的安装工作。将混凝土通过罐车或者移动料斗下放到飘窗模具中,进行振捣养护,预制构件成型,进行拆模吊。



先将外模与构件之间的预埋件及固定部分销轴等部件进行拆除,使得外模部分与预制构件进行分离。将内模与底架部分的螺栓拆松,再拆除内模部分的预埋构件,将内模的4个拼装部分拆解,利用图3中所示的特殊吊具进行内模模具的起吊。将特种吊具的吊钩与内模模具的挂扣部分相连接,通过专业起吊工人,操控行车,起吊前确定各吊装部分牢固,将内模4个部分整体拆除。


与传统吊装模具相比,利用内模吊具,可以同时起吊全部内模,相比于之前将内模4个部分分别起吊,有效节省了内模起吊时间。


1.4 下料装置


混凝土飘窗模具的在浇筑的过程中,由于飘窗构件是密闭的矩形,因此需要利用料斗和行车不停地移动来浇筑飘窗(如图4所示),在浇筑的每个位置时防止混凝土溢出,配合震动棒将混凝土震实,由于飘窗结构的特殊,因此每次浇筑的过程中都需要耗费较多人工。为了更好的配合飘窗混凝土浇筑,配合飘窗模具设计安装下料装置。


图5为配合飘窗模具所设计的下料装置。浇筑时,混凝土料斗置于下料装置正上方,操作工人通过控制料斗的控制阀调整混凝土下料的速度,下料装置中心是一个类似于四面体的形式,当料斗下料时,混凝土沿着四面的坡度下流。料斗只要控制在一个位置就能将飘窗模具都进行浇筑。节省了调整料斗位置,移动行车的工序。


1.5 平衡吊架


起吊构件的过程中,通常利用行车带动链条将已经完成的飘窗构件进行起吊,但在实际起吊过程中,由于飘窗的重心不在所吊位置的中心处,在起吊过程中很容易出现偏斜,容易损坏构件的外观,甚至出现构件崩角的情况。结合实际工作特点,设计了一种平衡吊架(如图6所示),通过行车起吊平衡吊架,该平衡吊架通过吊链连接构件上的起吊点,将构件进行水平起吊。


1.6 气浮装置


在预制构件成型之后,需要脱模,但是在实际起吊过程中,由于混凝土在浇筑之后进行膨胀以及较强的粘度,紧密的附着在模具内表面上,通过喷涂了脱模剂,拆除模具。图7为气浮脱模的结构,为外模底部的位置,通过在外模底部添加气孔,在起吊的脱模的过程中,对特定位置输送有一定压力的气体,辅助脱模过程。



2 工程应用


深圳市长圳公共住房及其他附属工程总用地面积为20.77万m2,总建筑面积115万m2,长圳项目效果如图8所示。其中11栋100m,为装配整体式剪力墙结构体系;15栋150m,为以铝模为主部分预制的装配式结构体系;1栋106m,为装配式钢与混凝土组合结构结构体系;裙房、幼儿园、地下室为钢筋混凝土框架结构+预制预应力空心楼板。预制构件类型主要包括楼梯、飘窗、外墙、内墙、双面叠合板墙、阳台和预应力叠合板。该项目构件需求总量高达48161.5m3,其中预制飘窗需求量达17336m3,需求总数量为22708件,飘窗部分占总工程构件需求量的35%。飘窗安装如图9所示。


通过对飘窗构件生产工序的研究,研发出相对应的搭扣设计、内模吊架、下料装置、平衡吊架、气浮装置等,有效提高了生产效率,以生产一件飘窗预制构件为例,计算节约人工成本的时间。模具节省工时对比见表2。



组合式飘窗模具,是一款新型模具,通过组合装配,节约模具生产成本1/3左右。同时,配合其他模具配套设备,并对模具进行创新性研究,有效提高生产效率。随着国内装配式建筑的发展,该飘窗模具的优势越来越明显。该项目飘窗构件需求量大,生产时间相对紧迫,通过将飘窗模具工具化设计,能够有效的利用时间,提高生产效率。



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