PC模具设计对装配式混凝土PC构件成本控制的影响

引言在国家和市场的大力推广下，装配式混凝土建筑发展迅速，建筑业也从工地现场现浇施工向工厂化工业化生产转变，PC构件产品的种类与型号也在不断增加，但尚未形成完整的标准化设计与生产模式，从而造成预制构件整体造价偏高，其中模具的成本费用在预制构件的整体费用中占比很大，由此可见，模具的费用对于整个工业化建筑成本而言非常重要。黄德铭[1]提出当前模具加工厂绝大部分按照重量收费，所以设计模具时在满足使用要求和周期的情况下应尽量降低重量。周强[2]提出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，从提高模具利用率的角度来降低模具的成本。杨华东[3]对模具配模清单提出解释，根据项目吊装工期反推计算构件生产周期，结合构件数量、种类和出模率，综合考虑生产成本和工艺难度，最终确定各类构件的配模清单。顾进[4]提出建立一个相对标准的PC构件库，各类型尺寸适当规定为一个系列，库内的构件不同组合可生产不同的建筑，可以降低成本。由于预制PC构件模具从材质上存在多种多样的形式，主要有钢模、木模、铝模、钢框木模及钢框铝模等，本文主要从目前市场上适用最为广泛的钢模入手分析，从PC模具设计的角度出发，分析PC模具设计的现状，从模具的利用率、兼用方式的选择、提高模具使用次数等方面探索降低构件成本的途径。

1、模具设计原则

模具设计应遵循用料轻量化、操作简便化、应用模块化的设计原则，并应根据预制构件的质量标准、生产工艺及技术要求、模具周转次数以及通用性等相关条件确定模具设计和加工方案。1.1用料轻量化模具材料板厚的选择应根据模具的具体形式、使用次数以及拆模方式决定，大多数情况下，模具的面板厚度宜控制在6mm左右，背撑筋板宜控制在6～8mm，上下筋板宜控制在8～10mm，从而满足一定的刚度要求。表1为根据模具使用次数来选择的模具材料板厚。

表1

模具板厚材料选用表1.2操作简便化模具边模设计：模具边模设计应根据钢筋出筋方式的不同以及构件类型的不同选择不同样式的模具出筋孔方式，用合适的模具设计方式对应不同构件类型，从而增加模具的使用寿命。以剪力墙构件边模为例：（1）实心墙构件侧边有双排箍筋伸出，模具出筋孔设计宜采用模具上梳子孔方式（如图1所示），在构件脱模时，模具与构件本身分离后构件可向上起吊即可完成拆模。

图1

上梳子孔边模

（2）三明治墙，侧边有双排箍筋伸出且下部外叶墙构件长度长于内叶墙的构件，模具出筋孔设计宜采用模具下梳子孔方式（如图2、图3所示），在构件脱模时，模具与构件本身分离后，边模向上起吊即可完成拆模，模具设计时宜将剪力槽与边模拆分设计，构件拆模过程中可直接向上拆模，不会与模具筋板后的预埋件产生干涉，影响构件拆模。图2

下梳子孔边模设计图

图3

下梳子孔边模

（3）实心墙构件侧边出筋数量较少，拆模方式较方便，模具出筋孔设计宜圆孔或腰型孔（如图4所示），模具与构件本身分离后模具向后侧拆模，此类模具设计方式相对模具的重量较轻且模具的整体刚度稳定性相对较高不容易变形。

图4

腰型孔边模

模具工装设计：模具工装架分为活动模具工装架以及定位模具工装架这两种（如图5、图6所示），根据模具不同的兼用形式选择合适的工装架，可以有效地控制构件成型质量及模具的制造成本。

图5

模具活动工装

图6

模具固定工装

（1）活动模具工装架较长使用在项目变模尺寸较多且模具利用率较小的情况下，为了节省模具摊销成本所专门设计的方案。其优点是工装模具可以根据不同的组模图纸调整其工装的定位位置，缺点是活动定位的定位尺寸精度相对较差，对工人的操作要求较高。（2）定位模具工装架较长使用在项目变模尺寸较少的情况下，模具利用率较高。其优点是模具定位尺寸较精确，工人仅需要在固定的位置上紧固螺丝销钉即可，缺点是每次变模后需要替换另外一套模具工装架使用。1.3应用模块化模具兼用方式的选择，建议参考模具套数=单栋楼同种类模具构件的数量/构件生产周期×同时开工的楼栋数×构件养护周期。单个模具可生产的最大模具数量宜控制在100件以内，重复生产超过100件且工期较紧张的，宜增加模具套数，降低因模具重复使用造成的变形影响构件质量，带来不必要的损失。表2为某在建项目的模具兼用清单。模具设计宜采用标准化设计方式，完善模具设计加工单位的标准工艺库，不仅可以加快模具设计加工过程中的效率，而且可以让构件生产厂家在不同项目上的模具部分零部件通用，降低一部分模具的采用量，降低模具成本。

表2某在建项目模具兼用清单

2、不同类型构件模具用量

表3为上海市2020年构件信息网上提供的信息指导价中的模具含量清单。

表3上海市2020年构件信息网模具含量清单

表4为根据不同构件类型在商品房和保障房中的使用统计清单。

表4模具含量分析清单

对比表3、表4可知：（1）楼梯及阳台构件模具含量比较高，主要原因是构件数量较少且单个模具重量重，模具的利用率存在较大富余量。楼梯模具平躺式样的模具重量比立式的模具重量略轻，在构件生产单位有足够场地的情况下可以选择平躺式样。（2）楼板及剪力墙构件模具含量较低，主要原因是构件设计标准化程度较高，即模具设计标准化程度相应较高，且构件数量较为充裕，模具在利用率上比较充实，可大幅度降低模具的摊销成本。（3）别墅项目的模具含量普遍比高层项目要高，主要原因在于别墅项目构件标准层数量少，且施工周期较为紧张，为满足构件供应需求，模具的利用率得不到满足，模具的周转次数较少。（4）保障房项目相比商品房项目，各类型构件模具含量略低于商品房，主要原因是保障房项目构件造型相对简单统一，标准化程度较高，模具的周转次数得到有效的利用。结论

（1）根据项目构件的通用性，配合构件生产厂家的实际产能，组成最合理的模具兼用清单，用最少量的模具生产出整个项目的构件，满足项目的实际供应需求，节省成本。（2）根据不同类型的模具翻模次数制定模具材质的选择，翻模情况少于10次的建议采用5～6mm厚的钢板制作模具，翻模情况10～100次的建议采用6～8mm厚的钢板制作模具，翻模情况在1