• 榆構科技團隊專業解讀:裝配式PC模具關鍵技術在北京城市副中心市政府辦公樓的應用

     

    以下文章來源于混凝土世界雜志 ,作者李久會 李曉文等。

     

    2017年,北京榆構集團有幸參與北京城市副中心行政辦公區的建設任務,以雄厚的科技研發實力和完善的裝配式建筑一體化服務鏈條,成為副中心預制外墻掛板的唯一合格供應商。

     

    千年大計、國家大事,北京榆構集團組建專班隊伍,攻堅克難、投入全部時間和精力,科學組織、精心管理,最終圓滿完成參建任務。

     

    建設時,行政副中心建筑分A、B組團,A組團為市委、市人大、市政府辦公用樓,B組團為北京市各委辦局辦公用樓。其中,北京市政府辦公樓以窗口型掛板及預制清水掛板為主,共計20234㎡,僅在79天內就完成了1405塊、139種型號的預制構件生產。

     

    短期內順利完成高規格、多種型號預制掛板的生產,離不開模具關鍵技術的優化和提升。下面,就跟隨榆構科技團隊,共同了解北京城市副中心市政府辦公樓預制外墻工程的模具技術攻堅歷程。

     

    北京城市副中心市政府辦公樓外觀

     

     

     

    預制清水混凝土窗口外掛板模具制作關鍵技術研究

    原文參見《混凝土世界》2022年09期 P50~P53

     

    李久會1  李曉文2  王小川1  霍維霞2

    1. 河北榆構建材有限公司  河北  固安  065500

    2. 北京榆構有限公司  北京  100070

     

    摘   要:清水混凝土預制構件要求表面清水效果,棱角分明,不能有磕碰,因此,清水混凝土預制構件制作的關鍵技術在于模具制作,模具制作的關鍵在于模具設計及模具加工。本文就北京城市副中心清水混凝土預制外墻掛板工程,對預制清水混凝土窗口外掛板模具制作加工關鍵技術進行研究,為以后清水混凝土預制構件模具制作提供技術支撐。

     

    關鍵詞:清水混凝土;預制掛板;鋼模具

     

     

    引言

    清水混凝土預制構件因其外觀樸素自然且不加修飾的特色,在裝配式建筑結構中的應用越來越廣泛。而制作清水混凝土預制構件的關鍵技術在于模具制作。針對北京市城市副中心項目高難度窗口外掛板等清水混凝土預制構件模具進行設計加工,本文對該項目的清水混凝土構件模具制作關鍵技術進行分析,以期為同類型清水混凝土預制構件模具制作提供技術支撐。

     

    1 工程概況

     
     

    北京市城市副中心行政辦公區全部采用裝配式建筑設計理念,各樓主體結構體系為混凝土框架結構,外墻為預制混凝土裝配式結構。該項目中市政府辦公樓項目使用的是裝配式清水混凝土外墻掛板,地下2層,地上10層,總高度47.9m。預制清水混凝土構件主要包括預制窗口掛板、菱形掛板、角板掛板和平板掛板。本文針對窗口掛板模具制作關鍵技術進行研究。

    最大窗口掛板尺寸5.04m×4.58m×0.64m,重量7.1t,其外形的形式上包含各種裝飾性線條、直角、斜截面、斜交截面、轉角弧面等。其中各方向交叉面最多的一塊達到52個平面,棱角眾多。窗口的外立面、內立面如圖1、圖2所示。

    高難度的預制構件給模具設計與加工提出了很高的要求,模具制作不但要保證模具剛度、強度、穩定性、支拆方便等使用性能,還需要保證構件尺寸和清水面應用效果。模具設計與制作是該項目的關鍵。

     

     

    圖 1   窗口外立面                        圖 2   窗口內立面

     

     

    2 模具加工制作及設計要求

     
     

    模具加工制作應滿足GB 50017—2017《鋼結構設計規范》和JGJ/T 74—2017《建筑工程大模板技術標準》中對結構強度、剛度、穩定性的要求。為了能滿足清水混凝土預制構件對模板的質量要求,在模具設計和加工過程中進行了關鍵工序控制。

    2.1 尺寸偏差和表面質量要求

    為了滿足工程要求,更好的控制清水混凝土預制構件質量,公司在國家標準、行業標準及地方標準的基礎上,制定了內部的《清水混凝土預制構件質量驗收規程》。其中,對于清水混凝土構件模板尺寸允許偏差和清水面的質量要求見表1、表2。

     

    表 1   清水混凝土預制構件模板尺寸允許偏差

     

    表 2   清水混凝土預制構件鋼模板清水面質量要求

     

    2.2 模具設計

    2.2.1 模具設計加工技術難點

    (1)窗口外掛板構件共由大小52個面組成,面與面之間均為斜角度相交,放樣及下料復雜。

    (2)窗口外側內沿周圈存在30mm×40mm的凹線,尺寸過小無法整體折彎成型,且此處是外觀效果的關鍵點,模具面板拼接時不能出現漏漿、泌水現象,凹線長度方向必須順直。

    (3)窗口外掛板表面精度要求及觀感要求高,其中窗口的外表面4個框處不得有鋼板拼縫。

    (4)模具的尺寸誤差精度要求高。

    (5)窗口內側平面共約43個預埋螺母,螺母位置誤差為1mm。

     

    2.2.2 模具設計方案

    模具在加工制作前,根據加工技術難點,制定模具設計方案,模具下料、成型、制作嚴格按簽認后的模具方案執行。根據加工技術難點,該工程模具設計關鍵技術[1-2]如:(1)尺寸精度保證:為了保證尺寸的精度要求,所有面板及筋板均采用激光切割下料(如圖3所示)。(2)彎折成型設計:窗口四框除相交部位留一個小方板外,均為整體下料并折彎成型。鋼板折彎之前應對照圖紙或樣板劃出折彎線,根據鋼板厚度、長度、折彎半徑等參數選擇正確的折彎???,先試折,核實無誤后再進行批量折彎,以保證折彎的角度和光滑度。如圖4、圖5所示。(3)窗口脫模設計:窗口模具上部窗口內框模采用對角向上脫模形式,先脫除2個小角,剩余2個大角不再拆除,可以減少現場拆模工作量,提高工作效率。窗口模具結構示意圖如圖6所示。(4)凹槽部位設計:針對窗口和菱形掛板凹線部位,采用后加角板并通過螺栓與底板緊固,為防止角板與底板間的拼縫不嚴密,拼縫處滿涂專用密封膠,并在固定完成后在空隙部位滿填泡沫密封膠(如圖7所示)。(5)埋件位置精度設計:窗口內側平面上的埋件采用整體鋼板激光切割,每面埋件統一在一個整體埋件固定鋼板上,保證各種埋件位置的精準。如圖8所示。(6)模具改制設計:模具改制時,窗口構件寬度有部分型號是窗口模內尺寸不變(即立側剖面或橫向剖面一致),而僅調整一側從內口到外側模的距離。此一側模具需要做成底托梆的形式,以最長構件寬度或高度制作模具,側梆可以在底模上水平移動。結構形式相同的構件可以通過移動鋼制盒子達到不同部位缺口的目的。菱形、角板清水掛板有同類情況。窗口改制模具示意圖如圖9所示,圖9即通過左側模水平移動實現構件寬度的變化。

     

    圖 3   激光切割機下料

    圖 4  彎折圖紙(單位:mm)

    圖 5  彎折后成品模具

    圖 6  窗口模具結構示意圖

    圖 7  凹線部位大樣圖

    圖 8  埋件固定工裝示意圖

    圖 9  窗口模具改模示意圖

     

    經過以上方案設計,并經過驗算,模具結構均滿足GB 50017—2017和 JGJ/T 74—2017中對結構強度、剛度、穩定性的要求。

     

    2.3 模具制作加工過程的質量保證

    為了保證清水混凝土預制構件清水面和尺寸精度的要求,在模具制作加工過程中對以下方面進行了質量控制[3]:(1)原材選用:清水混凝土掛板外觀質量主要取決于合理的模具結構和優質的板面,清水面鋼板應采用Q235鋼板,需要折彎的面板應保證其折彎表面氧化皮致密、均勻、完整。鋼板材料應表面光滑平整,無扭曲變形、折疊死彎、劃痕、銹蝕、斑痕、龜裂等質量缺陷。某些質量差的鋼板在構件蒸養過程中會滲出氧化物,污染構件表面。相對來講,5mm和8mm單軋鋼板相較于同規格連軋鋼板,其表面更平整,表觀質量更好,適合做清水混凝土構件模具。(2)原材下料:清水混凝土預制構件對模具的尺寸精度要求高,因此模具制作的下料工序十分重要,模具面板、帶板和筋板均采用激光切割下料,保證板材尺寸精準。根據構件特點,確定整體下料還是拼接成型,并確定拼接的位置、方式等。型材下料必須采用無齒砂輪鋸、數控設備切割,嚴禁使用手工切割。(3)焊接要求:面板對接拼焊,拼接時,用二氧化碳保護焊或小直徑焊條焊接,焊接電流應調整合適,不能發生燒穿或焊不透現象。對接縫必須滿焊,與混凝土的接觸面,焊口打磨不能有凹凸現象,磨平區域控制在20mm左右,骨架焊縫要求滿焊,焊縫不小于5mm,槽鋼與槽鋼間的連接處必須干凈。(4)加工制作質量保證:各部位的邊框、支架、筋板、橫肋、縱肋在使用前必須要調直,與面板結合要緊密間隙<0.5mm;在加工側模和堵頭時,焊口均勻分布在無混凝土接觸的一面,采用間斷焊,焊縫長度不小于25mm,焊縫間距150mm左右,避免因焊接打磨造成表面不平整,從而導致漏漿等現象的出現;模具底架部分在制作完畢后,必須用水準儀抄平;所有部位的空洞、螺栓孔(圓形、方形、橢圓形)必須使用臺鉆、數控、沖床等設備操作,嚴禁使用手工切割。

     

    3 工程應用

     
     

    由北京建工集團承建的北京城市副中心A2項目,外墻掛板高4.5m、寬4.2m,單塊總重量平均達到6.5t,這是北京城市副中心A2項目首次大面積應用預制混凝土掛板幕墻。該工程構件的生產,通過對模具的加工方案設計及制作加工,解決了復雜截面、節點、構件出模等關鍵技術,體現了高精準地控制制作環節的工藝水平。通過模具的使用,生產的構件得到了業主和甲方的一致認可。

    在工程正式生產前,對模具進行了樣板生產,如圖10~圖12所示。通過模板設計、制作加工與使用,生產的構件應用于城市副中心項目。

     

    圖 10   窗口外掛板模具

    圖 11  窗口外掛板成品

    圖 12  工程樣板圖

     

    結語

    本文通過對北京城市副中心清水混凝土窗口外掛板模具項目的設計和制作加工,對清水混凝土模具制作加工關鍵技術進行了研究,得出以下結論:

    (1)清水混凝土預制構件模具加工是實現其清水飾面效果的關鍵所在,除結合工期、構件圖紙、施工便利性和模具改制等因素綜合考慮模具的配置方案外,在單套模具設計過程中還應注意清水面模具成型工藝,做到面板一次成形,盡量減少清水面模具的拼縫。 

    (2)模具設計方案是模具加工制作的前提,做好清水混凝土模具,須根據技術難點,對模具加工制作進行方案設計,考慮到各個細節,方能使得制作加工的模具符合清水混凝土預制構件的外觀要求。

    (3)模具加工質量控制,是保證清水混凝土預制構件清水效果的重要環節。在保證表面平整度和尺寸精度方面,要對原材選用、原材下料、焊接、加工制作的質量控制方面進行控制措施。

     

    參考文獻

    2022年12月29日
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