宗德林预制混凝土应用与实践北美第一个3D打印模具工程

　　＂预制预应力结构＂公众号原创文章，转发已获授权
　　作者简介
　　宗德林，美国PCI资深会员。在美国、中国长期从事预制预应力混凝土结构的研发与工程咨询工作。
　　E-mail:chung22253@yahoo.com
　　jzgyh2015@163.com
　　ONE SOUTH FIRST(NY)
　　多米诺公园
　　占地 11 英亩的 Domino 糖厂遗址,他位于威廉斯堡大桥以北,占地四分之一英里长的公园,用自适应再利用的糖浆罐、仓库柱和原始起重机来庆祝该市最具标志性的工业滨水区之一的历史。
　　图1
　　图 2
　　图 3
　　图 4 糖厂遗址外墙将保留
　　图 5 糖厂遗址外墙将保留
　　图 6
　　威廉斯堡正式拥有一座新的最高塔。One South One ,前260肯特大道,在多米诺糖厂重建的海滨。这座435英尺高的塔楼由COOKFOX建筑师设计,拥有两座互锁的建筑,白色预制混凝土立面灵感来自糖晶体的分子图案和形式,参照了以前的工厂用地。
　　这座42层的建筑包含330个住宅单元,其中66个低价房(为低收入者保留）, 15万平方英尺的办公空间。此外,另外15,000平方英尺的零售空间为当地供货商使用,如罗伯塔、其他半啤酒厂和两手咖啡厅。设施包括公共露台、商务休息室、儿童房和健身中心。
　　OneSouth One的外表被设计成自遮蔽,每一角度个都能对太阳做出反应。预制混凝土装饰外墙是由Gate预制公司使用3D打印模具制造的。只用抛光和酸洗的建筑预制混凝土组成。
　　GatePrecast预制公司的一位发言人说:「设计辅助建模过程的效率压缩了设计进度(图 17),并允许在设计过程中进行多次更改,以优化设计,而不会为计划增加太多时间。
　　大部分窗户包括铝框架和玻璃预组装在Gate预制厂完成,然后运送到工地,简化安装。预安装的窗户保守地节省了八个月的住宅大楼(42层)和十大街办公大楼(22层)工期, 因为允许内部工程比传统的窗户交付方法更早开始。
　　立面设计灵感来自于糖的结晶结构,将建筑与多米诺糖厂的工业历史联系起来。GATE使用超级白色、富含沙的混凝土来模仿糖晶体的大小、形状和颜色。在 3D打印表单上铸造提供了令人难以置信的锐利细节和改进表面处理的额外好处。
　　3D打印预制混凝土模具是美国第一个采用3D打印模具混凝土铸件的高层建筑。对预制厂来说,这种材料和方法与传统的时间和劳动密集型木材模具相比,都能带来显著的好处(图 9-16)。
　　3D打印的挑战
　　利用3D打印模具进行预制混凝土外部面板的想法源于橡树岭国家实验室 (ORNL) 和预制/预应力混凝土研究所的合作。ORNL 的研究人员看到了引入 3D 打印的潜力。Gate 预制公司的工程高级副总裁、ORNL 项目 PCI 咨询团队成员史蒂夫·布罗克(Steve Brock)同意,他使用 3D 打印模具为客户铸造约 30 个 1 英尺角片样本。
　　完成这个相对低风险的试验后仅10天,ORNL就要求Gate Precast做足尺寸模具:利用大面积增材制造(BAAM)生产模具,铸造One South One 的1,594个预制混凝土装饰外墙模具, 尺寸高达12英尺,4英寸高(3.76m),19英尺,11英寸的长度6.07m)(图 7,8)。
　　虽然模型的木模已经建成,Gate预制公司接受了挑战,为工程建筑的设计者,库克福克斯建筑师的想法提出了模具概念。ORNL 开发了最初的模具,然后在俄亥俄州阿克伦公司引进了添加剂工程解决方案 (AES),以帮助生产。
　　高效且经济
　　对于这个项目,增材制造节省了时间和金钱。据这家总部位于纽约的公司项目建筑师Arno Adkins称,CookFox设计的面板具有不同的轮廓,＂在概念上与糖晶体历史有关＂, 同时全天提供自制,这些变化需要100多个不同的模具,每个模具需要特别木匠40至50小时生产一个模具。
　　＂我们几个月来会把木匠绑在多家工厂里生产模具,＂Gate预制厂的营销总监莫·赖特(Mo Wright) 说。
　　然而,3D 打印和加工模具,每个只需14到16小时。
　　规模经济也使 3D 打印比木材更实惠。每个 3D 打印模具的总成本(包括材料、程序设计、数控加工和制沙)为 9,000 美元。相比之下,木材和玻璃纤维模具的售价为1,800美元。
　　然而,AES总裁奥斯汀·施密特解释说:＂然而,在耐用性方面,3D打印模具的寿命比木材和玻璃纤维长得多。模具中使用的丙烯丁二烯苯乙烯 (ABS) 热塑性塑料用碳纤维增强, 使模具更具弹性。虽然木材和玻璃纤维模具只能重复使用10次,但每个ABS模具保持其完整性,在重复使用200次时不会损失质量。这样, ABS模具的每次成本为44.33美元, 而木材为180美元。
　　图 7 3D 打印
　　图 8 3D 打印模具
　　图 9
　　图 10
　　图 11
　　图 12
　　图 13
　　图 14
　　图 15
　　图 16
　　图 17
　　图 18 生产模具
　　图 19 放钢筋笼
　　图 20 放钢筋笼
　　图 21 放预埋件
　　图 22 预备混凝土
　　图 23 自密式混凝土
　　图 24 脱模
　　图 25 脱模
　　图 26 酸洗
　　图 27 抛光
　　图 28
　　图 29 装窗户
　　图 30 装窗户
　　图 31 运输 (从工厂到工地,近1100 公里的距离)
　　图 32 运输
　　图 33 吊装
　　图 34 吊装
　　图 35 吊装
　　图 36 钢索安全防落装置，无外脚手架
　　图 37 钢索安全防落装置，无外脚手架
　　图 38 施工照片
　　图 39 施工照片
　　图 40 施工照片
　　图 41 施工照片
　　图 42 施工照片
　　图 43 施工照片
　　图 44 完工照片(糖厂遗址外墙将保留)
　　图 45 完工照片
　　图 46 完工照片
　　图 47 完工照片
　　图 48 完工照片
　　图 49 完工照片
　　图 50 完工照片
　　图 51 完工照片
　　图 52 完工照片
　　图 53 住宅
　　图 54 辧公楼