[發(fā)明專利]一種3d打印工藝與混凝土結(jié)合的建筑構(gòu)造、施工方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610165671.2
• 申請(qǐng)日: 2016-03-22
• 公開（公告）號(hào): CN105756187A
• 公開（公告）日: 2016-07-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蘇朝浩;林康強(qiáng);陳慶軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號(hào): E04B1/16
• 分類號(hào): E04B1/16;E04B2/84
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 羅觀祥

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及建筑結(jié)構(gòu)、建筑構(gòu)造以及建筑3d打印技術(shù)領(lǐng)域，尤其是指一種3d打印工藝與混凝土結(jié)合的建筑構(gòu)造、施工方法。

背景技術(shù)

業(yè)內(nèi)習(xí)知，現(xiàn)在很多傳統(tǒng)建筑構(gòu)件的施工都特別麻煩，譬如傳統(tǒng)的復(fù)雜雙曲面構(gòu)件的施工需要經(jīng)過(guò)測(cè)量放線、搭設(shè)腳手架、弧形定位鋼管制作與安裝、內(nèi)層模板安裝、鋼筋綁扎、混凝土澆筑、模板拆除等復(fù)雜的步驟。這種傳統(tǒng)的施工方法有很大的局限性：

1、復(fù)雜雙曲面構(gòu)件需要要求施工人員對(duì)虛擬數(shù)字模型或者平面圖紙進(jìn)行精確的實(shí)體空間定位，容易因測(cè)量工具限制或者人為因素導(dǎo)致誤差或者錯(cuò)誤；

2、由于復(fù)雜雙曲面構(gòu)件需要要求施工人員進(jìn)行復(fù)雜的支模作業(yè)，難度大，需要應(yīng)用大量支撐構(gòu)件，模具耗材量大；

3、由于復(fù)雜雙曲面構(gòu)件的空間形態(tài)多變，受力不均勻，墻體的配筋情況需要與對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)傳力相吻合，造成了鋼筋的分布非常復(fù)雜，施工難度大。

3D打印，即快速成型技術(shù)的一種，它是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料通過(guò)三維打印的方式來(lái)構(gòu)造物體的技術(shù)。3D打印常用材料有尼龍玻纖、耐用性尼龍材料、石膏材料、鋁材料、鈦合金、不銹鋼、鍍銀、鍍金、橡膠類材料。3d打印的建筑構(gòu)件有以下特點(diǎn)：

1、塑形能力強(qiáng)，適合復(fù)雜雙曲面建造；

2、可以實(shí)現(xiàn)中空、鏤空制作；

3、可定制和預(yù)制。

因此，將3D打印工藝與混凝土澆注結(jié)合，可以解決復(fù)雜雙曲面構(gòu)件的精確度低、施工復(fù)雜、成本高的瓶頸問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，提供一種3d打印工藝與混凝土結(jié)合的建筑構(gòu)造、施工方法，可解決異形曲面鋼筋混凝土建造中鋼筋難以制作的難題，傳力明確，并減少了施工構(gòu)件、簡(jiǎn)化了施工程序、節(jié)約了建筑成本。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的技術(shù)方案為：一種3d打印工藝與混凝土結(jié)合的建筑構(gòu)造、施工方法，包括以下步驟：

1)建筑構(gòu)件外殼及內(nèi)部構(gòu)造的數(shù)字模型建構(gòu)

1.1)應(yīng)用3d建模軟件建構(gòu)建筑構(gòu)件的外壁；

1.2)設(shè)計(jì)內(nèi)部“鋼筋”構(gòu)造分布，起到結(jié)構(gòu)受力作用，并與外殼連成一體；

1.3)根據(jù)應(yīng)力分布，利用建筑參數(shù)化設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)與調(diào)控“鋼筋”的截面形狀及大小，以響應(yīng)應(yīng)力的分布及大小變化；

2)進(jìn)行數(shù)字模型的3d打印作業(yè)

在材料選擇上，根據(jù)實(shí)際工程情況選擇金屬材料、工程塑料，一次性打印出建筑構(gòu)件的外殼和“鋼筋”內(nèi)部構(gòu)造，并預(yù)留后續(xù)灌注混凝土工序的灌注洞口；

3)灌注混凝土，與步驟2)已打印出的模型形成一個(gè)整體結(jié)構(gòu)構(gòu)件，協(xié)同工作，并決定是否保留外殼，具體如下：

配置好所需強(qiáng)度等級(jí)的混凝土，從3d打印模型上方預(yù)留的孔洞灌注進(jìn)內(nèi)部，與內(nèi)部“鋼筋”構(gòu)造粘結(jié)在一起，養(yǎng)護(hù)成型后，將成為一個(gè)整體協(xié)同工作；

4)步驟3)中的建筑構(gòu)件整體成型后，根據(jù)工程需要決定是否去除3d打印模型的外殼，而裸露出混凝土的材料，則能夠作為一種造型的元素使用。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)與有益效果：

1、利用3d打印技術(shù)很好的解決了一次性建造復(fù)雜建筑構(gòu)件(如復(fù)雜雙曲面構(gòu)件)的難題，節(jié)省了支模的步驟，節(jié)省人工，節(jié)省了施工時(shí)間與建造成本，經(jīng)濟(jì)效益良好。

2、解決復(fù)雜建筑構(gòu)件(如復(fù)雜雙曲面構(gòu)件)建造過(guò)程中鋼筋的制作難題，并實(shí)現(xiàn)鋼筋形式與尺度的可調(diào)控制作，更好地響應(yīng)應(yīng)力的分布與強(qiáng)度需要，使傳力更明確。

3、實(shí)現(xiàn)多種材料與混凝土的結(jié)合，包括光敏樹脂、PLA、ABS、尼龍玻纖、耐用性尼龍材料、鋁材料、鈦合金、鋼材等，根據(jù)實(shí)際情況，采用材料的類型與結(jié)合方式。

附圖說(shuō)明

圖1為復(fù)雜雙曲面構(gòu)件的數(shù)字模型建構(gòu)示意圖。

圖2為復(fù)雜雙曲面構(gòu)件的內(nèi)部構(gòu)造示意圖之一。

圖3為復(fù)雜雙曲面構(gòu)件的內(nèi)部構(gòu)造示意圖之二。

圖4為復(fù)雜雙曲面構(gòu)件的數(shù)字三維模型。

圖5為復(fù)雜雙曲面構(gòu)件拆除構(gòu)件的外壁示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。

本發(fā)明所述的3d打印工藝與混凝土結(jié)合的建筑構(gòu)造、施工方法，適用于任意形態(tài)的建筑構(gòu)件，具體是利用3D打印技術(shù)制作“模板”外殼和“鋼筋”內(nèi)部構(gòu)造一體化整體鏤空構(gòu)件，再通過(guò)澆注混凝土以實(shí)現(xiàn)建筑構(gòu)件建造的建筑構(gòu)造與施工，可有效解決異形曲面鋼筋混凝土建造中鋼筋難以制作的難題，傳力明確，并減少了施工構(gòu)件、簡(jiǎn)化了施工程序、節(jié)約了建筑成本。