[发明专利]一种网状配筋混凝土曲面屋面结构3D建造方法

说明书

本发明公开了一种网状配筋混凝土曲面屋面结构3D建造方法，属于3D建造方法技术领域。本发明包括如下施工步骤：步骤一，方案设计；步骤二，建立曲面模型；步骤三，3D打印混凝土配置；步骤四，打印混凝土曲面支撑体；步骤五，安装定位销键、支撑筋；步骤六，组编底部双向纤维钢筋网；步骤七，打印成型底部曲面混凝土体；步骤八，组编上部双向纤维钢筋网；步骤九，打印成型上部曲面混凝土体；步骤十，封边与收面。本发明提出的网状配筋混凝土曲面屋面结构3D建造方法可满足曲面壳体屋面的建造施工，无需支模，节省人力、物力、材力，施工安全可靠、精度控制较高，符合绿色智能建造的发展趋势和工业化要求。

技术领域

本发明涉及一种配筋混凝土3D建造空间曲屋面结构和方法，属于曲面屋面3D建造方法技术领域。

背景技术

目前，建筑设计领域的表现技法，从平屋面到坡屋面再造异型屋面，特别是流水造型的曲面屋面越来越多的应用在建筑屋面造型中，如采用轻钢结构、膜结构、混凝土结构等。而采用混凝土建造屋面，优点是其保温隔热性能、整体性较好，但是其缺点是其建造难度相对较大。由于曲面的几何特性相对比较复杂，现浇混凝土曲面施工存在模板放样、成型、拼装、支撑的困难。同样，曲面的单曲性或双曲性，钢筋施工存在曲线建模、曲线放样加工、绑扎安装、连接施工的诸多困难。浇筑混凝土方面，鉴于曲面的流线及比较大的切向坡度，给混凝土布料、浇筑、振捣、施工、养护带来了意想不到的困难。

现有技术中，3D打印混凝土的优点是其不需要模板，适应建筑造型体型的复杂变化。3D打印具有智能制造的优势，其局限性在于3D打印与传统钢筋混凝土结构中需要配置钢筋相互冲突。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足之处，本发明提供一种网状配筋混凝土曲面屋面结构3D建造方法，解决3D打印与传统钢筋混凝土结构中需要配置钢筋相互冲突的问题。

本发明是通过如下技术方案实现的：一种网状配筋混凝土曲面屋面结构3D建造方法采用3D打印混凝土支撑体，形成结构底板和支撑体，然后采用智能布筋方法，即采用机械手和数字模型信息控制的方式制作钢筋网，编织架构底部经度方向和纬度方向双向纤维钢筋，形成双向曲面钢筋网；接着采用3D打印成型底部曲面混凝土；接着布置上部经度方向和纬度方向双向纤维钢筋；然后采用3D打印混凝土成型上部曲面混凝土；最后形成含筋的混凝土曲面屋面。

进一步的，一种网状配筋混凝土曲面屋面结构3D建造方法，包括如下施工步骤：

步骤一，方案设计；包括：根据设计图纸进行轮廓识别；确定母线、极点、网格；拆分曲面，确定分层边界及交汇区域；3D打印混凝土配置及测试；网状钢筋的材料性能及编织程序。

步骤二，建立曲面模型；根据REVIT（即BIM建筑信息模型软件）建立模型，对整体曲面和分层曲面之间的组合进行模拟和冲突检查，优化网状钢筋组网及编织流程，确定定位销键和支撑筋合理位置，优化打印流程、走向、打印厚度层数及工作时间的冲突检查。

步骤三，3D打印混凝土配置；根据结构性能要求，确定3D打印混凝土的强度，测试其工作性能、挤出性能、流变性能、成型性能、力学性能参数，确定合理的打印方向、打印行程、打印厚度、层叠厚度、持续时间、间隔时间。

步骤四，打印混凝土曲面支撑体；打印采用Z型或S型路径，由低端走向高端，两侧对称推进，交汇区域设置在曲面拐点位置处；打印厚度为15-20mm，打印头为宽吻带凹口矩形嘴，适应网状筋的流线走向；打印持续时间为90-120min，打印层间堆积厚度不超过200mm，层间间歇时间不超过90min；打印曲面支撑体7d可达到支撑作用，满足后续工序施工要求。

步骤五，安装定位销键、支撑筋；在打印混凝土曲面支撑体时，在曲面周边300mm范围内，以及屋脊线300mm带宽范围内，等间距布置安装定位键和支撑筋，为后续组编双向纤维钢筋网架设张拉定位键。