一种纤维增强复合材料非线性建筑的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种纤维增强复合材料非线性建筑，属于建筑领域。
【背景技术】
[0002]近年来，非线性建筑在世界各地蔓延，成为建筑领域的新趋势。非线性建筑具有连续流动状形体，这种形体作为结果来自于对建筑性能及周边环境因素的分析。建筑的设计过程即是对各种影响建筑因素的研究，并通过提炼和综合，将各种影响因子从概念发展到形象，作为建筑的最终形体。由于影响的因素是复杂的，建筑的形体也必然是不规则的。这种建筑形体的思想根源是后现代哲学家吉尔.德勒兹的褶子思想，他从巴洛克风格中得到的启示，并对莱布尼兹单子理论进行创造性阅读及诠释，提出褶子这一哲学概念:他认为在褶子的世界中，物体随着物质的折叠、展开和再折叠而生成，并认为弯曲是褶子形成的最理想的基本元素；外观就是物体自组织的体现。建筑师将这一物质构成理论与建筑设计相结合，创造出具有连续性特征的非线性建筑，其中最有代表性的非线性建筑是连续的曲面表皮包合空间而形成的建筑。对于此类建筑，建筑表皮具备了结构和材料的双重特性，表皮可以代替空间结构成为建筑自身，在这里，提出了一种有厚度的结构表皮材料。
[0003]纤维增强复合材料正是典型的有厚度的结构表皮材料。纤维增强复合材料具有轻质高强、节能保温、隔声隔热、防水防腐等性能，已有学者提出将其用于建造常规形态的装配式住宅(专利号200810022037.9)和规则墙板(专利号200720036700.1)。国外期刊((Journal of Composites for Construct1n))中 2008 年发表的((Structural concept,design, and experimental verificat1n of a glass fiber-reinforced polymersandwich roof structure》中使用复合材料夹芯构件作为屋面板使用。
[0004]以上涉及纤维增强复合材料在建筑领域中的应用主要共性在于:纤维增强复合材料构件用于建造带有平屋顶或者坡屋顶的正方体或者长方体形式的建筑，并且主要作为建筑的围护构件使用。
[0005]目前，对于非线性建筑的建造，主要采用钢结构或者钢筋混凝土结构作为承重体系，以玻璃幕墙或者铝质幕墙实现建筑造型。当造型复杂或者形体要求精度较高时，玻璃幕墙和铝质幕墙难以准确实现预期的建筑造型，同时现场施工难度大、工艺复杂。
[0006]由于纤维增强复合材料具有易于成型的特点，将其应用于建造非线性建筑具有显著的优势。迄今为止，尚未见到将纤维增强复合材料构件采用计算机数字控制(CNC)技术在工厂整体成型，现场拼装，用于建造非线性建筑的报道。
【发明内容】
[0007]为了解决现有非线性建筑造型难以准确实现，并且工艺复杂和现场施工难度大的问题，提出了一种纤维增强复合材料非线性建筑。该建筑由若干数量工厂数控加工的非线性形态纤维增强复合材料构件拼装而成。纤维增强复合材料构件是具有结构、保温、防水和饰面四种功能的一体化构件，采用计算机数字控制技术整体成型，可同时作为承重构件和围护构件使用。此纤维增强复合材料非线性建筑可以准确实现建筑造型，并且现场安装简便。
[0008]
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
一种纤维增强复合材料非线性建筑，它由非线性形态的纤维增强复合材料构件拼装而成。纤维增强复合材料构件是夹芯结构，是具有结构、保温、防水和饰面四种功能的一体化构件。纤维增强复合材料非线性建筑分成两种体系:一是纤维增强复合材料构件同时作为建筑的承重构件和围护构件；二是纤维增强复合材料构件作为建筑的围护构件。在这两种体系中，纤维增强复合材料构件的组成和制作方法是相同的。纤维增强复合材料构件由内层和外层的纤维增强复合材料、泡沫夹芯和网格状分布的纤维增强复合材料肋板组成。纤维增强复合材料非线性建筑的建造过程是首先依据建筑的非线性造型，在工厂搭建金属支撑台架，并在上面铺设方钢或槽钢。在方钢或槽钢上用聚氨酯材料发泡，使用计算机数字控制机床铣削泡沫直至构件外表面形态。在泡沫表面涂刷脱模剂，制作由纤维片材与树脂固化而成的纤维增强复合材料外表皮层。在纤维增强复合材料外表皮层上继续发泡直至一定厚度，再次使用计算机数字控制机床铣削泡沫直至构件内表面形态。在泡沫上制作由纤维片材与树脂固化而成的纤维增强复合材料内表皮层。对内、外表面打磨光滑，并在上面喷涂氟碳漆饰面。至此纤维增强复合材料构件在工厂加工完成。将加工完成的构件运至施工现场进行拼接。对于第一种体系，构件拼装完成后，在构件拼缝的外表面整体真空灌注制作纤维增强复合材料层，然后打磨修整喷漆。对于第二种体系，构件拼接完成后，将纤维增强复合材料构件拼缝处用聚氨酯泡沫填充，并在表面粘贴纤维增强复合材料片材，然后打磨修整喷漆。
[0009]本发明的有益效果是，纤维增强复合材料非线性建筑可以准确实现建筑的非线性造型，并且构件整体成型，可同时作为建筑的承重构件和围护构件，现场拼装简易，其建造精度和速度明显高于现有技术。
[0010]
【附图说明】
[0011]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0012]图1是纤维增强复合材料及泡沫芯材组成的非线性夹芯构件剖面。
[0013]图2是纤维增强复合材料肋板布置。
[0014]图3是纤维增强复合材料构件为承重构件时拼装方式。
[0015]图4是纤维增强复合材料承重构件与基础的连接方式。
[0016]图5是纤维增强复合材料构件为围护构件时拼装方式。
[0017]图中1.非线性纤维增强复合材料构件，2.纤维增强复合材料内表皮层，3.夹芯泡沫层，4.纤维增强复合材料外表皮层，5.纤维增强复合材料肋板，6.金属支撑台架，7.方钢或槽钢，8.泡沫层，9.地面嵌固端，10.纤维增强复合材料构件拼缝，11.螺栓，12.基础连接件，13.钢结构或钢筋混凝土结构。
[0018]
【具体实施方式】
[0019]实施例1
在图1中，纤维增强复合材料非线性建筑由非线性形态的纤维增强复合材料构件(I)拼装而成。纤维增强复合材料构件(I)由纤维增强复合材料内表皮层(2)、夹芯泡沫层(3)、纤维增强复合材料外表皮层(4)和网格状分布的纤维增强复合材料肋板(5)构成。纤维增强复合材料非线性建筑的建造过程是首先依据建筑的非线性造型，在工厂搭建金属支撑台架(6)，并在上面铺设方钢或槽钢(7)。在方钢或槽钢(7)上用聚氨酯材料发泡，形成泡沫层
(8)，并使用计算机数字控制机床铣削泡沫层(8)直至构件外表面形态。在泡沫层(8)表面涂刷脱模剂，制作由纤维片材与树脂固化而成的纤维增强复合材料外表皮层(4)。在纤维增强复合材料外表皮层(4)上继续发泡直至一定厚度，形成夹芯泡沫层(3)，再次使用计算机数字控制机床铣削夹芯泡沫层(3)直至构件内表面形态。在夹芯泡沫层(3)上制作由纤维片材与树脂固化而成的纤维增强复合材料内表皮层(2)。纤维增强复合材料内表皮(2)、夹芯泡沫层(3)、纤维增强复合材料外表皮(4)的厚度依据承载力计算确定。至此纤维增强复合材料构件在工厂制作完成。
[0020]在图1和图2中，为了提高构件的刚度，纤维增强复合材料构件(I)内部设置网格状分布的纤维增强复合材料肋板(5)。纤维增强复合材料肋板(5)与纤维增强复合材料内表皮(2 )、纤维增强复合材料外表皮(4 )使用胶粘剂可靠连接。
[0021]在图3中，纤维增强复合材料构件(I)是建筑的承重构件和围护构件。将在工厂制作完成的纤维增强复合材料构件(I)运至施工现场进行拼接。纤维增强复合材料构件拼缝(10)使用机械连接件或者胶粘剂连接。纤维增强复合材料构件(I)的两端固定于地面嵌固端(9)。为保证建筑的整体刚度，构件拼装完成后，在构件拼缝(10)的外表面整体真空灌注制作纤维增强复合材料层，然后打磨修整喷漆。
[0022]在图4中，纤维增强复合材料构件(I)为建筑的承重构件和围护构件，其两端与地面嵌固端(9)的连接采用机械连接方式。在纤维增强复合材料构件(I)的两端预留螺栓孔，将螺栓(11)穿过预留孔与基础连接件(12)连接。
[0023]实施例2
在图5中，纤维增强复合材料构件(I)是建筑的围护构件，其制作过程与实施例1中的相同。纤维增强复合材料构件(I)制作完成后，对内、外表面打磨光滑，并在上面喷涂氟碳漆饰面。纤维增强复合材料构件(I)的拼装在钢结构或者钢筋混凝土结构(13)上方进行。首先建造钢结构或者钢筋混凝土结构(13)，然后将纤维增强复合材料构件(I)吊装放置在钢结构或者钢筋混凝土结构(13)上方，使用机械连接件与钢结构或者钢筋混凝土结构
(13)连接。安装完成后，将纤维增强复合材料构件拼缝(10)处用聚氨酯泡沫填充，并在表面粘贴纤维增强复合材料片材，然后打磨修整喷漆。
【主权项】
1.一种纤维增强复合材料非线性建筑，其造型为连续流动状形体，为自由形态建筑，其特征是:建筑构件由非线性形态的纤维增强复合材料层、夹芯泡沫层和网格状分布纤维增强复合材料肋板组成，采用计算机数字控制技术加工制作，屋面板和墙面板整体成型，同时具备承重和围护功能。2.根据权利要求1所述的建筑，其特征是:构件的纤维增强复合材料内表皮层、夹芯泡沫层和纤维增强复合材料外表皮层均为非线性的连续流动状形态，各部分之间由胶粘剂或者机械连接件连接。3.根据权利要求1所述的建筑，其特征是:构件内部设置网格状分布的纤维增强复合材料肋板，肋板截面形状为实心方形、实心矩形、实心I字型、空心方形、空心矩形和空心I字型。4.根据权利要求1所述的建筑，其特征是:纤维增强复合材料层所采用的纤维片材可以为玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维和玄武岩纤维，所采用的树脂可以是环氧树脂、酚醛树脂和不饱和聚酷树脂。5.根据权利要求1所述的建筑，其特征是:构件拼接后可以直接作为非线性建筑的承重构件和围护构件使用，也可以拼接后放置于钢结构或者钢筋混凝土结构构件上作为非线性建筑的围护构件使用。
【专利摘要】一种纤维增强复合材料非线性建筑。它的构件由非线性形态的纤维增强复合材料内表皮层、夹芯泡沫层、纤维增强复合材料外表皮层和网格状分布的纤维增强复合材料肋板组成，采用计算机数字控制技术在工厂整体成型，同时具备承重和围护功能。在现场安装时，将构件直接拼装并饰面即可。此纤维增强复合材料非线性建筑可以工厂化生产，准确实现非线性造型，并实现现场的快速安装。
【IPC分类】E04B1/34, E04C1/00
【公开号】CN104912249
【申请号】CN201410090767
【发明人】徐卫国
【申请人】徐卫国
【公开日】2015年9月16日
【申请日】2014年3月13日