基于3d打印的装配式框架柱结构的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于3D打印的装配式异形柱框架结构及其施工方法，该框架结构包括：多个框架柱，端部设有沿纵向设置的、混凝土形成的柱体结构，内部设有沿纵向设置的柱体空腔；多个框架梁，搭设于所述柱体结构的顶部处，所述框架梁的端部和所述框架柱的顶部围合形成连接节点，所述连接节点置于所述柱体空腔的上；以及混凝土连接结构，设于所述柱体空腔内和所述连接节点处；其中：所述框架柱和所述框架梁围合拼接形成框架结构；所述混凝土连接结构连接所述框架梁和所述框架柱。本发明最大程度的降低人工、节约材料、施工工期迅速等特点。本发明实现了施工全过程零垃圾、零模板和零脚手架，真正做到了绿色环保。
【专利说明】
基于3D打印的装配式框架柱结构
技术领域
[0001 ]本发明涉及建筑施工领域，尤指一种基于3D打印的装配式框架柱结构。
【背景技术】
[0002]目前，我国建筑行业正处在由传统建筑业向建筑工业化的全面转型阶段，绿色建造已经在全国全面展开，大批的先进技术得到了广泛应用，当今的建筑业更注重节能、节地、节水、节材和环境保护，绿色建筑、绿色建造等热门话题正逐步被接收和实施，国家也出台了相关的政策予以支持，但我国的施工技术水平仍然比较落后，仍然无法实现零垃圾、零模板、零脚手架施工作业，随着3D打印技术在建筑领域的应用，尤其是3D打印技术建筑油墨的材料性能有了很大的提高，使建筑施工零垃圾、零模板、零脚手架施工作业成为了可能，3D打印技术可以实现任何复杂造型的打印，可以实现结构、保温、装饰一体化，可以实现模板和结构构件一体化，目前我国建设量最大的为住宅建筑，住宅建筑产业急需一种适宜3D打印的新型的建筑结构体系，真正实现建筑施工零垃圾、零模板、零脚手架施工作业，真正做到节约、环保。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种基于3D打印的装配式框架柱结构，解决现有建筑施工中无法实现零垃圾、零模板、零脚手架的施工作业的问题。
[0004]实现上述目的的技术方案是:
[0005]本发明提供了一种基于3D打印的装配式框架柱结构，所述框架柱采用3D打印技术制作而成，包括:
[0006]a、采用3D打印技术制作形状适配于所述框架柱的一层砌体至预埋标高处；
[0007]b、于该层砌体的顶部设置箍筋，所述箍筋的形状适配于所述框架柱；
[0008]C、采用3D打印技术于该层砌体的顶部再制作一层砌体；
[0009]d、重复步骤b、c，至所述框架柱的设计标高；
[0010]所述框架柱的端部形成有沿纵向设置的浇筑空间，内部形成有沿纵向设置的柱体空腔，所述浇筑空间内浇筑形成有柱体结构。
[0011 ]框架柱具有柱体空腔，使得框架柱的自重轻，方便运输及吊装，框架柱的端部设有强度大的混凝土柱体结构，用于增强框架柱的结构强度，同时也为框架梁提供支撑。框架柱的主体空腔内后续浇筑有混凝土，且与框架梁形成稳固的连接结构，确保框架柱的结构强度的同时，也提高了框架柱和框架梁之间的连接强度。框架柱和框架梁采用3D打印技术预制，充分发挥3D打印技术的优势，使整栋楼在施工过程中不再需要模板、不会产生建筑垃圾，梁、柱、楼板、填充墙等构件均可采用3D打印技术在工厂预制，现场进行拼装，最大的降低人工、节约材料、环保、施工工期迅速等特点。本发明实现了施工全过程零垃圾、零模板和零脚手架，真正做到了绿色环保。
[0012]本发明基于3D打印的装配式框架柱结构的进一步改进在于，所述框架柱包括适配于所述框架柱形状的柱壳体和设于所述柱壳体内的斜撑结构，所述斜撑结构将所述柱壳体内分隔成所述柱体空腔。
[0013]本发明基于3D打印的装配式框架柱结构的进一步改进在于，所述框架柱的形状为T型、L型、或平直型。
【附图说明】
[0014]图1为本发明基于3D打印的装配式异形柱框架结构的结构示意图；
[0015]图2为本发明基于3D打印的装配式异形柱框架结构中框架柱和框架梁的连接结构示意图；
[0016]图3为本发明基于3D打印的装配式异形柱框架结构中框架柱的第一实施例的结构示意图；
[0017]图4为本发明基于3D打印的装配式异形柱框架结构中框架柱的第二实施例的结构示意图；
[0018]图5为本发明基于3D打印的装配式异形柱框架结构中框架柱的第三实施例的结构示意图；
[0019]图6为本发明基于3D打印的装配式异形柱框架结构中框架梁的结构示意图；以及
[0020]图7至图9为本发明基于3D打印的装配式异形柱框架结构中采用3D打印技术预制框架柱的分解步骤示意图。
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
[0022]本发明一种基于3D打印的装配式异形柱框架结构及其施工方法，采用3D打印技术预制框架梁、框架柱、桁架空心楼板、以及填充墙等，在施工现场将框架梁和框架柱拼接形成框架结构，再将填充墙和桁架空心楼板设于框架结构的中空部分，整个施工过程中不需要模板、不会产生建筑垃圾，真正实现建筑施工零垃圾、零模板、零脚手架的施工作业。框架柱内部设有柱体空腔，端部设有混凝土的柱体结构，保证框架柱的结构强度，能够支撑住框架梁的情况下，具有较轻的自重，方便运输以及吊装。将框架梁搭设在框架柱的端部，在框架柱的柱体空腔内浇筑混凝土，该混凝土浇筑至与框架梁平齐，将框架梁端部伸出的梁钢架锚固起来，形成了框架梁和框架柱之间的稳固连接。本发明还具有施工速度快，节省材料、降低成本等优点。下面结合附图对本发明基于3D打印的装配式异形柱框架结构及其施工方法进行说明。
[0023]参阅图1，显示了本发明基于3D打印的装配式异形柱框架结构的结构示意图，下面结合图1，对本发明基于3D打印的装配式异形柱框架结构进行说明。
[0024]如图1所示，本发明基于3D打印的装配式异形柱框架结构包括多个框架柱10、多个框架梁20、以及连接框架柱10和框架梁20的混凝土连接结构30，框架柱10和框架梁20围合拼接形成框架结构，通过混凝土连接结构30将框架梁20和框架柱10锚固连接，形成稳固的整体。
[0025]如图3所示，框架柱10采用3D打印技术制作而成，框架柱10的端部设有沿纵向设置即框架柱10长度方向的柱体结构101，该柱体结构101为混凝土结构，框架柱10的内部沿纵向设置即框架柱10长度方向设有柱体空腔102，使得框架柱10的自重较轻，方便运输及吊装，又因端部设有柱体结构101可满足框架柱的结构强度，对框架梁20起到支撑作用。
[0026]如图6和图2所示，框架梁20搭设于框架柱10的端部处，即设在柱体结构101的顶部，框架梁20的端部和框架柱10的顶部围合形成连接节点，该连接节点设于框架柱10的柱体空腔102的上方，混凝土连接结构30设于柱体空腔102内和连接节点处，将框架梁20和框架柱10连接。进一步地，在框架梁20的内部插设有梁钢筋201，梁钢筋201伸出框架梁10的端部形成锚固端，锚固端置于柱体空腔102上且设于连接节点处，通过浇筑于柱体空腔102内和连接节点处的混凝土将锚固端锚固，浇筑的连接节点处的混凝土与框架梁20的顶面齐平，形成了混凝土连接结构30，实现了框架梁20和框架柱10之间的稳固连接。
[0027]进一步地，框架梁20为采用3D打印技术预制而成，框架梁20包括适配于框架梁形状的梁壳体202和设于梁壳体202内的支撑结构203，梁壳体202包括相对设置的第一壳面和第二壳面、以及设于第一壳面和第二壳面一端的封闭面，梁壳体202的横截面为U形，支撑结构203支设于第一壳面和第二壳面之间，将梁壳体202分隔形成梁体空腔204和U型槽205，该U型槽205设于框架梁20的底部。在3D打印形成框架梁20的过程中，以框架梁20的形状打印一层砌体，然后与砌体的顶部铺设箍筋206，再于砌体上继续打印一层砌体，再铺设箍筋206，直至到框架梁20的标高。打印形成框架梁20后，在框架梁20的梁体空腔204内插入梁钢筋201并灌自密实混凝土，形成钢筋混凝土结构。当梁体空腔204内的混凝土凝固后，将框架梁20底部U型槽205朝上设置，放置梁钢筋201在U型槽205内，于U型槽205内浇筑混凝土，形成钢筋混凝土结构。框架梁20的底部U型槽205内浇筑有混凝土，使得框架梁20的底部为混凝土结构，该混凝土结构可以和梁钢筋共同受力和变形，避免框架梁20在受力过程中出现裂缝，因为如果框架梁20的底部也采用3D打印，当框架梁20变形时，3D打印的框架梁20的外壳会因打印的每层砌体之间粘结力差而被拉裂。采用3D打印框架梁20的底部设置为U型槽，在U型槽内浇筑混凝土，以解决框架梁因打印材料的接缝处粘结力不足而引起的裂缝问题。另，先于梁体空腔内灌注自密实混凝土，后于U型槽内浇筑混凝土的好处是，浇筑U型槽时，只需将框架梁的底部朝上翻转过来即可，无需另外设置模板，也方便穿插梁底的钢筋，具有施工方便的优点。
[0028]结合图1所示，混凝土连接结构30设于柱体空腔102内和柱体空腔102顶部的连接节点处，将框架梁20的顶部的梁钢筋201设置伸出框架梁20，形成位于连接节点处的锚固端，该锚固端锚固于混凝土连接结构30内。通过混凝土连接结构30的设置，使得框架梁20和框架柱10连接在一起，形成整体的稳固结构。
[0029]如图3所示，本发明的框架柱10为采用3D打印技术制作而成，框架柱10包括适配于框架柱形状的柱壳体103和设于柱壳体103内的斜撑结构104，斜撑结构104斜向支设于柱壳体103内，较佳地，与柱壳体103之间的夹角为45°。通过斜撑结构104形成了带有桁架支撑体系的框架柱10。斜撑结构104将柱壳体103内分隔形成多个柱体空腔102。
[0030]结合图7至图9所示，在3D打印形成框架柱10的过程中，以框架柱10的形状打印第一层砌体1031，然后于第一层砌体1031的顶部铺设箍筋105，再于第一层砌体1031上继续打印第二层砌体1032，将箍筋105锚固于第二层砌体1032和第一层砌体1031中；再于第二层砌体1032上铺设箍筋105，继续重复向上打印砌体，铺设箍筋105，直至到框架柱10的标高。在3D打印形成框架柱10时，框架柱10的端部留设了沿长度方向设置的浇筑空间，打印完成后，在浇筑空间内插设柱钢筋106并浇筑混凝土，形成柱体结构101。柱体结构101用于设置吊点，兼顾框架梁20的支撑结构，提高框架柱10的结构强度，而柱体空腔102采用空腔结构设置，具有自重轻，方便运输及安装等特点。
[0031]如图3所示，显示了本发明的框架柱10的结构第一实施例，在本实施例中，框架柱10为T型，具有三个端部，且三个端部均设有柱体结构101J型的框架柱10设于建筑主体的侧部，用于连接三根框架梁20。如图4所示，显示了框架柱10的第二实施例，在本实施例中，框架柱10为L型，具有两个端部。L型框架柱10设于建筑主体的角部，用于连接两根框架梁20。如图5所示，显示了框架柱10的第三实施例，在本实施例中，框架柱10为平直型，具有两个端部，可以设于建筑主体的中部，支撑沿同一方向设置的两根框架梁20。框架柱10还可以为十字型，具有四个端部用于支撑横纵方向的框架梁20。
[0032]如图2所示，作为本发明的一较佳实施方式，在框架柱10端部的顶面设有第一连接钢板107，框架梁20的底部对应设有第二连接钢板207，将框架梁20设于框架柱10的端部时，使得第一连接钢板107和第二连接钢板207对齐，并采用焊接连接固定。
[0033]结合图1和图6所示，框架柱10和框架梁20围合拼接形成框架结构后，在于框架梁20上设置楼板40，框架梁20和框架柱10围合的空间上设置填充墙，该楼板40和填充墙也为预制构件，将楼板40吊装在框架梁20上后，在框架梁20的顶部绑扎钢筋，将框架梁20的顶部与楼板40上的叠合层浇筑成一个整体。填充墙设置时，与框架梁20之间留出变形间隙，完成后再用细石混凝土填充，避免梁变形后荷载传到填充墙上，对填充墙造成影响。
[0034]本发明基于3D打印的装配式异形柱框架结构的有益效果为:
[0035]框架柱具有柱体空腔，使得框架柱的自重轻，方便运输及吊装，框架柱的端部设有强度大的混凝土柱体结构，用于增强框架柱的结构强度，同时也为框架梁提供支撑。框架柱的主体空腔内后续浇筑有混凝土，且与框架梁形成稳固的连接结构，确保框架柱的结构强度的同时，也提高了框架柱和框架梁之间的连接强度。框架柱和框架梁采用3D打印技术预制，充分发挥3D打印技术的优势，使整栋楼在施工过程中不再需要模板、不会产生建筑垃圾，梁、柱、楼板、填充墙等构件均可采用3D打印技术在工厂预制，现场进行拼装，最大的降低人工、节约材料、环保、施工工期迅速等特点。本发明实现了施工全过程零垃圾、零模板和零脚手架，真正做到了绿色环保。
[0036]下面对本发明基于3D打印的装配式异形柱框架结构的施工方法进行说明。
[0037]如图1、图3和图6所示，本发明基于3D打印的装配式异形柱框架结构的施工方法包括:
[0038]采用3D打印技术制作框架柱10和框架梁20，框架柱10的端部形成有沿纵向设置的浇筑空间，内部形成有沿纵向设置的柱体空腔102;
[0039]于饶筑空间内插设钢筋并饶筑混凝土形成柱体结构101，将框架柱10支设于设定位置；
[0040]将框架梁20搭设于柱体结构101的顶部，框架梁20的端部和框架柱10的顶部围合形成连接节点，该连接节点位于柱体空腔102的上方；
[0041 ]向柱体空腔102和连接节点处饶筑混凝土，通过混凝土结构连接框架梁20和框架柱10。
[0042]较佳地，于框架梁20内插设梁钢筋201，且梁钢筋201伸出框架梁20的两端形成锚固端，该锚固端位于连接节点处，且置于对应的框架柱10内的柱体空腔102上方，于柱体空腔102上方的连接节点处支设模块，使得梁钢架201的锚固端位于模板内，向柱体空腔102内间隔插设柱钢筋，然后向模板和柱体空腔102浇筑混凝土，通过混凝土结构锚固梁钢筋201的锚固端，从而将框架梁20和框架柱10连接固定。
[0043]如图7至图9所示，以3D打印制作框架柱10为例进行说明，采用3D打印技术制作框架柱1包括:
[0044]a、采用3D打印技术制作形状适配于所述框架柱10的第一层砌体1031至预埋标高处；
[0045]b、于第一层砌体1031的顶部设置箍筋105，箍筋105的形状适配于框架柱10，即框架柱10为T型，该箍筋105也为T型，框架柱10为L型，该箍筋105也为L型，框架柱10为平直型，该箍筋105也为平直型；
[0046]C、采用3D打印技术于第一层砌体1031的顶部制作第二层砌体1032;
[0047]d、重复步骤b、c，在第二层砌体1032上设置箍筋105，于第二层砌体1032上制作第三层砌体，以此重复设置箍筋、制作砌体，直至框架柱10的设计标高，完成所述框架柱制作。
[0048]如图6所示，框架梁20采用立式打印方式，其3D打印制作方法与框架柱10相同，制作的形状适配框架梁20的形状即可，在此不再赘述。框架梁20包括适配于框架梁形状的梁壳体202和设于梁壳体202内的支撑结构203，梁壳体202包括相对设置的第一壳面和第二壳面、以及设于第一壳面和第二壳面一端的封闭面，梁壳体202的横截面为U形，支撑结构203支设于第一壳面和第二壳面之间，将梁壳体202分隔形成梁体空腔204和U型槽205，该U型槽205设于框架梁20的底部。打印形成框架梁20后，在框架梁20的梁体空腔204内插入梁钢筋201并灌自密实混凝土，形成钢筋混凝土结构。当梁体空腔204内的混凝土凝固后，将框架梁20底部U型槽205朝上设置，放置梁钢筋201在U型槽205内，于U型槽205内浇筑混凝土，形成钢筋混凝土结构。框架梁20的底部U型槽205内浇筑有混凝土，使得框架梁20的底部为混凝土结构，该混凝土结构可以和梁钢筋共同受力和变形，避免框架梁20在受力过程中出现裂缝，因为如果框架梁20的底部也采用3D打印，当框架梁20变形时，3D打印的框架梁20的外壳会因打印的每层砌体之间粘结力差而被拉裂。采用3D打印框架梁20的底部设置为U型槽，在U型槽内浇筑混凝土，以解决框架梁因打印材料的接缝处粘结力不足而引起的裂缝问题。另，先于梁体空腔内灌注自密实混凝土，后于U型槽内浇筑混凝土的好处是，浇筑U型槽时，只需将框架梁的底部朝上翻转过来即可，无需另外设置模板，也方便穿插梁底的钢筋，具有施工方便的优点。
[0049]如图3至图5所示，作为本发明的一较佳实施方式，框架柱10的内部形成有斜撑结构104，通过斜撑结构104将框架柱10内分隔形成多个柱体空腔102。斜撑结构104与框架柱10的柱壳体103之间成45°夹角，通过斜撑结构104形成了桁架结构的框架柱10。框架柱10的结构为多种形状，可以是T型、L型、和平直型，以适用于建筑主体的侧部、角部、以及中间等位置。
[0050]如图2所示，作为本发明的一较佳实施方式，于柱体结构101的顶部处设第一连接钢板107，于框架梁20的底部对应第一连接钢板107设第二连接钢板207，将框架梁20搭设于柱体结构101的顶部时，使得第二连接钢板207设于第一连接钢板107上，将第一连接钢板107和第二连接钢板207焊接固定。增加框架梁20和框架柱10之间的连接强度。
[0051]将框架梁20和框架柱10围合拼接在一起后，形成了框架结构，该框架结构包括多个由梁和柱围合形成的竖向空间和水平空间；采用3D打印技术制作填充墙，将填充墙吊装于竖向空间处;采用3D打印技术制作桁架空心楼板，将桁架空心楼板吊装于所述横向空间处，就完成了建筑主体的拼装。在装配填充墙时，于填充墙和框架梁之间留出变形间隙，完成后再用细石混凝土填充该间隙，避免梁变形后的荷载传到填充墙上，对填充墙造成影响。桁架空心楼板装配时，搭设于框架梁上，将框架梁的顶部与桁架空心楼板的叠合层浇筑在一起，形成一个整体。
[0052 ]本发明基于3D打印的装配式异形柱框架结构的施工方法的有益效果为:
[0053]采用3D打印技术制作框架梁和框架柱，充分发挥3D打印技术的优势，使整栋楼在施工过程中不再需要模板、不会产生建筑垃圾，梁、柱、楼板、填充墙等构件均可采用3D打印技术在工厂预制，现场进行拼装，最大的降低人工、节约材料、环保、施工工期迅速等特点。本发明实现了施工全过程零垃圾、零模板和零脚手架，真正做到了绿色环保。框架柱采用桁架空心结构，使得框架柱的自重轻，方便运输及吊装，框架柱的端部设有强度大的混凝土柱体结构，用于增强框架柱的结构强度，同时也为框架梁提供支撑。框架柱的空心结构内后续浇筑有混凝土，且与框架梁形成稳固的连接结构，确保框架柱的结构强度的同时，也提高了框架柱和框架梁之间的连接强度。
[0054]以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种基于3D打印的装配式框架柱结构，其特征在于，所述框架柱采用3D打印技术制作而成，包括: a、采用3D打印技术制作形状适配于所述框架柱的一层砌体至预埋标高处； b、于该层砌体的顶部设置箍筋，所述箍筋的形状适配于所述框架柱； C、采用3D打印技术于该层砌体的顶部再制作一层砌体； d、重复步骤b、c，至所述框架柱的设计标高； 所述框架柱的端部形成有沿纵向设置的浇筑空间，内部形成有沿纵向设置的柱体空腔，所述浇筑空间内浇筑形成有柱体结构。2.如权利要求1所述的基于3D打印的装配式框架柱结构，其特征在于，所述框架柱包括适配于所述框架柱形状的柱壳体和设于所述柱壳体内的斜撑结构，所述斜撑结构将所述柱壳体内分隔成所述柱体空腔。3.如权利要求1所述的基于3D打印的装配式框架柱结构，其特征在于，所述框架柱的形状为T型、L型、或平直型。
【文档编号】E04C3/30GK106088326SQ201610533405
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2014年12月23日
【发明人】马荣全, 苗冬梅, 孙学锋, 葛杰
【申请人】中国建筑第八工程局有限公司