CN106968367A - 一种新型3d打印配筋墙体及其施工方法 - Google Patents

一种新型3d打印配筋墙体及其施工方法 Download PDF

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张翠强
王鹏
史鹏飞
李六连
孙建运
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    • E04H9/021—Bearing, supporting or connecting constructions specially adapted for such buildings

Abstract

本发明是一种新型3D打印配筋墙体及其施工方法，其中3D打印配筋墙体包括有由3D打印机整体打印而成的墙体主体；墙体主体包括外部的矩形边框板和沿墙体主体的宽度方向分隔边框板的内部、形成腔体的竖向分隔板；边框板包括前侧板、后侧板、左侧板和右侧板；竖向分隔板有两块，连接在前侧板和后侧板之间、靠近边框板两端位置处，且竖向分隔板与前侧板、后侧板、左侧板或右侧板围成矩形腔体；墙体主体中设有构造柱钢筋骨架和横向钢筋；所述构造柱钢筋骨架有两个、位于矩形腔体中；在矩形腔体中浇筑有构造柱混凝土；横向钢筋有两组，分别布置在前侧板和后侧板中。本发明解决传统的3D打印素混凝土墙体抗拉性能差、延性与耗能性能达不到抗震要求的问题。

Description

一种新型3D打印配筋墙体及其施工方法
技术领域
本发明属于工程结构抗震与3D打印增材建造技术领域，具体涉及一种新型3D打印配筋墙体及其施工方法。
背景技术
现有的土建制作安装领域往往采用现场支模板、绑扎钢筋笼、浇筑混凝土以及淋水养护的施工工艺流程。该传统施工工艺耗费大量木材、人工、水资源，并伴随整个施工过程产生大量的建筑垃圾和粉尘，尽管在这个工艺建造过程中采取了一些降噪除尘措施，但仍然无法做到真正的绿色环保建造。而新兴的3D打印增材制作加工工艺可以完全避免模板制作这个环节，并且不需要大量的人工投入，施工效率大大提高，在打印过程中基本无噪音和粉尘产生，完全实现了绿色建造过程。但是由于3D打印建筑构件基本是素混凝土构件，其抗拉性能差，并且延性与耗能性能均达不到抗震要求，因此其在建筑领域的适用性受到一定限制。
发明内容
本发明的目的是提供一种新型3D打印配筋墙体及其施工方法，要解决传统的3D打印素混凝土墙体抗拉性能差、延性与耗能性能均达不到抗震要求的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。
一种新型3D打印配筋墙体，包括有由3D打印机整体打印而成的墙体主体；所述墙体主体包括外部的矩形边框板和沿墙体主体的宽度方向分隔边框板的内部、形成腔体的竖向分隔板；所述边框板包括前侧板、后侧板、左侧板和右侧板；所述竖向分隔板有两块，连接在前侧板和后侧板之间、靠近边框板两端位置处，且竖向分隔板与前侧板、后侧板、左侧板或右侧板围成矩形腔体；所述墙体主体中设有构造柱钢筋骨架和横向钢筋；所述构造柱钢筋骨架有两个，分别位于竖向分隔板与前侧板、后侧板、左侧板或右侧板围成矩形腔体中；在矩形腔体中还浇筑有构造柱混凝土；所述横向钢筋有两组，分别沿竖向平行间隔布置在前侧板和后侧板中。
优选的，所述横向钢筋包括有从下而上依次布置的下等效圈梁拉筋、墙体水平拉筋和上等效圈梁拉筋；
所述下等效圈梁拉筋至少布置有两层、沿竖向平行间隔设置在墙体主体的下侧，且相邻两层下等效圈梁拉筋之间的间距为45mm~55mm；
所述墙体水平拉筋至少布置有三层、沿竖向平行间隔设置，且相邻两层墙体水平拉筋之间的间距为450mm~550mm；
所述上等效圈梁拉筋至少布置有两层、沿竖向平行间隔设置在墙体主体的上侧，且相邻两层上等效圈梁拉筋之间的间距为45mm~55mm。
优选的，所述横向钢筋的两端分别设有水平弯钩，且水平弯钩伸入墙体主体两端的左侧板和右侧板中。
优选的，所述横向钢筋的两端的水平弯钩弯曲角度为90°。
优选的，所述构造柱钢筋骨架包有一组竖向钢筋和环箍在一组竖向钢筋外侧的一组箍筋；所述构造柱钢筋骨架的顶部超出墙体主体的顶部，构造柱钢筋骨架的底部超出墙体主体的底部。
一种新型3D打印配筋墙体的施工方法，包括步骤如下。
步骤一：根据设计中相邻两根构造之间的间距，平行间隔布置构造柱钢筋骨架。
步骤二：根据设计墙体主体的尺寸，3D打印配筋墙体主体。
步骤三：浇筑构造柱混凝土；在竖向分隔板与前侧板、后侧板、左侧板或右侧板围成矩形腔体中浇筑构造柱混凝土。
优选的，步骤二中3D打印配筋墙体主体时，打印机的打印头沿墙体主体的轮廓线水平行走打印。
优选的，步骤二中3D打印配筋墙体主体时，从下而上分层打印，且边打印边布置横向钢筋。
优选的，步骤二中3D打印配筋墙体主体的具体步骤为。
步骤a:首先打印墙体最底下一层墙体主体的高度为45~55mm，包括边框板和竖向分隔板。
步骤b: 然后在打印好的边框板的前侧板和后侧板顶部放置下等效圈梁拉筋，并且将下等效圈梁拉筋的端部弯曲成弯钩分别伸入左侧板和右侧板位置处。
步骤c:再将下等效圈梁拉筋上打印一层45-55mm厚水泥砂浆。
步骤d:按照步骤b和步骤c的打印过程依次打印完成墙体下侧的下等效圈梁拉筋范围内的墙体主体，墙体水平拉筋范围内的墙体主体以及墙体上侧的上等效圈梁拉筋范围内的墙体主体，其中在打印墙体水平拉筋范围内的墙体主体时，墙体水平拉筋的间距为450mm~550mm。
本发明的有益效果如下。
1、本发明中新型3D打印配筋墙体的墙体主体内部设置构造柱钢筋骨架，并且浇筑构造柱混凝土，形成暗柱，提高了墙体的稳定性和承受地震水平作用的能力。
2、本发明在新型3D打印配筋墙体的墙体主体底部设置下等效圈梁拉筋，打印一定高度后设置墙体水平拉筋，并且在墙体主体顶底部设置上等效圈梁拉筋，与两侧的构造柱形成整体，增加了墙体的承载竖向重力的性能、延性和耗能性能，确保该墙体在地震烈度区也可采用。
3、本发明中的横向钢筋两端分别设有水平弯钩，且水平弯钩伸入墙体主体两端的左侧板和右侧板中，增强了墙体与两侧的构造柱的整体性能和承受水平荷载的性能。
4、本发明中由于构造柱钢筋骨架为竖向连续，且在端部布置，打印头在其外表轮廓行走，并且墙体主体中的横向钢筋为水平分层布置，其打印头是水平路径行走，因此端部构造柱钢筋骨架和水平分布的横向钢筋不影响打印行走路径。
5、本发明方法中打印带钢筋的墙体时，边打印边设置横向钢筋，相比传统的3D打印墙体，本发明解决了传统的3D打印墙体不能承受地震水平作用的技术问题。
6、本发明通过设置配筋的3D打印墙体的概念设计，确保结构构件在强震作用下不会发生垮塌，本发明抗震概念设计清晰、结构构造简单、施工方便，增强了3D打印构件的抗震性能和广泛的适用性，同时改善了3D打印结构的整体抗震性能。
7、我国领土基本上都是抗震设防烈度区域，因此急需发明一种可具备抗震性能性能的3D打印墙体，本发明的3D打印墙体的具有广泛的适用性。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明中3D打印配筋墙体的正面示意图。
图2是图1中1-1的剖面示意图。
附图标记：1－边框板、1.1－前侧板、1.2－后侧板、1.3－左侧板、1.4－右侧板、2－竖向分隔板、3－构造柱钢筋骨架、3.1－竖向钢筋、3.2－箍筋、4－横向钢筋、4.1－下等效圈梁拉筋、4.2－墙体水平拉筋、4.3－上等效圈梁拉筋。
具体实施方式
如图1和图2所示，这种新型3D打印配筋墙体，包括有由3D打印机整体打印而成的墙体主体；所述墙体主体包括外部的矩形边框板1和沿墙体主体的宽度方向分隔边框板1的内部、形成腔体的竖向分隔板2；所述边框板1包括前侧板1.1、后侧板1.2、左侧板1.3和右侧板1.4；所述竖向分隔板2有两块，连接在前侧板1.1和后侧板1.2之间、靠近边框板1两端位置处，且竖向分隔板2与前侧板1.1、后侧板1.2、左侧板1.3或右侧板1.4围成矩形腔体；所述墙体主体中设有构造柱钢筋骨架3和横向钢筋4；
所述构造柱钢筋骨架3有两个，分别位于竖向分隔板2与前侧板1.1、后侧板1.2、左侧板1.3或右侧板1.4围成矩形腔体中；在矩形腔体中还浇筑有构造柱混凝土；作为约束形成整体抗震性能比较的承重抗侧构件。
所述横向钢筋4有两组，分别沿竖向平行间隔布置在前侧板1.1和后侧板1.2中。
本实施例中，所述横向钢筋4包括有从下而上依次布置的下等效圈梁拉筋4.1、墙体水平拉筋4.2和上等效圈梁拉筋4.3；
所述下等效圈梁拉筋4.1布置有四层、沿竖向平行间隔设置在墙体主体下侧，且相邻两层下等效圈梁拉筋4.1之间的间距50mm；
所述墙体水平拉筋4.2布置有四层、沿竖向平行间隔设置，且相邻两层墙体水平拉筋4.2之间的间距500mm；
所述上等效圈梁拉筋4.3布置有四层、沿竖向平行间隔设置在墙体主体的上侧，且相邻两层上等效圈梁拉筋4.3之间的间距50mm。
当然在其他实施例中，下等效圈梁拉筋4.1、墙体水平拉筋4.2以及上等效圈梁拉筋4.3设置层数根据设计要求而定，至少为两层。
当然在其他实施例中，下等效圈梁拉筋4.1之间的间距、墙体水平拉筋4.2之间的间距以及上等效圈梁拉筋4.3之间的间距均可以根据设计要求而定，其中下等效圈梁拉筋4.1之间的间距可以在45mm~55mm之间选取，水平拉筋4.2之间的间距可以在450mm~550mm之间选取，上等效圈梁拉筋4.3之间的间距可以在45mm~55mm之间选取。
本实施例中，所述横向钢筋4的两端分别设有水平弯钩，且水平弯钩伸入墙体主体两端的左侧板1.3和右侧板1.4中。
本实施例中，所述横向钢筋4的两端的水平弯钩弯曲角度为90°。
本实施例中，所述构造柱钢筋骨架3包有一组竖向钢筋3.1和环箍在一组竖向钢筋3.1外侧的一组箍筋3.2；所述构造柱钢筋骨架3的顶部超出墙体主体的顶部，构造柱钢筋骨架3的底部超出墙体主体的底部。
这种新型3D打印配筋墙体的施工方法，包括步骤如下。
步骤一：根据设计中相邻两根构造之间的间距，平行间隔布置构造柱钢筋骨架3。
步骤二：根据设计墙体主体的尺寸， 3D打印配筋墙体的墙体主体。
步骤三：浇筑构造柱混凝土；在竖向分隔板2与前侧板1.1、后侧板1.2、左侧板1.3或右侧板1.4围成矩形腔体中浇筑构造柱混凝土。
本实施例中，步骤二中3D打印配筋墙体的墙体主体时，打印机的打印头沿墙体主体的轮廓线水平行走打印。
本实施例中，步骤二中3D打印配筋墙体的墙体主体时，从下而上分层打印，且边打印边布置横向钢筋4。
本实施例中，步骤二中3D打印配筋墙体的墙体主体的具体步骤为。
步骤a:首先打印墙体最底下一层墙体主体的高度为50mm，包括边框板1和竖向分隔板2。
步骤b: 然后在打印好的边框板的前侧板1.1和后侧板1.2顶部放置下等效圈梁拉筋4.1，并且将下等效圈梁拉筋4.1的端部弯曲成弯钩分别伸入左侧板1.3和右侧板1.4位置处。
步骤c:再将下等效圈梁拉筋4.1上打印一层50mm厚水泥砂浆。
步骤d:重复步骤b至步骤c的过程依次打印完成墙体下侧的下等效圈梁拉筋4.1范围内的墙体主体，墙体水平拉筋4.2范围内的墙体主体以及墙体上侧的上等效圈梁拉筋4.3范围内的墙体主体。
当然在其他实施例中，打印墙体最底下一层范围内的墙体主体的高度根据设计要求而定，可以在45mm~55mm直接选取。
本实施例中，3D打印墙体主体是由3D打印材料直接打印生成、构造柱钢筋骨架的放入不影响打印机喷头行走路径，可实现现场原位打印建筑的想法；由于构造柱钢筋骨架为竖向连续，且在端部布置，打印头在其外表轮廓行走，并且墙体主体中的横向钢筋为水平分层布置，其打印头是水平路径行走，因此端部构造柱钢筋骨架和水平分布的横向钢筋不影响打印行走路径。

Claims (9)

1.一种新型3D打印配筋墙体，包括有由3D打印机整体打印而成的墙体主体；所述墙体主体包括外部的矩形边框板（1）和沿墙体主体的宽度方向分隔边框板（1）的内部、形成腔体的竖向分隔板（2）；所述边框板（1）包括前侧板（1.1）、后侧板（1.2）、左侧板（1.3）和右侧板（1.4）；所述竖向分隔板（2）有两块，连接在前侧板（1.1）和后侧板（1.2）之间、靠近边框板（1）两端位置处，且竖向分隔板（2）与前侧板（1.1）、后侧板（1.2）、左侧板（1.3）或右侧板（1.4）围成矩形腔体；其特征在于：所述墙体主体中设有构造柱钢筋骨架（3）和横向钢筋（4）；
所述构造柱钢筋骨架（3）有两个，分别位于竖向分隔板（2）与前侧板（1.1）、后侧板（1.2）、左侧板（1.3）或右侧板（1.4）围成矩形腔体中；在矩形腔体中还浇筑有构造柱混凝土；
所述横向钢筋（4）有两组，分别沿竖向平行间隔布置在前侧板（1.1）和后侧板（1.2）中。
2.根据权利要求1所述的一种新型3D打印配筋墙体，其特征在于：所述横向钢筋（4）包括有从下而上依次布置的下等效圈梁拉筋（4.1）、墙体水平拉筋（4.2）和上等效圈梁拉筋（4.3）；
所述下等效圈梁拉筋（4.1）至少布置有两层、沿竖向平行间隔设置在墙体主体的下侧，且相邻两层下等效圈梁拉筋（4.1）之间的间距为45mm~55mm；
所述墙体水平拉筋（4.2）至少布置有三层、沿竖向平行间隔设置，且相邻两层墙体水平拉筋（4.2）之间的间距为450mm~550mm；
所述上等效圈梁拉筋（4.3）至少布置有两层、沿竖向平行间隔设置在墙体主体的上侧，且相邻两层上等效圈梁拉筋（4.3）之间的间距为45mm~55mm。
3.根据权利要求2所述的一种新型3D打印配筋墙体，其特征在于：所述横向钢筋（4）的两端分别设有水平弯钩，且水平弯钩伸入墙体主体两端的左侧板（1.3）和右侧板（1.4）中。
4.根据权利要求3所述的一种新型3D打印配筋墙体，其特征在于：所述横向钢筋（4）的两端的水平弯钩弯曲角度为90°。
5.根据权利要求3所述的一种新型3D打印配筋墙体，其特征在于：所述构造柱钢筋骨架（3）包有一组竖向钢筋（3.1）和环箍在一组竖向钢筋（3.1）外侧的一组箍筋（3.2）；所述构造柱钢筋骨架（3）的顶部超出墙体主体的顶部，构造柱钢筋骨架（3）的底部超出墙体主体的底部。
6.一种权利要求1-5中任意一项所述的新型3D打印配筋墙体的施工方法，其特征在于，包括步骤如下：
步骤一：根据设计中相邻两根构造之间的间距，平行间隔布置构造柱钢筋骨架（3）；
步骤二：根据设计墙体主体的尺寸，3D打印配筋墙体的墙体主体；
步骤三：浇筑构造柱混凝土；在竖向分隔板（2）与前侧板（1.1）、后侧板（1.2）、左侧板（1.3）或右侧板（1.4）围成矩形腔体中浇筑构造柱混凝土。
7.根据权利要求6中所述的新型3D打印配筋墙体的施工方法，其特征在于：步骤二中3D打印配筋墙体的墙体主体时，打印机的打印头沿墙体主体的轮廓线水平行走打印。
8.根据权利要求6中所述的新型3D打印配筋墙体的施工方法，其特征在于：步骤二中3D打印配筋墙体的墙体主体时，从下而上分层打印，且边打印边布置横向钢筋（4）。
9.根据权利要求8中所述的新型3D打印配筋墙体的施工方法，其特征在于：步骤二中3D打印配筋墙体的墙体主体的具体步骤为：
步骤a:首先打印墙体最底下一层墙体主体的高度为45~55mm，包括边框板（1）和竖向分隔板（2）；
步骤b: 然后在打印好的边框板的前侧板（1.1）和后侧板（1.2）顶部放置下等效圈梁拉筋（4.1），并且将下等效圈梁拉筋（4.1）的端部弯曲成弯钩分别伸入左侧板（1.3）和右侧板（1.4）位置处；
步骤c:再将下等效圈梁拉筋（4.1）上打印一层45~55mm厚水泥砂浆；
步骤d:重复步骤b至步骤c的过程依次打印完成墙体下侧的下等效圈梁拉筋（4.1）范围内的墙体主体，墙体水平拉筋（4.2）范围内的墙体主体以及墙体上侧的上等效圈梁拉筋（4.3）范围内的墙体主体,其中在打印墙体水平拉筋（4.2）范围内的墙体主体时，墙体水平拉筋（4.2）的间距为450mm~550mm。
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