CN109837984A - 一种气肋式冰壳建筑物找形与建造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种气肋式冰壳建筑物找形与建造方法，包括：计算得到冰壳建筑物的建筑数据，通过得到的建筑数据，制成多个气肋拱基本单元；对多个气肋拱基本单元进行第一次充气，将第一次充气后的多个气肋拱基本单元并联形成气肋拱组；将气肋拱组进行基础固定，基础固定完成后，向气肋拱组中的多个气肋拱基本单元同步进行第二次充气；第二次充气完成后，向气肋拱组外表面喷射冰雪复合材料形成冰壳；在冰壳厚度达到预设值后，撤除充气肋拱组，制成冰壳建筑物。本发明不仅能够向多个气肋拱基本单元同步进行充气，缩短冰壳建筑物的制造时间；而且本发明对多个气肋拱基本单元并联形成的气肋拱组会进行基础固定，便于气肋拱组找形。

Description

一种气肋式冰壳建筑物找形与建造方法

技术领域

本发明涉及冰建筑制造领域，特别涉及一种气肋式冰壳建筑物找形与建造方法。

背景技术

在制造冰建筑时，传统建造方法有两种，第一种是通过冰砖堆砌搭建而成；第二种是以气囊作为找型及承载模板，通过喷射冰雪材料冻结而成。其中，第二种方式广泛应用于大跨度冰壳建筑物建造，其大多采用一个大型气囊作为找型及承载模板，然而大型气囊在搭建时存在材料浪费、造价高、搬运困难、充气慢、气囊在充气时不好进行观测、基础好锚固、冰壳内部和外部不能同时施工等问题。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种气肋式冰壳建筑物找形与建造方法，至少解决上述问题中的一个。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种气肋式冰壳建筑物找形与建造方法，包括：

计算得到冰壳建筑物的建筑数据，通过得到的建筑数据，制成多个气肋拱基本单元；

对多个气肋拱基本单元进行第一次充气，将第一次充气后的多个气肋拱基本单元并联形成气肋拱组；

将气肋拱组进行基础固定，基础固定完成后，向气肋拱组中的多个气肋拱基本单元同步进行第二次充气；

第二次充气完成后，向气肋拱组外表面喷射冰雪复合材料形成冰壳；

在冰壳厚度达到预设值后，撤除充气肋拱组，制成冰壳建筑物。

可选的，将气肋拱组进行基础固定，包括：

根据冰壳建筑物的建筑数据，放线定位冰基座的施工位置；

根据冰基座的施工位置建立冰基座，并在冰基座上形成凹槽；

将气肋拱组的底部放置在凹槽后，在凹槽填充冰雪促使气肋拱组的底部冻结在凹槽中；

可选的，将气肋拱组进行基础固定，还包括：

根据冰壳建筑物的建筑数据，放线定位冰墙的施工位置；

根据冰墙的施工位置建立冰墙，将冰墙作为气肋拱组水平方向的支撑基础。

可选的，将气肋拱组进行基础固定，还包括：

在气肋拱组的内部设置内部拉索，内部拉索锚固于地面并从气肋拱组的内部固定气肋拱组；和/或

在气肋拱组的外部设置外部拉索，外部拉索锚固于地面并从气肋拱组的外部固定气肋拱组。

可选的，对多个气肋拱基本单元进行第一次充气，包括：

分别向多个气肋拱基本单元充入大于百分之50小于百分之80的气体量。

可选的，在冰壳厚度达到预设值后，撤除充气肋拱组，制成冰壳建筑物，包括：

根据建筑数据，计算得到冰壳厚度的设计厚度，将得到的设计厚度作为预设值；

在冰壳厚度达到预设值后，判断冰壳的数量是否需要增加；

若冰壳的数量不需要增加，撤除气肋拱组，制成冰壳建筑物；

若冰壳的数量需要增加，撤除气肋拱组，完成第一次施工；随后将第一次施工的气肋拱组作为单元模具，以第一次施工得到的冰壳为基础，采用并列、旋转、对称中至少一种方式进行找形和建造，直至不再需要增加冰壳，撤除气肋拱组，最终制成冰壳建筑物。

可选的，撤除气肋拱组，包括：

对气肋拱组其中一个气肋拱基本单元进行放气，将放气的气肋拱基本单元从未放气的气肋拱基本单元上撤除并从凹槽中取出，依次循环，直到将气肋拱组的多个气肋拱基本单元完全撤离。

可选的，计算得到冰壳建筑物的建筑数据，包括：

根据冰壳建筑物的设计意向，通过有限元分析软件进行模拟计算，计算得出冰壳建筑物的建筑数据，建筑数据包括冰壳建筑物的整体形状大小、气肋拱基本单元的数量，单个气肋拱基本单元的大小，及单个气肋拱基本单元的内部气压承受危险值。

可选的，向气肋拱组外表面喷射冰雪复合材料形成冰壳，包括：

在低于-10℃的低温条件下，利用冰雪复合材料对气肋拱组外表面进行喷射施工，促使冰雪复合材料在气肋拱组外表面冻结形成冰壳。

可选的，制成冰壳建筑物，包括：

在充气肋拱组撤除完成后，对冰壳内部空间进行施工。

相对于现有给大型气囊充气的方式，本发明不仅能够向多个气肋拱基本单元同步进行充气，缩短冰壳建筑物的制造时间；而且本发明对多个气肋拱基本单元并联形成的气肋拱组会进行基础固定，便于气肋拱组找形。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明一种实施方式的流程示意图；

图2为冰基座与气肋拱基本单元固定示意图；

图3为相邻气肋拱基本单元连接示意图；

图4为气肋拱组通过冰基座进行基础固定的结构示意图；

图5为气肋拱组通过冰基座、冰墙进行基础固定的结构示意图；

图6为气肋拱组通过内部拉索和外部拉索进行基础固定的结构示意图。

图中附图标记为：

1-气肋拱基本单元、2-凹槽、3-冰基座、4-气肋拱组、5-冰墙、6-内部拉索、7-外部拉索、8-挡水板、9-连接件。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。另外，在本发明的实施例中所提到的术语“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

实施例1

如图1所示，一种气肋式冰壳建筑物找形与建造方法，包括：

S101：计算得到冰壳建筑物的建筑数据，通过得到的建筑数据，制成多个气肋拱基本单元。

具体地，制造冰壳建筑物之前，需要事先制成气肋拱基本单元，其主要是根据冰壳建筑物的设计意向，通过有限元分析软件(例如ABAQUS、ANSYS、MSC)进行模拟计算，从而计算得出冰壳建筑物的建筑数据，建筑数据主要包括冰壳建筑物的整体形状大小、气肋拱基本单元的数量，单个气肋拱基本单元的大小，及单个气肋拱基本单元的内部气压承受危险值等。

在计算得出气肋拱基本单元的大小、内部气压承受危险值后，采用PVC材料制成符合计算要求的气肋拱基本单元，可选地，气肋拱基本单元在内部充气的状态下，其形状呈拱形，由此，在后续喷射冰雪材料时，能够形成冰壳建筑物的内部空间。同时为了便于后续工序的进行，在气肋拱基本单元进行制造时，可以在其表面进行标号，例如阿拉伯数字1、2、3……N。

S200：对多个气肋拱基本单元进行第一次充气，将第一次充气后的多个气肋拱基本单元并联形成气肋拱组。

具体地，每个气肋拱基本单元对应一个鼓风机，在进行第一次充气时，每个鼓风机分别向对应的气肋拱基本单元进行充气，由此，相对于传统方式对一个大气囊进行充气，其大大减少了充气的时间。

在气肋拱基本单元第一次充气完成后，按照序号将多个气肋拱基本单元并联起来，如图3所示，气肋拱基本单元上设有粘扣，在两个气肋拱基本单元连接时，将两者的粘扣连接在一起即可，同时，粘扣的上层以防水层覆盖，防止在喷射初期水对粘扣造成破坏。

而气肋拱基本单元采用先充气后粘接的方式，其原因是气肋拱基本单元本身材料具有一定重量，第一次充气之前没有固定形状，难以判断连接位置，粘接难度大，同时气肋拱基本单元是PVC材料制成的，在充气之前其抗弯性能差，粘接时极容易破损。

气肋拱基本单元在进行第一次充气时，分别向多个气肋拱基本单元充入大于百分之50小于百分之80的气体量，促使气肋拱基本单元的外形能够大体成型，便于粘接，而不将气肋拱基本单元充满后进行粘接，是由于气肋拱基本单元处于完全膨胀状态下时，其使得相邻的气肋拱基本单元接触的面积有限，无法实现紧密粘接，而充入大于百分之50小于百分之80的气体量后，每个气肋拱基本单元既能够保持形态固定，也具有一定弹性，便于粘接。

气肋拱基本单元在进行第一次充气时，通过气压计实时检测内部的气压，在某个气肋拱基本单元内部的气压达到事先模拟计算的气肋拱基本单元的内部气压承受危险值时，停止对该气肋拱基本单元充气。

气肋拱基本单元排列方式不同时，其构成的气肋拱组造型也各不相同，其中，气肋拱基本单元能够呈直线式排列分布、渐变式直线排列分布、渐变式直线对称排列分布、环状排列分布、渐变式直线循环排列分布等。

S300：将气肋拱组进行基础固定，基础固定完成后，向气肋拱组中的多个气肋拱基本单元同步进行第二次充气；

具体地，将气肋拱组进行基础固定时，其主要是通过以下几种方式实现的：

(1)、根据冰壳建筑物的建筑数据，放线定位冰基座的施工位置；根据冰基座的施工位置建立冰基座，并在冰基座上形成凹槽；将气肋拱组的底部放置在凹槽后，在凹槽填充冰雪促使气肋拱组的底部冻结在凹槽中；

(2)、根据冰壳建筑物的建筑数据，放线定位冰墙的施工位置；根据冰墙的施工位置建立冰墙，将冰墙作为气肋拱组水平方向的支撑基础；

(3)、在气肋拱组的内部设置内部拉索，内部拉索锚固于地面并从气肋拱组的内部固定气肋拱组；

(4)、在气肋拱组的外部设置外部拉索，外部拉索锚固于地面并从气肋拱组的外部固定气肋拱组。

上述四种方式可以单独使用进行基础固定，也可以结合使用进行基础固定，下面以(1)、(2)两种方式进行基础固定进行举例说明：

根据冰壳建筑物的整体形状大小，放线定位冰墙位置和冰基座位置，先在定位的冰墙位置利用冰砖砌筑冰墙，作为气肋拱组水平方向上的支撑基础，再在定位的冰基座位置利用冰砖砌筑冰基座，冰基座在砌筑完成后其上表面需要形成凹槽；由于第一次充气后的气肋拱基本单元为拱形，因此气肋拱组具有两条底边，将气肋拱组的两条底边放入凹槽后，在缝隙中填充冰雪，从而促使气肋拱组的两条底边冻结在凹槽中，以此平衡气肋拱组的侧向推力，达到整体结构的稳定。

上述过程中，砌筑利用现有冰雕技术，能够促使冰砖与地面固定，即冰墙和冰基座能够与地面固定。

气肋拱基本单元在进行第二次充气时，通过气压计实时检测内部的气压，在某个气肋拱基本单元内部的气压达到事先模拟计算的气肋拱基本单元的内部气压承受危险值时，停止对该气肋拱基本单元充气。

S400：第二次充气完成后，向气肋拱组外表面喷射冰雪复合材料形成冰壳。

具体地，在低于-10℃的低温条件下，利用冰雪复合材料对气肋拱组外表面进行喷射施工，促使冰雪复合材料在气肋拱组外表面冻结形成冰壳。

其中，冰雪复合材料是通过水带进行运输的，其利用增压泵提供动力进行喷射，在冰雪复合材料喷射的过程中，采用层叠式喷射方式，即冰雪复合材料是一层层叠加上去的，避免成型时局部不均匀现象的发生。

S500：在冰壳厚度达到预设值后，撤除充气肋拱组，制成冰壳建筑物。

具体地，根据建筑数据，计算得到冰壳厚度的设计厚度，将得到的设计厚度作为预设值；预设值的取值范围在5-10cm；在气肋拱组外表面冻结的冰壳厚度达到5～10cm后，将气肋拱组从冰壳上撤除，冰壳内部形成空腔，从而制成冰壳建筑物。

其中，在撤除气肋拱组的过程时，先对气肋拱组其中一个气肋拱基本单元进行放气，将放气的气肋拱基本单元从未放气的气肋拱基本单元上撤除并从凹槽中取出，即将放气的气肋拱基本单元和相邻未放气的气肋拱基本单元之间的粘扣进行分离，再将放气的气肋拱基本单元从凹槽拔出，依次循环，直到将气肋拱组的多个气肋拱基本单元完全撤离。

本实施例采用气肋拱基本单元进行冰壳建造施工，其与现有技术采用一个气囊进行建造施工相比，采用本实施例的施工方式后，在充气施工状态下，气肋拱组下部空间依然可以供人进入，便于在施工过程中对充气拱基本单元的气压状况进行实时观察和监测，也可在冰壳建造的同时对内部工程进行同时施工。

实施例2

与上述实施例相比，本实施例中，在冰壳厚度达到预设值后，判断冰壳的数量是否需要增加；若冰壳的数量不需要增加，撤除气肋拱组，制成冰壳建筑物；若冰壳的数量需要增加，撤除气肋拱组，完成第一次施工；随后将第一次施工的气肋拱组作为单元模具，以第一次施工得到的冰壳为基础，采用并列、旋转、对称中至少一种方式进行找形和建造，直至不再需要增加冰壳，撤除气肋拱组，最终制成冰壳建筑物。采用气肋拱组进行轮动施工，能够有效节省制作气肋拱基本单元的材料。

此实施例中，增加的冰壳采用和第一次施工同样的方式进行，，因此，其厚度和第一施工得到的冰壳厚度相等，由此，便于保持冰壳建筑物的整体外形。

实施例3

与上述实施例相比，本实施例中，在气肋拱组撤除完成后，对冰壳内部空间进行施工，其主要包括内部冰工程建设、冰雕雕刻、灯管布置、设备连接等，从而最终实现冰壳建筑物的制作。

本实施例中，在需要增加冰壳数量时，在后续冰壳制造的过程中，能够对已经制成的冰壳的内部空间进行施工，从而从整体上节省冰壳建筑物的制造时间。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种气肋式冰壳建筑物找形与建造方法，其特征在于，包括：

计算得到冰壳建筑物的建筑数据，通过得到的建筑数据，制成多个气肋拱基本单元；

对多个气肋拱基本单元进行第一次充气，将第一次充气后的多个气肋拱基本单元并联形成气肋拱组；

将气肋拱组进行基础固定，基础固定完成后，向气肋拱组中的多个气肋拱基本单元同步进行第二次充气；

第二次充气完成后，向气肋拱组外表面喷射冰雪复合材料形成冰壳；

在冰壳厚度达到预设值后，撤除充气肋拱组，制成冰壳建筑物。

2.根据权利要求1所述的气肋式冰壳建筑物找形与建造方法，其特征在于，将气肋拱组进行基础固定，包括：

根据冰壳建筑物的建筑数据，放线定位冰基座的施工位置；

根据冰基座的施工位置建立冰基座，并在冰基座上形成凹槽；

将气肋拱组的底部放置在凹槽后，在凹槽填充冰雪促使气肋拱组的底部冻结在凹槽中。

3.根据权利要求1或2所述的气肋式冰壳建筑物找形与建造方法，其特征在于，将气肋拱组进行基础固定，还包括：

根据冰壳建筑物的建筑数据，放线定位冰墙的施工位置；

根据冰墙的施工位置建立冰墙，将冰墙作为气肋拱组水平方向的支撑基础。

4.根据权利要求1或2所述的气肋式冰壳建筑物找形与建造方法，其特征在于，将气肋拱组进行基础固定，还包括：

在气肋拱组的内部设置内部拉索，内部拉索锚固于地面并从气肋拱组的内部固定气肋拱组；和/或

在气肋拱组的外部设置外部拉索，外部拉索锚固于地面并从气肋拱组的外部固定气肋拱组。

5.根据权利要求1所述的气肋式冰壳建筑物找形与建造方法，其特征在于，对多个气肋拱基本单元进行第一次充气，包括：

分别向多个气肋拱基本单元充入大于百分之50小于百分之80的气体量。

6.根据权利要求1所述的气肋式冰壳建筑物找形与建造方法，其特征在于，在冰壳厚度达到预设值后，撤除充气肋拱组，制成冰壳建筑物，包括：

根据建筑数据，计算得到冰壳厚度的设计厚度，将得到的设计厚度作为预设值；

在冰壳厚度达到预设值后，判断冰壳的数量是否需要增加；

若冰壳的数量不需要增加，撤除气肋拱组，制成冰壳建筑物；

若冰壳的数量需要增加，撤除气肋拱组，完成第一次施工；随后将第一次施工的气肋拱组作为单元模具，以第一次施工得到的冰壳为基础，采用并列、旋转、对称中至少一种方式进行找形和建造，直至不再需要增加冰壳，撤除气肋拱组，最终制成冰壳建筑物。

7.根据权利要求1或6所述的气肋式冰壳建筑物找形与建造方法，其特征在于，撤除气肋拱组，包括：

对气肋拱组其中一个气肋拱基本单元进行放气，将放气的气肋拱基本单元从未放气的气肋拱基本单元上撤除并从凹槽中取出，依次循环，直到将气肋拱组的多个气肋拱基本单元完全撤离。

8.根据权利要求1所述的气肋式冰壳建筑物找形与建造方法，其特征在于，计算得到冰壳建筑物的建筑数据，包括：

根据冰壳建筑物的设计目的，通过有限元分析软件进行模拟计算，计算得出冰壳建筑物的建筑数据，建筑数据包括冰壳建筑物的整体形状大小、气肋拱基本单元的数量，单个气肋拱基本单元的大小，及单个气肋拱基本单元的内部气压承受危险值。

9.根据权利要求1所述的气肋式冰壳建筑物找形与建造方法，其特征在于，向气肋拱组外表面喷射冰雪复合材料形成冰壳，包括：

在低于-10℃的低温条件下，利用冰雪复合材料对气肋拱组外表面进行喷射施工，促使冰雪复合材料在气肋拱组外表面冻结形成冰壳。

10.根据权利要求1所述的气肋式冰壳建筑物找形与建造方法，其特征在于，制成冰壳建筑物，包括：

在充气肋拱组撤除完成后，对冰壳内部空间进行施工。