CN110593478A - 一种装配式uhpc薄壳设计与施工方法 - Google Patents

一种装配式uhpc薄壳设计与施工方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种装配式UHPC薄壳设计与施工方法，通过一个模具制造多个薄壳单元。采用工厂预制、现场装配的方式，可多次重复组装。本发明的技术特点包括：(1)由多个UHPC薄壳单元组合成具有空间围合感的室外构筑物，且具有多种组合方式。(2)采用数控热线切割机床制作EPS塑料正形单面模具，表面光滑。(3)基于正形模具，采用喷射工艺制造混凝土负形单面模具。(4)基于负形模具，采用喷射工艺制造UHPC薄壳单元。(5)施工现场地面设金属连接件，与薄壳单元边缘的金属连接件固定，以便于现场装配。本发明只需一个较小模具就能建造一个较大的薄壳结构，并且薄壳单元之间有多种组合方式。

Description

一种装配式UHPC薄壳设计与施工方法
技术领域
本发明属于建筑工程领域，尤其涉及一种装配式UHPC薄壳设计与施工方法。
背景技术
薄壳结构的建造一般采用现场浇筑的施工方式，所需的模具面积大，且呈曲面形状。浇筑工艺要求模具有较高的强度与精度，一般采用木材来制作。由于每个工程项目所需的模具都不同，所以模具无法重复使用。在当前的工艺条件下，模具的材料成本与制作成本较高，一次性的使用方式造成了资源浪费。
在薄壳工程项目中，先由建筑师进行薄壳的形状设计，随后由结构工程师进行力学验算，最后由材料技术供应商、施工方来建造薄壳。目前，前期的形状设计与后期的施工环节容易脱节，导致建筑师很难控制施工细节，因此无法在外形设计阶段有效地控制薄壳最终的形状与品质。
薄壳结构适合用超高性能混凝土，简称UHPC(Ultra-High PerformanceConcrete)。UHPC的致密度、抗压强度、耐腐蚀等方面都优于普通混凝土，因此在工程领域有了广泛的应用。UHPC材料的典型性能：抗压强度120-180Mpa，弹性模量37-55Gpa，极限抗弯强度18-35Mpa。
现有喷射工艺预制混凝土制品需3个步骤：制作正形单面模具，用正形模具制作负形单面模具，然后采用喷射混凝土制作最终的产品。其中，正形模具要求精度高，原材料多采用木材或高强度EPS塑料，一般采用数控机床铣削的加工方式。铣削加工所需的时间长，最终模具的表面较为粗糙，需要额外抛光处理。
发明内容
发明目的：针对一次性模具造成资源浪费、铣削加工正形单面模具的加工时间长、模具表面粗糙的问题，本发明提出一种装配式UHPC薄壳设计与施工方法。采用一个小型模具制造一个大型的薄壳结构；采用热线切割机床切割EPS塑料正形单面模具，效率高，模具表面光滑；形成装配式UHPC薄壳的设计、制造、施工的统一工艺流程，使设计师在设计阶段能够准确地把控最终产品的几何形状。
技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种装配式UHPC薄壳设计与施工方法，包括以下步骤：
步骤1：根据UHPC薄壳单元的外形特征，进行薄壳单元形状设计，得到UHPC薄壳单元5的三维网格模型；所述薄壳单元的形状是具有一定厚度的空间曲面；
步骤2：在有限元软件中导入步骤1所得到的三维模型，进行形变与受力的分析；所需要分析的受力数据包括：压力、弯矩、剪力；
如果形变与受力数据超出UHPC材料的性能，返回步骤1调整薄壳单元的三维形状或增加厚度，直到形变与受力数据在UHPC材料能承受的范围内，进入步骤3；
步骤3：选择薄壳单元三维模型的内表面或外表面作为基准面，采用数控热线切割机床制作EPS塑料正形单面模具1，最终的EPS塑料正形单面模具1的表面形状与选择的基准面的形状一致；
步骤4：在制作完成的EPS塑料正形单面模具1表面上喷射混凝土，制作混凝土负形单面模具3；
步骤5：在混凝土负形单面模具3上涂刷模具漆，然后在该模具上喷射t层UHPC，总厚度为L，制作UHPC薄壳单元5；
步骤6：根据所述步骤1-5制作n个UHPC薄壳单元5，使用制作完成的n个UHPC薄壳单元5进行现场装配。
进一步，步骤1所述UHPC薄壳单元的外形特征包括：
(1)所有用于装配的薄壳单元都具有相同的几何形状，由同一个模具制作；
(2)薄壳单元的平面投影形状在一个直角等腰三角形ABC之内；
(3)薄壳单元的最低点在A点处，边BC对应薄壳单元的最高处；
(4)薄壳单元的三维形状关于AD轴线对称，D点为边BC的中点；
(5)薄壳单元沿边AB或AC与另一个薄壳单元相连。
进一步，所述薄壳单元的最小规模的组合方式为，两片薄壳沿着边BC对称分布，形成最小的稳定结构，其平面投影是一个边长等于AB的正方形；
所述薄壳单元的厚度遵循下部厚、上部薄的规律；下部的薄壳厚度为AB边长的1％-2.5％，顶部的薄壳厚度为AB边长的0.5％-1％；薄壳下部到薄壳顶部的厚度从厚到薄均匀变化；
所述薄壳单元具有内外表面，一面光滑，另一面相对粗糙；根据实际需求选择外表面或内表面为光滑面；所述薄壳单元三维模型文件格式包括dwg,dxf,obj,stl。
进一步，步骤3所述采用数控热线切割机床制作EPS塑料正形单面模具1，步骤如下：
3-1，根据机床的最大加工幅面以及EPS塑料块的尺寸对EPS塑料正形单面模具1进行分块，确定所需加工的EPS塑料块数量m；
3-2，根据薄壳单元三维模型及EPS塑料正形单面模具1分块结果，生成用于数控热线切割机床加工的机器代码文件；
3-3，数控热线切割机床读取加工文件，分别加工每一个EPS塑料块；
3-4，所有的EPS塑料块加工完成后，放置在一个水平面上，将所有EPS塑料块拼装成完整的EPS塑料正形单面模具1。
进一步，步骤3-1所述根据机床的最大加工幅面以及EPS塑料块的尺寸对EPS塑料正形单面模具1进行分块，分块的步骤为：
(1)将薄壳单元的三维形状沿着边BC旋转，使整个形状的最高点与最低点之间的差值最小，将该差值记为h；需要加工的基准面朝向上方，同时确定EPS塑料块的厚度为h+x；
(2)选择用于加工的EPS塑料块，每一个EPS塑料块对应的加工面不得超过热线切割机床的最大加工幅面，若超过机床的最大加工幅面，对该EPS塑料块进行分块，直到满足机床的最大加工幅面；
(3)将EPS塑料块沿着边BC方向与轴线AD方向密布，所有EPS塑料块完整地包含整个薄壳单元的三维形状，确定所需加工的EPS塑料块数量m。
进一步，步骤4所述制作混凝土负形单面模具3，步骤如下：
4-1，在制作完成的EPS塑料正形单面模具1表面涂刷模具漆；
4-2，在EPS塑料正形单面模具1的边缘处铺设连续的薄木板2；
4-3，在EPS塑料正形单面模具1表面上喷射混凝土，将薄木板2覆盖在内；混凝土负形单面模具3包括边缘处连续的薄木板2；在喷射的过程中预埋金属支架4，用于混凝土负形单面模具3的移动和固定；
4-4，当混凝土负形单面模具3硬化之后，使用工具提拉模具上的金属支架4，使混凝土负形单面模具3与EPS塑料正形单面模具1分离；将混凝土负形单面模具3的正面朝上，金属支架4朝下放置在地面上。
进一步，步骤5所述在混凝土负形单面模具3上涂刷模具漆，然后在该模具上喷射t层UHPC，总厚度为L，制作UHPC薄壳单元5；步骤如下：
(1)在混凝土负形单面模具3表面预埋一定数量的金属连接件7，用于后续现场安装；
(2)在模具上喷射一层UHPC，喷射厚度为总厚度L的p％；在喷射过程中预埋一定数量的吊装件6，用于移动薄壳单元；
(3)重复执行步骤(2)，直至喷射完成t层UHPC，薄壳的实际厚度与总厚度L一致；
(4)喷射完成后立刻进行人工抹平，需要分别抹平UHPC与薄木板2、吊装件6、金属连接件7的交接处；
(5)当UHPC薄壳单元5硬化之后，使用工具提拉薄壳单元上的预埋吊装件6，使薄壳单元与模具分离。
进一步，步骤6所述现场装配，方法如下：
施工现场地面设外部金属连接件8，其位置与薄壳单元的平面组合方式相一致；使用工具提拉薄壳单元上的预埋吊装件6，将薄壳单元放置到对应位置；地面设置的外部金属连接件(8)与薄壳单元边缘的金属连接件7连接，用螺栓9固定；薄壳单元之间通过边缘的金属连接件7进行连接，用螺栓9固定。
进一步，喷射混凝土的厚度为10mm-30mm；在喷射的过程中可以沿着边缘预埋钢筋，以增强UHPC薄壳单元的强度。
进一步，步骤2所述UHPC材料的性能包括：抗压强度为120-180Mpa，弹性模量为37-55Gpa，极限抗弯强度为18-35Mpa。
有益效果：与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益的技术效果：
(1)本发明使用一个模具制作多个薄壳单元，薄壳单元组合成较大的薄壳结构。
(2)本发明采用数控热线切割技术高效制作EPS塑料正形单面模具，表面光滑。
(3)本发明采用超高强混凝土(UHPC)，降低了薄壳的厚度与重量，便于安装。
(4)本发明所设计的装配式的薄壳结构可以快速拆卸，并在其他场地重新安装。薄壳单元可以重复多次使用。
附图说明
图1是UHPC薄壳整体设计流程示意图；
图2是薄壳单元的多种组合方式示意图；
图3是薄壳单元的多种组合方式的空间效果图；
图4是薄壳单元的平面投影形状示意图；
图5是根据EPS塑料块的尺寸对正形模具进行分块处理示意图；
图6是数控热线切割机床加工EPS塑料块形成正形模具实验图；
图7是EPS塑料正形单面模具的剖面示意图；
图8是由EPS塑料正形单面模具制作混凝土负形单面模具的剖面示意图；
图9是混凝土负形单面模具的剖面示意图；
图10是由混凝土负形单面模具制作UHPC薄壳单元的的剖面示意图；
图11是UHPC薄壳单元安装示意图；
其中，1-EPS塑料正形单面模具，2-薄木板，3-混凝土负形单面模具，4-金属支架，5-UHPC薄壳单元，6-吊装件，7-金属连接件，8-外部金属连接件，9-螺栓。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
本发明所述的一种装配式UHPC薄壳设计与施工方法，包含了装配式UHPC薄壳的形状设计、形变与受力分析、制作正形模具、制作负形模具、制作UHPC薄壳、现场装配，整体设计流程如图1所示。
步骤1：根据UHPC薄壳单元5的外形特征，进行薄壳单元形状设计，得到UHPC薄壳单元5的三维网格模型；所述薄壳单元的形状是具有一定厚度的空间曲面。
多个UHPC薄壳单元5组合成具有空间围合感的室外构筑物，包括多种组合方式，每个薄壳单元具有完全相同的形状。图2展示了2片、4片、6片、8片薄壳单元的组合方式。图3展示了薄壳单元的不同组合方式下的空间效果。
步骤1所述UHPC薄壳单元5的外形特征包括：
(1)所有用于装配的薄壳单元都具有相同的几何形状，因此可以由同一个模具制作；
(2)薄壳单元的平面投影形状在一个直角等腰三角形ABC之内，如图4所示；
(3)薄壳单元的最低点在A点处，边BC对应薄壳单元的最高处；
(4)薄壳单元的三维形状关于AD轴线对称，D点为边BC的中点；
(5)薄壳单元可以沿边AB或AC与另一个薄壳单元相连；
以上几何特征保证了薄壳单元可以在平面上形成多种组合方式，可以铺满一个边长等于AB的正交网格。优选地，边AB的长度为1米-4米。
所述薄壳单元的最小规模的组合方式为，两片薄壳沿着边BC对称分布，形成最小的稳定结构，其平面投影是一个边长等于AB的正方形。
所述薄壳单元的形状是一个具有厚度的空间曲面，遵循下部厚、上部薄的规律；下部的薄壳厚度为AB边长的1％-2.5％，顶部的薄壳厚度为AB边长的0.5％-1％；薄壳下部到薄壳顶部的厚度从厚到薄均匀变化。
所述薄壳单元具有内外表面，一面光滑，另一面相对粗糙；可根据实际需求选择外表面或内表面为光滑面。
所述UHPC薄壳单元三维模型文件格式包括dwg,dxf,obj,stl。
步骤2：在有限元软件中导入步骤1所得到的三维模型，进行形变与受力的分析；所需要分析的受力数据包括：压力、弯矩、剪力。
如果形变与受力数据超出了UHPC材料的性能，返回步骤1调整薄壳单元的三维形状或增加厚度，直到形变与受力数据在UHPC材料能承受的范围内，进入步骤3。
UHPC材料的典型性能包括：抗压强度为120-180Mpa，弹性模量为37-55Gpa，极限抗弯强度为18-35Mpa。
步骤3：选择薄壳单元三维模型的内表面或外表面作为基准面，采用数控热线切割机床制作EPS塑料正形单面模具1，最终的EPS塑料正形单面模具1的表面形状与选择的基准面的形状一致。本发明选用高强度的EPS塑料。具体如下：
通常，EPS塑料块(原材料)的尺寸小于薄壳单元的尺寸，因此无法用一块EPS塑料来加工整个薄壳单元的单面模具；此外，数控热线切割机床的加工幅面一般也小于薄壳单元的尺寸；因此，需要对EPS塑料正形单面模具1进行分块。
3-1，根据机床的最大加工幅面以及EPS塑料块的尺寸对EPS塑料正形单面模具1进行分块，确定所需加工的EPS塑料块数量m；
3-2，根据薄壳单元三维模型及EPS塑料正形单面模具1分块结果，生成用于数控热线切割机床加工的机器代码(G-code)文件；
3-3，数控热线切割机床读取加工文件，分别加工每一个EPS塑料块，实验设备操作如图6所示；
3-4，所有的EPS塑料块加工完成后，放置在一个水平面上，将所有EPS塑料块拼装成完整的EPS塑料正形单面模具1；EPS塑料正形单面模具1的剖面如图7所示。本实施例选用胶水拼装EPS塑料块。通常，只需制作一个EPS塑料正形单面模具1。如有需要，由一个EPS塑料正形单面模具1可以制作2-3个混凝土负形单面模具3。
步骤3-1所述根据机床的最大加工幅面以及EPS塑料块的尺寸对EPS塑料正形单面模具1进行分块，分块的步骤为：
(1)将薄壳单元的三维形状沿着边BC旋转，使整个形状的最高点与最低点之间的差值最小，将该差值记为h；需要加工的基准面朝向上方，同时确定EPS塑料块的厚度为h+x，x的取值一般为50mm-400mm；
(2)选择用于加工的EPS塑料块，每一个EPS塑料块对应的加工面不得超过热线切割机床的最大加工幅面，若超过机床的最大加工幅面，对该EPS塑料块进行分块，直到满足机床的最大加工幅面；
(3)将EPS塑料块沿着边BC方向与轴线AD方向密布，所有EPS塑料块完整地包含整个薄壳单元的三维形状，确定所需加工的EPS塑料块数量m，如图5所示。
步骤4：在制作完成的EPS塑料正形单面模具1表面上喷射混凝土，制作混凝土负形单面模具3。具体如下：
4-1，在制作完成的EPS塑料正形单面模具1表面涂刷模具漆；
4-2，在EPS塑料正形单面模具1的边缘处铺设连续的薄木板2；
4-3，在EPS塑料正形单面模具1表面上喷射混凝土，将薄木板2也覆盖在内；混凝土负形单面模具3包括边缘处连续的薄木板2；在喷射的过程中预埋金属支架4，便于在混凝土负形单面模具3完成之后对其进行移动和固定；
4-4，当混凝土负形单面模具3硬化之后，使用吊车或其他工具提拉模具上的金属支架4，使混凝土负形单面模具3与EPS塑料正形单面模具1分离；将混凝土负形单面模具3的正面朝上，金属支架4朝下放置在地面上，如图9所示。
喷射混凝土的厚度为10mm-30mm；喷射完成时的状态如图8所示。
在喷射的过程中可以沿着边缘预埋钢筋，以增强模具的强度。
通常只需制作一个混凝土负形单面模具3。由一个混凝土负形单面模具3可以制作3-6个UHPC薄壳单元5。
步骤5：在混凝土负形单面模具3上涂刷模具漆，以便于脱模；然后在该模具上喷射t层UHPC，总厚度为L，制作UHPC薄壳单元5。通常在模具上喷射3-4层UHPC。
具体步骤如下：
(1)在混凝土负形单面模具3表面预埋一定数量的金属连接件7，以便于后续现场安装；
(2)在模具上喷射一层UHPC，喷射厚度为总厚度L的p％；在喷射过程中预埋一定数量的吊装件6，以便于移动薄壳单元；
(3)重复执行步骤(2)，直至喷射完成t层UHPC，薄壳的实际厚度与总厚度L一致；
(4)喷射完成后立刻进行人工抹平，需要分别抹平UHPC与薄木板2、吊装件6、金属连接件7的交接处；
(5)当UHPC薄壳单元5硬化之后，使用吊车或其他工具提拉薄壳单元上的预埋吊装件6，使薄壳单元与模具分离。由混凝土负形单面模具3制作UHPC薄壳单元5如图10所示。
本实施例方法在混凝土负形单面模具3上喷射3层UHPC；第一层UHPC，喷射厚度为总厚度L的25％-35％；第二层UHPC，喷射厚度为总厚度L的30％-40％；第三层UHPC，喷射厚度使薄壳的实际厚度与总厚度L一致。
步骤6：根据所述步骤1-5制作n个UHPC薄壳单元5，使用制作完成的n个UHPC薄壳单元5进行现场装配。具体如下：
施工现场地面设外部金属连接件8，其位置与薄壳单元的平面组合方式相一致。使用吊车或其他工具提拉薄壳单元上的预埋吊装件6，将薄壳单元放置到对应位置。地面设置的外部金属连接件8与薄壳单元边缘的金属连接件7连接，用螺栓9固定。薄壳单元之间通过边缘的金属连接件7进行连接，用螺栓9固定。UHPC薄壳单元5安装示意如图11所示。
装配式的薄壳结构可以快速拆卸，并在其他场地重新安装。薄壳单元可以重复多次使用。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。上述实施例对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (10)

1.一种装配式UHPC薄壳设计与施工方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
步骤1：根据UHPC薄壳单元的外形特征，进行薄壳单元形状设计，得到UHPC薄壳单元(5)的三维网格模型；所述薄壳单元的形状是具有一定厚度的空间曲面；
步骤2：在有限元软件中导入步骤1所得到的三维模型，进行形变与受力的分析；所需要分析的受力数据包括：压力、弯矩、剪力；
如果形变与受力数据超出UHPC材料的性能，返回步骤1调整薄壳单元的三维形状或增加厚度，直到形变与受力数据在UHPC材料能承受的范围内，进入步骤3；
步骤3：选择薄壳单元三维模型的内表面或外表面作为基准面，采用数控热线切割机床制作EPS塑料正形单面模具(1)，最终的EPS塑料正形单面模具(1)的表面形状与选择的基准面的形状一致；
步骤4：在制作完成的EPS塑料正形单面模具(1)表面上喷射混凝土，制作混凝土负形单面模具(3)；
步骤5：在混凝土负形单面模具(3)上涂刷模具漆，然后在该模具上喷射t层UHPC，总厚度为L，制作UHPC薄壳单元(5)；
步骤6：根据所述步骤1-5制作n个UHPC薄壳单元(5)，使用制作完成的n个UHPC薄壳单元(5)进行现场装配。
2.根据权利要求1所述的一种装配式UHPC薄壳设计与施工方法，其特征在于：步骤1所述UHPC薄壳单元的外形特征包括：
(1)所有用于装配的薄壳单元都具有相同的几何形状，由同一个模具制作；
(2)薄壳单元的平面投影形状在一个直角等腰三角形ABC之内；
(3)薄壳单元的最低点在A点处，边BC对应薄壳单元的最高处；
(4)薄壳单元的三维形状关于AD轴线对称，D点为边BC的中点；
(5)薄壳单元沿边AB或AC与另一个薄壳单元相连。
3.根据权利要求2所述的一种装配式UHPC薄壳设计与施工方法，其特征在于：
所述薄壳单元的最小规模的组合方式为，两片薄壳沿着边BC对称分布，形成最小的稳定结构，其平面投影是一个边长等于AB的正方形；
所述薄壳单元的厚度遵循下部厚、上部薄的规律；下部的薄壳厚度为AB边长的1％-2.5％，顶部的薄壳厚度为AB边长的0.5％-1％；薄壳下部到薄壳顶部的厚度从厚到薄均匀变化；
所述薄壳单元具有内外表面，一面光滑，另一面相对粗糙；根据实际需求选择外表面或内表面为光滑面；所述薄壳单元三维模型文件格式包括dwg,dxf,obj,stl。
4.根据权利要求3所述的一种装配式UHPC薄壳设计与施工方法，其特征在于：步骤3所述采用数控热线切割机床制作EPS塑料正形单面模具(1)，步骤如下：
3-1，根据机床的最大加工幅面以及EPS塑料块的尺寸对EPS塑料正形单面模具(1)进行分块，确定所需加工的EPS塑料块数量m；
3-2，根据薄壳单元三维模型及EPS塑料正形单面模具(1)分块结果，生成用于数控热线切割机床加工的机器代码文件；
3-3，数控热线切割机床读取加工文件，分别加工每一个EPS塑料块；
3-4，所有的EPS塑料块加工完成后，放置在一个水平面上，将所有EPS塑料块拼装成完整的EPS塑料正形单面模具(1)。
5.根据权利要求4所述的一种装配式UHPC薄壳设计与施工方法，其特征在于：步骤3-1所述根据机床的最大加工幅面以及EPS塑料块的尺寸对EPS塑料正形单面模具(1)进行分块，分块的步骤为：
(1)将薄壳单元的三维形状沿着边BC旋转，使整个形状的最高点与最低点之间的差值最小，将该差值记为h；需要加工的基准面朝向上方，同时确定EPS塑料块的厚度为h+x；
(2)选择用于加工的EPS塑料块，每一个EPS塑料块对应的加工面不得超过热线切割机床的最大加工幅面，若超过机床的最大加工幅面，对该EPS塑料块进行分块，直到满足机床的最大加工幅面；
(3)将EPS塑料块沿着边BC方向与轴线AD方向密布，所有EPS塑料块完整地包含整个薄壳单元的三维形状，确定所需加工的EPS塑料块数量m。
6.根据权利要求5所述的一种装配式UHPC薄壳设计与施工方法，其特征在于：步骤4所述制作混凝土负形单面模具(3)，步骤如下：
4-1，在制作完成的EPS塑料正形单面模具(1)表面涂刷模具漆；
4-2，在EPS塑料正形单面模具(1)的边缘处铺设连续的薄木板(2)；
4-3，在EPS塑料正形单面模具(1)表面上喷射混凝土，将薄木板(2)覆盖在内；混凝土负形单面模具(3)包括边缘处连续的薄木板(2)；在喷射的过程中预埋金属支架(4)，用于混凝土负形单面模具(3)的移动和固定；
4-4，当混凝土负形单面模具(3)硬化之后，使用工具提拉模具上的金属支架(4)，使混凝土负形单面模具(3)与EPS塑料正形单面模具(1)分离；将混凝土负形单面模具(3)的正面朝上，金属支架(4)朝下放置在地面上。
7.根据权利要求1-6任一所述的一种装配式UHPC薄壳设计与施工方法，其特征在于：步骤5所述在混凝土负形单面模具(3)上涂刷模具漆，然后在该模具上喷射t层UHPC，总厚度为L，制作UHPC薄壳单元(5)；步骤如下：
(1)在混凝土负形单面模具(3)表面预埋一定数量的金属连接件(7)，用于后续现场安装；
(2)在模具上喷射一层UHPC，喷射厚度为总厚度L的p％；在喷射过程中预埋一定数量的吊装件(6)，用于移动薄壳单元；
(3)重复执行步骤(2)，直至喷射完成t层UHPC，薄壳的实际厚度与总厚度L一致；
(4)喷射完成后立刻进行人工抹平，需要分别抹平UHPC与薄木板(2)、吊装件(6)、金属连接件(7)的交接处；
(5)当UHPC薄壳单元(5)硬化之后，使用工具提拉薄壳单元上的预埋吊装件(6)，使薄壳单元与模具分离。
8.根据权利要求7所述的一种装配式UHPC薄壳设计与施工方法，其特征在于：步骤6所述现场装配，方法如下：
施工现场地面设外部金属连接件(8)，其位置与薄壳单元的平面组合方式相一致；使用工具提拉薄壳单元上的预埋吊装件(6)，将薄壳单元放置到对应位置；地面设置的外部金属连接件(8)与薄壳单元边缘的金属连接件(7)连接，用螺栓(9)固定；薄壳单元之间通过边缘的金属连接件(7)进行连接，用螺栓(9)固定。
9.根据权利要求6所述的一种装配式UHPC薄壳设计与施工方法，其特征在于：喷射混凝土的厚度为10mm-30mm。
10.根据权利要求1所述的一种装配式UHPC薄壳设计与施工方法，其特征在于：步骤2所述UHPC材料的性能包括：抗压强度为120-180Mpa，弹性模量为37-55Gpa，极限抗弯强度为18-35Mpa。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113579643A (zh) * 2021-06-30 2021-11-02 南通盛迈思科技有限公司 一种大型非标景观模具工件生产工艺
CN114215251A (zh) * 2022-01-28 2022-03-22 中国建筑西南设计研究院有限公司 一种钢网格喷射混凝土组合穹顶结构及其施工方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4241550A (en) * 1978-06-23 1980-12-30 Sumner John S Domical structure composed of symmetric, curved triangular faces
CN2086772U (zh) * 1990-10-26 1991-10-16 邵育辰 活动房
DE10149922A1 (de) * 2001-10-10 2003-04-17 Peter Adler Modulares Gewölbesystem
WO2006066677A1 (de) * 2004-12-21 2006-06-29 Florian Tuczek Doppelt gekrümmte schale
CN104690809A (zh) * 2015-03-23 2015-06-10 金霄 一种制造建筑用曲面水泥制品预构件的装置及其工艺

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4241550A (en) * 1978-06-23 1980-12-30 Sumner John S Domical structure composed of symmetric, curved triangular faces
CN2086772U (zh) * 1990-10-26 1991-10-16 邵育辰 活动房
DE10149922A1 (de) * 2001-10-10 2003-04-17 Peter Adler Modulares Gewölbesystem
WO2006066677A1 (de) * 2004-12-21 2006-06-29 Florian Tuczek Doppelt gekrümmte schale
CN104690809A (zh) * 2015-03-23 2015-06-10 金霄 一种制造建筑用曲面水泥制品预构件的装置及其工艺

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113579643A (zh) * 2021-06-30 2021-11-02 南通盛迈思科技有限公司 一种大型非标景观模具工件生产工艺
CN114215251A (zh) * 2022-01-28 2022-03-22 中国建筑西南设计研究院有限公司 一种钢网格喷射混凝土组合穹顶结构及其施工方法

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