CN112144663A - 一种大跨度复合冰壳结构的施工方法 - Google Patents

一种大跨度复合冰壳结构的施工方法 Download PDF

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Abstract

一种大跨度复合冰壳结构的施工方法，本发明涉及一种大跨度复合冰壳结构的施工方法。本发明是要解决传统砌筑式冰结构造型单一，难以实现复杂造型冰结构施工建造的问题。一、裁剪制作充气膜模板；二、锚固充气膜模板；三、充气膜模板安装气压监测与风机自动调节系统；四、砌筑冰环梁；五、制备泵送材料；六、调试泵送设备；七、确定施工喷射条件；八、当冰壳厚度达到设计厚度时，拆除充气膜模板；九、施工维护。本发明用于实现大跨度的冰壳结构施工建造。

Description

一种大跨度复合冰壳结构的施工方法
技术领域
本发明涉及一种大跨度复合冰壳结构的施工方法。
背景技术
冰雪是大自然赋予的一种天然工程材料，不仅具有较好的承载力和可塑性，而且可以就地取材、绿色无污染。以冰雪为建筑材料的冰结构，不仅在冰雪旅游方面发挥巨大作用，而且在极地开发方面也具有重要战略价值。现有的冰雪景观建筑多采用人工砌筑或者刚性模板的施工方法，例如芬兰的冰雪旅馆，哈尔滨冰雪大世界的冰雪结构等。这种传统的施工方式一方面导致冰雪结构整体受力性能较弱，从而限值了冰雪景观的规模尺寸；另一方面砌筑施工效率偏低，会增加冰雪的建造成本。现有的冰砌块切割技术和冰材料本身的脆性属性，使得冰雪结构截面厚度较大，整体结构造型显得比较臃肿，从而限值了冰雪结构作为景观建筑的审美与艺术价值。现有申请号为CN201210241926.0的一种冰屋制造方法，公开了一种景观小品，且造型上看，只能支持球形冰屋；该专利结构跨度、高度有限，其冰屋喷射施工需要在球形充气膜的外侧搭建一个喷射架子，这种方式显然不适用于大跨度的冰结构。
发明内容
本发明是要解决传统砌筑式冰结构造型单一，难以实现复杂造型冰结构施工建造的问题，而提供一种大跨度复合冰壳结构的施工方法。
本发明一种大跨度复合冰壳结构的施工方法是按以下步骤进行的：
一、裁剪制作充气膜模板；
二、施工场地平整，利用索网锚固充气膜模板；
三、充气膜模板安装气压监测与风机自动调节系统，准备阶段气压控制在100～200Pa，施工阶段气压控制在300～500Pa；
四、充气调试稳定后，紧贴充气膜底部砌筑高度为30～40cm、宽度为30～40cm的冰环梁作为冰壳结构的基础；
五、制备泵送材料：采用白色的纸浆纤维-水溶液作为施工泵送材料；施工用水采用江水或河水；
六、调试泵送设备：施工泵送设备选用带切割刀的污水泵、无堵塞泵或者离心泵；
七、确定施工喷射条件：施工温度为日平均温度在-10℃以下，在夜晚进行施工喷射；
八、当冰壳厚度达到设计厚度时，拆除充气膜模板；
九、施工维护：冰壳施工完成后，每间隔5天维护一次，在低温天气下及时补充喷水，保证景观完好，即完成大跨度复合冰壳结构的施工。
本发明的有益效果：
1、本发明采用充气膜模板结合纸浆纤维-水溶液喷射施工技术的大跨度复合冰壳结构，结构跨度和高度得到较大的提升，同时可以实现复杂造型的冰薄壳结构建造，薄壳整体受力性能更好，同时大跨度的结构造型、薄如蝉翼的冰壳截面给人以极大的视觉冲击力。采用气膜模板施工技术，可以提高冰结构的施工效率，降低大跨度冰结构的施工成本。
2、本发明的大跨度复合冰壳结构，是可以在室外环境下，正常运行2～3个月的冰雪建筑。同时本发明的的冰壳结构在建筑造型上，可以实现复杂曲面设计需求，这需要对充气膜模板进行预先的充气找形计算，通过数值优化之后才能作为最终的气膜模板。
附图说明
图1为大跨度复合冰壳结构的局部结构示意图；其中1为充气膜模板，2为冰环梁，3为冰壳；
图2为图1中的A点剖面图。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式一种大跨度复合冰壳结构的施工方法是按以下步骤进行的：
一、裁剪制作充气膜模板；
二、施工场地平整，利用索网锚固充气膜模板；
三、充气膜模板安装气压监测与风机自动调节系统，准备阶段气压控制在100～200Pa，施工阶段气压控制在300～500Pa；
四、充气调试稳定后，紧贴充气膜底部砌筑高度为30～40cm、宽度为30～40cm的冰环梁作为冰壳结构的基础；
五、制备泵送材料：采用白色的纸浆纤维-水溶液作为施工泵送材料；施工用水采用江水或河水；
六、调试泵送设备：施工泵送设备选用带切割刀的污水泵、无堵塞泵或者离心泵；
七、确定施工喷射条件：施工温度为日平均温度在-10℃以下，在夜晚进行施工喷射；
八、当冰壳厚度达到设计厚度时，拆除充气膜模板；
九、施工维护：冰壳施工完成后，每间隔5天维护一次，在低温天气下及时补充喷水，保证景观完好，即完成大跨度复合冰壳结构的施工。
本实施方式步骤二中充气膜的锚固需要实现快速简易，同时方便冰壳竣工后的撤膜工作，使得充气膜模板可以重复利用。
本实施方式步骤三中施工阶段气压保持稳定。
本实施方式步骤六中施工泵送设备的设备功率与扬程根据泵送水管长度和冰壳高度确定；施工泵送水管采用消防水管，距离根据工程量而定，控制在60m以内。
本实施方式步骤七中在夜间施工，此时温度条件较为稳定，且无日照辐射影响。
本实施方式大跨度冰壳结构的厚径比(即冰壳厚度与冰壳最大曲率半径之比)应控制在1/100左右。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中所述充气膜采用透明或白色的PVC膜材。其他与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤二中所述索网采用聚丙烯绳。其他与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤四中所述冰环梁采用纯冰材料砌筑。其他与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤五中所述纸浆纤维-水溶液中纸浆纤维的配合比为1％～3％。其他与具体实施方式一至四之一相同。
本实施方式综合考虑冰壳结构承载力需求和施工泵送设备功率，对于跨度低于40m的冰壳结构，调控合理的纸浆配合比。
本实施方式的纸浆纤维的用量根据冰壳结构的体积并考虑一定的喷射损失率。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：步骤五中施工泵送水管采用消防水管，长度为60m。其他与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：步骤七中所述施工喷射从充气膜底部开始，均匀连续喷射，每间隔20min喷射后停滞10min；喷射流量控制在30～60L/min。其他与具体实施方式一至六之一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：步骤八中所述设计厚度为结构跨度的1/100～1/150。其他与具体实施方式一至七之一相同。
本实施方式复合冰壳结构的设计厚度根据结构力学分析，并考虑一定的材料升华量设定。
通过以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例一：一种大跨度复合冰壳结构的施工方法是按以下步骤进行的：
一、通过设计、裁剪满足冰壳结构建筑形态要求的充气膜模板，充气膜膜材采用透明的PVC建筑膜材，膜厚0.2～0.6kg/m2；
二、将充气膜模板锚固在冻土地基上，紧贴充气膜底部砌筑高度为30～40cm、宽度为30～40cm的冰环梁作为冰壳结构的基础；以风机控制系统给予充气膜一定的气压；风机控制系统包括风机和气压监测与自动调节器；此时的充气膜气压控制在100～200Pa较低的范围；
三、制备复合纸浆纤维水溶液，纤维配合比取1～3％，连接泵送设备与管道，本实例采用4.5kW的无堵塞水泵，管道长度60米；
四、提升充气膜膜内气压至300～500Pa并稳定膜内气压；
五、夜间环境温度低于-10℃时，开始喷射施工，施工喷射从充气膜底部开始，均匀连续喷射，每间隔20min喷射后停滞10min；喷射流量控制在30～60L/min；
六、冰壳钻孔测厚，满足设计厚度后拆除充气膜模板；
七、对门洞等位置进行切割得到最终的冰壳结构。
本实施例采用充气膜模板结合纸浆纤维-水溶液喷射施工技术的大跨度复合冰壳结构，结构跨度和高度得到较大的提升，同时可以实现复杂造型的冰薄壳结构建造，薄壳整体受力性能更好，同时大跨度的结构形式、薄如蝉翼的冰壳截面给人以极大的视觉冲击力。采用气膜模板施工技术，可以提高冰结构的施工效率，降低大跨度冰结构的施工成本。在室外环境下，正常运行2～3个月。

Claims (8)

1.一种大跨度复合冰壳结构的施工方法，其特征在于一种大跨度复合冰壳结构的施工方法是按以下步骤进行的：
一、裁剪制作充气膜模板；
二、施工场地平整，利用索网锚固充气膜模板；
三、充气膜模板安装气压监测与风机自动调节系统，准备阶段气压控制在100～200Pa，施工阶段气压控制在300～500Pa；
四、充气调试稳定后，紧贴充气膜底部砌筑高度为30～40cm、宽度为30～40cm的冰环梁作为冰壳结构的基础；
五、制备泵送材料：采用白色的纸浆纤维-水溶液作为施工泵送材料；施工用水采用江水或河水；
六、调试泵送设备：施工泵送设备选用带切割刀的污水泵、无堵塞泵或者离心泵；
七、确定施工喷射条件：施工温度为日平均温度在-10℃以下，在夜晚进行施工喷射；
八、当冰壳厚度达到设计厚度时，拆除充气膜模板；
九、施工维护：冰壳施工完成后，每间隔5天维护一次，在低温天气下及时补充喷水，保证景观完好，即完成大跨度复合冰壳结构的施工。
2.根据权利要求1所述的一种大跨度复合冰壳结构的施工方法，其特征在步骤一中所述充气膜采用透明或白色的PVC膜材。
3.根据权利要求1所述的一种大跨度复合冰壳结构的施工方法，其特征在步骤二中所述索网采用聚丙烯绳。
4.根据权利要求1所述的一种大跨度复合冰壳结构的施工方法，其特征在步骤四中所述冰环梁采用纯冰材料砌筑。
5.根据权利要求1所述的一种大跨度复合冰壳结构的施工方法，其特征在步骤五中所述纸浆纤维-水溶液中纸浆纤维的配合比为1％～3％。
6.根据权利要求1所述的一种大跨度复合冰壳结构的施工方法，其特征在步骤五中施工泵送水管采用消防水管，长度为60m。
7.根据权利要求1所述的一种大跨度复合冰壳结构的施工方法，其特征在步骤七中所述施工喷射从充气膜底部开始，均匀连续喷射，每间隔20min喷射后停滞10min；喷射流量控制在30～60L/min。
8.根据权利要求1所述的一种大跨度复合冰壳结构的施工方法，其特征在步骤八中所述设计厚度为结构跨度的1/100～1/150。
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