CN113356361A - 基于钢-混凝土复合型材装配式建筑构件生产及装配工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及基于钢‑混凝土复合型材装配式建筑构件生产及装配工艺，包括：混凝土钢芯结构型材，混凝土钢芯结构型材标准化设计数据库和混凝土钢芯结构型材生产方法及工艺；所述的混凝土钢芯结构型材是由钢材作为钢芯和轻质混凝土作为外裹材料，工业化加工制成的；所述建筑结构的横梁、立柱和板材的端部均设有连接结合部，所述的连接结合部根据应用型材的不同形状，设有不同形状的连接孔和连接栓；所述的连接结合部均设有起重吊环；所述的横梁、立柱和板材的端部均设有专用二维码和专用的二维码标志位，并现场根据其信息进行安装连接。本发明优点：可大大降低装配式建筑的建造成本、提高安装速度和智能化程度以及保证装配式建筑的质量。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于钢-混凝土复合型材装配式建筑构件生产及装配工艺。
背景技术
众所周知，建筑工业化是建筑行业的发展方向。公知的建筑工业化，是指通过现代化的制造、运输、安装和科学管理的生产方式，来代替传统建筑业中分散的、低水平的、低效率的手工业生产方式。目前在建筑工业化的进程中，装配式建筑体系是重要的方向之一。而装配式建筑体系中主要分为两类：第一类是以钢结构为主体的钢结构体系。钢结构体系的特点是自重轻，安装方便，连接性能好。但也有不足，主要表现在(1)防火性能差，需要专门设置防火措施；(2)耐腐蚀性差，在潮湿环境中极易锈蚀，因此维护费用高；(3)由于墙体材料大多刚度较大，而钢结构体系相当刚度小，两者的结合容易出现裂缝，时间越长，裂缝往往发展越严重；第二类是装配式混凝土结构体系(prefabricated concrete structure)，以下简称PC体系。PC体系是以预制的钢筋混凝土基本标准构件为主要受力构件，经装配连接而成的混凝土结构。PC体系与传统的现浇混凝土结构施工工法相比，主要特点是具备传统混凝土结构体系的优点：即，防火性能好，耐腐蚀，易维护，而且更有利于环保的施工要求。但PC体系存在一些重要不足之处：(1)PC构件的形状尺寸和重量大，运输需要大型运输设备，因此PC构件制作工厂服务半径小，运输成本高，安装需要大型机械，操作复杂，；(2)构件间的连接可靠性差，质量不易保证，因而对施工人员操作的技术水平和技术设备的要求高；(3)PC构件的标准化设计生产与建筑个性化设计生产相矛盾，使得PC构件无法大批量生产，很难降低生产成本。
为解决装配式建筑生产、设计和施工安装中的问题，国家颁布了相应的标准和规范。例如：《装配式混凝土建筑技术标准》GB/T 51231-2016、《装配式钢结构建筑技术标准》GB/T 51232-2016、《装配式混凝土结构技术规程》JGJ 1-2014等。
国家专利局也公布了施工有装配式建筑方面的专利。如(1)《一种快速装配式建筑系统及方法》(CN109680795A)，公开了一种快速装配式建筑系统及方法，包括屋顶板、墙板组件、楼板、底板和基础连接件构成的结构体系。这一发明解决了构件工厂加工，现场拼装，多次安装拆问题，但此方法不适宜建设永久性建筑。(2)《装配式建筑墙体》(CN 109826320A)发明提供的装配式建筑墙体，解决了现有装配式在装配完成后，因墙体局部不能拆卸更换使得在出现墙体局部损坏的问题，并没有解决装配式建筑其他方面的问题。(3)《一种装配式建筑连接构件》(CN 210002567 U)公开了一种新型的连接件形式；这一专利解决了某些装配式建筑某些部位的连接问题，但没有涉及装配式构件制作等问题。(4)《一种装配式建筑施工支撑装置》(CN 209924494 U)公开了一种施工时的装配式建筑施工支撑装置，仅为装配式建筑构件安装过程中提供了一种安装过程中的支撑装置和方法。
综上所述，类似的专利还有许多，这些专利技术都是从装配式建筑中的某一方面或某一具体问题方面解决相应问题，并没有解决钢结构体系防火性能差、不耐腐蚀、刚度小的问题；也不能解决PC体系重量大、构件标准化难、连接可靠性差和运输安装复杂成本高的问题。目前，尚未有公开的资料发表的技术和尚未有公开的技术产品展示有同时解决PC构件体系和钢结构建筑体系所存在的不足的产品和技术，特别是能统合PC结构与钢结构的优点，克服其缺点和不足，系统化地形成装配式建筑的技术发展思路；更没建立从材料、工艺和设备一体的制造、设计和安装体系。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于钢混凝土复合型材体系化装配式建筑构件生产及装配工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：基于钢-混凝土复合型材装配式建筑构件生产及装配工艺，包括：混凝土钢芯结构建材构件，混凝土钢芯结构建材构件标准化设计数据库和混凝土钢芯结构建材生产工艺；所述的混凝土钢芯结构建材构件是由钢材作为钢芯和轻质混凝土作为外裹材料，工业化加工制成的；所述的建筑结构构件的梁、立柱和板材的端部均设有连接结合部，所述的连接结合部根据应用型材的不同形状，设有不同形状的连接孔和连接栓；所述的各构件均设有起重吊环；所述的梁、立柱和板材的端部均设有专用二维码和专用的二维码标志位。
作为一种优选方案，所述的混凝土钢芯结构复合型材是将外裹材料经过喷涂或挤压工艺及喷涂挤压设备喷涂挤压在钢芯上面形成的一种应用型材。
作为一种优选方案，所述的钢芯的各种外观形状、重量、质量和尺寸及应力强度是与建筑物设计要求相一致的。
作为一种优选方案，所述的钢芯的截面的形状为矩形、圆形、椭圆形、三角形、工字形、槽形和网格形中的至少一种。
作为一种优选方案，所述的外裹材料的容重为：0.4-0.8g/cm3；初凝成型时间5秒≤t≤30秒，终凝时间≤300秒；所述的外裹材料的材料强度：初凝强度≥2Mpa，最终强度≥5Mpa；所述的外裹材料的配方是水泥30-50份，氧化镁5-15份，氯化镁5-10份，发泡剂3-5份，稻草0.5-1.0份。
作为一种优选方案，所述的应用型材包括梁、立柱和板材，其外观形状、重量、质量和尺寸及应力强度是与建筑物设计要求相一致的。
作为一种优选方案，还包括数控挤压机，型材传送带，自动测量仪，切割机，专用铣床，剥离机，钻孔机，标志打印机，控制器。
作为一种优选方案，基于钢-混凝土复合型材装配式建筑构件生产及装配工艺，包括以下步骤：
1)根据我国的荷载规范及结构设计规范，可以归纳出四层以下的建筑中框架柱和梁的几何尺寸和相应的梁柱的受力情况，由此可以形成标准的框架柱/梁，以此为基础，并计算归纳出几类几何尺寸，几种不同承载力构件，承载力计算按完全钢梁、钢柱来考虑；
2)按以上标准生产相应的各类型构件的钢-混凝土复合型材，型材的截面几何尺寸按标准的框架柱/梁进行，其钢结构芯材按承载力计算归纳的几种类型进行，其长度按我国钢型材标准进行，其保护层材料选用轻质、快凝和低强度混凝土，手工生产需要制作专用模板，如采用专用设备生产，对进料速度和凝结速度进行调整，使机械与材料性能指标相协调；
3)根据具体的建筑方案，应用相应软件，按标准钢-混凝土复合型材进行结构造型和计算，并划分结构构件单元，并将相应数据存于该建筑结构数据库，数据库中存放：①各构件单元空间位置数据、②构件单元编号、③类型、④构件几何尺寸、⑤端部的连接方式；
4)根据构件数据，用相应类型的钢-混凝土复合型材加工构件单元，这里主要的加工内容：①该类型的构件长度、②构件端部的保护层的剥离、③螺栓连接孔、④需要焊接的连接坡口及可能的其加工内容；加工完成后，在构件四个侧面打印构件相关数据，数据内容与加工内容一致；
5)将加工完成后的结构构件按要求运输到现场，并按规定要求堆放；堆放位置数据存入构件现场数据库，进入现场数据库的数据，包括进场时间、位置；构件堆放按先进后出的顺序进行，如果现场地有限，可以批量进场，但批量内仍遵守先进后出的规则；
6)现场安装机械进场，安装装配机械根据现场构件数据进行搜索，找寻待安装构件，读取构件二维码，核对二维码数据，无误后按数据库中数据进行吊装定位；
7)连接装置根据连接数据库中数据，对连接部位按设计连接类型进行连接操作。
本发明优点在于：实现一种完全自动化和智能化的型材生产、构件设计和加工以及现场安装的智能化体系，可大大降低装配式建筑的建造成本、提高安装速度和智能化程度以及保证装配式建筑的质量。
附图说明
图1是混凝土钢芯结构建材示意图。
图2是混凝土钢芯结构建材设计数据库。
图3是应用型材示意图。
图4是装配控制系统框图。
如图所示，1、钢型材，2、防护层，3、网状钢芯材，4、防护层剥离部分，5、连接螺栓孔。
具体实施方式
下面用具体实施例说明本发明，并不是对本发明的限制。
实施例
基于钢-混凝土复合型材装配式建筑构件生产及装配工艺，包括：混凝土钢芯结构建材构件，混凝土钢芯结构建材构件标准化设计数据库和混凝土钢芯结构建材生产工艺；所述的混凝土钢芯结构建材构件是由钢材作为钢芯和轻质混凝土作为外裹材料，工业化加工制成的；所述的建筑结构构件的梁、立柱和板材的端部均设有连接结合部，所述的连接结合部根据应用型材的不同形状，设有不同形状的连接孔和连接栓；所述的各构件均设有起重吊环；所述的梁、立柱和板材的端部均设有专用二维码和专用的二维码标志位。
作为本实施例的优选方案，所述的混凝土钢芯结构复合型材是将外裹材料经过喷涂或挤压工艺及喷涂挤压设备喷涂挤压在钢芯上面形成的一种应用型材。
作为本实施例的优选方案，所述的钢芯的各种外观形状、重量、质量和尺寸及应力强度是与建筑物设计要求相一致的。
作为本实施例的优选方案，所述的钢芯的截面的形状为矩形、圆形、椭圆形、三角形、工字形、槽形和网格形中的至少一种。
作为本实施例的优选方案，所述的外裹材料的容重为：0.4-0.8g/cm3；初凝成型时间5秒≤t≤30秒，终凝时间≤300秒；所述的外裹材料的材料强度：初凝强度≥2Mpa，最终强度≥5Mpa；所述的外裹材料的配方是水泥30-50份，氧化镁5-15份，氯化镁5-10份，发泡剂3-5份，稻草0.5-1.0份。
作为本实施例的优选方案，所述的应用型材包括梁、立柱和板材，其外观形状、重量、质量和尺寸及应力强度是与建筑物设计要求相一致的。
作为本实施例的优选方案，还包括数控挤压机，型材传送带，自动测量仪，切割机，专用铣床，剥离机，钻孔机，标志打印机，控制器。
一种基于钢-混凝土复合型材装配式建筑构件生产及装配工艺，以四层框架结构体系的建筑为例。框架结构体系主要由柱、梁和楼板组成，因此根据上述技术方案，可按如下步骤来实现：
(1)根据我国的荷载规范及其应的结构设计规范，可以归纳出四层以下的建筑中框架柱和梁的几何尺寸和相应的梁柱的受力情况，由此可以形成框架柱或梁的标准如下表：
| 梁 | 柱 |
| 200×300 | 200×300 |
| 250×300 | 300×300 |
| 250×350 | 400×300 |
| 250×400 | 400×400 |
| 250×450 | 450×400 |
以此为基础，并计算归纳出各几何尺寸下，几种不同承载力构件。而承载力计算按完全钢梁、钢柱来考虑。
(2)按以上标准生产相应的各类型构件的钢-混凝土复合型材(图1)。这时型材的截面几何尺寸按以上标准进行，其钢结构芯材按承载力计算归纳的几种类型进行，其长度可按我国钢型材标准进行。其保护层材料选用轻质、快凝和低强度混凝土。手工生产需要制作专用模板，但由于标准化，其模板类型数并不多。如采用专用机构生产，应对进料速度和凝结速度进行调整，使机械与材料性能指标相协调。
(3)根据具体的建筑方案，应用相应软件(普通软件也可安成，但比较麻烦一点)，按标准钢-混凝土复合型材进行结构造型和计算，并划分结构构件单元，并将相应数据存在该建筑结构数据库(图2)。数据库中主要应存放：①各构件单元空间位置数据、②构件单元编号、③类型、④构件几何尺寸、⑤端部的连接方式。
(4)根据构件数据，用相应类型的钢-混凝土复合型材加工构件单元，这里主要的加工内容：①该类型的构件长度、②构件端部的保护层的剥离、③螺栓连接孔、④需要焊接的连接坡口及可能的其加工内容(图3)。加工构件单元，可以采用一般设备加工，也可以根据本发明要求，开发专用加工设备。采用专用加工设备，可以实现加工完全的自动化和智能化。加工完成后，在构件四个侧面打印构件相关数据，数据内容应与加工内容一致。
(5)将加工完成后的结构构件按要求运输到现场，并按规定要求堆放。堆放位置数据应存入构件现场数据库，进入现场数据库的数据，应包括进场时间、位置等。构件堆放应按先进后出的顺序进行，即最后安装构件，最先进场。如果现场地有限，可以批量进场，但批量内仍要遵守先进后出的规则。
(6)现场安装机械进场，安装装配机械根据现场构件数据进行搜索，找寻待安装构件，读取构件二维码，核对二维码数，无误后按数据库中数据进行吊装定位(图4)。
(7)连接装置根据连接数据库中数据，对连接部位按设计连接类型进行连接操作。这一工作可以人工进行，也可以实现完全的自动化操作。要实现自动化操作需要开发专用设备连接设备。专业安装定位和连接设备，应采取智能化的控制方式。
本发明不仅仅可以用于框架结构体系的建筑，对于其他类型的结构可以采类似于以上的方法来实现。本发明的最核心的内容，就是标准化的钢-混凝土复合型材的生产，这是本发明的最重要的技术特征。本发明所指的钢-混凝土复合型材具有三个重要特点：标准化、钢型材承担全部的构件荷载以及具有防腐、防火、质轻、低强度的混凝土保护层。以钢-混凝土复合型材为基础，可以容易地实现各种类型结构构件自动化设计与加工，以及由此加工成型的结构构件的智能化安装。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.基于钢-混凝土复合型材装配式建筑构件生产及装配工艺，其特征在于，包括：混凝土钢芯结构建材构件，混凝土钢芯结构建材构件标准化设计数据库和混凝土钢芯结构建材生产工艺；所述的混凝土钢芯结构建材构件是由钢材作为钢芯和轻质混凝土作为外裹材料，工业化加工制成的；所述的建筑结构构件的梁、立柱和板材的端部均设有连接结合部，所述的连接结合部根据应用型材的不同形状，设有不同形状的连接孔和连接栓；所述的各构件均设有起重吊环；所述的梁、立柱和板材的端部均设有专用二维码和专用的二维码标志位。
2.根据权利要求1所述的基于钢-混凝土复合型材装配式建筑构件生产及装配工艺，其特征在于：所述的混凝土钢芯结构复合型材是将外裹材料经过喷涂或挤压工艺及喷涂挤压设备喷涂挤压在钢芯上面形成的一种应用型材。
3.根据权利要求1所述的基于钢-混凝土复合型材装配式建筑构件生产及装配工艺，其特征在于：所述的钢芯的各种外观形状、重量、质量和尺寸及应力强度是与建筑物设计要求相一致的。
4.根据权利要求1所述的基于钢-混凝土复合型材装配式建筑构件生产及装配工艺，其特征在于：所述的钢芯的截面的形状为矩形、圆形、椭圆形、三角形、工字形、槽形和网格形中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的基于钢-混凝土复合型材装配式建筑构件生产及装配工艺，其特征在于：所述的外裹材料的容重为：0.4-0.8g/cm3；初凝成型时间5秒≤t≤30秒，终凝时间≤300秒；所述的外裹材料的材料强度：初凝强度≥2Mpa，最终强度≥5Mpa；所述的外裹材料的配方是水泥30-50份，氧化镁5-15份，氯化镁5-10份，发泡剂3-5份，稻草0.5-1.0份。
6.根据权利要求1所述的基于钢-混凝土复合型材装配式建筑构件生产及装配工艺，其特征在于：所述的应用型材包括梁、立柱和板材，其外观形状、重量、质量和尺寸及应力强度是与建筑物设计要求相一致的。
7.根据权利要求1所述的基于钢-混凝土复合型材装配式建筑构件生产及装配工艺，其特征在于：还包括数控挤压机，型材传送带，自动测量仪，切割机，专用铣床，剥离机，钻孔机，标志打印机，控制器。
8.根据权利要求1所述的基于钢-混凝土复合型材装配式建筑构件生产及装配工艺，其特征在于，包括以下步骤：
1)根据我国的荷载规范及结构设计规范，可以归纳出四层以下的建筑中框架柱和梁的几何尺寸和相应的梁柱的受力情况，由此可以形成标准的框架柱/梁，以此为基础，并计算归纳出几类几何尺寸，几种不同承载力构件，承载力计算按完全钢梁、钢柱来考虑；
2)按以上标准生产相应的各类型构件的钢-混凝土复合型材，型材的截面几何尺寸按标准的框架柱/梁进行，其钢结构芯材按承载力计算归纳的几种类型进行，其长度按我国钢型材标准进行，其保护层材料选用轻质、快凝和低强度混凝土，手工生产需要制作专用模板，如采用专用设备生产，对进料速度和凝结速度进行调整，使机械与材料性能指标相协调；
3)根据具体的建筑方案，应用相应软件，按标准钢-混凝土复合型材进行结构造型和计算，并划分结构构件单元，并将相应数据存于该建筑结构数据库，数据库中存放：①各构件单元空间位置数据、②构件单元编号、③类型、④构件几何尺寸、⑤端部的连接方式；
4)根据构件数据，用相应类型的钢-混凝土复合型材加工构件单元，这里主要的加工内容：①该类型的构件长度、②构件端部的保护层的剥离、③螺栓连接孔、④需要焊接的连接坡口及可能的其加工内容；加工完成后，在构件四个侧面打印构件相关数据，数据内容与加工内容一致；
5)将加工完成后的结构构件按要求运输到现场，并按规定要求堆放；堆放位置数据存入构件现场数据库，进入现场数据库的数据，包括进场时间、位置；构件堆放按先进后出的顺序进行，如果现场地有限，可以批量进场，但批量内仍遵守先进后出的规则；
6)现场安装机械进场，安装装配机械根据现场构件数据进行搜索，找寻待安装构件，读取构件二维码，核对二维码数据，无误后按数据库中数据进行吊装定位；
7)连接装置根据连接数据库中数据，对连接部位按设计连接类型进行连接操作。
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