CN113463793B - 一种房屋墙体3d打印墙体结构、打印房屋以及打印方法 - Google Patents

Abstract

本公开属于房屋建造领域，公开一种房屋墙体3D打印墙体结构、打印房屋以及打印方法，基于3D打印技术的住宅原型设计，充分发挥3D打印技术的优势的基础上，根据基地面积、家庭结构、地形、气候等条件进行适应性调整，具有灵活的单元空间组合潜力，以满足多样的居住需求。本发明充分应用3D打印技术的特性与优势，以C型墙体为母题，控制其开放度以进行不同的内部功能限定，并将家具、设备与C型墙体进行一体化整合，为进一步提高居住品质与体验，在其中植入院落空间。该3D打印住宅在结构保温一体化的基础上，节约材料、工时、造价，还具有单元变化的可适应性，是低碳可持续住宅产品。

Description

一种房屋墙体3D打印墙体结构、打印房屋以及打印方法

技术领域

本公开属于房屋建造领域，具体涉及一种房屋墙体3D打印墙体结构、打印房屋以及打印方法。

背景技术

自古以来，房屋的建筑多通过人工进行搭建，不仅需要大量劳动力，工期也比较长，即使是采用建造磨具、灌注浇注的方式，同样也费时费力，施工效率低下。

随着3D打印技术的发展和应用普及，在房屋建筑中也采用了3D打印技术。

发明内容

第一方面，针对现有技术的不足，本公开的目的在于提供一种房屋墙体3D打印墙体结构。

本公开的目的可以通过以下技术方案实现：

一种房屋墙体3D打印墙体结构，包括房屋墙体，所述房屋墙体轮廓呈C形。

第二方面，针对现有技术的不足，本公开的目的在于提供一种房屋墙体3D打印房屋。

本公开的目的可以通过以下技术方案实现：

一种房屋墙体3D打印房屋，包括多个相互组合的房屋墙体，其特征在于，所述房屋墙体轮廓呈C形。

在一些公开中，多个所述房屋墙体相互间呈集中型或分散型排布布置。

在一些公开中，在平地或坡地进行布置时，多个所述房屋墙体呈竖向布置。

在一些公开中，多个所述房屋墙体相互间呈并列或者包裹进行布置。

在一些公开中，所述房屋墙体呈C形的开口可调。

在一些公开中，多个房屋墙体之间预留空隙，空隙处用于设置景观区。

第三方面，针对现有技术的不足，本公开的目的在于提供一种房屋墙体3D打印方法。

一种房屋墙体3D打印方法，包括打印呈C形的墙体；在墙体上架设叠合楼板；在地面或者叠合楼板与叠合楼板之间设置条形基础；

所述打印呈C形的墙体，包括以下步骤：

步骤1.1，利用3D打印技术，打印出墙体以及保温层整体的外轮廓，每隔一定高度放置水平钢筋网片，确保保温层和墙体部分连接可靠；步骤1.2，在墙体的构造柱部位进行纵向插入竖直的钢筋；步骤1.3，浇筑混凝土进行填充；

所述叠合楼板的打印，包括以下步骤：

步骤2.1，3D打印楼板外轮廓；步骤2.2，安装桁架钢筋和钢筋网；步骤2.3，后浇筑60mm混凝土。

在一些公开中，所述墙体的立面上预埋有孔洞，所述孔洞内部包含有树脂自发光材料。

在一些公开中，所述3D打印材料为最大粒径为10mm的再生粗骨料；所述保温层内部的填充材料为硬质聚氨酯泡沫。

本公开的有益效果：

房屋墙体轮廓呈C形，形成C形原型整体实现了建筑、结构和材料的一体化，通过采用C形单元来实现空间组织的灵活性、低应力集中的结构稳定性、墙体家具设备一体化打印的高效性和被动式技术的节能性。在结构上，结合3D打印特性，使用差异化配筋技术，减少建筑材料用量，并结合装配式技术提高建造效率。在材料方面，结合了多种材料，包括低碳再生材料、保温材料和合成树脂自发光材料。由此，综合实现了节约材料、工时和造价。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本公开实施例的C型空间原型对不同基地环境和大小的适应性示意图；

图2是本公开实施例的C型空间原型对不同地形环境的适应性示意图；

图3是本公开实施例的C型空间原型对不同气候环境的适应性示意图；

图4是本公开实施例的C型空间原型对不同户型规模和社区组合方式的适应性示意图；

图5是本公开实施例的C型空间原型开放度与功能的对应关系示意图；

图6是本公开实施例的C型墙体结构性能优势示意图；

图7是本公开实施例的C型墙体整合家具与设备空间示意图；

图8是本公开实施例的房屋C型空间构成一种示意图；

图9是本公开实施例的房屋C型空间构成一种示意图；

图10是本公开实施例的3D打印墙体的结构示意图；

图11是本公开实施例的3D打印墙体的步骤示意图；

图12是本公开实施例的预制叠合楼板的结构示意图；

图13是本公开实施例的条形基础的结构示意图；

图14是本公开实施例的3D打印房屋整体不同时刻采光系数分布示意图；

图15是本公开实施例的3D打印房屋整体的造价分析示意图；

图16是本公开实施例的3D打印房屋整体的建造时间分析示意图。

具体实施方式

下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本公开保护的范围。

实施例一：

如图1所示，一种房屋墙体3D打印墙体结构，包括房屋墙体，房屋墙体轮廓呈C形。

针对于房屋墙体轮廓，现有一般设置呈直线型，但是直线型相对于稳定性较差；设置呈L型，存在应力集中现象。

将房屋墙体轮廓打印呈C形；当然在其一些场景中，也可将房屋墙体轮廓打印呈其他具有弯折形状，此时的弯折点包括但是不局限于1个，如图示中展现出的仅仅1个弯折点，但是在其案例中，可以为多个弯折点，如波浪状，具体根据实际需要制定，弯折点处利用弧形过渡，此时可看作为多个呈C性的房屋墙体轮廓进行平滑过渡连接形成；一方面设计成本实施例中的C形，能够及进行稳定支撑，稳定性好；一方面受力均匀，易进行3D打印。

实施例二：

一种房屋墙体3D打印房屋，包括多个相互组合的房屋墙体，房屋墙体轮廓呈C形。

针对于房屋墙体轮廓打印呈C形，C形空间原型在其他方面的应用，如C形空间原型的特点在于具有较强的适应性，可以无限延展，适应不同的条件，具体可体现在：

1)适应基地环境和大小：在城市土地资源有限的情况下，呈集中型排布，如通过C形空间原型的排列使其适应紧凑集约的土地利用模式。在乡村，土地使用更加自由的情况下，呈分散型排布，如面向乡村景观，自由排列C形空间原型，以创造更多与自然交融的空间，如图1所示。

2)适应不同地区的不同地形：C形空间原型可以竖向调节，形成不同的高度，以适应不同高差，平地或坡地，具备空间弹性，如图示2所示，其中图示中展示了在平地以及坡地上的竖向调节方式。

3)适应不同的气候条件：C形空间原型相互并列的模式能适应较为温和的气候，C形空间原型相互包裹的模式能适应较为寒冷的气候；通过C形空间原型的相互关系，可以适应不同的气候特征，如图示3所示

4)适应不同的家庭成员构成：通过调整C形空间原型的数量，它可以容纳一个、两个、三个、四个以及更多的家庭成员。同时可以选择和父母或者朋友的C形空间原型组合，创造多样的生活模式，形成或交流互动或私密独立的空间，如图示4所示。

针对于房屋墙体轮廓打印呈C形，C形空间原型在其他方面的应用，如C形空间原型开放度可控制单元空间组合潜力，整合家具、设备与C形墙体一体化打印，具体可体现在：

1)C形开放度的空间组织灵活性：当C形开口较大时，它体现出公共性和开放性，可以形成餐厅、庭院和客厅等；当C形开口较小时，它体现出私密性和封闭性，可以形成卧室、卫生间、储藏室等，具备一定空间适应性潜力，如图示5所示。

2)C形平面的结构合理性：直线形的墙体稳定性较低，L型墙体由于转角的存在会引起应力集中，而C形墙体结构相对合理，具有一定的抗弯刚度、稳定性、应力集中程度低的特点，如图示6所示。

3)整合家具、设备的个人定制性：通过延伸墙体，实现家具和墙体的一体化打印。通过加厚墙体，自然形成管道设备空腔。借助3D打印的方式，可以生产出多样性的家具和墙体，以满足定制化需求，如图示7所示。

4)结合庭院的自然流动性：无论在西方还是东方，院落空间都是承载人们生活的精神性空间。C形与C形空间原型之间自然留出的空隙可以形成景观，并创造出中心庭院、入口院落和边庭，形成自然流动性和多样性景观，提高人们的生活居住品质，如图示8以及图示9所示。

实施例三：

一种房屋墙体3D打印方法，包括以下步骤：

利用3D打印技术，打印出墙体以及保温层的外轮廓；结构层面，充分利用3D打印的方式，考虑结构的具体受力特性，在传统砌体结构的基础上进行了一定程度的创新，结构元素主要有墙体、楼板、楼梯、地基和门窗等。

1)差异化墙体配筋，保温层与结构层一体化打印

结合不同的建造需求，设计了两个版本，都采用了差异化墙体配筋的方式。考虑抗震要求，则采用剪力墙和填充墙相结合的方式。不考虑抗震要求的条件下，则采用结构柱和圈梁相结合的方式来满足结构安全性。

关于墙体的构造，以某一片墙体为例，它由三个部分组成——构造柱、填充墙和外保温层。同时打印墙体可分为外墙和内墙，外墙厚度为340毫米，带保温层，内墙厚度为240毫米，如图示10所示，其中①为挤出条带；②为构造层；③为中柱；④为角柱；⑤为边柱；⑥为40mm保温层。

针对于墙体的建造过程大致可以分成三步，如图示11所示。具体为：

步骤1，利用3D打印技术，打印出墙体以及保温层整体的外轮廓，每隔一定高度放置水平钢筋网片，确保保温层和墙体部分连接可靠；步骤2，在墙体的构造柱部位进行纵向插入竖直的钢筋。步骤3，浇筑混凝土进行填充。其中，构造柱纵向钢筋可采用与条形基础之间形成可靠连接。

2)3D打印与预制叠合楼板结合

建造步骤大致可以分为：沿着墙体的外轮廓进行3D打印楼板外轮廓，然后楼板外轮廓上放置钢筋网和桁架钢筋，最后浇筑一定厚度混凝土，完成叠合楼板的制作；当然叠合楼板可以选择工厂预制或者现场生产的方式，然后将预制楼板在现场按照装配式进行施工。在具体实施中，也可以如图示12展示的流程，步骤1，3D打印楼板外轮廓(图示12中楼板外轮廓以外轮廓进行指代)；步骤2，机械化安装桁架钢筋和钢筋网；步骤3，后浇筑60mm混凝土。

特别的是，结合3D打印墙体的施工特性针对叠合楼板和叠合楼板、墙体以及结构柱的连接节点进行了具体的设计以确保房屋的结构整体性和安全性。其中，为了施工方便，可预先将叠合楼板分割成多块进行打印。

关于叠合楼板与墙体的连接处，一般采用浇筑混凝土的方式进行固定，或者根据需要进行预埋钢筋的方式进行加强牢固强度；如将叠合楼板分割成多块，在针对于叠合楼板相互间拼装时，可在相互间的连接处通过浇筑混凝土以及预埋钢筋的方式进行固定。

3)条形基础建造：基础的外模采用3D打印。需要注意的是，需要在柱区域留孔，以插入柱的钢筋，其中图示13，是一些实施例下的条形基础剖面图。

针对于实施例一以及实施例二中的，3D打印材料选择，利用再生混凝土主材打印，达到低碳可持续目标，具体为：

(1)再生粗骨料和硬质聚氨酯泡沫

材料方面选用了最大粒径为10mm的再生粗骨料，一方面骨料粒径增大，改善了3D打印混凝土的性能；另一方面使用再生骨料也可以有效降低碳排放。除此之外，保温层内部的填充材料选择导热系数更低的硬质聚氨酯泡沫，可以在合理范围内降低墙体厚度的同时，满足围护结构的热工标准。

(2)合成树脂自发光材料

通过在墙体立面上预埋一系列大大小小的孔洞，既照亮了室外，也照亮了室内。孔洞内部使用的是合成树脂自发光材料。它可以通过照射光储存能量，在黑暗中发光12小时以上。

同时针对于房屋墙体轮廓呈C形，形成C形原型整体，这样的设计，C形原型整体可节约材料、工时、造价，同时具有单元变化引导下的通风节能的物理性能

(1)通风节能、采光节能的物理性能，如图示14所示；

夏季，通过中庭拔风，借助烟囱效应，形成自然通风，达到节能的目的。冬季，可以使用地暖设备，地暖热量分布均匀，舒适节能，管道可以与叠合楼板进行整合制作。同时可以通过使用双层中空玻璃来提高气密性。并采用热回收新风机组，解决室内外空气流通，高效的进行热交换，保证室内舒适的温度。

通过相关软件对光照的分析，一二层大多数房间都达到了300lux，远远满足住宅采光照度，可以在窗户上设置可调节遮阳，太阳辐射透过玻璃后被窗帘吸收，由于温室效应，可以减少室内的采暖能耗，并减少室内眩光。

预估C形原型整体在建设和运营中都将实现较低的碳排放。在建设阶段，使用了与传统建筑相比较少的建材并使用可再生材料。同时3D混凝土打印也大大降低了运输和人工成本。在建筑运行阶段，采用了被动式通风的方法，同时每个房间能够获得足够的自然光，并采用地暖、太阳能板等措施，综合达到了节约能源的目的。

(2)节约造价，如图示15所示；

关于经济成本，通过将传统混凝土住宅和3D打印混凝土住宅的施工成本进行对比，得出的结论是，采用3D混凝土打印的方式，可以较大节省浇筑混凝土的人工成本和模板成本，与传统建造方式相比，总共节省了约25％的经济成本。

(3)节约工时，如图示16所示；

关于施工时间，通过减少材料使用、提高工作效率和装配式施工等方式，可以缩短施工工期。3D打印施工只需36天，节省了传统施工方式约31％的时间。

通过整合性设计，房屋墙体轮廓呈C形，形成C形原型整体实现了建筑、结构和材料的一体化，并增加了碳足迹和造价工时方面的考虑。在设计中，通过采用C形单元来实现空间组织的灵活性、低应力集中的结构稳定性、墙体家具设备一体化打印的高效性和被动式技术的节能性。在结构上，结合3D打印特性，使用差异化配筋技术，减少建筑材料用量，并结合装配式技术提高建造效率。在材料方面，结合了多种材料，包括低碳再生材料、保温材料和合成树脂自发光材料。由此，综合实现了节约材料、工时和造价。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上显示和描述了本公开的基本原理、主要特征和本公开的优点。本行业的技术人员应该了解，本公开不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本公开的原理，在不脱离本公开精神和范围的前提下，本公开还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本公开范围内。

Claims (6)

1.一种3d打印房屋的墙体组合方法，包括多个相互组合的房屋墙体，其特征在于，所述房屋墙体轮廓呈C形，采用C形单元来实现空间组织的灵活性、低应力集中的结构稳定性、墙体家具设备一体化打印的高效性和被动式技术的节能性；

多个所述房屋墙体相互间呈以下布置：

适应基地环境和大小：在城市土地资源有限的情况下，房屋墙体的C形空间原型呈集中型排布；在乡村，土地使用更加自由的情况下，房屋墙体的C形空间原型呈分散型排布；

适应不同地区的不同地形：房屋墙体的C形空间原型竖向调节，形成不同的高度，以适应不同高差，平地或坡地，具备空间弹性；

适应不同的气候条件：房屋墙体的C形空间原型相互并列的模式能适应较为温和的气候，房屋墙体的C形空间原型相互包裹的模式能适应较为寒冷的气候；

适应不同的家庭成员构成：通过调整房屋墙体的C形空间原型的数量，它可以容纳一个、两个、三个、四个以及更多的家庭成员；同时可以选择和父母或者朋友的房屋墙体的C形空间原型组合，形成或交流互动或私密独立的空间。

2.根据权利要求1所述的墙体组合方法，其特征在于，所述房屋墙体呈C形的开口可调。

3.根据权利要求1所述的墙体组合方法，其特征在于，多个房屋墙体之间预留空隙，空隙处用于设置景观区。

4.如权利要求1-3任一所述的墙体组合方法，包括房屋墙体3D打印方法，其特征在于，房屋墙体3D打印方法包括打印呈C形的墙体；在墙体上架设叠合楼板；在地面或者叠合楼板与叠合楼板之间设置条形基础；

所述打印呈C形的墙体，包括以下步骤：

步骤1.1，利用3D打印技术，打印出墙体以及保温层整体的外轮廓，每隔一定高度放置水平钢筋网片，确保保温层和墙体部分连接可靠；步骤1.2，在墙体的构造柱部位进行纵向插入竖直的钢筋；步骤1.3，浇筑混凝土进行填充；

所述叠合楼板的打印，包括以下步骤：

步骤2.1，3D打印楼板外轮廓；步骤2.2，安装桁架钢筋和钢筋网；步骤2.3，后浇筑60mm混凝土。

5.根据权利要求4所述的3D打印方法，其特征在于，所述墙体的立面上预埋有孔洞，所述孔洞内部包含有树脂自发光材料。

6.根据权利要求4所述的3D打印方法，其特征在于，3D打印材料为最大粒径为10mm的再生粗骨料；所述保温层内部的填充材料为硬质聚氨酯泡沫。

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