CN113585760A - 一种基于天然冰与冰雪复合材料建造冰壳建筑物的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于天然冰与冰雪复合材料建造冰壳建筑物的方法，包括：获取冰壳建筑物数据，并根据所述冰壳建筑物数据制作气囊；将所述气囊进行基础固定，并根据所述冰壳建筑物数据对所述气囊进行搭接边缘验证；根据所述冰壳建筑物数据砌筑冰基础；在所述冰基础砌筑完成后，对所述气囊进行充气；在所述气囊充气完成后，向所述气囊外表面喷射冰雪复合材料以形成冰壳；在所述冰壳厚度达到预设值后，对所述冰壳进行施工以形成冰壳建筑物。本发明中，冰壳建筑物上部分为冰雪复合材料形成的冰壳，下部分为天然冰砌筑形成的冰基座，冰壳不直接与地面接触，不易受到破坏，强度更好。

Description

一种基于天然冰与冰雪复合材料建造冰壳建筑物的方法

技术领域

本发明涉及冰建筑技术领域，具体而言，涉及一种基于天然冰与冰雪复合材料建造冰壳建筑物的方法。

背景技术

冰壳建筑物是寒冷地区在冬季常见的建筑，其建造方法是在室外低温环境下，将冰雪材料喷射至刚性模具或气承式气囊上，经过多轮喷射和凝固得到一体化的冰壳结构与内部使用空间。然而此种方法建造的冰壳建筑物不仅存在建筑形态单一、灯光效果不好等缺点，且存在冰壳和砌筑天然冰结构相结合在结构、构造、定位、找形等方面的技术问题。

发明内容

本发明解决的问题是如何提高冰壳建筑物的结构强度。

为解决上述问题，本发明提供一种基于天然冰与冰雪复合材料建造冰壳建筑物的方法，包括：

获取冰壳建筑物数据，并根据所述冰壳建筑物数据制作气囊；

将所述气囊进行基础固定，并根据所述冰壳建筑物数据对所述气囊进行搭接边缘验证；

根据所述冰壳建筑物数据砌筑冰基础；其中，所述冰基础的原材料为水；

在所述冰基础砌筑完成后，对所述气囊进行充气；

在所述气囊充气完成后，向所述气囊外表面喷射冰雪复合材料以形成冰壳；

在所述冰壳厚度达到预设值后，对所述冰壳进行施工以形成冰壳建筑物。

可选地，所述冰壳建筑物数据包括冰壳数据，所述获取冰壳建筑物数据，并根据所述冰壳建筑物数据制作气囊包括：

根据所述冰壳数据拟合出所述气囊充气前的形态；

对充气前的所述气囊的搭接边缘进行控制，拟合出气囊模板数据；

根据所述气囊模板数据制成所述气囊。

可选地，所述对充气前的所述气囊的搭接边缘进行控制，拟合出气囊模板数据包括：

确定冰基础的位置，获取冰基础的结构强度信息；

通过模拟程序模拟充气前的所述气囊充气，以使充气后的所述气囊与所述冰基础的内边缘相切；

根据所述模拟程序设定的边界条件得出所述气囊模板数据。

可选地，所述根据所述气囊模板数据制成所述气囊之后还包括：

在施工现场进行总体放线后，将制成的所述气囊试充气，判断充气后的所述气囊的中心点、轴线以及边界线与放线位置之间的距离是否小于误差允许范围；

若充气后的所述气囊的中心点、轴线以及边界线与放线位置之间距离不小于所述误差允许范围，对气囊对应位置进行调整。

可选地，所述冰壳建筑物数据还包括冰基础数据，所述将所述气囊进行基础固定，并根据所述冰壳建筑物数据对所述气囊进行搭接边缘验证包括：

根据所述冰基础数据和所述气囊模板数据进行冰基础内外边缘与所述气囊的边缘放线定位；

将所述气囊的边缘锚固于地面；

对所述气囊进行充气，直至所述气囊内的气压达到预设值；

沿所述冰基础的内外边缘线取测量点，测量所述气囊相对于所述测量点的垂直高度；

判断所述垂直高度与计算模型中相应高度的差值是否属于误差允许范围内；

若所述垂直高度与计算模型中相应高度的差值不属于所述误差允许范围内，对所述气囊对应位置进行调整。

可选地，所述根据所述冰壳建筑物数据砌筑冰基础包括：

确保所述气囊处于未充气状态，并对所述气囊进行防护；

根据所述冰基础数据，采用天然冰砌筑所述冰基础。

本实施例中，天然冰是水自然冻结形成的冰。

可选地，所述根据所述冰壳建筑物数据，采用天然冰砌筑冰基础之后包括：

根据所述冰基础的结构强度信息，对所述冰基础进行加强，具体为：在所述冰基础顶端开挖孔洞，在所述孔洞中加设构造柱，并在所述构造柱顶端设置钢筋笼；在所述冰基础的顶端砌筑冰围堰，所述钢筋笼位于所述冰围堰和所述气囊之间，所述冰围堰用于灌注复合冰材料以与所述钢筋笼共同冻结为冰环梁。

可选地，所述在所述冰基础砌筑完成后，对所述气囊进行充气包括：

在所述冰基础砌筑完成后，拆除所述气囊的防护，并对所述气囊进行充气。

可选地，所述在所述气囊充气完成后，向所述气囊外表面喷射冰雪复合材料以形成冰壳包括：

对所述冰基础进行防护并预留冰壳衔接面；

在低于-10℃的低温条件下，利用冰雪复合材料对气囊外表面进行喷射施工，促使所述冰雪复合材料在所述气囊外表面冻结形成所述冰壳。

可选地，所述在所述冰壳厚度达到预设值后，对所述冰壳进行施工以形成冰壳建筑物包括：

在所述冰壳的厚度达到预设厚度后，撤除所述气囊，并对所述冰壳进行外部以及内部施工以形成所述冰壳建筑物。

相对于现有技术，本发明的有益效果是：在冰壳建筑物制造过程中，先根据冰壳建筑物数据制作气囊，然后将气囊进行基础固定后对气囊进行搭接边缘验证，以使气囊符合设计要求；同时根据冰壳建筑物数据砌筑冰基础，在冰基础砌筑完成后，对气囊进行充气，并在气囊充气完成后向气囊外表面喷射冰雪复合材料以形成冰壳；在冰壳厚度达到预设值后，对冰壳进行施工即可形成冰壳建筑物，相对于现有技术，其固定好气囊的位置后，不会立即在气囊外表面喷洒冰雪复合材料以形成冰壳，其会先形成冰基础，然后再在气囊外表面喷洒冰雪复合材料以形成冰壳，由此，冰壳建筑物上部分为冰雪复合材料形成的冰壳，下部分为天然冰砌筑形成的冰基座，冰壳不直接与地面接触，从而能够实现更加丰富的冰雪建筑造型和冰雪建筑空间。

附图说明

图1为本发明中基于天然冰与冰雪复合材料建造冰壳建筑物的方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

在本说明书的描述中，参考术语“实施例”、“一个实施例”和“一个实施方式”等的描述意指结合该实施例或实施方式描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示实施方式中。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实施方式。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实施方式以合适的方式结合。

如图1所示，本发明的实施例提供一种基于天然冰与冰雪复合材料建造冰壳建筑物的方法，包括：

获取冰壳建筑物数据，并根据所述冰壳建筑物数据制作气囊；

将所述气囊进行基础固定，并根据所述冰壳建筑物数据对所述气囊进行搭接边缘验证；

根据所述冰壳建筑物数据砌筑冰基础；

在所述冰基础砌筑完成后，对所述气囊进行充气；

在所述气囊充气完成后，向所述气囊外表面喷射冰雪复合材料以形成冰壳；

在所述冰壳厚度达到预设值后，对所述冰壳进行施工以形成冰壳建筑物。

本实施例中，冰雪复合材料由纤维材料和水制成，纤维材料为亲水性，可选为纸、木屑、秸秆等，由此，通过纤维材料和水制成冰雪复合材料后，冰雪复合材料为水和纤维材料具有一定浓度比的混合物。由于冰雪复合材料的流动性比水的流动性小，其在气囊上的滞留时间变长，在冰雪复合材料凝结为冰壳时，流动性相对较小的冰雪复合材料，不会造成材料过多的浪费；同时，冰雪复合材料包含纤维材料，纤维材料能够大大提升冰雪复合材料抗弯、抗剪性能，降低其脆性，在冰雪复合材料凝固成冰壳后，其强度大大增加。

采用本实施例的基于天然冰与冰雪复合材料建造冰壳建筑物的方法后，在冰壳建筑物制造过程中，先根据冰壳建筑物数据制作气囊，然后将气囊进行基础固定后对气囊进行搭接边缘验证，以使气囊符合设计要求；同时根据冰壳建筑物数据砌筑冰基础，在冰基础砌筑完成后，对气囊进行充气，并在气囊充气完成后向气囊外表面喷射冰雪复合材料以形成冰壳；在冰壳厚度达到预设值后，对冰壳进行施工即可形成冰壳建筑物，相对于现有技术，其固定好气囊的位置后，不会立即在气囊外表面喷洒冰雪复合材料以形成冰壳，其会先形成冰基础，然后再在气囊外表面喷洒冰雪复合材料以形成冰壳，由此，冰壳建筑物上部分为冰雪复合材料形成的冰壳，下部分为天然冰砌筑形成的冰基座，冰壳不直接与地面接触，从而能够实现更加丰富的冰雪建筑造型和冰雪建筑空间。

可选地，所述冰壳建筑物数据包括冰壳数据，所述获取冰壳建筑物数据，并根据所述冰壳建筑物数据制作气囊包括：

根据所述冰壳数据拟合出所述气囊充气前的形态；

对充气前的所述气囊的搭接边缘进行控制，拟合出气囊模板数据；

根据所述气囊模板数据制成所述气囊。

本实施例中，模拟过程是通过粒子动力学软件进行的，气囊模板数据包括气囊的尺寸、形状、厚度以及拉伸强度等，具体地，通过粒子动力学软件模拟，拟合出气囊充气前的形态。同时，对气囊搭接边缘进行精准控制，拟合出所需的气囊模板数据。如此设计，通过得到可靠的气囊模板数据，从而便于制造相应的气囊。

其中，气囊可以一个整体，同样也可以为多个气囊单元粘联形成。

本实施例中，所述对充气前的所述气囊的搭接边缘进行控制，拟合出气囊模板数据包括：

确定冰基础的位置，获取冰基础的结构强度信息；

通过模拟程序模拟充气前的所述气囊充气，以使充气后的所述气囊与所述冰基础的内边缘相切；

根据所述模拟程序设定的边界条件得出所述气囊模板数据。

具体地，通过粒子动力学软件拟合气囊充气前的形态，确定冰基础边缘位置；通过模拟程序模拟气囊充气，使气囊在充气后与冰基础内边缘恰好相切，记录此时模拟程序设定的边界条件，并得出所需的气囊模板数据。如此设计，便于得到可靠的气囊模板数据。同时，可对冰壳与冰基础交接位置进行结构力学计算从而得到冰基础的结构强度信息，确保其使用过程中的结构安全。

本实施例中，所述根据所述气囊模板数据制成所述气囊之后还包括：

在施工现场进行总体放线后，将制成的所述气囊试充气，判断充气后的所述气囊的中心点、轴线以及边界线与放线位置之间的距离是否小于误差允许范围；

若充气后的所述气囊的中心点、轴线以及边界线与放线位置之间距离不小于所述误差允许范围，对气囊对应位置进行调整。

具体地，在施工现场按设计要求对场地进行总体放线后，将气囊试充气，检验气囊充气后中心点、轴线以及边界线与放线位置之间距离是否小于误差允许范围，并对不小于误差允许范围的气囊位置进行调整。如此设置，便于在施工现场校验气囊的位置，以便后续气囊的固定。

可选地，所述冰壳建筑物数据还包括冰基础数据，所述将所述气囊进行基础固定，并根据所述冰壳建筑物数据对所述气囊进行搭接边缘验证包括：

根据所述冰基础数据和所述气囊模板数据进行冰基础内外边缘与所述气囊的边缘放线定位；

将所述气囊的边缘锚固于地面；

对所述气囊进行充气，直至所述气囊内的气压达到预设值；

沿所述冰基础的内外边缘线取测量点，测量所述气囊相对于所述测量点的垂直高度；

判断所述垂直高度与计算模型中相应高度的差值是否属于误差允许范围内；

若所述垂直高度与计算模型中相应高度的差值不属于所述误差允许范围内，对所述气囊对应位置进行调整。

具体地，根据冰基础数据和气囊模板数据转化图纸，进行冰基础内外边缘与气囊的边缘放线定位，采用钢制垫片与铆钉，将气囊边缘锚固于地面，对气囊充气，使用气压表对气囊内气压进行检测，使气压达到设计值为保证建筑的安全性，在气囊充气完成后。沿冰基础的边缘线取测量点，测量气囊相对于测量点的垂直高度，与计算模型中相应高度进行对比验证，判断垂直高度与计算模型中相应高度的差值是否属于误差允许范围内；若垂直高度与计算模型中相应高度的差值不属于误差允许范围内，对气囊对应位置进行调整保证所有测点位置在误差允许范围内。如此设置，实现充气前的气囊精准固定。

可选地，所述根据所述冰壳建筑物数据砌筑冰基础包括：

确保所述气囊处于未充气状态，并对所述气囊进行防护；

根据所述冰基础数据，采用天然冰砌筑所述冰基础。

具体地，充气囊放气，在确保气囊处于未充气状态后，使用木板、草席等材料对气囊进行保护，按照施工顺序，对起到承重作用的冰基础进行砌筑施工。如此设置，避免在冰基础施工时损坏气囊。

可选地，所述根据所述冰壳建筑物数据，采用天然冰砌筑冰基础之后包括：

根据所述冰基础的结构强度信息，对所述冰基础进行加强，具体为：在所述冰基础顶端开挖孔洞，在所述孔洞中加设构造柱，并在所述构造柱顶端设置钢筋笼；在所述冰基础的顶端砌筑冰围堰，所述钢筋笼位于所述冰围堰和所述气囊之间，所述冰围堰用于灌注复合冰材料以与所述钢筋笼共同冻结为冰环梁。

本实施例中，对于不满足结构计算强度需求的冰基础，每隔一定距离在冰基础内挖出长方形孔洞，并在其中加设钢材料构造柱，通过在孔洞内灌注复合冰材料的方式，将构造柱和冰基础冻结为一体，在构造柱顶端设置横向钢筋笼，并用散开的尼龙绳绑扎，已在冰壳形成后扩大钢筋和冰壳的接触面，加强冰基础和冰壳的连接。冰基础顶端应预留冰围堰，用以灌注冰雪复合材料，与钢筋笼共同冻结为冰环梁，保证冰基础满足冰壳搭接所需承载力。

其中，冰围堰和充气后的气囊之间构成环形槽，在后期喷射冰雪复合材料时，其能够将未冻结冰雪复合材料及时处理；多余的冰雪复合材料蓄在冰围堰内，冻结成冰环梁，加强冰基础与冰壳衔接处稳定性。

可选地，所述在所述冰基础砌筑完成后，对所述气囊进行充气包括：

在所述冰基础砌筑完成后，拆除所述气囊的防护，并对所述气囊进行充气。

可选地，所述在所述气囊充气完成后，向所述气囊外表面喷射冰雪复合材料以形成冰壳包括：

对所述冰基础进行防护并预留冰壳衔接面；

在低于-10℃的低温条件下，利用冰雪复合材料对所述气囊外表面进行喷射施工，促使所述冰雪复合材料在所述气囊外表面冻结形成所述冰壳。

具体地，使用PVC布对天然冰基础进行覆盖保护，预留冰壳衔接面，冰壳衔接面能够促使冰雪复合材料在此处与冰基座接触。使用冰雪复合冰材料在低于-10℃的低温条件下对充气后的气囊外表面进行喷射施工，用以形成冰壳

可选地，所述在所述冰壳厚度达到预设值后，对所述冰壳进行施工以形成冰壳建筑物包括：

在所述冰壳的厚度达到预设厚度后，撤除所述气囊，并对所述冰壳进行外部以及内部施工以形成所述冰壳建筑物。

具体地，在冰壳的冻结厚度达到10-20cm后，撤除气囊，并对冰壳进行切割修整，冰壳主体撤膜完成后，对其内部空间进行施工，且在内部空间施工的同时，对外部效果进行修整，同时在预留室内外施工通道的前提下，完成外部天然冰砌筑与雕刻工作。在室内空间施工完成后，形成最终的冰壳建筑物。

虽然本公开披露如上，但本公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于天然冰与冰雪复合材料建造冰壳建筑物的方法，其特征在于，包括：

获取冰壳建筑物数据，并根据所述冰壳建筑物数据制作气囊；

将所述气囊进行基础固定，并根据所述冰壳建筑物数据对所述气囊进行搭接边缘验证；

根据所述冰壳建筑物数据砌筑冰基础；其中，所述冰基础的原材料为水；

在所述冰基础砌筑完成后，对所述气囊进行充气；

在所述气囊充气完成后，向所述气囊外表面喷射冰雪复合材料以形成冰壳；

在所述冰壳厚度达到预设值后，对所述冰壳进行施工以形成冰壳建筑物。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述冰壳建筑物数据包括冰壳数据，所述获取冰壳建筑物数据，并根据所述冰壳建筑物数据制作气囊包括：

根据所述冰壳数据拟合出所述气囊充气前的形态；

对充气前的所述气囊的搭接边缘进行控制，拟合出气囊模板数据；

根据所述气囊模板数据制成所述气囊。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对充气前的所述气囊的搭接边缘进行控制，拟合出气囊模板数据包括：

确定冰基础的位置，获取冰基础的结构强度信息；

通过模拟程序模拟充气前的所述气囊充气，以使充气后的所述气囊与所述冰基础的内边缘相切；

根据所述模拟程序设定的边界条件得出所述气囊模板数据。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述气囊模板数据制成所述气囊之后还包括：

在施工现场进行总体放线后，将制成的所述气囊试充气，判断充气后的所述气囊的中心点、轴线以及边界线与放线位置之间的距离是否小于误差允许范围；

若充气后的所述气囊的中心点、轴线以及边界线与放线位置之间距离不小于所述误差允许范围，对气囊对应位置进行调整。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述冰壳建筑物数据还包括冰基础数据，所述将所述气囊进行基础固定，并根据所述冰壳建筑物数据对所述气囊进行搭接边缘验证包括：

根据所述冰基础数据和所述气囊模板数据进行冰基础内外边缘与所述气囊的边缘放线定位；

将所述气囊的边缘锚固于地面；

对所述气囊进行充气，直至所述气囊内的气压达到预设值；

沿所述冰基础的内外边缘线取测量点，测量所述气囊相对于所述测量点的垂直高度；

判断所述垂直高度与计算模型中相应高度的差值是否属于误差允许范围内；

若所述垂直高度与计算模型中相应高度的差值不属于所述误差允许范围内，对所述气囊对应位置进行调整。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据所述冰壳建筑物数据砌筑冰基础包括：

确保所述气囊处于未充气状态，并对所述气囊进行防护；

根据所述冰基础数据，采用天然冰砌筑所述冰基础。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据所述冰壳建筑物数据，采用天然冰砌筑冰基础之后包括：

根据所述冰基础的结构强度信息，对所述冰基础进行加强，具体为：在所述冰基础顶端开挖孔洞，在所述孔洞中加设构造柱，并在所述构造柱顶端设置钢筋笼；在所述冰基础的顶端砌筑冰围堰，所述钢筋笼位于所述冰围堰和所述气囊之间，所述冰围堰用于灌注复合冰材料以与所述钢筋笼共同冻结为冰环梁。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述在所述冰基础砌筑完成后，对所述气囊进行充气包括：

在所述冰基础砌筑完成后，拆除所述气囊的防护，并对所述气囊进行充气。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在所述气囊充气完成后，向所述气囊外表面喷射冰雪复合材料以形成冰壳包括：

对所述冰基础进行防护并预留冰壳衔接面；

在低于-10℃的低温条件下，利用冰雪复合材料对所述气囊外表面进行喷射施工，促使所述冰雪复合材料在所述气囊外表面冻结形成所述冰壳。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述在所述冰壳厚度达到预设值后，对所述冰壳进行施工以形成冰壳建筑物包括：

在所述冰壳的厚度达到预设厚度后，撤除所述气囊，并对所述冰壳进行外部以及内部施工以形成所述冰壳建筑物。

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