CN113789988B - 一种用于冰壳景观建筑施工和温度调节的充气膜结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于冰壳景观建筑施工和温度调节的充气膜结构，其包括多个气囊单元、串气管、交汇分配管、固定件、环梁地基、封闭式旋转门、冷气泵、供气泵、温控装置及气压调节装置，多个气囊单元热合形成预定结构造型本体，造型本体的底部通过固定件固定在环梁地基上，封闭式旋转门安装在造型本体的底部，造型本体的外表面喷射复合冰材料形成冰壳，上下位置相邻的气囊单元之间通过串气管连通，交汇分配管固定在造型本体的顶部且与多个气囊单元连通；冷气泵固定在造型本体的外侧且与气囊单元连通；供气泵给造型本体内部空间供气；温控装置及气压调节装置分别与气囊单元连接，温控装置及气压调节装置分别对应与外部的冷气泵及供气泵电连接。

Description

一种用于冰壳景观建筑施工和温度调节的充气膜结构

技术领域

本发明涉及一种建筑施工结构，具体涉及一种用于冰壳景观建筑施工和温度调节的充气膜结构。

背景技术

气膜结构，又叫做气承式膜结构，工业建筑的一种。一般是在膜材包裹的整个密闭空间内部充气，使建筑物内外形成压力差以抵御外荷载，人处于充气建筑的内部。一般用于防雾霾体育馆、电厂煤仓、展览馆、恶劣气候区短期或临时用封闭式建筑、污水处理厂及毒污染土处理厂用罩棚等短期建筑。近年来，也被用于混凝土壳体的施工、薄壳类冰雪景观建筑的施工模板。

冰雪景观建筑作为冰雪旅游产业吸引游客的一种重要资源，近年来在国内外得到广泛的发展，传统的冰雪建筑一般采用纯冰或纯雪为材料，经过砌筑或雕筑而成，做成各种形状、尺寸、风格的建筑或动物图案以供游客观赏。这种冰雪材料的强度一般较低，且温度稳定性很差，能够做到的跨度和高度一般较小，且一般是实心结构，游客只能在冰雪建筑外部游览，不能进入冰雪建筑内部体验冰雪生活。

另外一种常见的冰雪景观建筑的形式是利用充气膜作为模板，逐层喷射以纸浆、纤维、水按照一定比例组成的复合冰材料溶液，冷却凝固形成自由曲面薄壳类的冰壳或冰塔，等冰材料达到一定强度后拆除气膜，形成完全的冰雪建筑。此类冰壳在跨度和高度方面均较冰砖砌体结构有了较大幅度提升，在造型方面更加丰富，但是气膜结构仅作为冰雪建筑的施工模板，在冰壳或冰塔建设完毕后，需要将气膜拆除掉，否则会影响到冰雪建筑内部的景观。同时这种冰雪材料都具有一定的温度敏感性，温度上升到-10℃以上，结构强度会降低很多。因此一般用于黑龙江省、吉林省冬季12月、1月的户外冰雪建筑，户外气温一般在-20～-30℃左右，当气温升高后，冰雪建筑强度降低较多，游客进入冰雪建筑会存在安全隐患，这大大降低了冰雪建筑的使用寿命。

近年来，南方地区兴建了大量的四季冰雪馆，通过温度控制系统在夏天控制冰雪馆温度达到-10℃左右，但这种制冷调节，调节的是整个冰雪馆的温度，并不是冰雪建筑的安全温度，如果将室内温度调节到冰雪建筑的安全温度(如-20～-30℃)，能耗极大；且室内空间温度过低，游客也会感觉到不舒适。

中国专利【一种气肋式冰壳建筑物找形与建造方法】CN201910101421.6只是提出了一种通过气肋组充气后在其外表面喷射冰雪材料形成冰壳的建造方法，在冰壳厚度达到预设值后拆除气肋。【一种基于复合冰雪材料建造冰壳建筑物的方法】CN201910338322.X也是提出了一种基于冰壳成型模具喷射复合冰雪材料形成冰壳的方法，冰壳成型达到预设厚度后撤除冰壳成型模具，形成自承重冰壳，不涉及调节冰雪建筑的温度。

因此，如何提供一种既能用于薄壳类自由曲面冰壳景观建筑施工和温度调节的充气膜结构是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种用于冰壳景观建筑施工和温度调节的充气膜结构，方便施工，且环保低碳，使用寿命长。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种用于冰壳景观建筑施工和温度调节的充气膜结构，其包括多个气囊单元、串气管、交汇分配管、固定件、环梁地基、封闭式旋转门、冷气泵、供气泵、温控装置及气压调节装置，多个所述气囊单元对应热合缝热合形成预定结构造型本体，所述造型本体的底部通过所述固定件固定连接在所述环梁地基上，所述封闭式旋转门安装在所述造型本体的底部，所述造型本体的外表面喷射复合冰材料凝固形成冰壳，上下位置相邻的所述气囊单元之间通过所述串气管连通，所述交汇分配管为多通管，其固定在所述造型本体的顶部且每个管口分别与顶部的多个所述气囊单元连通；所述冷气泵固定在所述造型本体的外侧且通过冷气管与所述造型本体底部一端的气囊单元连通；所述供气泵位于所述造型本体的外侧且通过进气管给造型本体内部空间供气；所述温控装置及气压调节装置分别固定在所述造型本体的内部，所述温控装置及气压调节装置分别与所述气囊单元连接监测气囊单元内的温度和气压，所述温控装置及气压调节装置分别一一对应与外部的所述冷气泵及供气泵电连接。

本发明的有益效果是：通过多个气囊单元经过设计对应热合缝热合形成预定结构造型，上下相邻的气囊单元之间通过串气管连通，顶部设置交汇分配管，交汇分配管将顶部的气囊单元连通，冷气泵与气囊单元连通，冷气泵根据温控装置对冰壳和造型本体的接触面表面温度的实时监测，按需充入冷气以维持冰壳强度，防止冰壳融化破裂。供气泵给造型本体内供气维持造型本体内的气压，使得造型本体具有一定的刚度，具有承载能力，冷气泵的气源经过顶部的交汇分配管可以均匀的分配冷气流到造型本体四周的气囊单元内，气囊单元内充入冷气，使得与气囊单元外侧贴近的冰壳保持预定的温度，不用大幅度降温造型本体内的温度就能有效控制冰壳的融化，维持冰壳的结构状态，根据造型本体与冰壳接触面的实时温度监测状态，按需往气囊单元内通入冷气，便于维持冰壳的强度，节能环保。

优选的，所述气囊单元采用高强度全透明膜材经裁剪分析热合制成，多个所述气囊单元之间通过分析对应预定的热合缝热合制成预定结构形状的造型本体。

优选的，所述冷气泵连接的造型本体一端底部的所述气囊单元为进气气囊，所述造型本体底部进气气囊之外的所述气囊单元均对应造型本体的外表面设置排气孔。

优选的，所述冰壳由水及纤维材料混合制成，所述纤维材料选用玻璃渣、秸秆、纸浆的一种或几种。

优选的，所述造型本体的内部固定设有智能灯光照明系统，所述智能灯光照明系统包括照明灯及亮度调节器，所述照明灯与所述串气管固定连接，所述亮度调节器与所述照明灯连接。

优选的，所述照明灯包括闪光灯、彩灯、氛围灯及日光灯的任意一种或几种。

优选的，所述环梁地基由冰砖制成，所述固定件包括锚筋和预埋角钢，所述预埋角钢固定在冰砖内，所述锚筋固定连接所述预埋角钢及造型本体。

优选的，所述冰壳具有预定厚度，且厚度为5～20cm。

附图说明

图1为本发明一种用于冰壳景观建筑施工和温度调节的充气膜结构的示意图一；

图2为本发明一种用于冰壳景观建筑施工和温度调节的充气膜结构的示意图二；

图3为本发明一种用于冰壳景观建筑施工和温度调节的充气膜结构的示意图三。

1气囊单元、2串气管、3交汇分配管、4固定件、5环梁地基、6封闭式旋转门、7冰壳、8冷气泵、9供气泵、10温控装置、11气压调节装置、12智能灯光照明系统、13造型本体、14热合缝。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参阅本发明附图1至3，本发明实施例以半球状为例，一种用于冰壳景观建筑施工和温度调节的充气膜结构，其包括多个气囊单元1、串气管2、交汇分配管3、固定件4、环梁地基5、封闭式旋转门6、冷气泵8、供气泵9、温控装置10及气压调节装置11，多个气囊单元1对应热合缝14热合形成预定结构的造型本体13，造型本体13的底部通过固定件4固定连接在环梁地基5上，封闭式旋转门6安装在造型本体13的底部，在造型本体充气状态下，造型本体13的外表面喷射复合冰材料凝固形成冰壳7，上下位置相邻的气囊单元1之间通过串气管2连通，交汇分配管3为多通管，其固定在造型本体13的顶部且每个管口分别与顶部的多个气囊单元1连通；

冷气泵8固定在造型本体13的外侧且通过冷气管与造型本体13底部一端的气囊单元连通；供气泵9位于造型本体13的外侧且通过充气管给造型本体13内的空间供气；造型本体的底部预留充气管接口，方便充气，冷气泵在于调节气囊单元内的温度，便于维持与气囊单元外表面冰壳的强度，其与供气泵互不干涉，供气泵在于给造型本体内供气维持造型本体的刚度，以获得一定的承载能力，温控装置10及气压调节装置11分别固定在造型本体13的内部，温控装置10及气压调节装置11分别与气囊单元1连接监测气囊单元内的温度和气压，温控装置10及气压调节装置11分别一一对应与外部的冷气泵8及供气泵9电连接，冷气泵及供气泵根据温控装置及气压调节装置对气囊内部温度状态及造型本体内气压状态的反馈按需启动。

在一些具体实施例中，气囊单元1采用高强度全透明膜材经裁剪分析热合制成，多个气囊单元1之间通过分析热合制成预定结构形状的造型本体，造型本体的设计可为多种结构，气囊单元为全透明膜材便于看到冰壳景色，不影响游客在建筑内部的视觉体验。

在另一些实施例中，冷气泵8连接的造型本体一端底部的气囊单元1为进气气囊，造型本体13底部进气气囊之外的气囊单元1均对应造型本体的外侧面设置排气孔，设置排气孔便于排气，形成供气循环通道，冷气的供气源由底部的气囊单元进入，由于上下相邻之间的气囊单元串气管的连通作用，气体向上流通到达造型本体的顶部，顶部设置的交汇分配管在于分配气体，使得气体可以均匀的分散到气囊单元内，向下流通，形成循环通道，便于均匀给造型本体外表面的冰壳降温，维持其的结构强度。箭头方向为气体流动方向。

在另一些具体实施例中，冷气泵8连接的造型本体一端底部的气囊单元1为进气气囊，造型本体13底部进气气囊之外的气囊单元1均向造型本体的外侧设置排气孔，形成冷气流循环通道，具体的进气量大于排气孔的出气量。排气孔的孔径大小可以调节，以适配冷气泵的供气量。

在其他一些实施例中，冰壳7由水及纤维材料混合制成，纤维材料选用玻璃渣、秸秆、纸浆的一种或几种，采用混合的冰雪材料旨在提高其抗弯抗剪性能，改善传统冰雪结构的脆性，增强建筑物的强度。

在其他一些具体实施例中，造型本体13的内部固定设有智能灯光照明系统12，智能灯光照明系统12包括照明灯及亮度调节器，照明灯与串气管固定连接，亮度调节器与照明灯连接，营造氛围，吸引游客，提高游客的冰雪游玩体验。

具体的，照明灯包括闪光灯、彩灯、氛围灯及日光灯的任意一种或几种。

在其他一些具体实施例中，环梁地基5由冰砖制成，固定件包括锚筋和预埋角钢，预埋角钢固定在冰砖内，锚筋固定连接预埋角钢及造型本体，提高造型本体连接的稳固性。

更具体的，冰壳7具有预定厚度，且厚度为10cm。冰壳具有一定的厚度有利于提高整体冰壳建筑的结构刚度。

本发明在造型本体底部充气囊表面连接的温控装置对冰壳与气囊单元外表面接触面温度进行实时监测，按需供气，通过冷气泵根据需要充入-20℃～-30℃的低温气体进行温度调节，通过气压调节装置控制气囊单元内的气压，室内温度在-15～-20°之间，因此在不用降低太多室内温度的前提下即可大幅度降低冰壳表面温度，节约能耗，保证经济性。

与传统的冰雪建筑相比，游客可进入冰雪建筑内部体验冰雪生活，增加冰雪旅游的趣味性、丰富冰雪建筑的使用用途；以气膜形成的气囊单元为模板，可以实现各种复杂的三维自由曲面造型，提高曝光度和视觉效果；全透明气膜不会影响建筑内部的冰雪景观，服役期间不拆除气膜，大大提高冰雪建筑的寿命并能够保证进入冰雪建筑内部人员的安全；温控装置能根据冰壳表面温度充入低温气体，防止冰壳结构的融化，气压调节装置能够实时调节气囊内气压，防止冰壳因受力突变发生破坏，从而大大提高冰壳结构的强度，延长冰雪建筑的寿命。特别适合我国南方地区夏季炎热，温度控制不稳定的四季冰雪馆的冰雪建筑。

在具体实施过程中，在结构尺寸方面：传统的用气膜做造型和施工模板的薄壳类冰雪建筑，施工完毕后需要拆除气膜，结构自身的重量及外部风雪荷载全部由冰壳自身承担，冰材料承载能力较低，导致冰壳类建筑尺寸受限。使用本发明中气囊单元形成的气膜结构，所有荷载均由气膜承担，气膜的承载能力远高于冰雪材料，因此结构能够做到更大的尺寸，容易引起轰动效益，能够帮助冰雪旅游景区吸引游客资源。

在安全性方面：传统的用气膜做造型和施工模板的薄壳类冰雪建筑，结构自身的重量及外部风雪荷载全部由冰壳自身承担，冰材料温度敏感性比较高，且承载能力较低，当外界气温升高到-10℃以上时候，冰壳强度降低较多，游客进入冰壳建筑安全得不到保障；或当遇到大风或大雪天气，冰壳结构的安全性堪忧。使用本发明中的建筑结构，所有荷载均由气膜承担，即使气膜外部的冰壳层发生破裂或掉落，也会被气膜隔绝在建筑外部，从而最大限度保护游客的安全。

在节能方面：当冰雪建筑用于南方地区炎热夏季的四季冰雪馆时候，本技术生产的冰雪建筑，能够根据需要调节冰壳表面的温度，使冰壳始终处于安全温度(-20～30℃)范围内，而不用大幅度降低冰雪场馆的整体温度，从而间接降低了冰雪场馆的能耗，且大大提高了冰雪建筑的使用寿命。

对于实施例公开的装置和使用方法而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种用于冰壳景观建筑施工和温度调节的充气膜结构，其特征在于，包括多个气囊单元(1)、串气管(2)、交汇分配管(3)、固定件(4)、环梁地基(5)、封闭式旋转门(6)、冷气泵(8)、供气泵(9)、温控装置(10)及气压调节装置(11)，多个所述气囊单元(1)对应热合缝(14)热合形成预定结构的造型本体(13)，所述造型本体(13)的底部通过所述固定件(4)固定连接在所述环梁地基(5)上，所述封闭式旋转门(6)安装在所述造型本体(13)的底部，所述造型本体(13)的外表面喷射复合冰材料凝固形成冰壳(7)，上下位置相邻的所述气囊单元(1)之间通过所述串气管(2)连通，所述交汇分配管(3)为多通管，其固定在所述造型本体(13)的顶部且每个管口分别与顶部的多个所述气囊单元(1)连通；

所述冷气泵(8)固定在所述造型本体(13)的外侧且通过冷气管与所述造型本体(13)底部一端的气囊单元连通；所述供气泵(9)位于所述造型本体(13)的外侧且通过进气管给造型本体内部空间供气；所述温控装置(10)及气压调节装置(11)分别固定在所述造型本体(13)的内部，所述温控装置(10)及气压调节装置(11)分别与所述气囊单元(1)连接监测气囊单元内的温度和气压，所述温控装置(10)及气压调节装置(11)分别一一对应与外部的所述冷气泵(8)及供气泵(9)电连接，其中，气囊单元由全透明膜材制成。

2.根据权利要求1所述的一种用于冰壳景观建筑施工和温度调节的充气膜结构，其特征在于，所述气囊单元(1)采用高强度全透明膜材经裁剪分析热合制成，多个所述气囊单元(1)之间通过分析对应预定的所述热合缝(14)热合制成预定结构形状的造型本体。

3.根据权利要求1所述的一种用于冰壳景观建筑施工和温度调节的充气膜结构，其特征在于，所述冷气泵(8)连接的造型本体一端底部的所述气囊单元(1)为进气气囊，所述造型本体(13)底部进气气囊之外的所述气囊单元(1)均对应所述造型本体(13)的外侧设置排气孔。

4.根据权利要求1所述的一种用于冰壳景观建筑施工和温度调节的充气膜结构，其特征在于，所述冰壳(7)由水及纤维材料混合制成，所述纤维材料选用玻璃渣、秸秆、纸浆的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的一种用于冰壳景观建筑施工和温度调节的充气膜结构，其特征在于，所述造型本体(13)的内部固定设有智能灯光照明系统(12)，所述智能灯光照明系统(12)包括照明灯及亮度调节器，所述照明灯与所述串气管固定连接，所述亮度调节器与所述照明灯连接。

6.根据权利要求5所述的一种用于冰壳景观建筑施工和温度调节的充气膜结构，其特征在于，所述照明灯包括闪光灯、彩灯、氛围灯及日光灯的任意一种或几种。

7.根据权利要求1所述的一种用于冰壳景观建筑施工和温度调节的充气膜结构，其特征在于，所述环梁地基(5)由冰砖制成，所述固定件包括锚筋和预埋角钢，所述预埋角钢固定在冰砖内，所述锚筋固定连接所述预埋角钢及造型本体。

8.根据权利要求1所述的一种用于冰壳景观建筑施工和温度调节的充气膜结构，其特征在于，所述冰壳(7)具有预定厚度，且厚度为5～20cm。

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