本發(fā)明涉及建筑施工領域，尤指一種基于3D打印的裝配式框架梁的制作方法。

背景技術：

目前，我國建筑行業(yè)正處在由傳統(tǒng)建筑業(yè)向建筑工業(yè)化的全面轉(zhuǎn)型階段，綠色建造已經(jīng)在全國全面展開，大批的先進技術得到了廣泛應用，當今的建筑業(yè)更注重節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材和環(huán)境保護，綠色建筑、綠色建造等熱門話題正逐步被接收和實施，國家也出臺了相關的政策予以支持，但我國的施工技術水平仍然比較落后，仍然無法實現(xiàn)零垃圾、零模板、零腳手架施工作業(yè)，隨著3D打印技術在建筑領域的應用，尤其是3D打印技術建筑油墨的材料性能有了很大的提高，使建筑施工零垃圾、零模板、零腳手架施工作業(yè)成為了可能，3D打印技術可以實現(xiàn)任何復雜造型的打印，可以實現(xiàn)結(jié)構(gòu)、保溫、裝飾一體化，可以實現(xiàn)模板和結(jié)構(gòu)構(gòu)件一體化，目前我國建設量最大的為住宅建筑，住宅建筑產(chǎn)業(yè)急需一種適宜3D打印的新型的建筑結(jié)構(gòu)體系，真正實現(xiàn)建筑施工零垃圾、零模板、零腳手架施工作業(yè)，真正做到節(jié)約、環(huán)保。采用3D打印技術直接打印形成框架梁結(jié)構(gòu)時，由于每層砌體之間的粘結(jié)力差，在框架梁變形時會有裂縫產(chǎn)生。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的缺陷，提供一種基于3D打印的裝配式框架梁的制作方法，解決框架梁因打印材料的接縫處粘結(jié)力不足而引起的裂縫問題。

實現(xiàn)上述目的的技術方案是：

本發(fā)明一種基于3D打印的裝配式框架梁的制作方法，包括：

a、采用3D打印技術制作形狀適配于所述框架梁的一層砌體至預埋標高處，所述框架梁的底部形成有U型槽；

b、于該層砌體的頂部設置箍筋，所述箍筋的形狀適配于所述框架梁；

c、采用3D打印技術于該層砌體的頂部再制作一層砌體；

d、重復步驟b、c，至所述框架梁的設計標高；

于所述U型槽內(nèi)放置梁鋼筋；

于所述U型槽內(nèi)澆筑混凝土以形成鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明的框架梁結(jié)構(gòu)在底部打印形成了U形槽，在U型槽內(nèi)澆筑混凝土以形成鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，該混凝土結(jié)構(gòu)可以與框架梁共同受力和變形，解決了框架梁因打印材料的接縫處粘結(jié)力不足而引起的裂縫問題。

采用3D打印技術制作框架梁和框架柱，充分發(fā)揮3D打印技術的優(yōu)勢，使整棟樓在施工過程中不再需要模板、不會產(chǎn)生建筑垃圾，梁、柱、樓板、填充墻等構(gòu)件均可采用3D打印技術在工廠預制，現(xiàn)場進行拼裝，最大的降低人工、節(jié)約材料、環(huán)保、施工工期迅速等特點。本發(fā)明實現(xiàn)了施工全過程零垃圾、零模板和零腳手架，真正做到了綠色環(huán)保。框架柱采用桁架空心結(jié)構(gòu)，使得框架柱的自重輕，方便運輸及吊裝，框架柱的端部設有強度大的混凝土柱體結(jié)構(gòu)，用于增強框架柱的結(jié)構(gòu)強度，同時也為框架梁提供支撐。框架柱的空心結(jié)構(gòu)內(nèi)后續(xù)澆筑有混凝土，且與框架梁形成穩(wěn)固的連接結(jié)構(gòu)，確?？蚣苤慕Y(jié)構(gòu)強度的同時，也提高了框架柱和框架梁之間的連接強度。

本發(fā)明所述的基于3D打印的裝配式框架梁的制作方法的進一步改進在于，所述框架梁包括適配于所述框架梁形狀的梁殼體和設于所述梁殼體內(nèi)的支撐結(jié)構(gòu)，所述支撐結(jié)構(gòu)將所述梁殼體內(nèi)分隔形成梁體空腔，并與所述梁殼體圍合形成所述U型槽。

本發(fā)明所述的基于3D打印的裝配式框架梁的制作方法的進一步改進在于，于所述U型槽內(nèi)放置梁鋼筋之前還包括：

于所述梁體空腔內(nèi)插入梁鋼筋；

于所述梁體空腔內(nèi)澆筑混凝土以形成混凝土結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明所述的基于3D打印的裝配式框架梁的制作方法的進一步改進在于，于所述框架梁的底部設置第二連接鋼板。

附圖說明

圖1為本發(fā)明基于3D打印的裝配式異形柱框架結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明基于3D打印的裝配式異形柱框架結(jié)構(gòu)中框架柱和框架梁的連接結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明基于3D打印的裝配式異形柱框架結(jié)構(gòu)中框架柱的第一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明基于3D打印的裝配式異形柱框架結(jié)構(gòu)中框架柱的第二實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明基于3D打印的裝配式異形柱框架結(jié)構(gòu)中框架柱的第三實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明基于3D打印的裝配式異形柱框架結(jié)構(gòu)中框架梁的結(jié)構(gòu)示意圖；以及

圖7至圖9為本發(fā)明基于3D打印的裝配式異形柱框架結(jié)構(gòu)中采用3D打印技術預制框架柱的分解步驟示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步說明。

本發(fā)明一種基于3D打印的裝配式異形柱框架結(jié)構(gòu)及其施工方法，采用3D打印技術預制框架梁、框架柱、桁架空心樓板、以及填充墻等，在施工現(xiàn)場將框架梁和框架柱拼接形成框架結(jié)構(gòu)，再將填充墻和桁架空心樓板設于框架結(jié)構(gòu)的中空部分，整個施工過程中不需要模板、不會產(chǎn)生建筑垃圾，真正實現(xiàn)建筑施工零垃圾、零模板、零腳手架的施工作業(yè)?？蚣苤鶅?nèi)部設有柱體空腔，端部設有混凝土的柱體結(jié)構(gòu)，保證框架柱的結(jié)構(gòu)強度，能夠支撐住框架梁的情況下，具有較輕的自重，方便運輸以及吊裝。將框架梁搭設在框架柱的端部，在框架柱的柱體空腔內(nèi)澆筑混凝土，該混凝土澆筑至與框架梁平齊，將框架梁端部伸出的梁鋼架錨固起來，形成了框架梁和框架柱之間的穩(wěn)固連接。本發(fā)明還具有施工速度快，節(jié)省材料、降低成本等優(yōu)點。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明基于3D打印的裝配式異形柱框架結(jié)構(gòu)及其施工方法進行說明。

參閱圖1，顯示了本發(fā)明基于3D打印的裝配式異形柱框架結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖，下面結(jié)合圖1，對本發(fā)明基于3D打印的裝配式異形柱框架結(jié)構(gòu)進行說明。

如圖1所示，本發(fā)明基于3D打印的裝配式異形柱框架結(jié)構(gòu)包括多個框架柱10、多個框架梁20、以及連接框架柱10和框架梁20的混凝土連接結(jié)構(gòu)30，框架柱10和框架梁20圍合拼接形成框架結(jié)構(gòu)，通過混凝土連接結(jié)構(gòu)30將框架梁20和框架柱10錨固連接，形成穩(wěn)固的整體。

如圖3所示，框架柱10采用3D打印技術制作而成，框架柱10的端部設有沿縱向設置即框架柱10長度方向的柱體結(jié)構(gòu)101，該柱體結(jié)構(gòu)101為混凝土結(jié)構(gòu)，框架柱10的內(nèi)部沿縱向設置即框架柱10長度方向設有柱體空腔102，使得框架柱10的自重較輕，方便運輸及吊裝，又因端部設有柱體結(jié)構(gòu)101可滿足框架柱的結(jié)構(gòu)強度，對框架梁20起到支撐作用。

如圖6和圖2所示，框架梁20搭設于框架柱10的端部處，即設在柱體結(jié)構(gòu)101的頂部，框架梁20的端部和框架柱10的頂部圍合形成連接節(jié)點，該連接節(jié)點設于框架柱10的柱體空腔102的上方，混凝土連接結(jié)構(gòu)30設于柱體空腔102內(nèi)和連接節(jié)點處，將框架梁20和框架柱10連接。進一步地，在框架梁20的內(nèi)部插設有梁鋼筋201，梁鋼筋201伸出框架梁10的端部形成錨固端，錨固端置于柱體空腔102上且設于連接節(jié)點處，通過澆筑于柱體空腔102內(nèi)和連接節(jié)點處的混凝土將錨固端錨固，澆筑的連接節(jié)點處的混凝土與框架梁20的頂面齊平，形成了混凝土連接結(jié)構(gòu)30，實現(xiàn)了框架梁20和框架柱10之間的穩(wěn)固連接。

進一步地，框架梁20為采用3D打印技術預制而成，框架梁20包括適配于框架梁形狀的梁殼體202和設于梁殼體202內(nèi)的支撐結(jié)構(gòu)203，梁殼體202包括相對設置的第一殼面和第二殼面、以及設于第一殼面和第二殼面一端的封閉面，梁殼體202的橫截面為U形，支撐結(jié)構(gòu)203支設于第一殼面和第二殼面之間，將梁殼體202分隔形成梁體空腔204和U型槽205，該U型槽205設于框架梁20的底部。在3D打印形成框架梁20的過程中，以框架梁20的形狀打印一層砌體，然后與砌體的頂部鋪設箍筋206，再于砌體上繼續(xù)打印一層砌體，再鋪設箍筋206，直至到框架梁20的標高。打印形成框架梁20后，在框架梁20的梁體空腔204內(nèi)插入梁鋼筋201并灌自密實混凝土，形成鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。當梁體空腔204內(nèi)的混凝土凝固后，將框架梁20底部U型槽205朝上設置，放置梁鋼筋201在U型槽205內(nèi)，于U型槽205內(nèi)澆筑混凝土，形成鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)?？蚣芰?0的底部U型槽205內(nèi)澆筑有混凝土，使得框架梁20的底部為混凝土結(jié)構(gòu)，該混凝土結(jié)構(gòu)可以和梁鋼筋共同受力和變形，避免框架梁20在受力過程中出現(xiàn)裂縫，因為如果框架梁20的底部也采用3D打印，當框架梁20變形時，3D打印的框架梁20的外殼會因打印的每層砌體之間粘結(jié)力差而被拉裂。采用3D打印框架梁20的底部設置為U型槽，在U型槽內(nèi)澆筑混凝土，以解決框架梁因打印材料的接縫處粘結(jié)力不足而引起的裂縫問題。另，先于梁體空腔內(nèi)灌注自密實混凝土，后于U型槽內(nèi)澆筑混凝土的好處是，澆筑U型槽時，只需將框架梁的底部朝上翻轉(zhuǎn)過來即可，無需另外設置模板，也方便穿插梁底的鋼筋，具有施工方便的優(yōu)點。

結(jié)合圖1所示，混凝土連接結(jié)構(gòu)30設于柱體空腔102內(nèi)和柱體空腔102頂部的連接節(jié)點處，將框架梁20的頂部的梁鋼筋201設置伸出框架梁20，形成位于連接節(jié)點處的錨固端，該錨固端錨固于混凝土連接結(jié)構(gòu)30內(nèi)。通過混凝土連接結(jié)構(gòu)30的設置，使得框架梁20和框架柱10連接在一起，形成整體的穩(wěn)固結(jié)構(gòu)。

如圖3所示，本發(fā)明的框架柱10為采用3D打印技術制作而成，框架柱10包括適配于框架柱形狀的柱殼體103和設于柱殼體103內(nèi)的斜撐結(jié)構(gòu)104，斜撐結(jié)構(gòu)104斜向支設于柱殼體103內(nèi)，較佳地，與柱殼體103之間的夾角為45°。通過斜撐結(jié)構(gòu)104形成了帶有桁架支撐體系的框架柱10。斜撐結(jié)構(gòu)104將柱殼體103內(nèi)分隔形成多個柱體空腔102。

結(jié)合圖7至圖9所示，在3D打印形成框架柱10的過程中，以框架柱10的形狀打印第一層砌體1031，然后于第一層砌體1031的頂部鋪設箍筋105，再于第一層砌體1031上繼續(xù)打印第二層砌體1032，將箍筋105錨固于第二層砌體1032和第一層砌體1031中；再于第二層砌體1032上鋪設箍筋105，繼續(xù)重復向上打印砌體，鋪設箍筋105，直至到框架柱10的標高。在3D打印形成框架柱10時，框架柱10的端部留設了沿長度方向設置的澆筑空間，打印完成后，在澆筑空間內(nèi)插設柱鋼筋106并澆筑混凝土，形成柱體結(jié)構(gòu)101。柱體結(jié)構(gòu)101用于設置吊點，兼顧框架梁20的支撐結(jié)構(gòu)，提高框架柱10的結(jié)構(gòu)強度，而柱體空腔102采用空腔結(jié)構(gòu)設置，具有自重輕，方便運輸及安裝等特點。

如圖3所示，顯示了本發(fā)明的框架柱10的結(jié)構(gòu)第一實施例，在本實施例中，框架柱10為T型，具有三個端部，且三個端部均設有柱體結(jié)構(gòu)101。T型的框架柱10設于建筑主體的側(cè)部，用于連接三根框架梁20。如圖4所示，顯示了框架柱10的第二實施例，在本實施例中，框架柱10為L型，具有兩個端部。L型框架柱10設于建筑主體的角部，用于連接兩根框架梁20。如圖5所示，顯示了框架柱10的第三實施例，在本實施例中，框架柱10為平直型，具有兩個端部，可以設于建筑主體的中部，支撐沿同一方向設置的兩根框架梁20?？蚣苤?0還可以為十字型，具有四個端部用于支撐橫縱方向的框架梁20。

如圖2所示，作為本發(fā)明的一較佳實施方式，在框架柱10端部的頂面設有第一連接鋼板107，框架梁20的底部對應設有第二連接鋼板207，將框架梁20設于框架柱10的端部時，使得第一連接鋼板107和第二連接鋼板207對齊，并采用焊接連接固定。

結(jié)合圖1和圖6所示，框架柱10和框架梁20圍合拼接形成框架結(jié)構(gòu)后，在于框架梁20上設置樓板40，框架梁20和框架柱10圍合的空間上設置填充墻，該樓板40和填充墻也為預制構(gòu)件，將樓板40吊裝在框架梁20上后，在框架梁20的頂部綁扎鋼筋，將框架梁20的頂部與樓板40上的疊合層澆筑成一個整體。填充墻設置時，與框架梁20之間留出變形間隙，完成后再用細石混凝土填充，避免梁變形后荷載傳到填充墻上，對填充墻造成影響。

本發(fā)明基于3D打印的裝配式異形柱框架結(jié)構(gòu)的有益效果為：

框架柱具有柱體空腔，使得框架柱的自重輕，方便運輸及吊裝，框架柱的端部設有強度大的混凝土柱體結(jié)構(gòu)，用于增強框架柱的結(jié)構(gòu)強度，同時也為框架梁提供支撐?？蚣苤闹黧w空腔內(nèi)后續(xù)澆筑有混凝土，且與框架梁形成穩(wěn)固的連接結(jié)構(gòu)，確?？蚣苤慕Y(jié)構(gòu)強度的同時，也提高了框架柱和框架梁之間的連接強度?？蚣苤涂蚣芰翰捎?D打印技術預制，充分發(fā)揮3D打印技術的優(yōu)勢，使整棟樓在施工過程中不再需要模板、不會產(chǎn)生建筑垃圾，梁、柱、樓板、填充墻等構(gòu)件均可采用3D打印技術在工廠預制，現(xiàn)場進行拼裝，最大的降低人工、節(jié)約材料、環(huán)保、施工工期迅速等特點。本發(fā)明實現(xiàn)了施工全過程零垃圾、零模板和零腳手架，真正做到了綠色環(huán)保。

下面對本發(fā)明基于3D打印的裝配式異形柱框架結(jié)構(gòu)的施工方法進行說明。

如圖1、圖3和圖6所示，本發(fā)明基于3D打印的裝配式異形柱框架結(jié)構(gòu)的施工方法包括：

采用3D打印技術制作框架柱10和框架梁20，框架柱10的端部形成有沿縱向設置的澆筑空間，內(nèi)部形成有沿縱向設置的柱體空腔102；

于澆筑空間內(nèi)插設鋼筋并澆筑混凝土形成柱體結(jié)構(gòu)101，將框架柱10支設于設定位置；

將框架梁20搭設于柱體結(jié)構(gòu)101的頂部，框架梁20的端部和框架柱10的頂部圍合形成連接節(jié)點，該連接節(jié)點位于柱體空腔102的上方；

向柱體空腔102和連接節(jié)點處澆筑混凝土，通過混凝土結(jié)構(gòu)連接框架梁20和框架柱10。

較佳地，于框架梁20內(nèi)插設梁鋼筋201，且梁鋼筋201伸出框架梁20的兩端形成錨固端，該錨固端位于連接節(jié)點處，且置于對應的框架柱10內(nèi)的柱體空腔102上方，于柱體空腔102上方的連接節(jié)點處支設模塊，使得梁鋼架201的錨固端位于模板內(nèi)，向柱體空腔102內(nèi)間隔插設柱鋼筋，然后向模板和柱體空腔102澆筑混凝土，通過混凝土結(jié)構(gòu)錨固梁鋼筋201的錨固端，從而將框架梁20和框架柱10連接固定。

如圖7至圖9所示，以3D打印制作框架柱10為例進行說明，采用3D打印技術制作框架柱10包括：

a、采用3D打印技術制作形狀適配于所述框架柱10的第一層砌體1031至預埋標高處；

b、于第一層砌體1031的頂部設置箍筋105，箍筋105的形狀適配于框架柱10，即框架柱10為T型，該箍筋105也為T型，框架柱10為L型，該箍筋105也為L型，框架柱10為平直型，該箍筋105也為平直型；

c、采用3D打印技術于第一層砌體1031的頂部制作第二層砌體1032；

d、重復步驟b、c，在第二層砌體1032上設置箍筋105，于第二層砌體1032上制作第三層砌體，以此重復設置箍筋、制作砌體，直至框架柱10的設計標高，完成所述框架柱制作。

如圖6所示，框架梁20采用立式打印方式，其3D打印制作方法與框架柱10相同，制作的形狀適配框架梁20的形狀即可，在此不再贅述?？蚣芰?0包括適配于框架梁形狀的梁殼體202和設于梁殼體202內(nèi)的支撐結(jié)構(gòu)203，梁殼體202包括相對設置的第一殼面和第二殼面、以及設于第一殼面和第二殼面一端的封閉面，梁殼體202的橫截面為U形，支撐結(jié)構(gòu)203支設于第一殼面和第二殼面之間，將梁殼體202分隔形成梁體空腔204和U型槽205，該U型槽205設于框架梁20的底部。打印形成框架梁20后，在框架梁20的梁體空腔204內(nèi)插入梁鋼筋201并灌自密實混凝土，形成鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。當梁體空腔204內(nèi)的混凝土凝固后，將框架梁20底部U型槽205朝上設置，放置梁鋼筋201在U型槽205內(nèi)，于U型槽205內(nèi)澆筑混凝土，形成鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。框架梁20的底部U型槽205內(nèi)澆筑有混凝土，使得框架梁20的底部為混凝土結(jié)構(gòu)，該混凝土結(jié)構(gòu)可以和梁鋼筋共同受力和變形，避免框架梁20在受力過程中出現(xiàn)裂縫，因為如果框架梁20的底部也采用3D打印，當框架梁20變形時，3D打印的框架梁20的外殼會因打印的每層砌體之間粘結(jié)力差而被拉裂。采用3D打印框架梁20的底部設置為U型槽，在U型槽內(nèi)澆筑混凝土，以解決框架梁因打印材料的接縫處粘結(jié)力不足而引起的裂縫問題。另，先于梁體空腔內(nèi)灌注自密實混凝土，后于U型槽內(nèi)澆筑混凝土的好處是，澆筑U型槽時，只需將框架梁的底部朝上翻轉(zhuǎn)過來即可，無需另外設置模板，也方便穿插梁底的鋼筋，具有施工方便的優(yōu)點。

如圖3至圖5所示，作為本發(fā)明的一較佳實施方式，框架柱10的內(nèi)部形成有斜撐結(jié)構(gòu)104，通過斜撐結(jié)構(gòu)104將框架柱10內(nèi)分隔形成多個柱體空腔102。斜撐結(jié)構(gòu)104與框架柱10的柱殼體103之間成45°夾角，通過斜撐結(jié)構(gòu)104形成了桁架結(jié)構(gòu)的框架柱10。框架柱10的結(jié)構(gòu)為多種形狀，可以是T型、L型、和平直型，以適用于建筑主體的側(cè)部、角部、以及中間等位置。

如圖2所示，作為本發(fā)明的一較佳實施方式，于柱體結(jié)構(gòu)101的頂部處設第一連接鋼板107，于框架梁20的底部對應第一連接鋼板107設第二連接鋼板207，將框架梁20搭設于柱體結(jié)構(gòu)101的頂部時，使得第二連接鋼板207設于第一連接鋼板107上，將第一連接鋼板107和第二連接鋼板207焊接固定。增加框架梁20和框架柱10之間的連接強度。

將框架梁20和框架柱10圍合拼接在一起后，形成了框架結(jié)構(gòu)，該框架結(jié)構(gòu)包括多個由梁和柱圍合形成的豎向空間和水平空間；采用3D打印技術制作填充墻，將填充墻吊裝于豎向空間處；采用3D打印技術制作桁架空心樓板，將桁架空心樓板吊裝于所述橫向空間處，就完成了建筑主體的拼裝。在裝配填充墻時，于填充墻和框架梁之間留出變形間隙，完成后再用細石混凝土填充該間隙，避免梁變形后的荷載傳到填充墻上，對填充墻造成影響。桁架空心樓板裝配時，搭設于框架梁上，將框架梁的頂部與桁架空心樓板的疊合層澆筑在一起，形成一個整體。

本發(fā)明基于3D打印的裝配式異形柱框架結(jié)構(gòu)的施工方法的有益效果為：

采用3D打印技術制作框架梁和框架柱，充分發(fā)揮3D打印技術的優(yōu)勢，使整棟樓在施工過程中不再需要模板、不會產(chǎn)生建筑垃圾，梁、柱、樓板、填充墻等構(gòu)件均可采用3D打印技術在工廠預制，現(xiàn)場進行拼裝，最大的降低人工、節(jié)約材料、環(huán)保、施工工期迅速等特點。本發(fā)明實現(xiàn)了施工全過程零垃圾、零模板和零腳手架，真正做到了綠色環(huán)保。框架柱采用桁架空心結(jié)構(gòu)，使得框架柱的自重輕，方便運輸及吊裝，框架柱的端部設有強度大的混凝土柱體結(jié)構(gòu)，用于增強框架柱的結(jié)構(gòu)強度，同時也為框架梁提供支撐。框架柱的空心結(jié)構(gòu)內(nèi)后續(xù)澆筑有混凝土，且與框架梁形成穩(wěn)固的連接結(jié)構(gòu)，確?？蚣苤慕Y(jié)構(gòu)強度的同時，也提高了框架柱和框架梁之間的連接強度。

以上結(jié)合附圖實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領域中普通技術人員可根據(jù)上述說明對本發(fā)明做出種種變化例。因而，實施例中的某些細節(jié)不應構(gòu)成對本發(fā)明的限定，本發(fā)明將以所附權(quán)利要求書界定的范圍作為本發(fā)明的保護范圍。