本發(fā)明屬于土木工程抗風(fēng)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于3d打印技術(shù)的超高層建筑風(fēng)洞試驗?zāi)Ｐ汀?/p>

背景技術(shù)：

進入二十一世紀(jì)，隨著高強輕質(zhì)材料的廣泛應(yīng)用、新型結(jié)構(gòu)體系的出現(xiàn)和先進建造技術(shù)的發(fā)展，各國紛紛提出要建造“世界最高”的超高層建筑。目前世界最高建筑為160層、828m高的哈利法塔，而建造一棟千米級超高層建筑已經(jīng)成為今后國際建筑發(fā)展的一個必然趨勢。一般而言，此類建筑高寬比大、剛度和阻尼比小，屬于風(fēng)敏感性結(jié)構(gòu)，風(fēng)荷載往往成為其結(jié)構(gòu)設(shè)計的控制性因素。為準(zhǔn)確確定其設(shè)計風(fēng)荷載并評價其抗風(fēng)性能，應(yīng)對其進行氣彈模型試驗研究，直接測量結(jié)構(gòu)的風(fēng)致響應(yīng)。

然而就目前而言，沒有針對超高層建筑的風(fēng)洞試驗?zāi)Ｐ驮O(shè)計方法，而且一般的模型難以保證結(jié)構(gòu)的精確性因而難以確保試驗結(jié)果準(zhǔn)確，故無法對超高層建筑結(jié)構(gòu)的氣動彈性效應(yīng)進行深入研究。為準(zhǔn)確研究超高層建筑的氣彈效應(yīng)，需要提出一種能夠模擬超高層建筑氣動外形和結(jié)構(gòu)動力特性的試驗?zāi)Ｐ汀?/p>

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種基于3d打印技術(shù)的超高層建筑風(fēng)洞試驗?zāi)Ｐ停鉀Q現(xiàn)有技術(shù)中存在實驗結(jié)果不準(zhǔn)確的缺點。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：

本發(fā)明一種基于3d打印技術(shù)的超高層建筑風(fēng)洞試驗?zāi)Ｐ停涮攸c是包括框架主體，所述框架主體為多層長方體框架結(jié)構(gòu)，所述框架主體的底部設(shè)有底座，所述底座固定在試驗臺上，所述框架主體內(nèi)設(shè)有從下向上貫穿框架主體的中心管，所述中心管的底部固定在底座上，所述框架主體的四面和頂部均設(shè)有外衣板。

優(yōu)選的，所述框架主體包括水平且四行六列矩陣排列的橫梁，所述橫梁上排列有四條縱梁，所述縱梁與橫梁垂直，所述縱梁與橫梁交叉處均固定有豎直設(shè)置的豎梁；所述框架主體為3d打印成型結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選的，所述框架主體包括五個水平且等距排列的層板，所述層板包括水平排列的四條橫梁，所述橫梁上排列有四條縱梁，所述縱梁與橫梁垂直，所述橫梁和縱梁交叉處均設(shè)有安裝孔，所述安裝孔內(nèi)插裝有豎梁，所述豎梁豎直設(shè)置，所述安裝孔側(cè)面設(shè)有螺紋孔，螺紋孔內(nèi)螺紋安裝有定位銷，定位銷的端部卡在豎梁上；所述層板和豎梁均為3d打印成型結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選的，所述框架主體包括豎直且四行四列矩陣排列的豎梁，所述豎梁上排列有四個連接頭，所述連接頭上設(shè)有結(jié)構(gòu)為方形通孔的第一限位孔、第二限位孔和第三限位孔，所述第一限位孔豎直設(shè)置，所述第二限位孔水平設(shè)置，所述第三限位孔水平設(shè)置且與第二限位孔垂直，所述豎梁插裝在第一限位孔內(nèi)，所述第二限位孔內(nèi)插裝有縱梁，所述第三限位孔內(nèi)插裝有橫梁，所述第一限位孔、第二限位孔和第三限位孔側(cè)面均設(shè)有定位孔，所述定位孔內(nèi)螺紋安裝有定位銷，所述豎梁、縱梁和橫梁側(cè)面均等距排列有圓柱形的定位槽，所述定位銷卡在定位銷內(nèi)；所述豎梁、縱梁和橫梁均為3d打印成型結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選的，所述定位銷包括圓柱狀的主體，所述主體一端設(shè)有螺紋，主體另一端兩側(cè)對稱設(shè)有兩片長方形的旋轉(zhuǎn)片。

優(yōu)選的，所述豎梁、縱梁和橫梁均為正方形鋼管，所述底座包括兩層長方形網(wǎng)格框架，兩層長方形網(wǎng)格框架之間通過連桿連接，長方形網(wǎng)格框架中部設(shè)有多個方形套管，所述縱梁固定在套管內(nèi)。

優(yōu)選的，所述中心管為方形鋼管，所述中心管卡在橫梁和縱梁組成的長方體空間中，所述中心管為3d打印整體成型結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選的，所述外衣板為pvc板或薄木板，所述外衣板與框架主體之間通過金屬膠粘接。

本發(fā)明提出的一種基于3d打印技術(shù)的超高層建筑風(fēng)洞試驗?zāi)Ｐ停幸嫘Ч谟冢翰捎弥锌盏哪Ｐ?，測量裝置可置于模型內(nèi)部避免收到風(fēng)載荷影響；采用3d打印成型，可以更好的保證模型精度以得到更精確的結(jié)果；采用多層可調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)，可以更好的模擬不同結(jié)構(gòu)不同剛性的超高層建筑，且各部件可以通用，制備方便可以重復(fù)使用；外衣板采用多塊板拼接粘接的方法，避免了外衣板對整體結(jié)構(gòu)剛度的影響；本發(fā)明使用方便，可以模擬不同結(jié)構(gòu)剛度模型，且試驗結(jié)果準(zhǔn)確。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的實施例，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其特的附圖。

圖1為本發(fā)明一種基于3d打印技術(shù)的超高層建筑風(fēng)洞試驗?zāi)Ｐ偷闹饕晥D。

圖2為本發(fā)明一種基于3d打印技術(shù)的超高層建筑風(fēng)洞試驗?zāi)Ｐ偷母┮晥D。

圖3為本發(fā)明一種基于3d打印技術(shù)的超高層建筑風(fēng)洞試驗?zāi)Ｐ偷牧Ⅲw圖。

圖4為本發(fā)明一種基于3d打印技術(shù)的超高層建筑風(fēng)洞試驗?zāi)Ｐ偷膶影宓慕Y(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為本發(fā)明一種基于3d打印技術(shù)的超高層建筑風(fēng)洞試驗?zāi)Ｐ偷倪B接頭處的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6為本發(fā)明一種基于3d打印技術(shù)的超高層建筑風(fēng)洞試驗?zāi)Ｐ偷倪B接頭的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7為本發(fā)明一種基于3d打印技術(shù)的超高層建筑風(fēng)洞試驗?zāi)Ｐ偷牡鬃幍慕Y(jié)構(gòu)示意圖。

圖8為本發(fā)明一種基于3d打印技術(shù)的超高層建筑風(fēng)洞試驗?zāi)Ｐ偷亩ㄎ讳N的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1-框架主體2-外衣板3-底座4-中心管5-橫梁6-縱梁7-豎梁8-安裝孔9-定位銷10-層板11-連接頭12-定位槽13-定位孔14-第一限位孔15-第二限位孔16-第三限位孔17-旋轉(zhuǎn)片18-套管。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清除、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

由圖1、圖2、圖3、圖7可以看出，一種基于3d打印技術(shù)的超高層建筑風(fēng)洞試驗?zāi)Ｐ停蚣苤黧w1，框架主體1為多層長方體框架結(jié)構(gòu)，框架主體1的底部設(shè)有底座3，底座3固定在試驗臺上，框架主體1內(nèi)設(shè)有從下向上貫穿框架主體1的中心管4，中心管4為方形鋼管，中心管4卡在橫梁5和縱梁6組成的長方體空間中，中心管4的底部固定在底座3上，中心管4為3d打印整體成型結(jié)構(gòu)?？蚣苤黧w1模擬超高層建筑的框架結(jié)構(gòu)，中心管4模擬超高層建筑的剪力墻或筒體結(jié)構(gòu)，中心管4框架主體1之間可以采用焊接或金屬腳粘接，底座3為模型提供安裝基礎(chǔ)。

框架主體1的四面和頂部均設(shè)有外衣板2。外衣板2為pvc板或薄木板，外衣板2與框架主體1之間通過金屬膠粘接。外衣板2為分體設(shè)計，可以避免外衣板2對模型整體剛性的貢獻。

框架主體1包括水平且四行六列矩陣排列的橫梁5，橫梁5上排列有四條縱梁6，縱梁6與橫梁5垂直，縱梁6與橫梁5交叉處均固定有豎直設(shè)置的豎梁7，框架主體1為3d打印整體成型結(jié)構(gòu)?？蚣苤黧w1為3d打印整體成型結(jié)構(gòu)，具有更高的精度，使得實驗的結(jié)果更加準(zhǔn)確。

豎梁7、縱梁6和橫梁5均為正方形鋼管，底座3包括兩層長方形網(wǎng)格框架，兩層長方形網(wǎng)格框架之間通過連桿連接，長方形網(wǎng)格框架中部設(shè)有多個方形套管18，縱梁6固定在套管18內(nèi)。套管18與豎梁7之間可以通過焊接或螺釘連接，以向模型提供支持力，防止試驗過程中模型被吹倒。

由圖4、圖8可以看出，作為本發(fā)明的另一優(yōu)選實施例，與上實施例的唯一區(qū)別在于框架主體1包括五個水平且等距排列的層板10，層板10包括水平排列的四條橫梁5，橫梁5上排列有四條縱梁6，縱梁6與橫梁5垂直，橫梁5和縱梁6交叉處均設(shè)有安裝孔8，安裝孔8內(nèi)插裝有豎梁7，豎梁7豎直設(shè)置，安裝孔8側(cè)面設(shè)有螺紋孔，螺紋孔內(nèi)螺紋安裝有定位銷9，定位銷9的端部卡在豎梁7上，層板10和豎梁7均為3d打印成型結(jié)構(gòu)。定位銷9包括圓柱狀的主體，主體一端設(shè)有螺紋，主體另一端兩側(cè)對稱設(shè)有兩片長方形的旋轉(zhuǎn)片17。旋轉(zhuǎn)片17可以方便使用者調(diào)節(jié)定位銷9，層板10可以根據(jù)需要增加和減少，且層板10之間的距離可以調(diào)整以滿足不同結(jié)構(gòu)模擬的需要，使得試驗結(jié)果更加貼近實際情況。

由圖5、圖6可以看出，作為本發(fā)明的另一優(yōu)選實施例，與上實施例的唯一區(qū)別在于框架主體1包括豎直且四行四列矩陣排列的豎梁7，豎梁7上排列有四個連接頭11，連接頭11上設(shè)有結(jié)構(gòu)為方形通孔的第一限位孔14、第二限位孔15和第三限位孔16，第一限位孔14豎直設(shè)置，第二限位孔15水平設(shè)置，第三限位孔16水平設(shè)置且與第二限位孔15垂直，豎梁7插裝在第一限位孔14內(nèi)，第二限位孔15內(nèi)插裝有縱梁6，第三限位孔16內(nèi)插裝有橫梁5，第一限位孔14、第二限位孔15和第三限位孔16側(cè)面均設(shè)有定位孔13，定位孔13內(nèi)螺紋安裝有定位銷9，豎梁7、縱梁6和橫梁5側(cè)面均等距排列有圓柱形的定位槽12，定位銷9卡在定位銷9內(nèi)，豎梁7、縱梁6和橫梁5均為3d打印成型結(jié)構(gòu)。定位銷9包括圓柱狀的主體，主體一端設(shè)有螺紋，主體另一端兩側(cè)對稱設(shè)有兩片長方形的旋轉(zhuǎn)片17。豎梁7、縱梁6和橫梁5的數(shù)量及之間的距離均可以調(diào)整，若結(jié)構(gòu)動力特性的相似比不足，則可以通過調(diào)節(jié)定位銷9重新調(diào)整模型的整體結(jié)構(gòu)。

工作原理：框架主體1和中心管4均為3d打印成型，結(jié)構(gòu)表現(xiàn)準(zhǔn)確，外衣板2為分體設(shè)計，可以避免外衣板2對模型整體剛性的貢獻，模型的橫梁5、縱梁6和豎梁7也可以為可調(diào)式設(shè)計，用來模擬不同結(jié)構(gòu)，當(dāng)模型的相似比不足時，也可通過定位銷9實現(xiàn)簡單調(diào)整，無需拆除整個模型，各元件均為標(biāo)準(zhǔn)件，可以重復(fù)使用。

對所公開的實施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。