一种编织结构空间曲面壳体混凝土模板体系及其施工方法技术

一种编织结构空间曲面壳体混凝土模板体系及其施工方法，体系包括定形承力系统、支撑定位系统、底模系统和封边系统。本发明专利技术以定形承力系统为支撑，以编织结构定形空间曲面作为模板结构主体，以PVC软质水晶玻璃板或者混凝土帆布等软质薄板材料作为底模，使用纤维混凝土、钢筋网片密铺或FRP筋编织等方式提高混凝土强度，提高混凝土整体抗弯性能，解决普通钢筋不适应曲面的问题，以适应曲面壳体的结构性能要求，提高混凝土抗弯性能，同时提高模板体系的周转和拆卸组装效率。本发明专利技术提供新浇混凝土成型的模板以及支承模板的一整套构造体系，可便捷地完成复杂空间曲面形态的混凝土壳体浇筑。

A concrete formwork system and its construction method for spatial curved shell of braided structure

The invention relates to a concrete formwork system for a spatial curved shell of a woven structure and a construction method thereof, which comprises a shaped bearing system, a support positioning system, a bottom formwork system and an edge sealing system. The invention takes the shaped bearing system as the support, the shaped space curved surface of the braided structure as the main body of the formwork structure, the PVC soft crystal glass plate or the concrete canvas and other soft sheet materials as the bottom formwork, uses the fiber concrete, the reinforcement mesh close laying or the FRP reinforcement weaving and other methods to improve the concrete strength, improve the overall bending resistance of the concrete, and solve the problem that the ordinary reinforcement does not adapt to the curved surface In order to meet the structural performance requirements of curved shell, improve the flexural performance of concrete, and improve the turnover and disassembly and assembly efficiency of formwork system. The invention provides a whole set of construction system of a new concrete forming formwork and a supporting formwork, which can conveniently complete the concrete shell pouring of complex space curved surface shape.

【技术实现步骤摘要】
一种编织结构空间曲面壳体混凝土模板体系及其施工方法
本专利技术属于混凝土模板体系，特别是一种编织结构的空间曲面壳体混凝土模板体系及其施工方法。
技术介绍
传统的混凝土模板多为木板或金属板，适用于平面或一般简单直纹曲面的施工。而在复杂曲面壳体的施工中需要特殊的模板系统，目前常用的模板支设技术存在以下问题：一、模板定位。通过坐标平面转换计算公式，可以准确地计算出异形曲面上任意一点的空间标高，通过以轴线为依据，将曲面的水平投影分成若干个单元网格，再将对网格节点标高进行定位，最后连接形成光滑的空间曲面。曲面的水平投影分成若干单元网格，再对这些网格节点标高进行测放定位。这种空间定位方式施工繁琐，效率低下，且对工人要求较高。二、模板定形。根据曲面板上不同曲率选取不同材料作薄板底模，即曲率小的地方用一般木模板，曲率大的地方用竹夹板。采用这种弧形背枋加工法，确保结构薄板底模的弯曲效果及承力要求，以达到设计曲率，从而确保了曲面混凝土薄板的质量。平常一般用的背枋是直的，无法在曲面应用，由此采用放样切割法，可确保曲面薄板支模成形效果。其原理是：将网格节点标高连成的曲线投放在100mm厚的木板上，根据曲线切割成50mm×100mm的背枋。这种技术的问题是：一、背枋是定制构件，每一块都需要单独放样切割，耗时耗力而且不可复用，一方面增加了模板搭建的难度，另一方面也导致模板造价高昂。二、背枋间距影响整体空间形状，故定形与定位是耦合的关系，定形与定位耦合度高，对施工精度要求更高，施工难度大，效率低。三、现有技术底模木板、竹夹板混用，混凝土硬化后下表面质感混乱不可控，模板施工时工人对材料、架设方式的选择主观性强，难以满足美观性的要求，难以控制混凝土成品品质。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种编织结构空间曲面壳体混凝土模板体系及其施工方法，要解决现有复杂空间曲面混凝土模板的定位存在的空间定位方式施工繁琐，效率低下，且对工人要求较高的技术问题，还要解决现有复杂空间曲面混凝土模板的定形存在单独放样切割难以复用，增加了模板搭建的难度和模板造价，背枋间距影响整体空间形状，定形与定位耦合度高，施工难度大效率低，工人对材料架设方式的选择主观性强，难以控制混凝土成品品质的技术问题。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种基于编织结构的空间曲面壳体混凝土模板体系，包括定形承力系统、支撑定位系统、底模系统和封边系统，所述定形承力系统为自体成型弹性杆空间曲面编织结构，包括由一组以上连续、可弯曲的弹性杆件，弹性杆件的横截面为圆形，弹性杆件通过杆体之间弯曲相互编织穿插、杆体之间各个连接点的连接形成自体成型编织结构，所述连接点为铰接连接或刚接连接，所述弹性杆件同时作为该编织结构的受力构件以及空间曲面轮廓的成形构件；所述弹性杆件包括四周的起始边杆和连接在起始边杆之间的编织杆，所述编织杆与起始边杆的连接点为边缘节点，所述编织杆与编织杆的连接点为内部节点，所述支撑定位系统包括杆件脚手架，所述杆件脚手架由刚性杆件刚接而成，所述杆件脚手架由横杆和竖杆双向杆件正交连接，所述编织结构上设有一组连接块，所述连接块固定连接在边缘节点的下侧或者边缘节点和内部节点的下侧，所述竖杆的顶端与连接块铰接，所述底模系统包括软质薄板或混凝土帆布，所述底模系统的表面紧密贴合编织结构的表面，所述封边系统包括混凝土浇筑的拦截片和连杆，所述拦截片包括边缘节点片和嵌补相邻两块边缘节点板之间空缺的等宽的节点间连接片，所述拦截片固定连接在边缘节点的上侧、指向空间曲面的法线方向，所述节点间连接片沿起始边杆设置、保持与边缘节点片的平滑过渡，所述底模系统沿封边系统具有翻边并且翻边与封边系统采用夹持件夹持连接或者直接粘接连接。所述支撑定位系统还包括边缘模板组支撑，所述边缘模板组支撑替换边缘节点下侧的竖杆，包括水平开槽底板、竖向插接基板和竖向插接三角定位板，所述水平开槽底板上开有与供竖向插接基板插接的插槽，所述竖向插接基板的上部开有供竖向插接三角定位板插接的插槽，所述竖向插接基板的下部与水平开槽底板插接，所述竖向插接基板和竖向插接三角定位板垂直，所述竖向插接三角定位板的下部与竖向插接基板的上部插接并落置在水平开槽底板的上侧，所述竖向插接三角定位板的顶部支顶在对应位置处的边缘节点的下侧连接块上，所述竖向插接三角定位板的板厚等于竖杆的直径。所述底模系统为软质薄板，所述软质薄板为PVC软质水晶板，所述软质薄板包括一组由按空间曲面分割展平后分块形成的平板，平板之间的通过拼缝处的粘接结构连接。所述粘接结构为单一粘结结构或双重粘结结构，所述单一粘结结构包括直接通过在拼缝处填补胶剂和/或通过在拼缝的一侧通过胶带粘结，所述双重粘结结构包括拼缝两侧的平板，还包括在拼缝的外侧衬有衬板，所述衬板与平板之间通过胶剂粘接，拼缝中也通过胶剂填补，拼缝的内侧通过胶带粘结，所述平板间的连接为水平连接，所述衬板为增设的软质薄板，或者所述平板间的连接为平板与翻边的垂直连接，所述衬板为拦截片。所述弹性杆件的材料为FRP杆、表面带螺纹的FRP筋或者竹材料。所述拦截片上开有连接孔，所述拦截片的外侧通过连杆串连为一体，所述拦截片与连杆之间通过贯穿连接孔的绑扎带固定。一种基于编织结构的空间曲面壳体混凝土模板体系的施工方法，施工步骤如下：步骤一，计算机建模，将空间曲面壳体的曲面模型导入程序，设置参数，生成编织结构的弹性杆件模型；步骤二，对弹性杆件模型进行受力模拟，优化调整，并确定与支撑定位系统的支撑节点；步骤三，在弹性杆件模型的基础上通过程序生成支撑定位系统的计算机模型，然后依照支撑定位系统的计算机模型，通过数控加工组装方式搭建支撑定位系统；步骤四，将弹性杆件模型导入程序，计算机自动生成编织结构各杆件的长度，并列表；步骤五，依表对模板体系的构件进行标号和切分，选择弹性杆件的直径，保证模拟受力时，编织结构变形满足要求；步骤六，根据弹性杆件的直径制作边缘节点和内部节点的标准化节点元件并与弹性杆件进行连接组装；步骤七，在支撑定位系统上选取安装连接块的位置并连接，然后将安装连接块与编织结构进行连接；步骤八，在计算机模型里对封边系统进行建模，展平成等宽的拦截片，然后进行激光切割；拦截片为木板时，其宽度大于编织结构厚度与混凝土的厚度之和，木板的厚度同边缘节点的厚度；步骤九，在边缘节点上安装封边系统；先安装边缘节点片，然后通过连杆再嵌补相邻两块边缘节点板之间节点间连接片；步骤十，在计算机中对空间曲面壳体的曲面模型进行切分，将曲面作展平处理，选择底模系统，然后放样到软质薄板或混凝土帆布上并裁切成平板；步骤十一，选取底模系统的材料，根据底模系统是否采用优化结构采用不同的工法施工，采用软质薄板时，将切割下来的软质薄板直接与编织结构连接；当底模系统采用混凝土帆布，混凝土帆布与编织结构连接，然后用倒悬式或堆沙式固定混凝土本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于编织结构的空间曲面壳体混凝土模板体系，其特征在于：包括定形承力系统（2）、支撑定位系统（1）、底模系统（4）和封边系统（3），/n所述定形承力系统（2）为自体成型弹性杆空间曲面编织结构，包括由一组以上连续、可弯曲的弹性杆件，弹性杆件的横截面为圆形，弹性杆件通过杆体之间弯曲相互编织穿插、杆体之间各个连接点的连接形成自体成型编织结构，所述连接点为铰接连接或刚接连接，所述弹性杆件同时作为该编织结构的受力构件以及空间曲面轮廓的成形构件；/n所述弹性杆件包括四周的起始边杆（21）和连接在起始边杆之间的编织杆（22），所述编织杆与起始边杆的连接点为边缘节点（8），所述编织杆与编织杆的连接点为内部节点，/n所述支撑定位系统包括杆件脚手架（5），所述杆件脚手架由刚性杆件刚接而成，所述杆件脚手架由横杆（51）和竖杆（52）双向杆件正交连接，所述编织结构上设有一组连接块（17），所述连接块（17）固定连接在边缘节点（8）的下侧或者边缘节点和内部节点的下侧，所述竖杆（52）的顶端与连接块（17）铰接，/n所述底模系统（4）包括软质薄板（11）或混凝土帆布（14），所述底模系统（4）的表面紧密贴合编织结构的表面，/n所述封边系统（3）包括混凝土浇筑的拦截片（9）和连杆（10），所述拦截片包括边缘节点片（91）和嵌补相邻两块边缘节点板之间空缺的等宽的节点间连接片（92），所述边缘节点片（91）固定连接在边缘节点（8）的上侧、指向空间曲面的法线方向，所述节点间连接片（92）沿起始边杆（21）设置、保持与边缘节点片（91）的平滑过渡，/n所述底模系统（4）沿封边系统具有翻边并且翻边与封边系统（3）采用夹持件夹持连接或者直接粘接连接。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于编织结构的空间曲面壳体混凝土模板体系，其特征在于：包括定形承力系统（2）、支撑定位系统（1）、底模系统（4）和封边系统（3），
所述定形承力系统（2）为自体成型弹性杆空间曲面编织结构，包括由一组以上连续、可弯曲的弹性杆件，弹性杆件的横截面为圆形，弹性杆件通过杆体之间弯曲相互编织穿插、杆体之间各个连接点的连接形成自体成型编织结构，所述连接点为铰接连接或刚接连接，所述弹性杆件同时作为该编织结构的受力构件以及空间曲面轮廓的成形构件；
所述弹性杆件包括四周的起始边杆（21）和连接在起始边杆之间的编织杆（22），所述编织杆与起始边杆的连接点为边缘节点（8），所述编织杆与编织杆的连接点为内部节点，
所述支撑定位系统包括杆件脚手架（5），所述杆件脚手架由刚性杆件刚接而成，所述杆件脚手架由横杆（51）和竖杆（52）双向杆件正交连接，所述编织结构上设有一组连接块（17），所述连接块（17）固定连接在边缘节点（8）的下侧或者边缘节点和内部节点的下侧，所述竖杆（52）的顶端与连接块（17）铰接，
所述底模系统（4）包括软质薄板（11）或混凝土帆布（14），所述底模系统（4）的表面紧密贴合编织结构的表面，
所述封边系统（3）包括混凝土浇筑的拦截片（9）和连杆（10），所述拦截片包括边缘节点片（91）和嵌补相邻两块边缘节点板之间空缺的等宽的节点间连接片（92），所述边缘节点片（91）固定连接在边缘节点（8）的上侧、指向空间曲面的法线方向，所述节点间连接片（92）沿起始边杆（21）设置、保持与边缘节点片（91）的平滑过渡，
所述底模系统（4）沿封边系统具有翻边并且翻边与封边系统（3）采用夹持件夹持连接或者直接粘接连接。


2.根据权利要求1所述的基于编织结构的空间曲面壳体混凝土模板体系，其特征在于：所述支撑定位系统（1）还包括边缘模板组支撑（6），所述边缘模板组支撑（6）替换边缘节点下侧的竖杆，包括水平开槽底板（61）、竖向插接基板（62）和竖向插接三角定位板（63），所述水平开槽底板（61）上开有与供竖向插接基板（62）插接的插槽，所述竖向插接基板（62）的上部开有供竖向插接三角定位板（63）插接的插槽，
所述竖向插接基板（62）的下部与水平开槽底板（61）插接，所述竖向插接基板（62）和竖向插接三角定位板（63）垂直，所述竖向插接三角定位板（63）的下部与竖向插接基板（62）的上部插接并落置在水平开槽底板（61）的上侧，
所述竖向插接三角定位板（63）的顶部支顶在对应位置处的边缘节点（8）的下侧连接块（17）上，
所述竖向插接三角定位板（63）的板厚等于竖杆（52）的直径。


3.根据权利要求1所述的基于编织结构的空间曲面壳体混凝土模板体系，其特征在于：所述底模系统（4）为软质薄板，所述软质薄板为PVC软质水晶板，所述软质薄板包括一组由按空间曲面分割展平后分块形成的平板，平板之间的通过拼缝处的粘接结构连接。


4.根据权利要求3所述的基于编织结构的空间曲面壳体混凝土模板体系，其特征在于：所述粘接结构为单一粘结结构或双重粘结结构，
所述单一粘结结构包括直接通过在拼缝处填补胶剂（12）和/或通过在拼缝的一侧通过胶带（13）粘结，
所述双重粘结结构包括拼缝两侧的平板，还包括在拼缝的外侧衬有衬板（18），所述衬板与平板之间通过胶剂（12）粘接，拼缝中也通过胶剂（12）填补，拼缝的内侧通过胶带（13）粘结，
所述平板间的连接为水平连接，所述衬板（18）为增设的软质薄板，
或者所述平板间的连接为平板与翻边的垂直连接，所述衬板为拦截片（9）。


5.根据权利要求1所述的基于编织结构的空间曲面壳体混凝土模板体系，其特征在于：所述弹性杆件的材料为FRP杆、表面带螺纹的FRP筋或者竹材料。


6.根据权利要求1所述的基于编织结构的空间曲面壳体混凝土模板体系，其特征在于：所述拦截片（9）上开有连接孔（19），所述拦截片（9）的外侧通过连杆（10）串连为一体，所述拦截片（9）与连杆（10）之间通过贯穿连接孔（19）的绑扎带（20）固定。


7.一种使用根据权利要求1-6任意一项所述的基于编织结构的空间曲面壳体混凝土模板体系的施工方法，其特征在于，施工步骤如下：
步骤一，计算机建模，将空间曲面壳体的曲面模型导入程序，设置参数，生成编织结构的弹性杆件模型；
步骤二，对弹性杆件模型进行受力模拟，优化调整，并确定与支撑定位系统的支撑节点；
步骤三，在弹性杆件模型的基础上通过程序生成支撑定位系统的计算机模型，然后依照支撑定位系统的计算机模型，通过数控加工组装方式搭建支撑定位系统（1）；
步骤四，将弹性杆件模型导入程序，计算机自动生成编织结构各杆件的长度...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄蔚欣，吴承霖，罗子牛，熊鑫昌，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11