采用轮廓工艺的超高层建筑3D打印平台及施工方法技术

本发明专利技术公开了一种采用轮廓工艺的超高层建筑3D打印平台；3D打印平台包括3D打印模块、移行模块、顶升模块、材料堆场模块；3D打印模块包括升降组件、轮廓工艺打印机、机械抓手；移行模块包括钢架梁导轨、主梁导轨、大车移行机构、小车移行机构；3D打印机可在升降组件和移行模块的分别驱动下在三维空间移动，打印墙体和楼层板；3D打印平台可由顶升模块顶升拓展竖向作业空间；机械抓手可在轮廓工艺打印机打印一层外部轮廓后安置类钢筋的联锁结构；还公开了一种基于上述的打印平台的施工方法，可以实现超高层建筑3D打印，集成度高、机械化程度高，在施工成本低、施工工期短的同时，降低了工人的劳动强度和人力劳动成本。动强度和人力劳动成本。动强度和人力劳动成本。

【技术实现步骤摘要】
采用轮廓工艺的超高层建筑3D打印平台及施工方法


[0001]本专利技术涉及一种采用轮廓工艺的超高层建筑3D打印平台及施工方法，属于建筑施工


技术介绍

[0002]3D打印在建筑业方面有诸多优势，相较于传统的施工工艺，3D打印可以省去模板安装、拆除所损耗的时间和成本，其通过控制设备把打印材料层层叠加的建造方式大幅缩短了施工时间，降低了施工费用。同时3D打印的施工精度高、建造效率高，在建造复杂异形建筑和高空作业时优势明显。在环保方面，3D打印施工碳排放低、噪声低、无扬尘和废水，材料利用率高，是一种环保且符合可持续发展观念的建筑方式。
[0003]轮廓工艺（Contour Crafting）是目前3D建筑领域较为成熟的3D打印工艺，特点是先打印外部轮廓，再进行挤压、浇灌填充内核。轮廓工艺允许在内核中添设管道、电器，且可在内核中铺设类钢筋结构，因而大大增加建筑承受拉应力的能力，降低混凝土开裂的可能。因此，相较于D型工艺（D
‑
Shape）和混凝土打印（Concrete Printing）等3D打印工艺，轮廓工艺在打印高层、超高层建筑时更有优势。然而，现有的3D打印设备多用于打印单层建筑，少数用于打印高层建筑的打印机仅用于打印建筑内部结构，已不能满足现代高层建筑对缩短工期、提高机械化自动化程度的需要。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种采用轮廓工艺的超高层建筑3D打印平台及施工方法，可有效解决现有3D打印设备无法独立打印高层、超高层建筑的问题。
[0005]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种采用轮廓工艺的超高层建筑3D打印平台，包括：3D打印模块，包括打印机升降组件、物料提升组件、所述打印机升降组件下方固定有轮廓工艺打印机、所述物料提升组件的下方固定有机械抓手；所述轮廓工艺打印机可通过打印机升降组件实现竖直方向移动；所述机械抓手可通过物料提升组件实现竖直方向移动；移行模块，包括钢架梁导轨、大车移行机构、铺设在所述大车移行机构上的主梁导轨，小车移行机构；所述钢架梁导轨铺设在3D打印平台的钢架梁上，所述大车移行机构固定在所述钢架梁导轨上，所述小车移行机构固定在所述主梁导轨上；所述大车移行机构可沿钢架梁导轨水平移动，所述小车移行机构可沿主梁导轨水平移动；顶升模块，包括钢架梁，与所述钢架梁相连的立柱，固定在所述立柱下方的上支承架，固定在所述上支承架下方的千斤顶，固定在所述千斤顶下方的下支承架，固定在所述上支承架和所述下支承架侧边的钩爪；通过钩爪的内收与钩住联锁横向件实现和剪力墙的分离与固定；通过所述千斤顶可对上支承架进行顶升；通过所述千斤顶回缩抬升下支承架；材料堆场模块，包括材料堆场、运输电梯；所述材料堆场固定在钢架梁侧下方；所
述物料电梯固定在超高层建筑中央；在建筑底层的材料可通过运输电梯提升至在建层，再由机械抓手抓取并运送到材料堆场。
[0006]进一步，所述打印机升降组件和物料提升组件设置在移行组件的小车移行机构上。
[0007]进一步，所述千斤顶为长行程高能力千斤顶，单次顶升行程为标准层层高。
[0008]进一步，机械抓手会在轮廓工艺打印机打印完一层墙体外部轮廓时，在墙体内核安装类钢筋结构的联锁。
[0009]进一步，所述材料堆场上还设置有水泥基材料储存设施，包括水泥基材料储存罐、与所述水泥基材料储存罐相连的水泥基材料管道；所述水泥基材料管道另一端与轮廓工艺打印机相连。
[0010]同时本专利技术还提供了一种所述采用轮廓工艺的超高层建筑3D打印平台的施工方法，包括如下步骤：步骤一：所述采用轮廓工艺的超高层建筑3D打印平台打印超高层建筑的在建层墙体；步骤二：待超高层建筑打印平台打印至楼层板高度时，利用所述超高层建筑3D打印平台的机械手运输、安置钢梁和钢板；步骤三：利用所述超高层建筑3D打印平台的轮廓工艺打印机打印楼层板；步骤四：待所述超高层建筑的在建层和楼层板在高度方向超过采用轮廓工艺的超高层建筑3D打印平台轮廓工艺打印机的竖向作业范围，通过顶升模块爬升一层标准层高度并固定，使得轮廓工艺打印机有合理的竖向作业范围。
[0011]进一步，步骤一中，所述采用轮廓工艺的超高层建筑3D打印平台打印超高层建筑的在建层墙体，具体包括：(1)通过控制元件调控移行模块和打印机升降组件，使轮廓工艺打印机移动至预定位置；（2）在轮廓工艺打印机抵达预定位置后，移行模块通过控制元件沿预定水平路线移动并控制轮廓工艺打印机挤出水泥基材料，并通过挤压形成墙体外部轮廓；（3）打印完一层墙体外部轮廓后，用机械抓手从材料堆场抓取并在墙体内核安置联锁；（4）嵌入联锁后，轮廓工艺打印机由打印机升降组件抬高一层高度，再按原预定水平路线移动，挤出水泥对墙体内核进行浇灌；（5）完成一层墙体的3D打印后，在剪力墙关键位置进行预埋孔洞，依次循环上述步骤一逐层向上打印。
[0012]进一步，步骤四中，所述轮廓工艺的超高层建筑3D打印平台轮廓工艺打印机的竖向作业范围，通过顶升模块爬升一层标准层高度并固定，具体包括：设上支承架爬升前所在楼层数为第N层；（1）在第N+1层剪力墙有联锁横向件处预埋孔洞；（2）第N层的上支承架的钩爪抬升，松开联锁横向件并朝上支承架内收；（3）由长行程高能力千斤顶顶升上支承架至第N+1层；（4）在第N+1层的上支承架钩爪外放，降下并钩住预埋孔洞中的联锁横向件；
（5）第N
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1层的下支承架的钩爪抬升，松开联锁横向件并朝下支承架内收；（6）长行程高能力千斤顶回缩使下支撑架抬升至第N层；（7）在第N层的下支承架钩爪外放，降下并钩住预埋孔洞中的联锁横向件。
[0013]本专利技术的有益效果是：1、采用轮廓工艺的超高层建筑3D打印平台可以独立实现超高层建筑的一体化打印，通过在建筑外墙预埋孔洞用钩爪附着联锁横向件和用千斤顶顶升的方法，扩大了传统3D建筑打印机的作业范围；打印机头和机械手集成在小车移行机构上，在提升水平移动速度和载重能力的同时，省去传统施工中布料机和塔吊，使得施工平台结构更加简化；2、采用轮廓工艺的超高层建筑3D打印平台的施工方法，通过轮廓工艺打印机打印建筑墙体和楼层板，利用顶升模块爬升拓展竖向作业空间，利用混凝土凝固间隙运输物料，节约成本缩短工期；在楼层板内安置钢梁、钢板，在墙体内安置类钢筋联锁,增加了建筑承受拉应力的能力，降低混凝土开裂的可能性;物料及混凝土储存设备统一放置于物料堆场，方便集约化管理；相较于相同规模的传统施工，具有更高的机械化和自动化程度，并且用工成本和工人的劳动强度有所降低。
附图说明
[0014]图1为本专利技术采用轮廓工艺的超高层建筑3D打印平台结构示意图；图2为本专利技术移行模块结构示意图；图3为本专利技术小车移行机构及3D打印模块的结构示意图；图4为本专利技术顶升模块结构示意图；图5为本专利技术墙体内联锁的结构示意图；图中标号如下：100
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超高层建筑；110
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楼层板；120
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建筑内墙；130
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剪力墙；140
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种采用轮廓工艺的超高层建筑3D打印平台，包括3D打印模块（500）、移行模块（400）、顶升模块（300）、材料堆场模块（200），其特征在于：3D打印模块（500），包括打印机升降组件（510）、物料提升组件（520）、在打印机升降组件（510）下方固定有轮廓工艺打印机（530）、所述物料提升组件（520）的下方固定有机械抓手（540）；所述轮廓工艺打印机（530）可通过打印机升降组件（510）实现竖直方向移动；所述机械抓手（540）可通过物料提升组件（520）实现竖直方向移动；移行模块（400），包括钢架梁导轨（440）、大车移行机构（410）、铺设在所述大车移行机构（410）上的主梁导轨（430），小车移行机构（420）；所述钢架梁导轨（440）铺设在3D打印平台的钢架梁（310）上，所述大车移行机构（410）固定在所述钢架梁导轨（440）上，所述小车移行机构（420）固定在所述主梁导轨（430）上；所述大车移行机构（410）可沿钢架梁导轨（440）水平移动，所述小车移行机构（420）可沿主梁导轨（430）水平移动；其中，所述打印机升降组件（510）和物料提升组件（520）设置在移行组件（400）的小车移行机构（420）上；顶升模块（300），包括钢架梁（310），与所述钢架梁（310）相连的立柱（320），固定在所述立柱（320）下方的上支承架（330），固定在所述上支承架（330）下方的千斤顶（340），固定在所述千斤顶（340）下方的下支承架（350），固定在所述上支承架（330）和所述下支承架（350）侧边的钩爪（360）；通过钩爪（360）的内收与钩住联锁横向件（180）实现和剪力墙（130）的分离与固定；通过所述千斤顶（340）对上支承架（330）进行顶升；通过所述千斤顶（340）回缩抬升下支承架（350）；材料堆场模块（200），包括材料堆场（210）、运输电梯（240）；所述材料堆场（210）固定在钢架梁（310）侧下方；所述物料电梯（240）固定在超高层建筑中央；在建筑底层的材料可通过运输电梯（240）提升至在建层（140），再由机械抓手（540）抓取并运送到材料堆场（210）。2.根据权利要求1所述的采用轮廓工艺的超高层建筑3D打印平台，其特征在于，所述千斤顶（340）为长行程高能力千斤顶，单次顶升行程为标准层层高。3.根据权利要求1所述的采用轮廓工艺的超高层建筑3D打印平台，其特征在于，机械抓手（540）在轮廓工艺打印机（530）打印完一层墙体外部轮廓（570）时，在墙体内核（580）安装类钢筋结构的联锁（150）。4.根据权利要求1所述的采用轮廓工艺的超高层建筑3D打印平台，其特征在于，所述材料堆场（200）上还设置有水泥基材料储存设施，包括水泥基材料储存罐（220）、与所述水泥基材料储存罐（220）相连的水泥基材料管道（230）；所述水泥基材料管道（230）另一端与轮廓工艺打印机（530）相连。5.一种采用...

【专利技术属性】
技术研发人员：张冬旸，耿汝伟，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：