苏州某试验楼项目3D打印实体建筑施工技术研究.pdf

[摘要]3D打印技术被逐步运用于建筑领域，简要介绍了3D打印技术及其应用现状，针对苏州3D打印配筋砌体试验楼项目，重点介绍了该项目施工过程中墙体构件的划分、墙体刚度的保证、墙体与楼板的可靠连接等关键技术问题，并对其施工方法进行了阐述。[关键词]3D打印；建筑；配筋砌体；墙体构件；可靠连接；施工技术

内容摘抄：

1 3D打印技术在建筑领域的应用概况
3D打印技术是一种通过连续的物理层叠加、逐层增加材料来实现三维实体的先进制造技术，具有数字化、网络化、个性化和定制化的特点。3D打印技术和普通打印过程非常相似，可以预先在计算机设计好产品的信息，再交由机器打印，不同之处在于，普通油墨变成了塑料、纤维、粉末等材料，通过巨型喷嘴喷出，层层叠加形成一个实体产品。3D打印技术在航空航天、汽车、医疗器械和模具制造等行业运用成熟，并逐步运用于建筑领域。
3D打印建筑尚处于摸索阶段，美国南加州大学工业与系统工程教授比洛克·霍什内维斯提出轮廓工艺3D打印技术，设计的3D打印机像一台悬停于建筑物之上的桥式起重机，两边是轨道，中间的横梁是打印头。该工艺按照预先设计的CAD图纸，通过计算机操控巨型喷嘴进行x轴和y轴的打印工作，逐层打印出墙壁和隔间等，最后完成整栋房子的基本构架，最后由人工完成水电、供热管道、门窗和吊顶等的安装（见图1）。

2工程概况
3D打印配筋砌体试验楼项目位于苏州市工业园区，试验楼占地面积150m2,底层为14.2m×10.1m的规则矩形，筏板基础，按12层住宅楼研发设计，实际打印高度15.3m,层高为2.8m,地上共5层，地下1层，建成后如图3所示。了创新结构体系3D打印配筋砌体剪力墙结构。该试验楼在3D打印墙体内布置竖向和水平分布钢筋，浇筑柱芯混凝土；楼面板为100mm厚、双层双向配筋的现浇混凝土板；每层设置与楼板整浇的现浇混凝土圈梁，兼作窗洞口处过梁。该体系竖向荷载由楼板传递给墙体，水平荷载通过楼板按各墙体刚度分配给墙体，再由墙体传递给基础，实现墙体和楼面板的共同受力。
3工程特点和难点
3D打印多层实体建筑没有先例可循，所有的纵横墙体在工厂打印后，运送到现场进行拼装。因此如何划分墙体构件、如何保证墙体自身的强度和刚度、如何实现墙体与楼板的可靠连接是需要重点解决的问题和难点。
1)为了解决最初墙体自身刚度不足、墙身易开裂等问题，深化设计时在原来中空的墙体内部增设水平向桁架，且墙体在打印时沿高度方向增设水平钢筋网片。施工时在房屋转角部位、主要受力部位和局部需加强部位均增设芯柱，布竖向插筋，孔洞内浇筑C20柱芯混凝土。
2)为避免墙体出现水平向拼接缝影响结构的整体性，每层墙体在高度方向一次打印成型。预留的竖向拼接缝避开房屋转角部位、主要受力部位和局部需加强部位，每层墙体按平面位置和尺寸细分到27种构件块型，并按一定顺序编好号（见图4）。

4主要施工方法
1)施工准备施工准备中很重要的一项内容就是编制墙体平、立面排块图，不仅需要根据设计图确定各墙体构件的尺寸和配筋，且在编制时宜与水电管线专业人员共同商定。墙体排块图编制好后，交付3D打印机一次打印，墙体做好编号并运至施工现场堆放整齐，堆放场地应坚实、平整、干燥，保证墙体构件堆放平稳。
2)基层表面清理墙体吊装前，应先进行基层表面的清理工作，清除灰渣、碎石等杂物，墙体下部楼面需凿毛，校核预留钢筋的位置，设统一标高控制线，标明圈梁、过梁等的尺寸标高。安装3D打印墙体构件时，必须坐浆垫平，铺浆厚度应≥20mm。
3)墙体构件吊装、定位、临时固定墙体在起吊和搬运时，必须平稳以免损坏墙身，严禁在场地直接拖拉墙体。墙体构件按施工图纸及编号吊装到指定位置，让底部的预留钢筋穿过墙体构件孔洞，并做好墙体构件的临时固定。实时复核墙体的垂直度、墙身长度；吊装完每一楼层墙体后，校核墙体的轴线尺寸和标高；允许范围内的轴线及标高的偏差，可在楼板面上予以校正。施工中发现有明显打印误差的墙体，应及时复核校正，必要时重新打印墙体构件，避免现场切割墙体或填补。

（略）

投稿会员：巧克力布丁