拱形结构框架、多曲腔墙、发电建筑和多彩发电城市的制作方法

1.本发明涉及建筑领域，特别涉及一种拱形结构框架、多曲腔墙、发电建筑和多彩发电城市。


背景技术：

2.传统建造工艺与形成工厂化规模制造模式利于技术进步。建筑业是国民经济支柱的重要产业，为国民经济发展建设和民生改善作出了重要贡献，但纵贯全球建筑业，除一、二层木质建筑结构外，普遍存在建筑工业化水平低、建筑全过程耗能严重，成为碳排放领域的碳排大户，其建造工艺没有形成规模制造模式，缺少有效的适合全工业化工业制造的新型建筑体系和新型节能体系，已严重阻碍了全球建筑工业化的发展水平。
3.工厂一体化建造的光伏发电建筑具有研究意义。清洁能源是天然的优质资源，尤其是光伏发电具有先天的取之不尽的优越条件，建筑光伏一体化被提上日程，成为全球发展的目标，经过几十年的研究发展，光伏发电单元（单晶、多晶、薄膜等）其发电性能已研究成熟，光电转换率普遍为18%—25%，技术成熟，发电量巨大。但是光伏应用的载体物却成为当前清洁能源发展的瓶颈，不得已在全球范围内主要应用于草原、沙漠和屋顶外置光伏，具有影响生态、影响市容、结构不安全等因素，而真正的工厂一体化出品的发电建筑成为新的研究目标。目前，最具代表性的是以美国特斯拉为代表的屋顶光伏发电瓦，具有一定的光伏建筑一体化应用的前景和规模，但其仅仅利用了屋顶适合于放瓦的部分，采集光伏面积空间有限；另外光伏幕墙根据其与建筑结合的形式分为bipv和bapv，其中bapv存在光伏组件与建筑附加中的连接牢固、结构合理、施工便捷等问题，bipv则需要涉及到设计合理、经济性好、运营效率高等问题。
4.发电城市利于促进双碳计划的实施。适合建筑与光伏的完美结合，适合全工业化全装配化的建筑光伏一体制造，具有显著保温节能效果的新建筑体系，具有新型城市光伏建筑群的自发电生产模式，势必能够在建筑领域和清洁能源领域加速碳达峰、碳中和的技术产品成为急需。


技术实现要素：

5.为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的。
6.本发明的第一方面在于提供一种拱形柱梁框架，包括单拱形柱梁框架和组合拱形柱梁框架，其特征在于，所述单拱形柱梁框架包括第一竖向持力构件11、第二竖向持力构件12和第三竖向持力构件13，其截面形状均为矩形，还包括横梁21；所述第一竖向持力构件11和第三竖向持力构件13为半拱形柱，两者连接形成拱形柱；所述第二竖向持力构件12为竖向柱，并与拱形柱的拱顶连接形成“m”形；所述横梁21为多个并按层设置，且分别与第一竖向持力构件11、第二竖向持力构件12和第三竖向持力构件13连接，进而形成单拱形柱梁框架。
7.该拱形柱梁框架的另一种结构为，所述组合拱形柱梁框架包括第一竖向持力构件
11、第二竖向持力构件12、第三竖向持力构件13和第四竖向持力构件14，其截面形状均为矩形，还包括第一横梁21、第二横梁22、第三横梁23和第四横梁24，其为多组且每组按层设置；所述第一竖向持力构件11、第三竖向持力构件13和第四竖向持力构件14为半拱形柱，第三竖向持力构件13与第四横梁24连接，第四竖向持力构件14与第三横梁23连接，且第三横梁23与第四横梁24通过第二横梁22连接，并且第三竖向持力构件13和第四竖向持力构件14位于同一侧，进而形成单侧的双半拱形柱，同时第一竖向持力构件11通过第一横梁21与其相对的双半拱形柱的第二横梁22连接，从而形成组合拱形柱；所述第二竖向持力构件12为竖向柱，并与组合拱形柱的拱顶连接形成“m”形，进而形成组合拱形柱梁框架。
8.进一步的，所述单拱形柱梁框架为两组以上并组合，在所述各层横梁2上辐射有板3，从而形成单拱结构柱梁框架；或者，所述组合拱形柱梁框架为两组以上并组合，在所述各层横梁2上辐射有板3，从而形成组合拱结构柱梁框架；或者包含以单拱形柱梁框架和组合拱形柱梁框架所组合的，并在所述各层横梁2上辐射有板3，从而形成混合拱结构柱梁框架。
9.进一步的，所述竖向持力构件1上开设有贯穿横梁2通过的“工”字形通孔，所述横梁2采用工字钢。
10.进一步的，该拱形柱梁框架还包括有纵梁4，该纵梁4与横梁2对应垂直设置并连接；该拱形柱梁框架为现场混凝土浇筑成型。
11.进一步的，所述竖向持力构件1为多节组成，并且每节竖向持力构件1的截面位置设置有用于相邻两节的连接和固定的连接点5。
12.进一步的，该拱形柱梁框架还包括预应力筋6，所述连接点5为开设于每节竖向持力构件1上的第一通孔51，所述预应力筋6贯穿于每节竖向持力构件1上的第一通孔51内，并拉紧固定成为一体的竖向持力构件1。
13.进一步的，所述第一通孔51为两个，所述预应力筋6为两根。
14.进一步的，所述板3为多个单板拼合连接而成，且板3所组成的多个单板分别开设有多个对应的第二横向通孔31和第二纵向通孔32，各通孔贯穿有第二预应力筋7拉紧并成为一体的板3；所述单板的底部与横梁2的连接处开设有多个螺孔33，所述横梁2的顶部两侧与螺孔33对应开设有螺栓孔，该螺栓孔内通过有螺栓34将单板与横梁2紧固；所述横梁2的腰部与竖向持力构件1上“工”字形通孔连接处开设的通孔通过固定销25固定。
15.进一步的，还包括与其连接的若干多曲腔墙8，所述的多曲腔墙8由两层为同向圆弧形或同向折边弧形任一种的曲板，并通过其边缘所设置的密封条连接组成，进而形成具有中空的夹层的多曲腔墙8。
16.本发明的第二方面在于提供一种多曲腔墙8，包括第一曲板81、第二曲板82、外立柱83、内立柱84、固定板85、第一中空腔86和第二中空腔87；所述第一中空腔86由第一曲板81和第二曲板82的边缘通过密封条封装而成；所述第二中空腔87为外侧设置的若干两两相接的多曲腔墙8，且在相接处由设置于固定板85上的外立柱83所固定，同时为内侧相镜像设置的若干两两相接的多曲腔墙8，且在相接处由设置于固定板85上的内立柱84所固定，并且其外侧与其内侧相错出半个多曲腔墙8的位置，从而相互扣接并形成的第二中空腔87；所述外立柱83和内立柱84固定设置于固定板85的上部两侧；所述固定板85固定设置于拱形柱梁框架的前后表面。
17.进一步的，所述多曲腔墙8还包括与第二中空腔87横向截面外形相适应的多个挡
块88，其分别位于固定板85的上表面及下表面，进而使得多曲腔墙8的上下边缘与相应的挡块88牢靠接触并固定；所述外立柱83和内立柱84的内部为中空的腔体；所述第一曲板81和第二曲板82为透光性材料，所述第一中空腔86内或第一曲板81内设置有光伏组件；所述多个多曲腔墙8通过多个固定板85、外立柱83和内立柱84组成为光伏幕墙，进而形成发电建筑。
18.本发明的第三方面在于提供一种发电建筑，其两侧立面墙为上部呈现半弧形尖头的似企鹅站立的形状，所述a边与b边之比范围为1.5—3.5。
19.本发明的第四方面在于提供一种多彩发电城市，所述发电建筑按照阵列式排布成不同形态的建筑群，且发电建筑分别采用不同材料的光伏组件，从而形成多彩发电城市。
20.实施本发明具有以下有益效果：1、拱形结构框架具有良好的承重性和纵向剪切性，而采用矩形截面的竖向持力构件，提高了横向剪切性，其综合受力性能好，更稳定且更可靠；2、竖向持力构件和板为预制式，与工字钢横梁实现了工厂规模化的制造模式，从而在现场进行装配，符合现代化建筑模式；3、多曲腔墙结构的外墙，包括有三种中空腔体，且各处均包含有两层中空层，其保温性能更好，利于节能建筑的实现；4、包含有光伏组件的多曲腔墙结构的外墙，能够实现建筑自发电的功能，利于光伏建筑的实现；5、阵列式设计自发电建筑群，具有丰富的色彩，并且符合双碳的政策导向，为建设清洁能源和环保的城市提供了最佳的策略。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
22.图1：单拱形柱梁框架结构示意图；图2：组合拱形柱梁框架结构示意图；图3：混合拱结构柱梁框架示意图1；图4：混合拱结构柱梁框架示意图2；图5：“工”字形通孔拱形柱梁框架结构示意图；图6：包括纵梁的拱形柱梁框架结构示意图；图7：具有连接点的拱形柱梁框架结构示意图；图8：具有预应力筋的拱形柱梁框架结构示意图；图9：具有两根预应力筋的拱形柱梁框架结构示意图；图10：具有多个单板拼合组成的拱形柱梁框架结构示意图1；图11：具有多个单板拼合组成的拱形柱梁框架结构示意图2；图12：包括多曲腔墙的拱形柱梁框架结构示意图；图13：折边弧形多曲腔墙结构俯视图；
图14：折边弧形多曲腔墙结构立体图1；图15：折边弧形多曲腔墙结构立体图2；图16：多曲腔墙支撑架结构图；图17：圆弧形多曲腔墙结构立体图；图18：发电建筑结构示意图；图19：多彩发电城市结构示意图。
具体实施方式
23.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
24.实施例1：请参阅附图1，一种拱形柱梁框架，包括单拱形柱梁框架和组合拱形柱梁框架，其特征在于，所述单拱形柱梁框架包括第一竖向持力构件11、第二竖向持力构件12和第三竖向持力构件13，其截面形状均为矩形，还包括横梁21；所述第一竖向持力构件11和第三竖向持力构件13为半拱形柱，两者连接形成拱形柱；所述第二竖向持力构件12为竖向柱，并与拱形柱的拱顶连接形成“m”形；所述横梁21为多个并按层设置，且分别与第一竖向持力构件11、第二竖向持力构件12和第三竖向持力构件13连接，进而形成单拱形柱梁框架。
25.实施例2：请参阅附图2，一种拱形柱梁框架的另一种结构为，所述组合拱形柱梁框架包括第一竖向持力构件11、第二竖向持力构件12、第三竖向持力构件13和第四竖向持力构件14，其截面形状均为矩形，还包括第一横梁21、第二横梁22、第三横梁23和第四横梁24，其为多组且每组按层设置；所述第一竖向持力构件11、第三竖向持力构件13和第四竖向持力构件14为半拱形柱，第三竖向持力构件13与第四横梁24连接，第四竖向持力构件14与第三横梁23连接，且第三横梁23与第四横梁24通过第二横梁22连接，并且第三竖向持力构件13和第四竖向持力构件14位于同一侧，进而形成单侧的双半拱形柱，同时第一竖向持力构件11通过第一横梁21与其相对的双半拱形柱的第二横梁22连接，从而形成组合拱形柱；所述第二竖向持力构件12为竖向柱，并与组合拱形柱的拱顶连接形成“m”形，进而形成组合拱形柱梁框架。
26.实施例3：请参阅附图3和4，实施例1与实施例2可以单独实施，也可以组合实施；即所述单拱形柱梁框架为两组以上并组合，在所述各层横梁2上辐射有板3，从而形成单拱结构柱梁框架；或者，所述组合拱形柱梁框架为两组以上并组合，在所述各层横梁2上辐射有板3，从而形成组合拱结构柱梁框架；或者包含以单拱形柱梁框架和组合拱形柱梁框架所组合的，并在所述各层横梁2上辐射有板3，从而形成混合拱结构柱梁框架。
27.在实施例1至3中，拱形结构框架具有良好的承重性和横向抗剪切性，而采用矩形截面的竖向持力构件，当其纵边大于横边时，则能有效的提高纵向抗剪切性，其综合受力性能好，更稳定且更可靠。
28.实施例4：请参阅附图5和11，做为一种优选的实施方式，所述竖向持力构件1上开设有贯穿横梁2通过的“工”字形通孔，所述横梁2采用工字钢；工字钢横梁除了具有更佳的抗弯性能外，其在建筑施工中，减少了混凝土浇筑工序，同时其所占空间变得更小，从而增加了建筑的使用空间。
29.实施例5：请参阅附图6，作为更进一步的实施方式，一种拱形柱梁框架还包括有纵梁4，该纵梁4与横梁2对应垂直设置并连接；该拱形柱梁框架为现场混凝土浇筑成型；在该拱形柱梁框架中增加纵梁4，使得其纵向抗剪切性进一步的增加，结合横向拱形结构框架，具有更良好的综合力学性能。
30.实施例6：请参阅附图7，做为一种优选的实施方式，所述竖向持力构件1为多节组成，并且每节竖向持力构件1的截面位置设置有用于相邻两节的连接和固定的连接点5；将竖向持力构件1分成多节，可以实现工厂规模化的制造模式，提前预制以减少现场施工量，并且缩短了建筑建造周期。
31.实施例7：请参阅附图8，做为一种优选的实施方式，一种拱形柱梁框架还包括预应力筋6，所述连接点5为开设于每节竖向持力构件1上的第一通孔51，所述预应力筋6贯穿于每节竖向持力构件1上的第一通孔51内，并拉紧固定成为一体的竖向持力构件1；预应力筋6的使用，使得组合而成的竖向持力构件1具有预应力，因而其力学性能得到提升。
32.实施例8：请参阅附图9，作为更进一步的实施方式，所述第一通孔51为两个，所述预应力筋6为两根。两根预应力筋6的使用，使得组合而成的竖向持力构件1力学性能最佳，稳定性更好。
33.实施例9：请参阅附图10和11，做为一种优选的实施方式，所述板3为多个单板拼合连接而成，且板3所组成的多个单板分别开设有多个对应的第二横向通孔31和第二纵向通孔32，各通孔贯穿有第二预应力筋7拉紧并成为一体的板3；所述单板的底部与横梁2的连接处开设有多个螺孔33，所述横梁2的顶部两侧与螺孔33对应开设有螺栓孔，该螺栓孔内通过有螺栓34将单板与横梁2紧固；所述横梁2的腰部与竖向持力构件1上“工”字形通孔连接处开设的通孔通过固定销25固定。
34.多个单板拼合式的板3设计，可以实现工厂规模化的制造模式，提前预制以减少现场施工量，并且缩短了建筑建造周期。
35.实施例10：请参阅附图12、14和17，作为更进一步的实施方式，一种拱形柱梁框架还包括与其连接的若干多曲腔墙8，所述的多曲腔墙8由两层为同向圆弧形或同向折边弧形任一种的曲板，并通过其边缘所设置的密封条连接组成，进而形成具有中空的夹层的多曲腔墙8，具有保温效果。
36.实施例11：
请参阅附图13
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15，一种多曲腔墙8包括第一曲板81、第二曲板82、外立柱83、内立柱84、固定板85、第一中空腔86和第二中空腔87；所述第一中空腔86由第一曲板81和第二曲板82的边缘通过密封条封装而成；所述第二中空腔87为外侧设置的若干两两相接的多曲腔墙8，且在相接处由设置于固定板85上的外立柱83所固定，同时为内侧相镜像设置的若干两两相接的多曲腔墙8，且在相接处由设置于固定板85上的内立柱84所固定，并且其外侧与其内侧相错出半个多曲腔墙8的位置，从而相互扣接并形成的第二中空腔87；所述外立柱83和内立柱84固定设置于固定板85的上部两侧；所述固定板85固定设置于拱形柱梁框架的前后表面。
37.第一中空腔86和第二中空腔87两种中空腔体的结构，使得绝大部分墙面均包含有两层中空层，其保温性能更好，利于节能建筑的实现。
38.实施例12：请参阅附图15
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17，作为更进一步的实施方式，所述外立柱83和内立柱84的内部为中空的腔体；由于两两相接的多曲腔墙8的相接处，是保温层的薄弱位置，通过外立柱83和内立柱84的中空腔体的设计，在相接处增加一中空层，进一步避免了室内外热量过快的交换；所述多曲腔墙8还包括与第二中空腔87横向截面外形相适应的多个挡块88，其分别位于固定板85的上表面及下表面，进而使得多曲腔墙8的上下边缘与相应的挡块88牢靠接触并固定；因此，增加了中空层，且增强了保温效果；所述第一曲板81和第二曲板82的材料具有良好的透光性能，所述第一中空腔86内或第一曲板81内设置有光伏组件；所述多个多曲腔墙8通过多个固定板85、外立柱83和内立柱84组成为光伏幕墙，进而形成发电建筑。
39.实施例13：请参阅附图18，做为一种优选的实施方式，该发电建筑的两侧立面墙为上部呈现半弧形尖头的似企鹅站立的形状，所述a边与b边之比范围为1.5—3.5。
40.企鹅站立形状的发电建筑，即丰富了建筑外形的形态，包含有光伏组件的多曲腔墙结构的外墙，能够实现建筑自发电的功能，利于光伏建筑的实现。
41.实施例14：请参阅附图19，所述发电建筑按照阵列式排布成不同形态的建筑群，且发电建筑分别采用不同材料的光伏组件，从而形成多彩发电城市。
42.阵列式设计自发电建筑群，具有丰富的色彩，并且符合双碳的政策导向，为建设清洁能源和环保的城市提供了最佳的策略。
43.由于本发明形成的发电建筑，其全装配化全工业化，具有显著节能保温和光伏发电的特点，使得该发电建筑具有显著节能、高度密闭、高效发电，其特殊的迎太阳光面的受照面最大化的发电住宅成为最高效率的单位体积发电建筑。
44.经测算，在发电建筑的a边与b边之比范围为1.5—3.5时，例如，位于7层含有3个单元，能容纳42户，其建筑尺寸数据假设为，住宅宽度为16米，三个单元总长度则为60米，每户建筑面积150平米，迎太阳光面斜曲面长度33米，则推定迎太阳光面斜曲面面积为1980平米，宅户分摊为47平米，每户预留采光面积10平米，光伏面积37平米（光伏部分弱透光），按2021年平均面积光伏容量为150w/平米，则宅户均光伏发电装机可达5kw，该发电住宅装机210kw，由此可见，该发电建筑将成为目前最高效率的光伏建筑一体化应用。
45.由该发电建筑阵列复制形成的发电城市，假设一城市制造10万栋该发电住宅，则
形成2100万kw装机容量，相当于一个中国三峡规模（中国三峡装机容量2200万kw）。
46.该发明在建筑体系创新、建筑制造工艺改进、建筑保温节能、建筑光伏一体化、发电城市构成上具有显著积极地贡献，是城市更新和城市清洁能源利用的最好手段，使城市大规模清洁能源的实施成为可能，将对应对全球气候变暖具有积极的贡献。
47.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。