一种无筋自由砌体构造方法

1.本发明属于拱形结构建模及优化技术领域，具体涉及一种无筋自由砌体构造方法。


背景技术：

2.无筋自由砌体是一种曲面的薄壁结构，主要承受垂直于曲面的荷载，并主要以曲面的内力而不是弯矩来抵抗外荷载，其特点是在不使用任何筋梁的情况下，只使用砖块的堆砌形成自由曲面的穹顶结构，该结构除了具有重量轻、强度高、结构合理等特点，还兼具有良好的艺术观感的优点。
3.但无筋自由砌体的设计和建造均对无筋自由砌体本身结构的要求较高，既要保证无筋自由砌体本身的结构具有足够高的支撑强度，又要保证良好的艺术观感，这就对无筋自由砌体的构造方法提出了全新的要求。


技术实现要素：

4.本发明意在提供一种无筋自由砌体构造方法，既要保证无筋自由砌体本身的结构具有足够高的支撑强度，又要保证良好的艺术观感。
5.为了达到上述目的，本发明的方案为：一种无筋自由砌体构造方法，包括以下步骤：
6.s1：采用泥模手工造型；
7.s2：在泥模手工造型时，在泥模下方支撑内支结构，内支结构采用经线板和纬线板交叉而成的立体网格结构；
8.s3：对泥模和内支结构进行修型，并拆除内支结构；
9.s4：扫描泥模进行形态提取，将提取的泥模的外形数据导入到bim软件中，构建无筋自由砌体的三维模型，并进行结构优化分析，得到优化后的无筋自由砌体模型；
10.s5：根据优化后的无筋自由砌体模型调整内支结构的顶面的曲线，使立体网格结构的顶面曲线与无筋自由砌体模型内表面的曲线相匹配；
11.s6：按比例放大并裁切出经线板和纬线板，再组合成放大的内支结构，在内支结构的顶面堆砌砖块形成无筋自由砌体。
12.本方案的工作原理及有益效果在于：通过泥模手工造型，能够更自由地塑造任何曲面的无筋自由砌体模型，保证整个造型的美观性，而又方便随时进行调整。整个自由砌体结构无需使用筋梁。由于无筋自由砌体的模型壁厚较薄，泥模的强度可能不足以支撑起其穹顶结构顶部的自重而存在坍塌的可能或者形变，因此在模型的内部下方，通过立体网络结构状的内支结构，将整个模型支撑稳固，而且在经过bim优化后，经过匹配顶部曲线后的内支结构被等比例放大后，即可用作无筋自由砌体实际施工建造时所需的支撑模具，即可在其顶面堆砌砖块，从而完全再现泥模造型时设计的自然曲面，保证了艺术观感，成型后的无筋自由砌体也具有足够高的支撑强度。
13.可选地，s6中堆砌砖块时砖块与砖块之间采用高延性混凝土粘接。
14.可选地，无筋自由砌体采用由内到外的多层结构。
15.多层结构的无筋自由砌体结构强度更高。
16.可选地，s5中根据优化后的无筋自由砌体模型调整内支结构的顶面的曲线的方法是在bim软件中将优化后的无筋自由砌体模型对应经线板和纬线板分布的方向切片，得到模型的截面图形，将横截面图形的内侧边缘线作为内支结构的顶面的曲线。
17.采用上述方法，能够精确地将优化后的无筋自由砌体模型的顶面的曲线复制到内支结构的顶面上，从而精确再现无筋自由砌体。
18.可选地，内支结构包括框架，框架顶面上设有造型平台，造型平台上开有若干与经线板和纬线板相配合的板槽，经线板和纬线板滑动连接在板槽中。
19.通过泥模手工造型时，需要时不时调整造型，因此内支结构也需要随之调整。这样的设置，就方便调整内支结构。
20.可选地，板槽为通槽，经线板和纬线板均与通槽过渡配合或者过盈配合。
21.内支结构在调整后，也需要被锁定位置以防止其移动。通过板与槽之间的非间隙配合关系，避免经线板和纬线板下坠，将经线板和纬线板卡紧在造型平台上，而且也便于进行调整。
22.可选地，经线板和纬线板上沿竖直方向均开有不小于高度一半的卡槽，经线板与纬线板通过卡槽两两相互交叉卡接。
23.方便经线板与纬线板之间的相互卡接，也方便进行上下调整。
24.可选地，经线板和纬线板均呈矩形，经线板和纬线板交叉呈十字形，s5中将横截面图形的内侧边缘线转印到经线板或者纬线板上后，沿转印的线将经线板或者纬线板裁切，裁切时保留裁切口长度的0.05～0.2倍不切断作为连接部。
25.裁切时留一部分连接部，避免经线板或者纬线板上需要被裁切的部分被完全裁掉，而是通过连接部连接到剩下的经线板或者纬线板上，然后通过连接部将需要被裁切的部分相对于剩下的部分弯折，需要被裁切的部分被顶在剩下的部分，利用需要被裁切的部分支撑到泥模的内表面上，从而对泥模更好地支撑。在需要等比例放大时，再从连接部裁断即可。
26.可选地，s2中经线板和纬线板均为纸板。
27.纸板造价地，而且便于弯折。
28.可选地，s2中经线板和纬线板均为双层结构。
29.双层结构的纸板，可以在连接部弯折后向两侧分开，两边各一层，以便于更好地支撑泥模。
附图说明
30.图1为本发明实施例中无筋自由砌体的泥模；
31.图2为本发明实施例中内支结构的结构示意图；
32.图3为本发明实施例中未弯折的经线板；
33.图4为本发明实施例中弯折后的经线板。
具体实施方式
34.下面通过具体实施方式进一步详细说明：
35.说明书附图中的标记包括：泥模1、框架2、造型平台3、板槽4、经线板5、裁切线501、连接部502、卡槽503、纬线板6。
36.实施例
37.一种无筋自由砌体构造方法，包括以下步骤：
38.s1：采用泥模1手工造型，泥模1基本如附图1所示；
39.s2：在泥模1手工造型时，在泥模1下方支撑内支结构，内支结构如附图2所示，内支结构包括矩形框式的框架2和由双层硬纸板制作而成的、长条状矩形的经线板5和纬线板6，经线板5和纬线板6均为长度20cm，宽度5cm，厚度0.4cm，框架2顶面上设有造型平台3，造型平台3为木板，泥模1位于造型平台3上，造型平台3上开有若干与经线板5和纬线板6相配合的板槽4，板槽4为通槽，板槽4也两两十字交叉。经线板5和纬线板6在板槽4的长度方向上均相对于板槽4过盈，经线板5和纬线板6滑动连接在板槽4中，经线板5和纬线板6上沿竖直方向均开有不小于高度一半的卡槽503，经线板5与纬线板6通过卡槽503两两相互交叉卡接，并交叉呈十字形；
40.s3：对泥模1和内支结构进行修型，并拆除内支结构；
41.s4：扫描泥模1进行形态提取，提取点阵坐标数据，将提取的泥模1的外形数据导入到rhinoceros建立三维立体模型，并进行结构优化分析，得到优化后的无筋自由砌体模型；
42.s5：根据优化后的无筋自由砌体模型调整内支结构的顶面的曲线，即在bim软件中将优化后的无筋自由砌体模型对应经线板5和纬线板6分布的方向切片，得到模型的截面图形，将横截面图形的内侧边缘线作为内支结构的顶面的曲线，使立体网格结构的顶面曲线与无筋自由砌体模型内表面的曲线相匹配；将横截面图形的内侧边缘线转印到经线板5上后，形成裁切线501，如附图3所示，沿裁切线501将经线板5裁切，裁切时保留裁切口长度的0.1倍(即0.5cm)不切断作为连接部502，如附图4所示；纬线板6的裁切也与经线板5的相同。
43.s6：按20:1放大并裁切出经线板5和纬线板6，再组合成放大的内支结构，在内支结构的顶面堆砌砖块形成无筋自由砌体，砖块与砖块之间采用高延性混凝土粘接，并且将无筋自由砌体砌成由内到外的三层结构。
44.本实施例中，不但能够更自由地塑造任何曲面的无筋自由砌体模型，保证整个造型的美观性，还能够通过内支结构，根据造型的需要，随时调整其对泥模1的支撑，让设计师能够更自由地发挥，而且借助bim技术优化模型后，能够将内支结构直接等比例放大后转化为无筋自由砌体实际施工建造时所需的支撑模具，即可在其顶面堆砌砖块，从而完全再现泥模1造型时设计的自然曲面，保证了艺术观感，成型后的无筋自由砌体也具有足够高的支撑强度。
45.以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和本发明的实用性。说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。