[发明专利]一种基于拓扑优化的装配式镂空建筑免拆模模板及其制备方法

说明书

本发明提出一种基于拓扑优化的装配式镂空建筑免拆模模板及其制备方法，包括建模、受力分析、迭代优化、生成3D打印模板模型、3D打印步骤，本发明通过拓扑优化得到镂空形状，该镂空结构是经过模拟承受力之后力学分析得到的，与实心建筑构件的承载能力相同，大量节省混凝土材料；还通过3D打印免拆模模板，无需设计打印支撑，打印产品的复杂程度不影响制作时间及制作质量，打印成品经过简单后处理，材料强度可大幅提高，可直接打印出建筑镂空构件内部中空形状，按照传统混凝土浇筑的方式将水泥浆以类似人类骨髓的形式灌入模板内部中空段，在保证构件承载力的前提下，节省大量混凝土材料。

技术领域

本发明涉及3D打印建筑构件技术领域，尤其涉及一种基于拓扑优化的装配式镂空建筑免拆模模板及其制备方法。

背景技术

随着国家高速发展，国内基建行业对混凝土的需求量十分巨大，有统计称我国每年消耗混凝土总量达100亿吨左右。然而随着高消耗，也带来了极大的环境污染，随着国家节能减排的相关环境要求越来越高，对材料的节约成为制约建筑业环保的一大因素。

现有技术中对装配式建筑构件主要采用的生产方式是采用常规平面模板来搭建构件空腔，然后浇筑，这种方式生产出来的构件为实心结构，原材料需要量非常大，而且还需要拆模，将外部平面模板拆除，费时费工，且人工搭建平面模板只能生产结构简单规则的构件，严重限制多元化生产。

发明内容

有必要提出一种基于拓扑优化的装配式镂空建筑免拆模模板。

还有必要提出一种基于拓扑优化的装配式镂空建筑免拆模模板制备方法。

一种基于拓扑优化的装配式镂空建筑免拆模模板，包括若干装配面、及连接于装配面之间的3D打印异形镂空模型，在3D打印异形镂空模型内部预设浇筑水泥浆的空腔。

一种基于拓扑优化的装配式镂空建筑免拆模模板制备方法，包括以下步骤：

建模：利用相关BIM软件，依据装配式建筑构件建立装配式建筑BIM模型；

受力分析：依据装配式建筑构件的使用状态和受力情况设定力学参数；

迭代优化：将装配式建筑BIM模型模拟施加上述力学参数后，利用ABAQUS软件，对装配式建筑BIM模型进行载力情况下的拓扑优化迭代分析，生成建筑构件拓扑优化镂空3D模型原型；

生成3D打印模板模型：按构件尺寸差异，以建筑构件3D模型原型的外壁尺寸为基准向外拉伸3~5mm，形成建筑模板3D打印模型，所述建筑模板3D打印模型的内壁尺寸为建筑构件3D模型原型的外壁尺寸，建筑模板3D打印模型的外壁尺寸为建筑构件3D模型原型的外壁向外拉伸3~5mm的尺寸；

3D打印：导出建筑模板3D打印模型文件，使用3D打印机对建筑模板3D打印模型进行打印，打印后，在建筑模板3D打印模型内部形成与拓扑优化镂空建筑构件3D模型原型形状相同的空壳，即为浇筑水泥浆的镂空建筑免拆模模板。

优选的，所述3D打印材料为石英砂，粘接剂为呋喃树脂。

优选的，在“建模”步骤中，还包括设计构件装配接口的步骤。

本发明中，通过拓扑优化得到镂空形状，该镂空结构是经过模拟承受力之后力学分析得到的，与实心建筑构件的承载能力相同，大量节省混凝土材料；

另外，通过3D打印免拆模模板，无需设计打印支撑，打印产品的复杂程度不影响制作时间及制作质量，打印成品经过简单后处理，材料强度可大幅提高，可直接打印出建筑镂空构件内部中空形状，按照传统混凝土浇筑的方式将水泥浆以类似人类骨髓的形式灌入模板内部中空段，在保证构件承载力的前提下，节省大量混凝土材料。

附图说明

图1为装配式建筑构件10的结构示意图。