用3D打印机建造房屋:从结构设计师的角度来看又有哪些难点?
土木/建筑
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2021-01-15 05:34 更新 u47 •  320
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3D打印机的问世,人们就期望“可能有一天我们可以打印出房子”。这已经成为现实,国外有很多例子。 木工和水泥工等建筑工人的数量正在稳步减少,但是3D打印机可能是解决劳动力短缺的关键。平民百姓将非常感激他们能够以低价购买高质量的房屋。 但是,实现它似乎需要一些时间。可能有多种原因,但是我将主要从结构设计者的角度考虑它。 从制作模型开始 我认为有些主要的设计部门现在不使用3D打印机。 建筑和3D打印机是一个很好的组合。但是,与其让他们直接建造建筑物,不如让他们制作“模型”。 仅通过查看二维图纸就可以想到三维空间的客户并不多。无论在二维上绘制透视图多么现实,它都不能是三维的。 这就是建筑模型的用武之地。毕竟,三维模型将适合于表达三维建筑物。对客户的理解程度完全不同。 但是,与工程图不同,制作模型可能是一项艰巨的任务。员工无法处理,因此建筑系的学生经常兼职制作模型。 随着3D打印机的出现,这已经发生了很大的变化。过去曾经花费大量金钱和时间的建模现在变得更便宜,更快,更容易。 可以说,仅此一项就对建筑业产生了相当大的影响。 印刷房屋的时代 有各种类型的3D打印机。目前大多正在使用树脂,金属和其他各种材料。 在这种情况下,混凝土材料对建筑的亲和力最高。在固化之前,它具有介于固体和液体之间的钝性,适合于形成自由形式。 另外,混凝土在国内外的建筑中被广泛使用。因此,容易获得且廉价。作为3D打印机的材料,它将继续发挥主导作用。 从喷嘴尖端排出的混凝土很薄且分层,形成了壁和柱。因此表面不是很光滑,但是不会影响性能。 毕竟,建筑物比典型的工业产品还要大。因此,存在各种类型的3D打印机,例如使用长臂的打印机和自行驱动的3D打印机。 当然,只有结构可以自动完成,并且设备的内部和外部必须由人来完成。与杯子和齿轮之类的东西不同,建筑物具有许多功能。 但是,尽管它只是一个结构,但它比人类要快得多,更准确。实际上,俄罗斯,中国和其他国家已经开始建造建筑物。 合并加固 混凝土广泛用于建筑中。但是,不能仅将混凝土用于建筑物。 加固混凝土的“钢筋”是必不可少的。只有将两者适当地结合起来制成“钢筋混凝土”,它才能成为符合《建筑标准法》的材料。 我很了解钢筋混凝土结构。由于排出混凝土的装置还不够,因此还需要弹出钢筋的装置。但是,这很烦人。 钢筋必须垂直和水平安装。当一个接一个地堆叠薄层时,水平钢筋仅放置在其顶部,但是很难固定垂直钢筋。 对于圆柱和梁,还必须将钢筋缠绕在钢筋周围。支柱和梁连接的部分已经充满了钢筋并且很杂乱。必须需要一些时间才能布置钢筋。 抗震能力是否足够? 您可能会听到诸如“在地震多发的地方,3D打印机无法建造足够强度的建筑物”之类的说法。 当然,即使在其他国家和地区也无法避免的话题。使用3D打印机是否有可能确保足够的抗震性? 从结论来看,我认为如果与房子的大小有关并没有特殊问题。关于高层和高层,那就是一个不同的问题了,但是如果它是一层楼或两层楼,则可以。 当然有法律约束。没有钢筋的混凝土建筑是不允许的。 直到混凝土破裂,钢筋才有效。如果建筑物很小,则可以对其进行设计,使其不会因地震而破裂。 此外,用于3D打印机的混凝土含水量很低,因此喷射后可以立即保持其形状。更少的水会使混凝土更坚固,因此它可能比人类建造的更坚固。 3D打印机的特征之一是,它们可以处理非常复杂且不可能由人制造的特殊形状。实际上,即使是扭曲的圆柱和弯曲的墙也可以轻松构建。 但是,有些形状使3D打印机无法用于建筑。 建筑物的“地板”是水平的。支撑地板的“横梁”也是水平的。它是一个简单的形状,只是一个直线表面或直线,但是却很难完成。 原因很简单:存在引力。形状释放后,无论您能保持什么形状,都不能漂浮在空中。 使用当前从底部构建的构建方法,如果没有一些独创性,就无法解决它。如果有水平构件,则需要一个底座来临时固定它。 从发布的视频来看,似乎许多地板是分开制作的。如果是拱形的,则可以建造屋顶,但是设计和使用将受到限制。 3D打印机是梦想中的技术,但仍然存在挑战。我认为,要使建筑完全自动化,就需要结构设计师的智慧。 参考: 3Dプリンタによる家づくり:構造設計者の目から見た課題

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