一种节能环保的防撞专用建筑 |
|||||||
| 申请号 | CN202410222477.8 | 申请日 | 2024-01-05 | 公开(公告)号 | CN118029739A | 公开(公告)日 | 2024-05-14 |
| 申请人 | 哈尔滨工业大学(深圳)(哈尔滨工业大学深圳科技创新研究院); | 发明人 | 林坤; 魏昕楠; 刘红军; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种节能环保的防撞专用建筑，涉及专用 建筑物 领域，包括承重墙结构和设置在承重墙结构顶部的遮蔽结构，还包括 热能 循环调节系统和设置在承重墙结构内部的防撞抗震系统；热能循环调节系统与承重墙结构内空间或所述防撞抗震系统内空间连通；热能循环调节系统包括第一热循环管、第二热循环管和导热循环管，第一热循环管的一开口端设置在承重墙结构与遮蔽结构之间，另一开口端与所述第二热循环管连通，所述第二热循环管与所述导热循环管的上端连通，所述导热循环管下端延伸至承重墙结构内空间或所述防撞抗震系统内空间。本发明降低了浇筑过程中的资源消耗，降低了建筑物的建造成本和能耗及使用中的能耗，也提升了建筑抗冲击和抗震性能。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种节能环保的防撞专用建筑，包括承重墙结构(1)和设置在承重墙结构(1)顶部的遮蔽结构(2)，其特征在于，还包括热能循环调节系统(3)和设置在承重墙结构(1)内部的防撞抗震系统；所述热能循环调节系统(3)与承重墙结构(1)内空间或所述防撞抗震系统内空间连通； |
||||||
| 说明书全文 | 一种节能环保的防撞专用建筑技术领域背景技术[0002] 防撞专用建筑通常适用于治安、门岗/亭、室外机房、施工防护等功能性专用建筑，这类功能性专用建筑一般分为临时或半永久建筑。 [0003] 相对于居民住宅，设置在人流或车流密集场地中的专门用途的建筑，不仅要求就有良好的防撞抗震性能，必要时，还要在尽可能节能环保的情况下提升舒适性。 [0004] 目前，此类专用建筑主体防撞等性能不足，还需进一步增设防撞功能性结构，这大大增加了专用建筑的使用成本。半永久建筑主要以钢筋、混凝土等材料建造，尤其是墙体。传统的钢筋混凝土墙体在服役的过程中往往伴随着大量的能源消耗，建造混凝土墙体时需使用大量的混凝土，运输、浇筑过程不可避免会造成资源浪费，混凝土用量大；半永久建筑使用后还会面临拆除问题，而钢筋混凝土用量过大也会使拆除难度变大。 [0005] 如ZL202022737749.8公开的一种防撞性能好的治安岗亭，在原有治安岗亭的基础上，在墙体外增设滚筒、缓冲机构以及缓冲座等防撞构件。及，ZL201710305103.2公开的一种防撞岗亭，在承重墙外铺设波形缓冲板，以解决岗亭没有专门的防撞结构的问题。在建筑外额外增加防撞结构，不仅会占用不必要的空间，还会带来维护和使用成本的提升。 [0006] 如ZL202010793507.2公开的一种预制防撞墙与围挡体系，其防撞墙采用钢筋混凝土结构，混凝土用量大。因此，该类专用建筑需要兼顾防撞与节能环保的要求，重新进行设计。 发明内容[0007] 本发明的目的在于提供一种节能环保的防撞专用建筑，它解决了现有建筑建造能耗高，使用不环保和碰撞防护性差的技术问题。 [0008] 本发明提供了下述方案：本发明记载一种节能环保的防撞专用建筑，包括承重墙结构和设置在承重墙结构顶部的遮蔽结构，还包括热能循环调节系统和设置在承重墙结构内部的防撞抗震系统；所述热能循环调节系统与承重墙结构内空间或所述防撞抗震系统内空间连通； [0009] 所述热能循环调节系统包括第一热循环管、第二热循环管和导热循环管，所述第一热循环管的一开口端设置在承重墙结构与遮蔽结构之间，另一开口端与所述第二热循环管连通，所述第二热循环管与所述导热循环管的上端连通，所述导热循环管下端延伸至承重墙结构内空间或所述防撞抗震系统内空间； [0010] 所述第二热循环管环绕承重墙结构。 [0011] 所述承重墙结构包括墙主体和多个沿墙体承重方向设置的多个支撑墙，所述多个支撑墙间隔并行排布，将所述墙主体内空间分割多个容纳腔；所述防撞抗震系统设置在容纳腔中。 [0012] 所述防撞抗震系统包括第一防撞模组和/或第二防撞模组； [0013] 所述第一防撞模组包括第一夹芯板和设置在第一夹芯板之间的隔板，所述第一夹芯板紧贴墙主体和支撑墙的内壁，并围绕成封闭空间；所述隔板呈M字形结构，将所述封闭空间分割成不连续的三角区域；靠近防撞建筑内部的三角区域填充泡沫结构，背离防撞建筑内部的三角区域填充剪切增稠液； [0014] 所述第二防撞模组包括第二夹芯板和设置在第二夹芯板之间的弹簧形点阵单元；所述弹簧形点阵单元包括空管弹簧和设置在空管弹簧两端处的弹簧固定结构，所述弹簧固定结构紧贴第二夹芯板内侧壁；所述空管弹簧内填充剪切增稠液，优选的是，所述剪切增稠液填充空管弹簧内一半的空间。 [0015] 优选的，所述第一防撞模组和第二防撞模组间隔设置在容纳腔内；所述空管弹簧的形变方向与所述墙体承重方向垂直。 [0016] 所述导热循环管延伸至所述墙主体内，设置在靠近所述第一防撞模组中剪切增稠液的一侧。 [0017] 所述导热循环管延伸至所述第一夹芯板内，所述第一夹芯板竖向设置在背离泡沫结构的一侧。 [0018] 所述导热循环管与第二夹芯板围绕的空间连通，所述导热循环管的下端设置在弹簧形点阵单元的上方。 [0019] 所述遮蔽结构包括支撑梁和设置在支撑梁上部的遮蔽檐，所述支撑梁固定在所述墙主体的顶部； [0020] 所述墙主体的顶部不低于遮蔽檐的最下沿；所述支撑梁、墙主体和遮蔽檐围绕成与外部连通的遮蔽空间，所述第一热循环管的上开口端与所述遮蔽空间连通。 [0021] 所述热能循环调节系统还包括设置在墙主体顶部的循环调节件，所述循环调节件盖合在所述第一热循环管的上开口端，调节所述第一热循环管与外部空间连通的开闭大小。 [0023] 本发明与现有技术相比具有以下的优点：本发明专用建筑的墙体采用防撞夹心结构和热能循环调节系统，使结构整体质量减轻，降低了浇筑过程中的资源消耗，这样就降低了建筑物的建造成本和能耗，可使墙体的混凝土用量减少了1/2；另一方面，设置的热能循环调节系统利用空气散热原理，不消耗额外的能源也能改善建筑墙体热循环效果，配合防撞的设计，降低了建筑使用中的能耗，也提升了建筑抗冲击和抗震性能。附图说明 [0024] 为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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。 [0025] 图1为本发明节能环保的防撞专用建筑一个实施例的结构示意图。 [0026] 图2为图1所示实施例的结构主视图。 [0027] 图3为图2中A处的结构放大图。 [0028] 图4为图3中另一实施例的结构示意图。 [0029] 图5为图1所示实施例的结构侧视图。 [0030] 图6为图5中B处的结构放大图。 [0031] 图7为本发明承重墙结构第一个实施例的结构示意图。 [0032] 图8为本发明第一防撞模组第一个实施例的结构示意图。 [0033] 图9为图7所示实施例的结构剖面图。 [0034] 图10为本发明承重墙结构第二个实施例的结构示意图。 [0035] 图11为图10所示实施例的结构剖面图。 [0036] 图12为本发明第二防撞模组一个实施例的结构示意图。 [0037] 图13为含有第二防撞模组的承重墙结构的结构剖面图。 [0038] 图14为本发明空管弹簧一个实施例的结构示意图。 [0039] 图15为本发明弹簧固定结构一个实施例的结构示意图。 [0040] 在图中 [0041] 1、承重墙结构101、墙主体102、支撑墙103、容纳腔 [0042] 2、遮蔽结构201、支撑梁202、遮蔽檐 [0043] 3、热能循环调节系统301、第一热循环管302、第二热循环管303、循环调节件304、导热循环管 [0044] 401、第一防撞模组4011、第一夹芯板4012、剪切增稠液4013、泡沫结构4014、隔板[0045] 402、第二防撞模组4021、第二夹芯板4022、弹簧形点阵单元4023、弹簧固定结构。 具体实施方式[0046] 在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。 [0047] 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。 [0048] 实施例一 [0049] 本发明公开一种节能环保的防撞专用建筑，可广泛应有于室外岗亭哨所等专用建筑，它包括承重墙结构1和设置在承重墙结构1顶部的遮蔽结构2，还包括热能循环调节系统3和设置在承重墙结构1内部的防撞抗震系统；所述热能循环调节系统3与承重墙结构1内空间连通；如图1‑6所示，及如图10和11所示。本发明采用承重墙结构1与防撞抗震系统夹心结构，将防撞抗震系统设置在承重墙结构1内，即减少了承重墙钢筋混凝土的用量，降低了建造能耗，也提升了墙体的防撞防冲击性能。所述防撞抗震系统至少应铺设在承重墙结构1容易被碰触的中下部。 [0050] 本发明的热能循环调节系统3在不增加能耗的基础上，通过空气动力学主动对建筑热循环效果进行调节；其中，所述热能循环调节系统3包括第一热循环管301、第二热循环管302和导热循环管304，所述第一热循环管301的一开口端设置在承重墙结构1与遮蔽结构2之间，另一开口端与所述第二热循环管302连通，所述第二热循环管302与所述导热循环管 304的上端连通，所述导热循环管304下端延伸至承重墙结构1内空间；所述第二热循环管 302环绕承重墙结构1。 [0051] 如图2‑6所示的结构，所述导热循环管304沿墙体竖向铺设在靠近外侧的墙体内，导热循环管304下端延伸至承重墙结构1内空间，一方面这种沿墙体称重方向设置的圆形或方向管体，并不会破坏墙体承重结构，还会减少混凝土用量；另一方面，因遮蔽结构2的存在，会使得第一热循环管301的一开口端的温度低，而墙体外立面受热先传导到导热循环管304中的空气中，当导热循环管304中空气温度高于第一热循环管301的上端开口处温度，利用空气冷热循环，可以使第一热循环管301内热空气经第二热循环管302汇集，最后经第一热循环管301的上端开口向外散热。 [0052] 其中的第二热循环管302环绕承重墙结构1，并靠近顶部的遮蔽结构2，虽然为横向排布，但由于遮蔽结构2重量有限，并不会对承重墙结构1的承重力分布造成影响。 [0054] 相对于传统的铺设加热设备或太阳能设备，结构更简单，除被动调节外，还可以增加少量的热循环控制件进行主动调节，例如在墙主体101顶部的设置循环调节件303，如图3和图6所示，所述循环调节件303盖合在所述第一热循环管301的上开口端，调节所述第一热循环管301与外部空间连通的开闭大小。所述循环调节件303可以盖合在第一热循环管301的上开口端的开闭板或塞或阀；根据建筑当地环境及建筑使用要求，控制循环调节件303的动作，调节第一热循环管301与外部空间连通的开闭大小，如，当夏季时，阳光照射部分的墙体受热速度快，可以把阳面的第一热循环管301与外部空间连通开到最大，而阴面相比外部环境升温速度慢，可以适当减少或关闭该面的第一热循环管301与外部空间连通的开合度。 [0055] 本发明结构简单，显著提升建筑使用中的节能环保效果，不消耗额外的能源。从建筑的建造到使用做到了节能减排。 [0056] 实施例二 [0057] 本发明公开一种节能环保的防撞专用建筑，它包括承重墙结构1和设置在承重墙结构1顶部的遮蔽结构2，还包括热能循环调节系统3和设置在承重墙结构1内部的防撞抗震系统；所述热能循环调节系统3与所述防撞抗震系统内空间连通，如图8和9所示，12‑15所示。相对于实施例一，该方案将热能循环调节系统3与防撞抗震系统结构融合利用到承重墙结构1内，利用了防撞抗震系统的空间，结构更简单，也利于维护。 [0058] 具体的，所述热能循环调节系统3包括第一热循环管301、第二热循环管302和导热循环管304，所述第一热循环管301的一开口端设置在承重墙结构1与遮蔽结构2之间，另一开口端与所述第二热循环管302连通，所述第二热循环管302与所述导热循环管304的上端连通，所述导热循环管304下端延伸至所述防撞抗震系统内空间；所述第二热循环管302环绕承重墙结构1。在该实施例中，所述位于承重墙结构1内端的防撞抗震系统与导热循环管304连通，可以是导热循环管304沿着防撞抗震系统靠近墙体外一侧空间延伸，如图8和图9所示；也可以是在防撞抗震系统具有容纳空间时，直接与该容纳空间连通，如图12和图13所示。 [0059] 该建筑结构设计，能有效利用防撞抗震系统内空间，在不影响墙体防撞效果的情况下，更易于建造和维护，其改善建筑热循环性能的原理与效果如实施例一。 [0060] 实施例三 [0061] 为进一步提升承重墙结构1支撑与防撞性能，如图7所示，所述承重墙结构1包括墙主体101和多个沿墙体承重方向设置的多个支撑墙102，所述多个支撑墙102间隔并行排布，将所述墙主体101内空间分割多个容纳腔103；所述防撞抗震系统设置在容纳腔103中。 [0062] 所述防撞抗震系统包括第一防撞模组401和/或第二防撞模组402； [0063] 当包含第一防撞模组401和第二防撞模组402这两种模组时，承重墙结构1包含两种承重墙，第一种承重墙中所述第一防撞模组401和第二防撞模组402间隔设置在容纳腔103内，用于建造建筑物的前后承重墙，第二种承重墙中填充第二防撞模组402，此时的导热循环管304直接与连通第二防撞模组402内空间连通，第二种承重墙与第一热循环管301位置对应的设置，用于建筑两侧承重墙的建造。该结构易于侧墙的施工，在不改变原有防撞建筑占用空间的情况下，提升建筑的防撞和抗震性能，结构也较为简单。 [0064] 具体的，本发明第一防撞模组401和第二防撞模组402可采用如下实施结构； [0065] 如图8、图9和图11所示，所述第一防撞模组401包括第一夹芯板4011和设置在第一夹芯板4011之间的隔板4014，所述第一夹芯板4011紧贴墙主体101和支撑墙102的内壁，并围绕成封闭空间；所述隔板4014呈M字形结构，将所述封闭空间分割成不连续的三角区域； [0066] 靠近防撞建筑内部的三角区域填充泡沫结构4013，背离防撞建筑内部的三角区域填充剪切增稠液4012； [0067] 当导热循环管304设置在承重墙结构1中，如所述导热循环管304延伸至所述墙主体101内，设置在靠近所述第一防撞模组401中剪切增稠液4012的一侧。该第一防撞模组401的第一夹芯板4011包含四块，四块夹芯板形成的空间由隔板4014分割，夹芯板与夹芯板之间及夹芯板与隔板4014之间通过胶黏剂连接；所述夹芯板沿钢筋混凝土墙体宽度方向间隔分布，所述夹芯板四边相对设置为短侧面板与长侧面板。其中的所述隔板4014中每一块隔板与上、下板面的夹角均为45°‑60°。隔板4014沿着第一防撞模组401长度方向周期性分布。所述第一夹芯板4011碳纤维材料板。 [0068] 当导热循环管304设置在防撞抗震系统中，如所述导热循环管304延伸至所述第一夹芯板4011内，所述第一夹芯板4011竖向设置在背离泡沫结构4013的一侧。此时的第一夹芯板4011中靠近墙体外侧的一块夹芯板相对其他板件较厚，使导热循环管304可以沿着该夹芯板向下延伸，如图9所示。 [0069] 在预制装配阶段时，首先支好混凝土模具，布置好钢筋网，浇筑外周的混凝土层，形成支撑墙102及多个容纳腔103，然后并按设计间距铺设好四块夹芯板，将防撞模组布设在所述容纳腔103中，随后架设好上半部分及与夹芯板间隔间的钢筋网后，将夹芯板及上方的混凝土墙体一体浇筑。在设计钢筋网时应预留伸出混凝土的钢筋，用于装配过程中混凝土的浇筑。 [0070] 当墙体收到冲击，钢筋混凝土墙体首先受到物体的撞击作用，钢筋混凝土墙体与夹芯板协同变形，共同抵抗冲击力的作用。夹芯板作为主要吸能构件，当应力波传递到夹芯板时，剪切增稠液率先受力，有朝着下面板方向运动的趋势，并与隔板发生相互作用。由于M形隔板的特性，在剪切增稠液的运动方向上，越靠近内面板流动空间越小，促使流体的剪切速率增大，同时M形隔板下方空腔内填充了泡沫铝，隔板不易发生板面屈曲，促使剪切增稠液能持续受到较大的剪切力。受力的过程中剪切增稠液发生固化，吸收大量的能量，固化程度随剪切速度的增大而增大；泡沫铝也通过自身变形吸收部分能量，从而吸收物体撞击防撞墙产生的冲击力，第二防撞模组402的结构如图12‑15所示，所述第二防撞模组402包括第二夹芯板4021和设置在第二夹芯板4021之间的弹簧形点阵单元4022；所述弹簧形点阵单元4022包括空管弹簧40221和设置在空管弹簧40221两端处的弹簧固定结构4023，所述弹簧固定结构4023紧贴第二夹芯板4021内侧壁；所述空管弹簧40221内填充剪切增稠液4012。所述空管弹簧40221的形变方向与所述墙体承重方向垂直。 [0071] 在弹簧固定结构4023为若干个紧贴第二夹芯板4021内侧壁的固定板，具有与空管弹簧40221两端连接支撑的顶接结构，可以采用焊接固定空管弹簧40221与弹簧固定结构4023，及弹簧固定结构4023与第二夹芯板4021。所述空管弹簧40221的形变方向与所述墙体承重方向垂直，所述空管弹簧40221呈圆管状，内部填充剪切增稠液4012占空管弹簧40221空间的一半，这样在尽量减少用料的情况下保证效果。所述第二夹芯板4021为碳纤维材料板或钢材料。 [0072] 采用该结构的防撞抗震系统，所述导热循环管304与第二夹芯板4021围绕的空间连通，所述导热循环管304的下端设置在弹簧形点阵单元4022的上方，可通过导热循环管304内空间进行热循环。 [0073] 其浇筑建造方法如上所述，在工作时，钢筋混凝土墙体首先受到物体的撞击作用，钢筋混凝土墙体与夹芯板协同变形，共同抵抗冲击力的作用。当应力波传递到第二夹芯板4021时，弹簧形点阵单元4022受到压缩，开始弯曲变形，同时剪切增稠液4012由于受到挤压作用，有着沿压力方向移动的趋势，由于圆形管道截面较小，剪切增稠液4012在较快的剪切速率下持续受到较大的剪切作用。受力的过程中剪切增稠液发生固化，吸收大量的能量，固化程度随剪切速度的增大而增大，固化后的剪切增稠液4012防止了弹簧形点阵单元4022的进一步屈曲，与弹簧形点阵单元4022一起发挥支撑作用，从而实现防撞和衰减震动的目的。 [0074] 实施例四 [0075] 为进一步提升性能，所述遮蔽结构2包括支撑梁201和设置在支撑梁201上部的遮蔽檐202，所述支撑梁201固定在所述墙主体101的顶部；所述墙主体101的顶部不低于遮蔽檐202的最下沿；所述支撑梁201、墙主体101和遮蔽檐202围绕成与外部连通的遮蔽空间，所述第一热循环管301的上开口端与所述遮蔽空间连通。一方面将第一热循环管301的上开口端设置在遮蔽空间内，对热能循环调节系统3的外端起到防护作用，另一方面，也利用了遮蔽檐202处风速较大的效果，利用风压加快进行热循环的交换。 [0076] 进一步的，如图4所示，遮蔽檐202具有向遮蔽空间方向凸起的弧形结构，以进一步提高经过遮蔽檐202处的风速，增加升风压差，提高热循环效率。 [0077] 为降低建筑墙体导热对室内空间的影响，所述泡沫结构4013为轻质隔热材料，如泡沫铝。 [0078] 尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。 [0079] 最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。 |
||||||
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈