复合构件中位移体积的系统和方法

摘要

本发明解决了有关复合构件中位移体积所存在的若干问题，从而获得涉及材料减少、CO2减少、运输和精确装配的成本有效的优质产品，以及实现了增强的灵活性，以满足市场对新设计方案的提高的需求。本发明由方法和系统构成，该系统包括由系列位移体积构成，位移体积位于精确均一性几何网格内，由整合在三维钢结构内的间隔系统确定和固定，确保了建筑构件内的整体性。

说明书

技术领域

本发明涉及位于精密均一性几何网格内的复合材料三维建筑构件中 的系列位移体积的设计和实施，其通过整合在三维钢结构中的间隔系统进 行确定和固定，在曲率和角度方面以任意方向灵活形成。

由于现有技术缺乏灵活性，考虑到市场对灵活性和精确装配以及适用 范围的需求提高，本发明以简单经济的方式解决了这些问题。适用性的范 围扩大将通过材料的显著减少而产生环境效益。此外，适用性范围增大的 一部分涉及非工业化国家基础设施和建筑的改进。

背景技术

在20世纪90年代，发明了双轴空心板[EP0552201]。该发明在混凝 土板内混入空心体来节省材料和重量。描述了混入空心体以及设计空心体 的不同方法。

该专利描述了建筑用双轴混凝土构件中空隙的理想结构尺寸和布局 (placement)。其也描述了使用早已成为必需的顶部和底部钢筋 (reinforcement)来锁定这些空隙的简单经济的方式，顶部和底部钢筋常 常存在于建筑用混凝土板中。该发明涵盖存在顶部和底部钢筋的情形，如 混凝土板。该发明的退步在于：存在顶部和底部钢筋，以及三维结构如沿 轮廓线(contour lines)的弯曲墙壁或地基板(slab on ground)缺乏灵活性。 专利[EP0552201]还描述了由部分球体/椭球体形成完整空隙的方式，但却 没有给出有关由部分球体装配的空隙的强度的问题的解决方法。

若干申请，[JP2003171994]、[JP2004092166]、[JP2004176309]、 [JP2004244938]、[JP2005146721]、[JP20051633401]、[JP2005188265]、 [JP2005282010]、[JP2005105596]、[JP2005315065]、[JP2006089994]、 [JP2006009363]、[JP2006138166]、[JP2007032055]、[JP2007113337]，追 随(addresses)专利[EP0552201]，试图实现额外的连接特征，以建立用于 固定顶部和底部钢筋之间单个空隙却不与一个或两个钢筋网格直接接触 的创造性方法，这些申请显然旨在围绕专利[EP0552201]且不违背该专利 的权利要求，找到一种仅仅使用已经存在的钢筋网格涉及最佳方案的方 法。

所有这些申请都是高度不可行的，并且导致材料消耗、制造和实施的 成本昂贵。

[WO02092935]描述了专利[EP0552201]主要涵盖的方法并且充分描 述了专利[EP0552201]之后的最终系统。描述的其他方法的可行性明显更 差且更加昂贵。

[WO2005080704]描述了在特别制作的网格内固定一行球(a row of  balls)的方法，其中网格被弯曲以固定单个球。

该方法的缺点有以下几点：

a)过多使用非功能性钢；

b)需要特别制作网格以及弯曲网格；

c)缺乏对各行球(rows of balls)之间距离的控制。(所有现存的理 论和测试都要求在三个方向上控制空隙)；

d)在弯曲网格内放置单个球耗费时间；

e)在钢筋网格之间放置每行球耗费时间；

f)缺乏对钢筋网格精确布置的控制；

g)具有模块性(modularity)的特别预制的钢筋网格，其模块性对 应于空隙的模块性，从而允许空隙渗入网格；

h)最终结构与[EP0552201]一致。

[JP2006152657]描述了一种轻质的嵌入材料、轻质的嵌入材料结构以 及能够通过一次模塑类型(one moulding type)经济地制造的轻质嵌入材 料的形成装置。该设计的主要退步在于，由于稳定化联锁器而缺乏堆叠能 力。因此，这种昂贵的设计，由于昂贵的运输成本(空运)甚至更加昂贵。

[JP2004176309]这一申请几乎是[EP0552201]的直接拷贝，因此也已经 被涵盖。

发明内容

与现有技术相比，本发明建立了增强的灵活性，从而使得能够将该系 统引入到用于所有建筑构件和土木建筑如墙壁、地基板(slab on ground)、 浮基、海岸防护和道路中的复合材料领域的显著更广范围的应用中，并在 曲率和角度方面以任意方向灵活形成，由此满足市场对于灵活性和精确装 配以及增大适用性和可能性范围的提高的要求。

与现有技术相比，本发明解决了有关建筑构件内位移体积的涉及强 度、运输和装配所存在的多种问题，从而获得与材料减少、运输减少和精 确装配相关的成本有效的优质产品。

本发明描述了一种位移系统，其由位于精密均一性几何网格内的一系 列位移体积构成，其通过几何锁定系统以特别设计的三维钢结构形式整合 在复合构件中的间隔系统确定，确保快速和准确的实施，并且设计用于确 保本发明复合构件的整体性以及提高其剪切强度。

本发明还描述了用于实际实施所述位移系统的方法。

具体实施方式

本发明包括一种位移系统，其解决了有关复合构件内位移体积的涉及 灵活性所存在的若干问题，从而使得能够将该系统引入显著更广范围的应 用中。

本发明进一步解决了关于强度、运输和装配所存在的若干问题，从而 获得在材料减少、运输减少和精确装配方面成本有效的优质产品。

目前所有的测试和研究都是基于位移体积的精确均一性几何布置以 及建筑用钢相对于位移体积和建筑构件整体几何学的位置。为了能够将这 些测试和研究用于实际实施中的验证，显然位移系统必须使位移体积的精 确布置成为可能。如果体积位于精确均匀性几何网格内，则获得有效的位 移系统，其中，体积直径与体积中心间距离的比例(测量为同一平面中的 最短距离)为0.5至1。

本发明通过将位移体积整合到三维钢结构内的间隔系统的实施，使得 能够实现所述体积和钢的精确几何布置。

位移体积的精确位置可以由整合在体积中的间隔系统控制，或者由控 制体积的外部间隔系统控制。

与完整的位移体积相比(其中运输是非常昂贵的并且占总成本的相当 大一部分)，运输部分、可堆叠主体(bodies)(其在到达点进行装配)的 成本达到75％以下。

同时，描述的设计/方法确保快速精确的装配，这进一步最大限度地 减少了成本。

使用系列位移体积的特殊设计/方法解决了有关部分主体装配的位移 体积的强度相关问题。部分主体的两个壳之间的接触线是非常薄弱的点 (week point)，当平行于接触线施加负载时其易于裂开。实际上，由于来 自堆叠、工人、设备和相关事项的重力作用，该力总是垂直的。

这由本发明的方法所解决，其中，接触线被控制/固定在水平位置， 因此决不会暴露于与接触线平行的力。

控制位置的另一种积极的副作用是与部分主体构成的单一位移体积 相比材料减少，同时系统减少了将位移体积固定到其优选位置所需的钢 量。

该位移体积可由优选经回收的/废弃的产品，如塑料或纤维材料制成， 且可以具有任何特定形式，从部分壳到任何形式的完整和最终的位移体 积。

获得关于材料减少、运输和装配的成本有效的优质位移系统。

整合在特别设计的三维钢结构内的位移体积给出关于处理、形成和强 度的增强的灵活性。钢结构内的材料在并入到硬化材料构件内时对于给予 强度，以及确保建筑构件内的整体性是完全有效的，因此，不使用过多的 材料。

通过标准材料和标准方法制造钢结构，并且可通过标准方法计算弯曲 强度。特定间隔系统在形成所需的建筑构件中提供了增强的灵活性。其可 以垂直、水平地实施或可以倾斜地实施，以允许沿地形轮廓线的弯曲墙壁 和屋顶以及地基板。

建筑构件内位移体积和晶格结构(lattice structure)的整合可以伴随 位移-晶格一个或更多个面上的补充钢筋网格而实施。

位移系统可以整合到复合建筑构件中，其中，一个或更多个面设置 (furnish)有非硬化或硬化材料薄板(plate)。完全和最终建筑构件通过添 加一个或多个其他的非硬化和/或硬化材料层而获得。非硬化材料薄板可通 过焊接或标准锚定方法直接连接到三维钢结构。该三维钢结构可利用粘合 而部分或完全整合到硬化材料薄板中。

非硬化材料的布置和/或硬化材料的铸造可以在工厂或建筑工地完 成。

相对于三维钢结构中的杆，位移体积可具有大于0mm的小间隙，从 而如果所述三维钢结构将被整合到任何硬化材料的建筑构件中，允许主体 用作施加于任何硬化材料的正常振动上的振动器，以便完成硬化材料更快 更好的振动。

由于位移系统的几何结构(geometry)和重量连同硬化材料和特别设 计的三维钢结构之间的粘附，允许第一层硬化材料铸造到覆盖多达10％位 移体积高度的距离，而位移体积的浮动能力没有超过钢结构的粘附作用和 摩擦阻力，因此硬化材料的布置必须巧妙地依次完成。

一个非常重要的方面是，特定的三维钢结构可以设计并巧妙地布置在 第一层硬化材料中来提供第一层和第二层硬化材料之间粘合所必要的阻 力，从而确保复合构件内的整体性。此外，无论建筑构件是否用作垂直或 水平结构，特定的三维钢结构可以设计用来提供对剪切力的足够阻力。

系统中的灵活性允许将一定范围的不同材料并入复合构件中，从而获 得有利的特性。

除了位移体积引起的材料减少之外，该体积包括用于绝缘的空气。可 以通过在复合构件中间的位移体积之间添加一层具有绝缘效果的材料来 增强该效果。可以根据制造喜好，通过将所述材料倾倒、喷射或压入位移 体积之间，或通过将位移系统压入绝缘层而添加这样一层高绝缘的材料、 或软密度材料或硬化材料。

位移系统的灵活性对于地基板和接地保护(earth protection)是理想 的。该系统允许将适合用作对湿度和温度绝缘的薄膜的材料并入层中。地 基板一般由具有三个主要特性的层构成。最低层应用作密封层以防止毛细 作用，往上一层是硬化或非硬化的绝缘层，随后是用作建筑基层(basement  layer)的上硬面(upper hard surface)。位移系统可与形成部分绝缘层的位 移体积整合。绝缘层可以通过但不限于直接喷射到位移系统的硬化泡沫或 从两侧巧妙压到位移系统的较软绝缘材料板来形成。位移系统可以采用不 同程度的预制实施。最简单的是由不含所描述的材料层的位移系统构成， 而最先进的则是由整合有绝缘层和实施时朝上用作可能建筑的基层的硬 外层的位移系统构成。半预制部分随后被就地(on site)压入密封层中。 三维钢结构确保层之间的整体性。

位移系统可以整合到硬化材料中，其为特别有用且具有低成本的固化 /稳定化系统，用于所有类型的地基板中，包括但不限于道路和海岸防护。 对于道路而言，可以添加一层沥青，因为具有整合的三维钢结构的硬化材 料提供了足够硬且稳定的基础。这种类型的道路在易发生严重的雨水/洪水 的地区尤其有用，如果地基(base)载有疏松砂岩/碎石/石头则雨水/洪水 可侵蚀道路。

对于海岸防护，系统的灵活性允许沿着组成海岸防护的地形轮廓线的 稳定覆盖。沿着轮廓线，涉及在倾斜表面上铸造硬化材料。本发明使之复 杂性降低，因为位移体积使得能够将硬化材料设置到显著更高的程度且没 有位移体积，而不是由重力拖向较低的垂直水平。

适用性的范围扩大将通过显著的材料减少而导致环境效益，特别是关 于非工业化国家内基础设施和建筑改进的应用，在这些国家中，对于诸如 集料和水泥的资源的获取受到限制且是昂贵的，并且常常涉及非环境友好 的、非常长距离的重型运输。

本发明不同方面的一个可替换实施例是并入由钢结构固定的外层热 致晶体。在加热的情况下热致晶体转化成液相并且可以用于温度调节和设 计原因。

由于在位移系统上(特别是位移体积)由硬化材料引起的向上漂移(up  drift)，硬化材料中位移系统的实际实施必须巧妙地进行以避免伴随位移系 统浮动的问题。

位移系统位置的控制可以多种方法完成，但是一种方法比其他方法更 实用。

首先，将位移系统放置在给定表面上，具有或不具有间隔体(spacers)， 或者部分压入相对较软的材料中，且在位移系统和材料层之间具有或者不 具有固定装置(fixing means)。

第二，将流动形式的硬化材料轻轻地、巧妙地分布到所述位移系统之 上，由此将该流动材料小心定位到给定表面范围的特定高度，覆盖位移系 统的预定部分，因而，位移系统和硬化材料之间的垂直力和摩擦阻力的结 合防止位移系统由于位移系统上由硬化材料的向上漂移所致的浮动。

第三，如果必要的话，该硬化材料层可通过常用装置(normal means) 振动。由于位移体积连同小间隙被布置到三维钢结构中，位移体积将对硬 化材料的任何振动起反应，因为位移体积与所述硬化材料直接接触，因此 其用作施加的振动器。

第四，在该层硬化材料上，可以布置另外的非硬化或硬化材料层。

设计三维钢结构固定到所有现存的刚性层中，使得能够实现包括层和 三维钢结构的最终建筑构件中的完全一致性。

附图说明

图1示出了两个系列(105)的壳(100)，每个的形状为部分的完全 位移体积(108)(通常为部分球体/椭球体)，其被设计用来装配一个和(另) 一个来建立相关系列(110)的完全位移体积。部分位移体积通过间隔系 统(120)移位。部分位移体积的边缘(130)被设计为使得两个部分壳能 够相互紧密装配而形成稳定的结(joint)。插入部分(male portions)或闩 锁(135)从边缘突出(extrude)，设计用于连接和固定到相应壳(100) 的边缘(130)内的母件部分或开口(136)中，共同形成完全和最终的位 移体积(108)。

图2示出了一个系列(105)的壳(100)，设计用于通过弯曲系列(105) 的一半而装配至铰链(137)中，从而形成完全位移体积(108)的系列(110)。

图3示出了设计用于装配到两个部分壳(100)之间的环缘(rim)(140) 的并入，所有三个部分联锁成完全位移体积-----单独或作为系列。环缘 (140)可以是单独的或者是部分的系列(150)环缘。

环缘(140)可以设计为用作强化完成的完全位移体积(108)的强固 环缘(reinforcing rim)。

图4示出了联锁两个或更多系列(105)的壳，连同连接多个位移体 积(108)的系列(150)环缘的并入。

图5示出了作为部分固定的几何结构连同晶格结构(220)整合的系 列(110)，晶格结构(220)通常由钢制造，但是不限于钢，由纵钢 (longitudinal steel)(200)和角钢(angular)(205)组成。设计晶格结构 使位移体积(108)装配于角钢(205)内的开口中，从而将位移体积(108) 固定在晶格结构(220)中。纵钢(210)可以连接到角钢(205)来控制 位移体积(108)和晶格结构(220)之间的移动。根据实际使用，系列(110) 的位移体积(108)和晶格结构(220)可以通过两个或更多个由钢或其他 材料制成的连接器(230)连结用于实际原因。这些连接器(230)可以放 置到晶格结构(220)上的任何位置，可以横向连接两个或更多晶格结构 (220)。连接器一般由钢制造，但是不限于钢。

图6示出了作为部分固定的几何结构连同特定晶格结构(240)整合 的系列(110)，特定晶格结构(240)一般由钢制造，但是不限于钢，使 系列主体(110)之间的角度可变化。

图7示出了作为部分由两个或更多晶格结构(220)构成的特定焊接 的三维结构(250)整合的系列(110)，晶格结构(220)通过弯曲连接器 (230)连接，使得能够通过系列主体(110)实现计划(plan)中的曲率。

图8示出了作为部分固定的三维结构(250)连同晶格结构(220)整 合的系列(110)，晶格结构(220)一般由钢制造，但是不限于钢，其中， 该结构的一个或多个设置有薄板，该薄板一般由(但不限于)非硬化材料 如金属(通过焊接或标准锚定方法直接固定到结构(250))或硬化材料 (300)(通过硬化/粘附固定到三维结构(250))形成。

图9示出了整合到地基板系统内的三维位移系统(250)。垂直方向的 最低层(330)应用作密封层来防止毛细作用，往上一层是硬化或非硬化 材料的绝缘层(320)，随后是用作建筑基层的上硬面(310)。位移系统(250) 可与形成部分绝缘层(320)的位移体积(110)整合。

附图标记列表

100   壳

105   系列壳

108   完全位移体积

110   系列位移体积

120   间隔系统

130   边缘(Brim)

135   插入部分/闩锁

136   母体部分/开口

137   铰链

140   环缘(Rim)

150   系列环缘

200   纵钢

205   角钢

210   纵钢

220   晶格结构

230   连接器

240   晶格结构

250   三维单元

300   薄板

310   硬层

320   绝缘层

330   抑制毛细作用的密封层。