CN100532748C - 预制建筑的结构及方法 - Google Patents

Abstract

一种用可堆砌模块(600)组装的结构，每一模块由多个预制、可运输的块(100，250，200，300，350，370，400，970)组装而成。这些块通常是在可重复利用的模具中用钢筋混凝土浇筑而成。模块框架块可以包括拱形角块(200)、与一对角块互锁的栓块(300)和可选的中央块(350)。其它结构部件包括屋顶、地板和与框架模块互锁的墙体部件。模块可以堆砌或嵌套以形成包括建筑、高架道路和停车库的结构。使用设施可以通过在角部件中形成的可选导管(211)提供。框架支撑提高地板模块便于机械系统安装和改造。屋顶部件支撑有用的平台和雨水收集装置。这些块是可拆除和可重复利用的。模块在建造过程中自支持，且组装可以不用紧固件。

Description

预制建筑的结构及方法

相关申请

本申请涉及于2003年5月2日提交的美国临时申请60/467，410的优先权，并要求该申请日的优先权。

发明背景

1.发明领域

本发明涉及一种包括可叠放互锁预制块的建筑体系，其中互锁并叠放的结构块可以组合用于建造单独的结构框架模块单元；框架模块可以用必要的互锁装置嵌套并叠放以建造更大的结构。

背景

预制块的多种用途在现有技术中是公知的。例如，在斜墙的建造中，预制墙板竖立在地基上以建造外壳。预制梁和预制板用于建造建筑和其它土木工程，例如桥梁。通常，这种结构用于建造矩形、类似盒子的框架块，这种框架块还需要进一步的支撑，例如横撑。

其它类型包括预制测地(geodesic)构件结构的系统已经在现有技术中公开。

需要一种模块式预制建筑体系，其不需要额外的撑条或支撑并能够以这样的方式建造，即在竖起的过程中，使对固定件的需要降到最小或消除。这些特征可以使建造的速度最快、安全性最大。需要能分解并重新组装或能移动，并在另一个地点重新组装的预制模块化结构。这些特征使结构由于损坏，因而从有用的东西变成需要处理的废物的可能性降到最低。

2.相关技术概述

现有技术中公开的多种建筑类型包括木制框架建筑、钢制框架建筑、预制混凝土结构和现场浇筑的混凝土结构。

实践中，大多数结构设计的决定通常都是由成本所决定，大多数建筑工程的结构工程师在确保他们的首要责任，即确保结构安全的同时，为了使成本降到最低会有很大的压力。这种压力使得在很多建筑中结构往往会减到最小。当结构承受少见但很大的载荷(这种载荷无法合理地编入建筑规范提供的静态载荷手册)时，这种趋势是不利的。

因此，工程结构通常设计成能安全地承受规范规定的载荷，而无需提供更大的超过由所需安全系数实现的承受能力。通过建造成提供能承受显著超过所需建筑规范要求的最小载荷的结构能力，可以在建筑结构的功能性和多用性产生新的有利因素。

传统建筑的结构设计通常试图将力量集中用于节省实用面积，并依赖次级横向系统，例如对角拉条或剪力墙，以稳定结构。可以通过使柱结构的上部向外张开而获得益处以减小由柱支撑的结构的有效跨距。

传统建筑通常不是包括具有碍事及昂贵的模板材料的现场浇筑结构，就是包括依靠用于横向稳定的对角拉条或剪力墙的互连柱或板框架。由于大多数传统建筑直到结构隔板和横向系统的建造完成前固有地都是不稳定的，因此在相对早期建造期间的结构失效比建筑完成使用多年后的结构失效更加常见。

传统建筑通常需要的横向拉条和支撑在建筑工地形成导致很多建筑事故的障碍物。由于传统建筑通常包括可以由一或两名工人举起或操作的现场装配部件，外墙和屋顶的建造通常包括大量远远高于地面的劳动，因此这形成潜在的会发生致命工地伤害的坠落危险。在利用大部件的传统建筑中，例如具有斜墙的建筑中，在安装横向拉条和支撑部件时，将这些部件吊装到位通常需要耗费昂贵的起重工时，需要在释放起重绳前稳定这些部件。期望采用能将对临时拉条和支撑的需求减到最小或消除，从而有效地利用起重工时的独立稳定模块系统。

在混凝土建筑或混凝土框架结构领域中，结构元件通常不是诸如具有平板或梁及板类型应用场合的工地现场浇筑元件，诸如具有斜墙结构的现场预制元件，就是具有预制混凝土板、T型构件和墙板的非现场预制元件。大多数建筑结构都是在作为专业设计团队工作结果的独特设计基础上建造的，特定建筑的设计对于工程通常是独特的。在日益增长的时间、预算和责任压力下，独特工程设计对于设计人员构成了真正的挑战；从一套不可避免地证明具有缺点的图纸和说明书理解和建造独特和复杂的工程对建筑商也形成了巨大的负担。强烈期望提出一套在使设计和建造都能大大简化的同时，还具有设计灵活性的建筑体系，这可以通过一套扩展兼容部件实现。

采用现场浇筑用于混凝土现场浇筑结构，必然有浇筑混凝土的现场建造成本和时间。期望提供一种混凝土结构部件，其可以通过不是现场就是在工厂可控条件下的其它方式，成组或大规模地建造。

斜墙结构在预制墙元件时具有一些优点，但其具有需要预先建造大面积坡度板以作为墙体浇筑表面的缺点。直到附加结构部件安装到墙体上以前，斜墙结构还需要在安装过程中使用临时拉条，以将墙体固定在适当的位置。期望提供一种预制混凝土结构部件，其可以组装成多种结构部件且完成建造不需要使用临时拉条。

诸如空心砖的混凝土结构单元通常具有相对小的单元，用这种单元形成墙和结构需要劳动密集的砂浆组装。期望提供更大的可以预制的结构单元，运到工地，然后组装成多种结构形式，而不需要大量使用砂浆或粘和剂。

一旦传动建筑建造完成，已完工建筑的改建或拆除通常包括毁灭性的破坏。传统建筑实践中通常设计成具有相对较短的建筑寿命，且通常简单地摧毁由于年代、位置或建筑不良，而到达其使用寿命的建筑物。这种实践导致每年有数百万吨的建筑垃圾运向垃圾填埋场。期望采用一种耐用但建造成本较低的建筑体系来建造，且这种建筑体系易于改建或拆除以及重新利用，而没有传统建筑拆除实践中的材料和人工浪费。期望提供一种通过使用耐用的大型建筑结构块，整幢建筑能够完全回收和重复利用的建筑体系。

发明概述

本发明提出的这种方法和设备，通过设计成为了结构稳定性可以互锁的模块化、可移动的块，提供一种结构外形和建筑成型空间。

这种建筑体系设计成使成型结构能够以非凡的速度建造。这种体系还设计成有效地使用建筑材料，并使得成型结构具有独特的拆除、重建、改建和改变位置的机会。这种建筑体系还设计成使机械(mechanical)、电路(electrical)和管路(piping)(MEP)系统能够快速整合及改变，提供使内部和外部建筑表现具有很大灵活性的地基。建筑成型预制面还可以消除与很多常用但耐用性较差的内部建筑成型产品有关的成本、安装时间和室内环境问题。

这种建筑体系试图向建筑业引入一种大型结构块的独特路线，并提供一套扩展部件形式，通过这些部件可以快速经济地建造大量结构。与采用结构钢、现场浇筑混凝土、石块和木框架建筑体系的传统建筑相比，这种建筑体系在设计、建造和成型结构的性能上提供独特的优点。它还具有用于发展很多人感兴趣的“绿色”建筑的独特优点，并具有很宽广的潜在应用范围。

设计优点

这种建筑体系试图向专业团队提供结构设计常用合理的灵活性。该体系设计成向结构工程师、MEP工程师、建筑师、建造商、开发商和业主提供一套新的大型结构块，它可以根据每个人的需求改建。

由于该建筑体系是模块化、预制的，因此极大地减少了设计用于特定应用场合的结构的工作量和时间。增加预定尺寸模块而产生的设计不仅节省了设计建造的时间和成本，还通过设置易于标识和预知的尺寸变化规律简化了设计过程本身。这使得设计师能把注意力集中在特定工程独特的细节上，并可以超出结构化的解决方案。假设工程分析已经确认了每一结构块计划用途的可接收性，则结构块可以成为结构化“即插即用”元件，从而可以用于多种用途。

责任控制

在任何特定工程的设计过程中，设计专业人员和业主都需要进行数百项决定。这些决定越来越多地在严格的建造进度和预算压力下进行。一旦制定，决定通常是不可取消的，而不会导致重大成本责任。一旦传统建筑完工，为了实现后期的设计改变，投入工程中的劳动力和材料需要承受高成本破坏和替代的风险。使用这种建筑体系可以明显及独特地解决该问题，因为成型结构相对易于在任何时间修改。

结构优点

不同的结构需求可以通过单独改变每个部件的外形、横截面和加强来实现。设计也可以是大规模的，基本的尺寸模块可以改变，且在实际限制范围内，部件可以在三个轴线方向上改变，以减小或增大整个系统。在设计和浇筑中还可以沿着一个或两个轴线拉伸模块，以增大或减小跨距长度或楼层高度。

结构通常设计成利用拱形作用的特性以有效经济地利用材料，并可以实现多种跨距、平面几何形状和垂直几何形状。压缩载荷通道可以通过外壳(如实施例)或支柱；该系统的一个实施例采用支撑标准地板搁栅或板的预制互锁3D框架形式。

该建筑体系的内在强度使其注定用在如下所述的多种结构应用场合。能安全地承受过载的结构可以极大地有助于工程师和业主。可用于建造建筑、移动结构或掩土结构的互锁结构块系统在结构工程师手中将是一种很有用的工具。

对于每一原形块将首先通过全尺寸载荷试验确定结构作用和失效机构。负荷试验过程中的数据采集能够改进设计方法，用于确定所需的结构外形、加强和每个块的承载能力。

MEP优点

各种MEP需求可以依靠在结构壳体和支座楼面系统之间形成的入口面积相对容易地实现。要达到用于特定用途的MEP需求，可以通过修改支座设计高度，从而修改入口地板有效截面；通过提供一种简单的MEP进入和封闭方法；以及通过位于柱元件以及结构模块之间的槽中的整体管套提供各层之间模块化的入口。地板下的空间可以用于建造或改建管路、电路、采暖、通风、空调(HVAC)，以及数据系统。

尽管可以采用标准HVAC系统，但这种建筑体系能够提供利用带有可变风量地面出风口的压力送风道调节空气的无管路系统空调系统。通过利用地板空间作为调节空气的压力送风道，可以节省管路设计和建造成本。通过省略管路设计，简化了HVAC系统设计，并且通过省略对管路的需求，降低了工作成本和建造时间。可以设计成允许空气反向流动以形成可以安装空气过滤系统的自清洁地板。该建筑体系还可以包括与入口地板管道中的强制空气流动相结合的辐射供暖和/或制冷系统和通过加热或冷却结构进行温度控制的薄壁部分。外部结构可以按照需要采用喷射、毛毡、内部隔热或任何其它合适的隔热材料以进一步限制空气调节或供暖建筑的能量消耗。该体系向MEP工程师提供了新的机会，并可以引发这里没有表示的创造性解决方案。特定应用场合的系统要求将由MEP工程分析决定。

使用合适的编织衬料可以使结构具有隔音效果或者结构可以浇入在浇筑前放入模具中或者粘到浇筑面上的隔音材料。

建筑优点

尽管上述每种优点给业主带来了明显的经济利益，但是普通业主还会对这种建筑体系向建筑师提供的灵活性感兴趣。这种建筑体系可以在结构模块尺寸、支座高度、楼层高度、天花板外形、跨距和平面几何形状上提供灵活性。可以在外部和内部建筑结构的变化中采用这种灵活性。平面形状的灵活性可以通过非矩形的平面模块，以及通过用间隙分隔独立结构模块的能力而进一步加强，其中的间隙可以保持开放或用易于改变的地板填充块弥合。在一个特定的需要较小模块的结构中，实施例的跨距可以包括三个模块(两个配对柱模块和一个全宽度栓块)，或其可以包括一个单独的四-柱模块，该模块的尺寸和重量足够小，使其可以作为一个单独部件浇筑和操作，从而不需要分成多个更小的模块。

为了能在建筑外部的结构设计中自由支配，该建筑体系设计成即包括标准，又包括定制的外墙和屋顶体系。外墙体块设置成具有多种低墙高度和形状，并且可以在外墙面设计中具有变化。外墙还可以包括顶盖和屋顶部分以实现结构变化的范围。通过在使用标准部件的模块增量中调节跨距，并通过利用在外墙形状和结构上的非限制性的灵活性，建筑的底部和上部可以按照建筑师的意愿限定。它们也可以以较低的成本在未来任何时刻重新限定且没有与重建传统建筑有关的废物。

尽管其引导并且提供内部结构的基础，但该体系对内部空间的规划和使用没有重要的约束。天花板、柱子和地板的成型表面可以包括从样件到模具组的标准钢形式的表面，或者它们可以结合无限变化的衬垫以形成砖或石图案、瓷砖图案、波纹形状、釉面或几何形状设计，它们还可以按照由手工雕刻样片制成的模具浇筑。模块可以包括整体混合物或用于色彩变化的表面处理，并提供能向露出的表面中嵌入装饰或隔音材料的灵活性。

由于结构在内部结构上是如此卓越，并且由于压缩结构有力地产生耐用、安全的结构，因此由该体系建造的建筑的业主和居住者将有希望同时获得建筑舒适性和美感。

建造优点

建造商和承包商将发现该建筑体系与标准建筑类型相比具有独特的优点。建造商将发现该体系非常有吸引力，因为部件简化了的以及可重复的安装提供了快速建造及使工程晾干的能力，并且大大减少了传统建筑常见的废物、损失，及多重经验曲线。

建造

由于模块设计成快速互锁，而无需支撑及固定，并且由于模块尺寸通常设置成可以在平板拖车上运输，而无需特殊的执照，因此模块可以运送到预制工地并能以传统现场建造的建筑工艺无法达到的速度建造。

内部干燥

这种建筑体系使得大部分建造结构壳体必需的工作可以在一种可控的工厂环境中操作，而不受天气条件的影响。通过在车间中建造结构壳体和外墙体块，大部分通常需要工地脚手架和起重机的工作替代在车间地板地面高度上完成。这降低了工人的危险，从而提高了工作安全性。工厂生产提高了质量控制能力，同时大大地减小了天气误工成本、工地废料和从建筑工地上被盗的工具和材料。该建筑体系以一种有效的方式使用混凝土，且有效地减小了在成型建筑墙体建造过程中常见的工地切割和安装材料废物。

完工

为了进一步有利于承包商的时间进度，内部施工人员可以在与天气无关且安全的环境中进行工作，从而在建造进度能比用传统建筑工艺快很多。通过将体系安排在地板上而不是在天花板上，大部分通常需要工地脚手架和起重机的工作替代在车间地板地面高度上完成。总装修工作量也显著减少。因为建造的结构壳体在全部结构框架和天花板元件中都具有成型表面，可以无需石膏灰胶纸夹板和空间吸声倾斜天花板。如前所述，装修工作的减少包括管道系统的省略和MEP系统安装的简化。如果该建筑体系用在雨水收集系统和/或停车楼中，则传统工程中防止泄漏的水质隔离池的成本可以降低或节省。

灵活性

部分浇筑建造方法使得大、长跨距模块可以使用该建筑体系建造，使得可以用该体系建造多种形状和跨距的结构。部件可以是搭建的，可以在建造完工很久以后更换，且不会损坏。这种灵活性使业主不犹豫是否建造，从而应该有利于建造商。

经济

建造决定大部分必然使成本驱使的。该建筑体系提供的优点给业主带来真正的价值，并增强了系统的成本竞争力。更简单的模块设置自然比更复杂、跨距更长，或手工造型的设置更加经济。传统的增强混凝土结构之所以昂贵，大部分是由于混凝土成型的成本。该系统设计成通过建造可以反复利用的耐用模具，使模具成本降到最低。建造样件可能会很昂贵，但其可以用于生产多种模具设置。因为每一模具设置只需有限的改动就可以生产多种模块，而且由于钢筋和混凝土的材料成本相对较低，因此可以经济地进行大规模生产。

环境优点

该体系能在多方面使得建筑环境影响降到最低。其可以减小由于建筑对工地的破坏，减少材料废物和建筑产品污染，且与传统建筑相比，可以提供独特的循环和雨水收集能力。

建筑工地破坏

由于该体系试图提供成本低的悬挂结构，因此其与传统建筑相比可以显著减少工地坡度和破坏。无论是由有孔墩和墩盖，底脚块，还是其它地基系统支撑，高度可变的底脚块或地基模块都能够以一种可以显著减小大多数建筑工程中常用的挖掘量、切割和填充的方式安置在不连续的地基上。通过提高地面上的第一层地板结构，逐级板结构通常所需的切割和填充大大减少，同时大大减少了常常伴随昂贵土方工程的流失和腐蚀问题。

减少废物

模块生产中的建筑材料和人工使用非常高效。模具装置建造成可以重复利用，避免了传统混凝土模子通常带有的材料和人工浪费，传统混凝土模子通常在很有限的使用次数后就报废了。通常浪费了的材料，以及随之产生的废料处理问题，可以通过缩短混凝土混合的次数以及清理浇筑设备，以及通过使用很小的模块，例如柱头垫木，使得可浇筑材料在生产过程的最后不会过量产生，而降到最小。将废料控制混凝土泵送操作与模块尺寸布置结合，确保产生的混凝土基本上100％地运用到建造中。这与传统建筑工程中将装满了废料的垃圾罐运送到垃圾填埋场形成了强烈的对比。

只要结构容量不减小，浇筑具有较小缺点和瑕疵的模块仍然能够使用，并且可以弥补并且作为“次等品”出售，以在更经济或工业上较低等级的结构中使用。如上所述，通过通常利用压缩作用的成比例结构，建筑材料可以有效地使用在结构中。

废料利用

模块可以用采用粉煤灰的混凝土混合物制造，粉煤灰是一种有黏性的工业副产品并可以向混合物提供一些益处。也可以寻求其它将其它有用或惰性废料用于这些建筑模块中的方法。

建筑生产污染

该体系不赞成使用涂料，并且通过提供内在具有颜色的耐用、可替换表面，防止由于涂料气味和涂料清理产生的污染。该建筑体系还减少对于其它建筑产品，例如石膏灰胶纸夹板、隔音瓦板和管道系统的需求。通过减少对最后通常在垃圾填埋场中填埋的永久制造产品的需求，可以减少由于制造、使用和处理这些产品而产生的污染。通过减少使用已经证明会产生污染的建筑产品，可以提高室内空气质量。

回收

似乎使用建筑拆除的资源是不可靠的，特别是那些结构完好但只是不符合业主要求的建筑，或者那些位于过于昂贵的地点上的建筑。当结构放大或修改时，则一部分原有的工作有阻碍且必须拆除。在这些情况下，传统建筑通常是拆毁。最近，回收大部分拆除材料的努力已经取得了成功，但是仍然有相当一部分送往垃圾填埋场，且全部工作必须重新建造。相反，该建筑体系允许整幢建筑一块块地回收，运到另一个地点，并重新建造或运用到一个新结构中。如果业主仅希望改变建筑的风格和尺寸，外墙和结构建筑块可以被拆除，并在别处重新利用、抵价出售，或捐献给人道主义用途。该体系使得能够翻新、添加或拆除结构墙体，而不会运往垃圾填埋场。这是大规模的重复利用。

雨水收集

由于该建筑体系设计成为雨水收集和储存提供收集面和结构，因此用该体系建造的建筑不需要在现场增加防渗层，以及不正常的流失。如果这种能力与在结构下或结构上的车辆交通和停放相结合，则整个工程的防渗层，以及伴随的腐蚀和渗漏污染，可以减小到忽略不计。可以通过建造足够大的收集平台，收集和过滤足够多的雨水，与输送这些雨水的下部结构相结合，以减少或消除居住者对公共供水的需要。

建筑性能优点

该建筑体系和建造方法的很多潜在优点已经在上文中进行了说明。希望下文给出的优点列表能继续作为建造方法和原型结构投入使用并改进。

耐用

该结构不仅表现出耐用和稳定，事实上它可以比大多数传统建筑更加耐用，结构合理。建成的结构壳体比大多数标准建筑类型对由于结构过载、风、火、冰雹、洪水、昆虫和腐蚀而引起的危害具有更强的抵御能力。

灵活

入口地板的形成可以使MEP系统在后续空间重新布置中的整合非常容易，并且具有很大的灵活性。提供入口地板可以将该体系用于计算机实验室和无尘室的应用场合。这些特征的好处对于信息系统技术的快速发展和重新定义将变得更加明显。

连续

规划建筑的业主特别感兴趣的是，该体系能够以空前的速度建造成型建筑和结构壳体，并且同时在未来重新布置和使用空间时具有非凡的灵活性。利用该系统的这些特点，建筑业主可以将建筑出租，并用承租人的资金建造该建筑；该建筑可以在出租到期后收回并在别处重新建造。缩短的建造时间在降低建造财政成本和更早地利用收益上具有直接的优点。快速经济地重新布置的能力有助于确保该体系的建筑具有所需的避税手段并以比传统建筑所提供的更连续的方式产生期望的收入。

屋顶平台

该体系建筑的居住者会发现建造一个有用的能收集水的屋顶平台代替使水流下的昂贵屋顶，具有很大的价值。随着城市空间变得更加有限，而更加关心个人安全，这些私人空间将找到其在世界各地历史上人们已经享受了的用途。

投资潜力

该建筑体系的长期性能将向建筑业主和居住者提供直接和独特的好处。由这些模块建造的建筑可以拆除，可以方便地改建、重新定位，或抵价出售。建筑的耐久力将使其具有较低的保险利率，且划分为临时建筑相对于传统建筑，由于减少了建筑的管理控制和税费，因此业主可以获得一些利益。该体系将建筑模块作为商品。这样，购买一套这样的建筑模块表示一项固定投资，还向业主提供有用的避税手段或一项收入来源。这些模块不会像很多其它投资一样在一夜之间消失。

附图简述

下面将参考附图说明本发明的这些和其它目标和优点，其中：

图1A是表示完整结构模块的透视图。

图1B是表示代表性结构模块的块构成的分解透视图。

图2A是表示可重叠板结构的透视图。

图2B是表示桶形拱顶结构的透视图。

图2C是表示3D框架的透视图。

图2D是表示六边形模块结构的透视图。

图2E是表示压缩/弯曲混合结构的透视图。

图2F是表示间隙结构的透视图。

图2G是表示带有半圆形拱顶结构的长跨距结构的透视图。

图3A是底脚块的俯视图。

图3B是底脚块的侧视图。

图3C是表示底脚块高度变化的透视图。

图3D是表示锥形栓和垂直套的底脚块透视图。

图3E是透视图，表示两个背靠背的底脚块形成“T”型底脚，以及入口和剪力销套。

图3F是透视图，表示4个底脚块形成“X”型底脚。

图4A是视图，表示现场浇筑的混凝土墩，两部分临时环形和在墩盖安装前的墩盖。

图4B是透视图，表示墩和装好的墩盖总成，其中两部分临时环形拆除。

图5A是透视图，表示具有角块、栓块和中央块的结构模块。

图5B是透视图，表示图5A中的实施例装有入口地板/平台。

图6A是角块的俯视图。

图6B是角块的侧视图。

图6C是角块的侧透视图。

图6D是角块的俯视透视图。

图7A是基座块的俯视图。

图7B是基座块的侧视图。

图7C是基座块的侧透视图。

图7D是基座块的俯视透视图。

图8A是栓块的俯视图。

图8B是栓块的侧视图。

图8C是栓块的第一俯视透视图。

图8D是栓块的第二俯视透视图。

图9A是中央块的俯视图。

图9B是中央块的侧视图。

图9C是中央块的第一俯视透视图。

图9D是中央块的第二俯视透视图。

图10A是结构模块上方的入口地板/平台系统的分解侧视图。

图10B是结构模块的透视图，在该模块上装有入口地板系统。

图11A是盘形块的俯视图。

图11B是盘形块的侧视图。

图11C是盘形块的俯视透视图。

图11D是盘形块的仰视透视图。

图11E是俯视透视图，表示包括两个空间模块的合并盘形块。

图12A是楔形盖块的俯视图。

图12B是楔形盖块的侧视图。

图12C是有边的周围盖块的透视图。

图12D是没边的周围盖块的透视图。

图12E是十字形盖块的俯视图。

图12F是十字形盖块的侧视图。

图12G是十字形盖块的仰视透视图。

图12H是柱形盖块的仰视透视图。

图12I是楔形盖块的俯视透视图。

图12J是十字形盖块的俯视透视图。

图13A是地板填充块的俯视图。

图13B是地板填充块的侧视图。

图13C是俯视透视图，表示带有开口的地板填充块。

图13D是仰视透视图，表示带有MEP出口的地板填充块。

图13E是地板填充块的俯视透视图。

图14A是地板板块的俯视图。

图14B是地板板块的侧视图。

图14C是俯视透视图，表示带有开口的地板板块。

图14D是地板板块的仰视透视图。

图14E是地板角板块的俯视透视图。

图15A是拱肩块的俯视图。

图15B是拱肩块的侧视图。

图15C是具有延伸矮墙的拱肩块的透视图。

图15D是具有外部凸缘的拱肩块的透视图。

图15E-G是详细的顺序透视图，表示具有角块的拱肩块互锁的过程。

图15H是弯板拖架支撑的透视图。

图16A是框架拱肩块的俯视图。

图16B是框架拱肩块的侧视图。

图16C是框架拱肩块的内部透视图。

图16D是框架拱肩块的前部透视图。

图17A是具有延伸矮墙的边缘框架块的内部透视图。

图17B是边缘框架块的外部透视图。

图17C是边缘框架块部件的分解和组装视图。

图18多个模块和间隙块的透视图。

图19A是外部墙体块的外部透视图。

图19B是外部墙体块的内部透视图。

图19C是堆砌外部墙体块的外部透视图。

图19D是堆砌外部墙体块和部分内部壳体结构的内部透视图。

图20是表示角块几何形状分析的分解透视图。

图21A是多个底脚块的透视图。

图21B是图21A中实施例带有基座块的透视图。

图22A-D是详细的顺序透视图，表示基座块在底脚块中的布置。

图22E是图22D的详细透视图，表示基座块与底脚块之间的配合连接。

图23A是图21B中实施例带有栓块组的透视图。

图23B是图23A中实施例带有中央块组的透视图。

图24A-D是详细的顺序透视图，表示栓块在一对基座块上的布置。

图24E是图24D的详细透视图，表示栓块与基座块之间的配合连接。

图25A是图23B中实施例具有盘形块组的透视图。

图25B是图25A中实施例具有盖块组的透视图。

图26A是图25B中实施例具有填充块组的透视图。

图26B是图26A中实施例具有第2层角块组的透视图。

图27A-D是详细的顺序透视图，表示第2层角块在基座块和盘形块中的布置。

图27E是图27D的详细透视图，表示第2层角块与基座块和盘形块之间的配合连接。

图28A是图26B中实施例第2层结构壳体完成的透视图。

图28B是图28A中实施例第2层入口地板/平台系统安装完毕的透视图。

图29A是图28B中实施例第3层结构壳体完成的透视图。

图29B是图29A中实施例第3层入口地板/平台系统安装完毕的透视图。

图30是图29B中实施例装有部分外部墙体的透视图。

图31A-B是组装实施例的透视图。

图32A是高架道路实施例的俯视透视图。

图32B是高架道路实施例的侧视透视图。

图33A是具有轮廓线的跨距模块示意图。

图33B是短方向顶部轮廓的示意图。

图33C是长方向顶部轮廓的示意图。

图33D是穹棱拱顶部轮廓的示意图。

图33E是示意性结构模块的示意图。

图33F是带有示意性地板块的示意性结构模块的示意图。

图33G是一套示意图，表示图33F中结构模块一部分的三种可选项的分解视图。

图34A-34C表示角块的高度变化。

图34D表示角块下部柱和管隆起的尺寸变化。

图34E-34H表示栓块孔和方形底脚之间互锁连接的变化。

图34I表示具有标准栓块的结构模块。

图34J表示具有缩短栓块和中央块的结构模块。

图34K表示具有伸长栓块和省略了中央块的结构模块。

图35A-35B是实施例的透视图。

图35C是向图35A实施例中看去的视图。

图36A-36B是在斜坡上建造的实施例的透视图。

图36C是图36A实施例带有外墙体块的透视图。

图37A是围绕中央广场阶梯修建的实施例的透视图。

图37B是实施例的透视图，证明结构模块的嵌套、堆砌和间隙。

图38A是布置成放射状的堆砌结构模块的实施例透视图。

图38B是向图38A实施例中看去的视图。

图39A是图39B中高架道路实施例的透视图。

图39B是俯视图，表示形成连接停车和居住结构的高架道路的堆砌和嵌套结构模块。

实施例详细说明-系统全面说明

图1A表示一个由互锁预制薄壁块组成的组装结构模块600，根据结构和详细要求，这些薄壁块在选定位置加厚并增强。图1B是不同元件的分解视图，这些元件包括底脚块100，基座块250，角块200，栓块300，中央块350，盘形块370，盖块400和地板填充块470。组装结构模块600在图1中所示支撑在一个基座结构壳体601上，其中角块200被基座块250所代替，基座块250反过来由底脚块100支撑。

该建筑体系及其变形通常设计成承受压力，由于压力结构利用建筑材料的效率，从而易于这样做。

加强薄壁混凝土通常用于建造这些块，但是，互锁建筑块可以采用任何可浇筑的结构等级材料，结合必须的加强件而设计和建造。可浇筑材料可以包括但不限于硅酸盐水泥混凝土、粉煤灰混凝土、结构塑料、合成材料和土壤-水泥混合物。内部加强件可以包括标准加强钢筋或其替代物、嵌到可浇筑材料中的纤维加强件或任何其它载荷测试证明结构上可靠的加强方法。次级部件例如外墙、地板填充板和组合屋顶系统，可以由其它材料建造或包括其它材料，这些材料包括但不限于混凝土、塑料、金属片、钢板和木材。

尽管这里详细说明的实施例表示由两个抛物线桶形拱顶交接形成的穹棱拱顶，但本发明可以从基于期望建筑和结构几何形状的三维结构跨距，从而根据结构、几何和施工考虑细分所述跨距的基本概念衍生。产生的模块连接在结构上做成用必需的互锁重新组装跨距，以形成一个合格的结构。模块还可以进一步做成能够嵌套和堆砌，使得任何尺寸或用途的结构可以通过重复使用通用建筑模块建造，互锁性也通常设计成在建造过程中消除对临时拉条或支撑的需要。

一个可以采用这些方法建造的结构几何形状示例包括，但不限于，图2A-2G中表示的构造。该建筑体系可以通过利用非矩形的嵌套平面模块及通过使模块彼此平行而改变；从而在模块之间用次级模块横跨所产生的间隙。变化包括，但不限于，可重叠板结构612(图2A)、桶形拱顶结构614(图2B)、3D框架616(图2C)、六边形壳体结构618(图2D)、压缩/弯曲混合结构620(图2E)、间隙结构622(图2F)和长跨距结构624(图2G)。

模块组通常构造成通过将压力传递到实践中所做的地方，而限制弯曲应力，这使得内应力和所需承受这些应力的建筑材料都可以最小化。壳体外形和加强肋的厚度在结构作用、建造能力和可维修能力的基础上确定。通过采用实践中的拱形作用，具有特定跨距的壳体或肋可以比原来薄得多，并更轻松地加强。其中建造能力考虑使压缩墙体比结构上所需要的更厚，加厚部分可以提供储备结构能力，以承受更大的负载和不期望的过载。

该建筑体系是可升级的，并且实施例在尺寸上的范围从大型建筑和桥梁结构到建筑比例模型或玩具建筑模块。模块材料厚度和加强件可以根据每一级别的结构作用调整。大型模块通常设计成使得能够在可控条件下制造并能通过铁路或平板拖车运输到建筑工地，而不需要特殊的许可证。该建筑体系还具有以下特征，即期望使用组合模具现场浇筑的需要许可证的更大的可运输模块可以用船运到工地。

该建筑体系提供快速建造、互锁的建筑模块组，这些建筑模块设计成满足建筑师、工程师、建造商和业主的需求。随着可用成套部件的增多，该建筑体系将在综合几何外形和建筑外观上提供日益增大的多样性。

这些模块的设计允许采用多种表面花纹和颜色。颜料可以融入混合物中，或者模块可以使用表面应用的耐久染色剂染色。虽然预制表面无需粉刷并且节省了重新粉刷的维护成本，但是如果业主希望粉刷，这些模块也是可以粉刷的。

为了满足结构要求，暴露在视野中的表面可以通过依据造型设置浇筑而定制。可以通过构造展现的图案或多种可用或用户定制形式的衬垫，在外露的混凝土面上制出花纹。花纹还可以手工雕刻到样件中，从而将该样件用于制造用于生产雕刻模块的模具组。模具还可以构造成包括隔音、瓷砖、石块、砖瓦或其他任何与模块浇筑表面形成合适结合的表面材料板。尽管这些板可以现场铺设，但一个实施例中常用表面材料板在浇筑前放入模具中，从而它们可以融合到工厂制造的建筑模块中。形成顶部的壳体面也可以结合浇筑模块或设计师规定的模制品、管套、接线盒，以及穿透。这些特征结合顶部安装的电器设备、灯光、喷水头和HVAC系统可能需要的结构穿透。

通过交换模具组，模块可以按照规范规定的特定用途所需承受的局部负载而加厚和增强，以承受任何结构需求。部分增强可以从预制和预紧钢筋框架中选择，或可以由设计师自行规定。

由于该体系设计成通过互锁预制模块承受规范规定的力，因此该结构模块的建造可以完全不需要通常所需的用于稳定的现场焊接、螺栓或临时拉条。通过该体系具有的无连接建造，传统建筑中连接安装所使用人工和起重工时可以被省略，该体系结构能够以任何传统建筑体系所无法达到的速度建造。在需要连接用于负载条件或建立模块间结构连续性之处，模块组通常设计成可以独立于给定模块建造并在其之后完成。

实施例详细说明-模块说明

每一用于建造实施例代表性结构的模块功能特征和构造，其以可堆砌的具有方形或矩形平面几何形状的组合抛物线穹棱拱顶四柱模块为特征。穹棱拱顶是由两个垂直桶形拱顶交叉产生的结构形式。建造上述该体系变化所需的模块组与那些下述用于建造一个实施例所用的模块相同。

地基模块

实施例的支撑地基不是由底脚块100，就是由墩和墩盖块94组成。地基可以选择性地是另一个对指定地点常用的体系，任何建筑的地基都必须能承受全部设计垂直力、倾复力矩和水平推力，而没有明显的地基移动，并且必须提供所需的柱和支撑表面。

底脚

现在参考图3A-3F，底脚块用于在稳固的浅层土壤中使用。这些模块用作“L”形(图3A)展开的底脚块100，底脚块叠放在一起，在内部和四周柱组上形成底脚组。即使“L”形展开的底脚块在独立处于建筑的角上，它也与同样的元件叠放在一起以形成“X”形的内部底脚组130(图3F)或“T”形的边缘底脚组125(图3E)。

在叠放底脚存在的不同组合方式中，剪力销109(图中未显示)可以沿着背靠背的底脚壁103(图3E-3F)穿过剪力销套108，以使叠放的形状协同工作。在由这种建筑体系建造的现有建筑下的支撑土壤支撑的情况下，底脚块几何形状和基座块互锁将包括对基座250的有限顶托及垫起，以重新排列支撑结构。在土壤运动过大时，整个结构可以重新部署到更稳固的地面上，这是传统建筑不具备的功能。

展开的底脚块102(图3A)的长和宽可以根据设计负载和现场特定的勘察分析修改(图3B)。底脚块101的高度可以按照需要调节(图3C)以达到更深的支撑地层或横跨平或台阶地板下的地面标高变化。该特征有助于使建筑建造通常所需的地基挖掘成本和过度挖掘工作导致的环境影响降到最低。由有用的底脚分段高度生成的模块台阶使得底脚设置能够横跨地面标高的变化，而保持底脚顶端高度一致，该特征可以消除在某些具有陡坡的地点常见的很高很昂贵的地基壁。如下所述，基座块和角块的垂直调节与底脚块100的垂直调节结合，进一步扩展了该体系容纳地面高度和地板高度变化的能力。

底脚块100可以包括一个锥形栓104(图3D)以与一个标准柱形底部栓206(图6C)配合，并可以包括一个垂直收容套106(图3D)以容纳从上面的基座块250或角块200伸出的底部管延伸部分211。底脚浇筑有入口110(图3E)以在结构建成并晾干(dried-in)后，从槽隙中连接公用管道。未使用的部分可以堵塞，容纳电线、数据、管道或其它公用管道的部分可以用水泥浆、膨胀泡沫密封剂或其它合适的方法密封。

墩和墩盖

钻孔墩地基用在需要将地基力传递到地表下地层深处的高负载或不稳固表层土壤场合。现在参考图4A-4B，这种地基类型由传统建筑的混凝土墩90、临时的两部分环形92a和92b，以及墩盖块94组成。现场浇筑的混凝土墩可以用常用方式建造。装有钻头的卡车在墩上钻出特定直径的孔，例如24英寸，并钻至由土壤情况和设计负载工程分析决定的深度。将加强钢筋框架放入孔中，然后浇筑混凝土到一定的高度。在分级高度和墩盖支撑高度之间，从土壤形成的墩下方高度到成型(硬管或分离形)墩之间提供平滑的过渡。墩可以浇筑成标准误差，由于用车载钻头向地下钻孔，如果要求很精确则成本很高，因此如有可能，该误差相对较宽。墩盖块组装工艺设计成允许对由一个标准放置的墩支撑的墩盖块精确调节垂直和水平。在墩混凝土凝固后，临时的两部分环形92a和92b在期望的高度固定到墩外围，具有很容易达到的精度，以支撑预制墩盖块94。图示的两部分环形92a和92b是具有螺纹拉杆的钢筋混凝土，但这些元件也可以用多种其它建筑级材料建造。墩盖块94包括一个加大底腔96，以容纳墩90的顶部，并包容标准墩水平放置误差。墩盖块94降到墩90上，靠在两部分环形92a和92b上。墩盖块94在横向位于加大底腔96提供的限定范围内，且墩和墩盖块之间的环形腔可以用无收缩的水泥浆填充，将墩盖块固定在其最终位置上。一旦水泥浆达到所需强度，两部分环形92a和92b可以拆除并重复利用，其也可以留在其所在位置上。墩盖块94包括柱形底栓98和MEP入口99，作为标准内部柱组。在结构四周使用墩盖块94以及尺寸合适的墩可以添加新结构而不需要改变原有的地基。

由于高膨胀土壤有将墩盖块94挤出墩90的危险，因此常用土壤固定板(图中未表示)用于回填后在墩盖块94下方保持一定的保护空间，从而将墩盖块94与膨胀性土壤隔开。

阶梯地板或替代性系统支撑

使用该体系建造的地基和第一层地板能够包括地板下的空调、电线、数据线和管路，但这些系统也可以以常用的方式结合，以允许使用阶梯地板或其它地板系统，满足地基提供所需柱座和支撑面的要求。地基建造应该允许在柱部分中提供垂直管槽，但这不是强制性的。替代垂直槽可以在间隔结构模块之间的间隙框架中形成，通过外墙体块，或通过在低应力区域穿过结构壳体。阶梯地板系统可以具有支撑面、底栓或连接管道，采用标准模具使柱基座位于或靠近地板高度。可替代地，柱可以位于钢筋混凝土柱基上，而钢筋混凝土柱基位于支撑加强板中，并构造成在柱基顶部容纳柱。

结构壳体

现在参考图5A，所示的实施例表示地板框架每一上层的基本结构都是加强结构壳体600，加强结构壳体600仅通过反复使用三种模块而构成。该实施例方形或矩形结构的一个模块包括四个角块200，四个栓块300和一个中央块350。图示实施例中的这些模块结合形成一个穹棱拱顶，且其在各方向上的跨距为25英尺，而层高为14英尺。该实施例中角块、栓块和中央块之间的分隔线设计导致这些模块中的每一个都可以运输，而不需要特别的道路许可证。

结构壳体表示具有相同顶部高度的支撑角块连接座230、栓块连接座310和中央块连接座354的排列。这些连接座可以支撑包括木托梁、框架板或平板金属的地板结构或第二层地板结构。由于连接座之间的短跨距，第二层地板框架可以相当浅，其中也可以需要更大的结构深度。在支撑连接座上的浅地板结构支撑产生升高的地板系统，这在特殊用途的场合例如计算机室中通常可以节省大量成本。这种地板下的入口空间间隙可以通过浇筑较高或较短的连接座来调节。

现在参考图5B，优选实施例的壳体支撑可以设计成该建筑体系一部分的入口地板/平台系统360。如下所述，壳体支撑的地板系统由盘形块370、盖块400和地板填充块470构成。角块200的顶部与角部盘形380一起提供用于上方角块200的互锁连接，从而使得结构模块可以堆砌(图27A-27E)。很多相似的模块重复，但具有非矩形的盘形几何形状。例如，由6个一样的“角”模块、6个一样的栓块和一个可选的中央块构成的六边形模块。角、栓和中央块的配合设置构造成彼此配合，并提供多种建筑跨距和轮廓。按照特定轮廓和负载，通过改变横界面的设计和浇筑几何形状、硬化和加强件来满足结构要求。

再参考图5A，结构壳体模块的顶部表面设计成可以嵌套及重叠，每一模块顶部表面的坡度使得成型壳体可以很好地防水(在建造过程中或作为独立壳体)。除非收集或另外输送雨水，其将通过每一角块中的管排出。尽管可以通过模块间的密封连接进一步增强单纯由壳体提供的雨水防护，但是通过在壳体上方安装第二层屋顶结构将更好地确保防护作用。在优选实施例中，该第二层屋顶结构由如下文所述的入口地板/平台模块和雨水收集系统组成。

角块

现在参考图6A-6D，该实施例的角块200具有底部为14”见方的扩口柱，且具有用于互锁和与下部支撑结构连接的底部栓206和底部管延伸211。下部柱形部分201在地板上方大约6’-8”处扩大到18”见方，并且在该高度过渡成加强薄壁结构。底部管延伸211制成锥形以便于管插入下方结构中的垂直收容套106(图22A-22E)。底部管延伸的薄前缘的相对弹性也可以在模块的交接面间提供一些韧性；如果支撑模块受载到失效，则失效将从底部管延伸211的薄前缘开始，并最后扩展到中心管210的整个横截面。与配合面连接的通用底部栓206浇筑到支撑模块的顶部。这种连接在建造过程中能自定位和稳定性，从而无需拉条。在该实施例中，一个直径为6”的标准中心钢管210嵌在钢筋混凝土柱中，以承受剪切和倾覆力矩，且其作为各层结构之间的垂直系统管。在使用结构钢的场合，其可以具有适于结构用途和地点的防腐能力。如图34D中所示，结构中心管210和底部柱201使用的尺寸，可以在设计和建造上按照特定模块的结构要求变化。支撑模块的相应几何形状也可以修改以保持与扩大的柱底部相适应。中心管210不仅可以作为整体加强和MEP系统管路，其还可以在高结构或承受大水平载荷的结构中用作堆砌角块的垂直后张。再参考图6D，管顶部上方的柱部分在平面上成一个倾斜“L”形柱部分215，并具有一个中心横向支撑面218，以容纳堆砌在上方的角块的底部管延伸211，并承受其横向倾覆力矩。成对且相反的横向力，以及来自上部柱座的垂直作用力，由角盘形380的加厚角381(图11C)与角块200一起承受。在图6C所示的实施例中，在中心管210顶部上方的角块200薄壁部分形成椭圆穹棱拱顶的一角，并采用大约为3英寸的最小结构壳体厚度。

在角块200的基本作用中，其在两个方向上用作栓块300(图24A-24D)的压缩支撑。现在参考图6D，加强壳体边缘226的角块坡度支撑面224和柱座230都制成垂直于混凝土壳体局部平面的斜面；这些面将压力从栓块向角块传递，类似于砖石建筑中的楔石。角块200和栓块300互锁，使得四个角块和四个栓块连接形成一个结构上稳固的矩形模块。该建筑体系设计成能够用一个轻型起重机快速建造这种结构上稳固的模块，并且无需临时拉条或支撑。

如上所述，角块200、栓块300和中央块350都具有标准柱座支撑以支撑上方的地板。此外，角块(图6D)边缘柱座的外部还具有一个墙体块支撑面231，用于支撑外墙和缝隙填充框架(图15A-15D)，并具有锥形表面232，以承受来自拱肩块510、边缘框架块520和外墙体块550的横向负载，且与这些模块相连。再参考图6D，角块内部的垂直表面235在模块建造过程中为了内部模具的脱模，根据需要制成锥形。

角块200在平面上设计成在内部和边缘条件下彼此嵌套。模块的布置可以在模块之间具有连接，以包容布置误差和热应力。可以采用常用的间隔装置在建造过程中强行在连接之间取间隔，并可以用可拆除的连续连接楔和/或弹性连接填料密封。根据在不同位置所需的结构作用，处于指定位置的间隔装置可以是可压缩或刚性材料。尽管在结构特定高度的建造过程中不需要，但是可以在建造上方的结构层前，在认为需要的地方穿过角块剪切销套237(图6C)安装剪切销109(图中未表示)。剪切销109可以在预期有微小的地基移动处，强迫具有垂直偏移兼容性，并使嵌套结构模块与邻近的模块相连及水平支撑。

为了满足不同的建筑和工程要求，角块200设计成在垂直高度(图6B)和结构横截面上可调，且在建筑和结构形式上也可调节。该实施例的层高为14英尺，但该高度可以增加或减小以提供更高或更低的楼层，并横跨地面标高的变化。只要具有标准底部连接模具，则角块设计高度可以修改；修改底部柱201的设计高度时候，可以改变中心管210的长度以及墙厚，以用于高或重载角块。由于更长的跨距或更高的层高，或多层堆砌模块的底层而引起的结构要求，可以通过改变模具布置和加强框架来满足，以在所需之处提供更大和更厚的加强横截面。

角块200的形状，以及与同组栓块300和中央块350一起构成的顶部轮廓，可以在设计和浇筑上变化，以通过建筑跨距和轮廓的变化满足建筑要求。

基座块

现在参考图7A-7D，在浇筑时对角块200作很小的改动，即将角块200缩短到最大程度，即可获得基座块250。基座块250通常用于结构的第一层，期望其具有不明显高于现有地面的地板结构。用加厚和加强的平板252替代基座块薄壁区域的底部，且底部柱区域201和中心管210都缩短成在加厚和加强的平板252和支撑结构顶部之间提供较小的槽隙间隙(图22A-22E)。在该空间中，基座块250可以被顶起及垫起以使经历了不希望的地面运动的结构重新定位。通过将基座块250和底部倾斜配合面256都垫起，两部分垫块可以在基座块和其支撑之间维持必要的定位作用。在底部构造、上方盘形块370的柱座支撑、与栓块300的连接，以及与拱肩块510、边缘框架块520和外墙体块550的连接上，基座块250和角块200都是一样的。

栓块

现在参考图8A-8D，栓块300完成两个角块200或基座块250之间的跨距。栓块300具有栓块倾斜支撑面302和栓块柱座310与两个支撑角块200或基座块250的角块倾斜支撑面224相配合。栓块300还具有一对钢筋混凝土“孔”320以容纳和连接每一支撑角块200或基座块250的两个锥形角块柱座230(图2A-2E)。这在建造过程中提供了自定位和栓块300与支撑角块200或基座块250之间的连接，而无需连接。栓块与角块或基座块之间的连接用于承受接合处的倾覆应力或力矩，如在结构的水平加载过程中，或在支撑土壤运动时，平拱形轮廓中将会产生的应力或力矩。

再参考图8D，栓块300包括外部柱座304，与拱肩块510、边缘框架块520和外墙体块550上的托架支撑501相连，类似于柱模块200提供的连接。栓块300还具有中央块支撑面306和栓块柱座310以支撑中央块350和标准柱座支撑以支撑上方的地板盘形370(图中未表示)。栓块300按照建造过程中无阻碍脱模所需，具有必须的锥形垂直表面。

为了提供如前所述的基本防水壳体，栓块300可以按照需要浇筑成具有栓块排水翼308(图8C和8D)，以覆盖并防止水流到角块200上。

栓块300是一个方便的手段，用于从图5A实施例中25’见方平面模块出发，调整特定结构模块的平面几何形状和跨距。通过改变模具设置，栓块可以按照需要变窄或变宽(图34I-34K)，以形成矩形模块和多种跨距。中央块350、盘形块370和地板填充块470可以按照需要在设计和浇筑上改变，以适合变窄或变宽的栓块。对于长净跨距模块，可以利用简单的后拉以垂直承受设计动态负载，这种跨距通常可以设计成允许连接系统，没有后拉地，承受自重和建筑负载以保持建造速度。至于角块，其产生的栓块和顶部轮廓可以设计并浇筑成符合建筑需要。

中央块

现在参考图9A-9D，中央块350在四个栓块300之间形成壳体，且具有垂直于混凝土壳体局部表面的中央块倾斜支撑面352，以与四个支撑栓块300的支撑面配合。中央块柱座354与角块200和栓块300的柱座一起支撑第二层地板结构。

由于角块和栓块连接成形成一个稳固的结构，因此中央块的安装是可选的(图23A)。这种选择便于在任何结构模块的中央为电梯、门廊、螺旋梯或天窗提供开口。更大的地板开口，或那些在模块之间所需的开口，如上所述，由间隔模块之间的间隙框架块形成。

再参考图9C和9D，中央块可以包括排水顶部表面356，使得模块排水到其边缘。为了提供如前所述的可靠防水壳体，中央块350可以按照需要与中央块排水翼359(图9C和9D)一起浇筑，以覆盖并防止水进入角块200。

入口地板/平台系统

现在参考图10A-10B，该实施例包括一个独特的入口地板/平台系统，其在结构地板下具有一个可进入的管道。这种同样的系统可以构造成提供一个堆砌混凝土板屋顶系统、雨水收集系统和高性能的屋顶平台，而不需要传统的屋顶膜。该实施例中的入口地板/平台系统360设计成与该建筑体系剩余部分一致，但其也可以与多种其它结构支撑结合使用。入口地板/平台系统360模块的设计和浇筑可以修改，以增加或减小管道高度并由任何通过工程分析或实验显示能够承受所有规范规定的负载，而没有过大偏移的结构系统支撑。该建筑体系可以在该实施例结构的任何高度，在地板下的管道中提供快速简单的机械、电路、数据和管路连接。

该实施例中地板和屋顶平台系统都由布置在结构壳体600柱座上的盘形块370和角盘形块380构成，以在盘形边缘之间留数英寸的间隙。该间隙由盖块400覆盖，并为在盖块下侧规律间隔的MEP出口402提供管道入口，以为电路、数据和管路提供穿过地板并进入上房空间的模块接入点。盖块400连接盘形块370之间的间隙，并嵌套成自排水混凝土水池379。可以用地板填充块470覆盖孔，并组成坚固的上部。

该体系中主要的防水材料是特别设计成低渗透性的互连预制混凝土模块。屋顶平台和盖可以包括特殊的混凝土混合物、混合物和表面处理以使渗透性降到最低并增强混凝土的防水性能。盖块400密封盘形块370之间的结合处，盖块之间的结合处可以用金属片或弹性盖连接防水板(wet panel)密封。由平台盖和地板填充块470遮挡的水可以排到盘形块的中央孔371中，并在那里收集到一个冲压、焊接或弹性排水盘中，接下来将水导入雨水收集管。在期望有附加保护装置的场合或在特别潮湿的环境中，可以在盖块400和地板填充块470下安装常用的防水膜板，并直接导入雨水收集系统。

盘形块

现在参考图11A-11E，盘形块370和角盘形块380设计成支撑在一排角块柱座230、栓块柱座310，中央块柱座354(图10B)上，并栓在其中。盘形块370还直接支撑在间隙框架块530(图中未表示)上。再参考图11C，盘形块栓脚372既作为可以将地板负载传递到结构壳体的支撑点，又作为可以制成锥形用于连接的自定位栓。盘形块加强梁374(图11D)横跨在栓角之间，且在该实施例中利用拱形作用以使它们在盘形块中间的深度降到最小，并且从而使地板下管道在关键区域的垂直间隙最大。盘形块加强梁374和栓脚372可以浇筑成具有垂直延伸，以在需要的地方增加支撑高度和管道入口空间。在该实施例中，盘形边缘375的顶部表面大约在成型地板表面下方2”处，且覆盖有大约2”的厚盖块(图12)。图10A-10B表示了盘形边缘375如何间隔布置、如何覆盖这些间隔，以及相邻的盘如何通过盖块400相连。图11C表示盘模块370如何从与朝着中央孔371或每一盘形块中地板排水管的盘模块400垂直面向下倾斜。图11D表示盘形块370下侧如何可以具有增强孔边缘的盘形块凸缘376，并具有一个密封水收集盘的相对表面(图中未表示)。再参考图11C，位于每一盘形块中央的自排水混凝土水池379最终可以用地板填充块470(图10B)覆盖，从而产生一致的地板面。

在屋顶平台或内部潮湿地区的使用场合中，自排水混凝土水池379可以装有一个冲压或焊接金属片水收集盘(图中未表示)，且排水装置与雨水或雾水收集管相连。可以在每一地板填充块470和周围盖块400之间形成一个连续盖。该盖可以作为将雨水收集并导入收集系统的模块槽排水系统。在干旱地区，每一盘形块的中央孔可以提供一个地板下管道可以进入模块的点。

角盘形块380(图11C)与盘形块370(图11D)一样，除了在角盘形块380的角上具有一个柱，加厚角381浇筑成具有一个圆形垂直面384，以容纳从上方角块200伸出的底部管延伸211。加厚角381可以按照需要加强，以将上方角块200的底部作用力向下方的支撑角块200或基座块250传递。在结构的最上层，这里没有上层柱要安装，角盘形块380可以用盘形块370代替以建造一个连续的屋顶平台。

如上所述，盘形块的跨距和横截面可以在设计和浇筑上修改，以使支撑模块适合修改的尺寸。在该实施例中。单个盘形块370可以构成一个单个8’-4”(8英尺4英寸)方形尺寸的模块，例如9个盘形块370构成一个25’×25’的结构模块。作为替代，盘形块370可以在设计和浇筑上拉伸，或者多个盘形块可以在设计和浇筑上融为一体，以形成具有多个排水口的融合盘形块378，以满足建筑规范中具有的紧急溢水。

盖块

现在参考图12A-12J，在该实施例中，盖块400的主要功能是覆盖和密封盘形块370和角盘形块380之间的边缘缝隙，并建立成型地板高度。盖块400在屋顶平台或其它潮湿地区的使用场合中可以具有倾斜顶部表面401，以将雨水排向盖块边缘并进入盘形块。尽管在内部底盘使用场合中盘形块可以具有这种缓顶，并仍然比saltillo砖地具有更平的地板表面，但内部盖也可以浇筑成没有顶以提供一个平地板面。每一个盖下侧的每一端(图中未表示)都可以具有小凹槽，以容纳盖连接防水条，还可以在每一盖块的下侧，在模块间隔处具有一些薄壁MEP出口402(图12G)。每一MEP出口402都可以提供穿过地板进入系统的入口，MEP出口402可以按照需要穿孔或打穿，以使机械、电路、管路和数据系统从地板下的空间穿入居住空间，或穿入上方的内部部分。盖块400具有足够的重量(最小重量大约为220磅)，以在与相邻盘形块370连接的结合处允许一定误差，而盖不会有轻微松动。盖块400可以放在一个诸如30#毡的缓冲层上(图中未表示)，但这不是强制性的。

在该实施例中，盖块部分接合形成一个连续的盖。这些由一个常用的十字盖块410(图12G)、一个较短的功能上称为楔形盖块420(图12I)和一个柱形盖块425(图12H)组成，其中楔形盖块420必须延伸到一个柱形面。盖块系统的外部边缘可以使用有边的周围盖块430(图12C)或无边的周围盖块440(图12D)构成。有边的周围盖块430可以包括向上卷的边431，用于容纳水，在屋顶防水板或矮墙情况下，可以将卷边431覆盖在这些模块上。无边的周围盖块440可以用在防水不是重点的内部情况中。

地板填充块

现在参考图13A-13E，地板填充块470的主要功能是覆盖盘形块370的中央孔371，并完成成型地板。在屋顶平台或其它潮湿地板应用场合中，地板填充块470可以具有一个顶部表面482(图13E)以将水排到地板填充块470边缘并排入盘形块370。当与盖块一起时，在内部应用场合中的地板填充块可以浇筑成不带顶部一形成一个平的地板面。地板填充块470具有足够的重量(大约800磅)以在地板填充块470和盖块400之间具有连续的周围连接，而填充块不会有轻微松动。该槽能提供必要的安装误差，地板下HVAC系统的空气扩散，或在潮湿应用场合中的周围排水槽。现在参考图13D，地板填充块在下侧还具有规律间隔的MEP出口(knock-outs)402，为管路、电路，及数据系统提供额外的模块入口，或固定上方的内部间隔。Sawcuts连接多用MEP出口402可以用于为诸如地板下HVAC系统连向上方空间的排气管等设备提供更大的入口。

地板填充块不需要比承受结构负载所需加厚，并且可以包括短座支撑480，以将地板填充块的负载向下方的盘形块传递。保持的间隙(图10B)在潮湿地板的应用场合允许不受阻碍地排水，并允许空气流动用于风干。在希望控制从地板下HVAC系统流出的气流的场合，盖可以用可压缩的填料密封。现在参考图13C，地板填充块470可以为可拆除的板(图中未表示)开有一个开口486，以提供管道空间的入口。在需要进入无开口地板填充块470下方管道空间的场合(图13E)，可以用一个小的便携式起重机(图中未表示)临时拆除更换地板填充块470。

当模块所有的面都暴露在视线中时，地板填充块可以浇筑成具有一个包括表面图案、装饰和整体颜色的成型混凝土表面。也可以制成平整或粗糙的，以按照需要在地毯、乙烯基地砖、瓷砖或木地板下铺设衬垫材料。铺设表面可以在现场进行，但铺设也可以在运到工地前进行。地板填充块470可以提供额外的机会，以在比标准现场建造更加可控的环境中完成建造。它们还可以预先铺设电路和管路，或者将家具预先安装到模块中。它们还可以浇筑成带有用于室内温度控制系统的整体式水流通管道。

尽管该实施例中的地板填充块470由预制混凝土建成，但是它们也可以用木材或其它任何不会对总系统造成负面影响的合适材料制成。

板块地板系统

现在参考图14A-14E，对于诸如停车库的重载或公用地板应用场合，或入口地板/平台系统不希望采用多层混凝土模块的场合，它们可以用简化的地板板块460代替。这些模块与盘形块370相似，并可以提供进入地板下方管路的孔。在该实施例中，单块地板板块460可以完成一个8’-4”尺寸的模块，这样的9块地板板块460可以构成一个25’×25’的结构模块。如上文对盘形块370所作的说明，多块地板板块460也可以在设计和浇筑上形成一体以形成一个条形模块。地板系统的完成只需要两种类型的厚地板：地板板块460(图14D)和角地板块461(图14E)，角地板块461结合了角盘形块380的标准柱支撑部件。两种类型的模块都具有栓脚372，支撑在支撑角块柱座230、栓块柱座310和中央块柱座354上并与之互锁，还可以包括加强梁374。角地板块461与角盘形块380具有很多相同特征，包括加厚角381和圆形垂直面384。

与该体系中所有暴露表面一样，地板板块460的成型地板面464可以包括整体或表面颜色和花纹，或者它们可以构造成容纳任何常用装饰材料。打开地板板块(图14C)还可以构造成具有开口486以包括地板开口、入口或其它需要的地板穿孔。

特制框架块

上述建筑模块和方法可以用于建造一个单独的具有入口地板/平台系统360的结构模块600，或由多个嵌套和/或堆砌结构模块组成的更大的模块。在建成的结构壳体和地板系统周围，可以包括任意数量的结构模块，且在间隙结构模块之间形成结构开口的场合，可以具有特制框架块以承受周围负载并为结构壳体和地板之间的管路提供封闭物。特制框架块可以由拱肩块510、边缘框架块520、间隙框架块530或墙体块550(不是必需的)组成。

特制框架块的左右端延伸部分可以为任何平面几何形状提供完整的外部封闭物。与其它部件一样，这些模块可以建造成具有多种形状、跨距、横截面，并提供所需的结构和建筑设计灵活性。

尽管特制框架块起到多种有用的功能，但它们对于基本结构的结构完整性不是必须的，而是可选择地，它们可以在诸如临时遮篷或建筑掩体的临时或实用应用场合中省略。

拱肩块

现在参考图15A-15D，拱肩块510可以起多种作用。这些模块设计成采用托架支撑501与角块200互锁并将外墙负载向角块200传递。在该实施例中，托架支撑501采用预制混凝土建造，但是这些元件也可以用诸如钢板托架总成507(图15H)的其它建筑级材料总成建造，以提供与由角块200和栓块300代表的(图15E-15G)墙体块支撑面231及锥形面232配合的支撑和横向互锁面。拱肩块510还可以用作临时间隔以在安装栓块300前迫使角块200处于其所需位置。用作临时间隔时，需要如图15C中所示，省略可选托架支撑506(图16C)以避免在安装过程中与栓块300干涉。拱肩块510设计成其可以在封闭结构的任何楼层高度支撑幕墙，它们也可以在诸如遮篷的开放结构中用作外部结构件。通过使拱肩块510具有矮墙延伸503，可以在屋顶或屋顶平台周围提供外部封闭和矮防护墙(图30)。

在诸如楼梯间、门廊或天窗的内部地板开口中(图18)，拱肩块510和边缘框架块520可以密封入口地板管道，支撑结构模块间隔之间的间隙填充框架。拱肩块510的顶部可以布置在地板下方以支撑填充框架、在极限情况和全高填充墙情况下布置在地板高度，以及在栏杆、矮墙或影壁情况下布置在栏杆高度或栏杆上方(图15C)。拱肩块510的顶部可以是平的、用于排水的斜坡状或用于建筑目的的阶梯状。它们还可以在边缘框架块520或墙体块550支撑在拱肩块510顶部的位置中具有顶部凸缘504和栓互锁505(图15D)。拱肩块510的底部表面可以包括构造成与结构壳体或其它按照建筑期望的轮廓相配合的底部轮廓502。

由结构和建筑需要决定，拱肩块510的建造可以预制成加强壳体模块的形式，以通向内部入口地板或在每一侧都具有完整壳体面的中空区域。作为代替，框架拱肩块515(图16A-16D)可以由钢或木框架或其它任何满足与结构壳体互锁详细需要的合适结构构成。框架拱肩块515可以在多种用途中使用。与拱肩块510一样，框架拱肩块515包括可以是预制或其它结构的托架支撑501(图16C)。如果省略可选托架支撑506，则框架拱肩块515可以在栓块300安装前在角块200之间作为临时间隔。框架拱肩块515可以用于支撑直接支撑在框架拱肩块上或向框架拱肩块外部支撑的第二层传统墙体框架或窗户墙体结构。框架拱肩块515还可以按照需要构造成具有延伸部分以提供多种顶部和底部轮廓502。

边缘框架块

现在参考图17A-17C，边缘框架块520具有拱肩块510的特征，除了边缘框架块分成角部523和栓部524。边缘框架块520还设计成具有柱形延伸部分521和柱形底部栓互锁522，使得它们的负载可以直接传到底脚块100、墩盖块94上。边缘框架块520还可以直接支撑在拱肩块510、墙体块550或其它下方的边缘框架块上。边缘框架块520可以设计成用于边缘框架必须承受大于拱肩块510能安全传递的负载的场合，或建筑考虑规定边缘框架必须是全高的场合。边缘框架由角部523和栓部524组成，它们以与结构壳体的角块200和栓块300相似的方式互锁。图17C表示了一个边缘框架部分523和栓部524接合与分离的例子，且边缘框架拉丝525表示了这些模块之间互锁连接内部几何形状的一种可能性。与拱肩块510相似，边缘框架块520可以是加强壳体结构或每一侧都具有完整壳体面的中空区域。边缘框架块520还可以构造成具有多种形状、跨距和横截面，以提供需要的结构和建筑设计灵活性。在图17B中，角部523和下方栓部524之间的间隙可以用玻璃、有窗墙体系、常用墙体结构或模块化填充墙体块填充。与拱肩块510相似，边缘框架块520可以具有矮墙延伸部分503(图17A)。边缘框架块520还可以构造成用作能从该建筑体系的一个结构模块中分离并由此结构模块支撑的独立框架，或它们可以具有底部管延伸211(图中未表示)并作为支撑在地基底脚块100、墩盖块94、基座块250或角块200上的独立结构部件使用。

间隙框架块

该体系用间隙分离结构模块(图18)，并用框架填充该间隙或使其保持开放的能力，在用该体系建造进行建筑的结构和建筑设计时，提供了非常大的灵活性。结构模块可以用矩形间隙或间隙填充框架正交间隔。模块也可以是交错的，或者它们也可以围绕一个楔状或饼状间隙或间隙填充框架呈放射状地间隔。间隙框架块530通常具有栓互锁505或底部管延伸211用于与支撑拱肩块510或边缘框架块520连接。间隙框架块530可以包括加强厚板填充块531、模块化壳体填充块532(图中未表示)，或刚性框架填充块533。由于加强厚板填充块531是能够设计并浇筑成不同构造的简单元件，因此它们特别适于非正交布置的底部结构壳体601所需的楔形或曲线平面几何形状。

特制间隙框架块可以在结构模块之间的框架间隙上方提供垂直入口和封闭结构。这种特制模块的例子包括平台楼梯、电梯或门廊上方的预制楼梯模块和开放框架或壳体。相似元件可以在省略的中央块上方提供垂直入口和封闭结构。

墙体块

该建筑体系设计成提供能够包括具有多种建筑类型的外墙和内部部分的完整结构壳体。该建筑体系还可以提供可拆除的外部墙体块551和内部部分系统，它们可以设计成补足并形成一个封闭结构。

外部墙体块

尽管该建筑体系能够包容任何标准外墙结构，但是在优选实施例中，封闭结构的外部使用预制模块化外部墙体块551制成。图19A表示一对示例性单层墙体块555的外部视图。图19B表示与图19A中所示相同单层墙体块555的内部视图。图19C表示一个外部墙体块551三层结构的外部视图，其中外部墙体块551具有不同的设计并支撑在一个拱肩块510上。托架支撑501可以在每层传递墙体负载，这样只有第一层外部墙体块551真正支撑在拱肩块510上。这里描述的该体系的外部墙体块551使结构完全可拆卸。外部墙体也可以是标准门房、砖板或其它传统墙体框架和板系统，但是如果要移动或改建结构时，这些系统通常会被破坏。

图19D是一个带有外部墙体块551的四层(加上屋顶平台)结构的选择部分内部视图。为了表示可堆砌墙体块556和结构壳体600之间的通用连接，除了一个由基座块250、角块200和角盘形块380组成的角部组以外，所有的壳体元件都已经从图19D所示的示图中拆除。墙体块550设计成互锁并通过托架支撑501传递风和重力负载，托架支撑501将外部墙体块连接到底部结构的角块和栓块上。单层外部墙体块555(图19B)在地板下方以及屋顶平台上方具有两层悬在墙体块上的托架支撑501。可堆砌的墙体块556利用托架支撑501与上部壳体相连，并与下方的拱肩、边缘框架或墙体块具有栓互锁505。重力负载通常通过托架支撑501传递。取决于用于预期用途的工程分析，栓互锁505可以构造成传递重力负载，或它们可以包括隔离墙体不同层的可压缩连接并只让横向负载存在。外部墙体块551顶部上的横向负载可以通过托架支撑501在角块柱座230和栓外围柱座304锥形面232上的支撑传入结构壳体600。

只要包括必需的托架支撑501，预制外部墙体块可以是任何结构上能够运输和举起的结构。墙体块可以是木材或钢材框架，或者它们可以是预制混凝土或其它结构。外部墙体块包括门开口552和窗户开口553，并具有用于无数种建筑设计轮廓和装饰的调色。模块可以至少延伸到屋顶平台上方栏杆的高度，但能够延伸到更高以同时形成影壁以及建筑外形的多种调色。通过外部墙体结构551具有充足的结构能力，它们也可以设计并建造成支撑悬空遮篷和屋顶部分。通过结合多种外部墙体结构和底部结构模块几何形状的变化，具有该结构的建筑可以仿效任何传统建筑的外部结构。

在希望采用传统外墙的场合，它们可以由拱肩块510或边缘框架块520支撑，或者通过必要的托架支撑501围绕传统结构以与结构壳体互锁。

内部部分

尽管能够包括任何标准结构的内部部分，但该实施例提出了开发预制模块化内部部分模块，以使结构保持完全可拆除并重新建造而不会损坏。模块化系统可以在更大的净跨间距中定义平顶空间，且可代替地能够横跨地板与部分壳体顶部。它们还可以进一步设计成互锁并提供与盖块400和地板填充块470的模块化底部连接。内部部分系统设计成包括机械、电路和管路槽，并提供可选预先铺设电路和管路，将最好地利用设计到该建筑体系中的可拆除能力。

实施例详细说明-模块制造

下文中说明了用于制造全尺寸系统原形的理想方法，但希望在生产实践中改进生产工艺。下面说明的方法提供了一种相对快速、便宜，精确的，产生从简单到复杂三维(3D)结构体的方法，该方法可以用于较广的应用场合。

建造上述实施例中每一模块的方法由以下基本步骤组成：使用3D建模软件设计3D物体，使用3D计算机整体建模将结构分解成随后逐个互锁或用其它方法重新连接的模块，建造每个模块的全尺寸结构样件，在每一模块样件周围浇筑互锁的组合模具，然后从每套模具浇筑建筑模块。原始物体仅需要分解到期望或建造性或运输性所需的程度。一旦该方法到达能建造3D样件并从该样件大规模制造部件的程度，则所述方法显然可以用于制造大多数任何尺寸任何3D部件。

在需要提供特定特点的场合，需要修改该方法以制造模具组成部分的加强板样件，从这些部分制造多用模具组，然后从每套模具加强并浇筑模块。也可以使用很多其它方法从结构样件制造可分离的模具组。可以包括但不限于玻璃纤维结构或其它合成材料模具，由外层结构所带的多种模具衬料浇筑，以及用金属片、木材，或任何其它材料建造模具组。所述方法是选择的起点，因为从单件样件制造多用浇筑模具组的成本很低，还因为通过钢筋混凝土能够或的耐用性和结构强度。

设计样件

该体系结构壳体模块的3D外形和形式必须首先符合结构和建筑需要(图33A)。该实施例的结构壳体顶部采取穹棱拱顶的形式，其可以很方便地表现为拱形分段支撑，并不用壳体连接形成一个互锁穹棱拱顶框架，或者可以表现为桶形拱顶或折叠板壳体或框架。折叠板、壳体或3D框架在指定跨距上的几何外形可以使用计算机整体建模进行三维建模(图33B-33F)，并可以在初步考虑结构工程性和可建造性的基础上建造。跨距700计算机整体模型的基本建造步骤包括建造一个具有轮廓线701的跨距模块模型(图33A)，在短方向702(图33B)和长方向703(图33C)上成型顶部轮廓，以形成一个穹棱拱顶顶部轮廓704(图33D)，或期望的任何其它顶部轮廓。然后得到的示意性结构模型块705(图33E)可以分解成为示意性地板块706(图33F)指定深度。结构跨距可以由结构工程师在结构和运输要求(图33G)基础上进行分解，以生成示意性分段模块选项。在分解代表性跨距时采用的策略应该集中在将模型分解成实际中数量最小的同样的重复性模块，其中每一模块都满足结构和运输要求。连接位置和角度的选择可以在结构和建筑因素基础上进行。

在将计算机3D模型分解成示意性建筑模块前，结构工程师必须首先评估对于特定结构通过模块间的封闭、开放，或衬垫连接是否能达到最合适的结构作用。尽管模块与结构模块之间的封闭混凝土对混凝土连接可能适于直接建在稳固地面上的建筑，但大型建筑模块之间或将其固定到垫圈上时可能期望使用灰浆接缝。由合适弹性材料制成的大型垫圈可以缓冲模块之间的连接，以避免应力集中并提供建造误差和柔韧性。该特征在诸如地震或地基移动的极端负载下能够具有抗振能力和较高的性能。如果要安装连接材料，则必须在每一界面从两个模块的支撑面上切取期望连接材料厚度的1/2。

如果决定模型需要分解，则结构连接(图33G中未表示)必须设计成将部分，或模块重新连接组成结构。为了在建造过程中使现场连接的要求降到最小，并有助于在建造过程中使起重机必须在工地中的时间减到最短，因此模块设计成互锁。互锁连接的设计有些复杂。柱座、孔或其它互锁部件的几何形状必须与预期结构作用成比例(图34E-34H)。模型连接还必须形成可拆除的表面，这取决于将要使用的模具系统、模具分离线和模具脱模方法。对于浇筑模具，平行于抽模线的表面上应当具有孔，使得当模具抽出时，部件从模具中逐渐变细，并在其底部增大。

如果结构上的预期负载使结构工程师必须在结构模块之间沿着连接分布拉力，则通过按照需要增大柱座和孔，以容纳成列的套(图34H)，可以将螺栓连接结合到设计中。这些套可以容纳穿过柱座并将柱座拧在一起的钢制螺杆或其它连接.

在确定建筑模块的设计时，应该确认提供了全部必须的锥形面，以确保模具组可以从新制造的模块上脱模。3D计算机建模可以作为能分析所有建筑外形的平台。一套指定模块的几何外形和加强部分能在精制结构分析的基础上结合全尺寸负载试验而确定。

形状分析

对于特定模块的计算机整体建模720，无论是物体的3D几何形状还是2D几何形状都可以直接转化成计算机控制切割。很多方法都可以用于制造3D样件，包括计算机控制3D泡沫切割，但这里描述的方法试图产生内部加强的结构样件。现在参考图20，使用实际厚度的板(3/4″夹板，1/8″钢板等)制造样件，模块的计算机整体模型720可以是“表层的”或从原始模具上每次切下或分离一层表面，产生一套表层722。为了在板制造完成后组装具有正确尺寸的样件，很重要的是考虑每块板在每个角上与其它板如何界定，以及在每个角上标记板的相对位置。由于每一表面都是表层的，因此可以写入一个计算机CAD文件以精确定义板的几何形状，使用分割板的2D几何形状，这些板将在样件上形成相同表面。一旦模型完全表层化，则留下的整体形状代表包括在表面板样件的剩余内部空间726。则计算机建模的剩余内部空间726能够在每一需要内部加强724以加强内部几何形状并为样件每一表面提供必要加强的位置上分割成薄片。每一薄片用于写入一个2D几何形状计算机CAD文件。可以通过来自计算机整体建模的表层722和内部加强724完成提取必要的几何形状以建造一个3D物体。

建造样件

一旦一套样件模块的原形形状已经确定，则可以制造每一模块的样件。这里说明的方法提供了制造从简单到复杂3D物体的能力，同时真正消除了在制造过程中对手工测量和布置的需要。同时消除了所花费的时间和3D外形布置可能包括的误差。通过将任意3D物体分割成合适的部分，通过标准CAD(计算机辅助设计)整体建模软件工具，能够精确分析物体内部加强或平面的二维几何外形。分析得到的2D几何外形直接提供给计算机控制切割装置以制造形状正确的片，并最终按照制造全尺寸样件所需，完成一整套片。

板组制造

通过上述几何形状分析方法导出的计算机板切割文件直接向计算机控制切割装置提供。与所选择的建筑材料相适应，该装置可以采用激光、等离子、水柱、机械式或其它切割方法并能够提供所需的精确性。对于所选的建筑材料，可以使用传统工艺将板精确连接起来以建造每一模块的样件。

可变性

在实际运用的场合中，样件本身可以用可互换的部分建造使得样件的几何形状能多样化。例如，底脚块101的长度和高度、角块200和墙体块550的长度和高度、栓块300和中央块350的宽度，以及入口地板/平台系统360(盘形块370、盖块400和地板填充块470)的宽度和支座都可以产生变化。可以为每一变化的模块制造单独的样件，否则可以用带有可互换部件的可分离样件更经济地用最少的结构样件制造一些具有较多几何外形的模具组。如果用于指定运用场合的模块需要加厚壳体表面或更深的加强，则可以向钢制样件上增加机械或磁性附着迭片结构。迭片容积可以是结构上要求的，也可以是建筑纹理或特征。由具有这种组合部分(通过附着迭片结构)的样件制造的模具组将反过来，制造具有相同加厚部分的模块。通过利用这种能力，单独的钢制样件可以用作一些结构和建筑轮廓的起点。

定向

作为样件建造中的一个必须步骤，应该在模具每部分的浇筑过程中，仔细考虑样件在模具组中的定向。在实践中，浇筑通常定向成使得最接近视野的面(临界表面)向下浇筑(其中气泡最不易于残存)，并且这样不会导致空气残存在模具组中的情况。应当避免水平模具面，因为在这样的面中排气困难。当水平面无法避免时，样件通常可以在外模中旋转。应当安装通气口，以确保残留的空气始终在临界表面中消除。

在从样件建造模具组时，通常期望将样件的浇筑方向改变成使得临界成型面向下浇筑以获得最佳表面质量。在模块制造前，模具组最终应当再次转变，使得模块的向下浇筑面(最佳质量)能对着模具组向下浇筑面再次浇筑。对于某些模块，该转变工艺可能不实用，样件和生产模具组的定向取决于要制造的模块的几何外形。

支撑

在所选样件浇筑方向和模具组期望分段的基础上，可以选择缆绳、光缆或其它约束连接到样件上的位置，作为操作的支撑点，这些点还可以用于在外模中悬挂或水平支撑样件。样件可以通过这些悬挂缆绳悬挂在可拆除样件支撑框架下方或框架部件之间。支撑框架可以成比例地提供一组缆绳拉紧点并提供所需组合生产模具组的结构入口。样件还可以按照需要通过缆绳、光缆或其它约束拴在样件支撑框架的底部，以抵抗在浇筑过程中使样件上浮的浮力。

建造组合模具组

该实施例的模块可以在生产模具组中浇筑，而生产模具组本身围绕着一个结构样件浇筑。生产模具可以是组合的并设计成互锁，但为了做到这一点，必须选择模具拆分和互锁的路线。尽管模具可以用任何可浇筑的结构级材料(或类似于样件的加强板结构)生产，但是各组成部分在理想情况下应该足够重，使得组合模具组在注射模制过程中无需连接。如果模具组在注射前不需要用螺栓连接在一起或者在获得模块前不需要打开，则生产将更加快速和经济。实施例中的模具组生产采用钢筋混凝土。

脱模

在悬挂样件周围设置加强、锁合分隔器(keyed dividers)、冒口和模板前，应该在结构样件的合适表面施加脱模剂或模板衬垫。向结构样件的表面上粘贴模板衬垫的方法可以包括但不限于使用磁性模板衬垫片，使用可以在样件中制成的整体夹板并加紧模板衬垫边缘，以及建造使用预制板和内部真空压力将模板衬垫固定到位的样件。将该真空逆转以形成内部正压力可以通过使它们从模具表面脱落，便于浇筑模具部分脱离。一旦模块样件已经定位且确保已经脱模，则加强、锁合分割器、冒口、套，以及建造组合模具所需的外部模板可以安装在样件周围。

模具组成部分的外模

在确定分模线以及产生模板部分后，可以设置每一模具部分的外模，以确保模具组的硬度，以及平衡垂直分模点两边每部分的质量。模具组构造和互锁必须适合组装和脱模，利用可能包括高架起重机和吊车的操作设备进行组装和脱模。生产模具组的外形没有要制造的模块外形重要，因此外模板结构可以允许更大的建造误差，只要模具组之间的配合表面能够一致地互锁。

外模板构造的主要目标是围绕样件的大致形状，以控制模具组成部分的重量，并产生强化和耐用的模具组。模具组同时还应该构造成自身稳固。在实践中，模具组可以采用可堆砌或可嵌套的外形以便于存储和运输。它们还可以按照需要分解成可以运输的尺寸和重量。小模具组可以构造成组合实心块，通过外部空间可以使部分区域变薄用于冒口或实践中减重的区域。大模具组可以采用大块的形式，通过向着样件成型表面向内深度可变的空间形式，但在需要的地方为模具硬度留有加强肋，可以减轻这些大块的重量。它们还可以还可以采用更接近样件轮廓的形式，但按照需要增加了加强和支持物，以使组装模具组保持稳定。既然期望用一套外模建造多种生产模具，因此从箱形外模开向样件的空间外形可以具有拔模斜面且在理想情况下具有耐用的结构以重复使用。

外模还可以提供一种连接方法，以确保在模具组成部分之间形成互锁连接的连接形状边缘。每套模具最上方(模具盖组成部分)的模具组成部分通常可以构造成具有支撑延伸和附加起重吊环，以使该组成部分可以翻转。这可以在地面高度进行，或者进行表面准备和使钢筋框架与模具相连的高空工作。翻过来的模具盖组成部分可以用作加强框架最终定位和连接的底部支撑和模板。角块200和基座块250可以具有特殊的外部模具结构框架，因为这些模具构造成容纳底部管延伸211，底部管延伸211结合到用于每一模块的钢筋框架中。

加强和连接间隔

一旦为模具组成部分建立了外模和结合线，则按照需要分配必须的钢或其它内部加强件，使模具组成部分能够操作和提升。每一模具组成部分还包括能浇筑到模具组成部分中的缆绳吊环或其它起重设施。嵌入物可以拴到整体钢筋上，用于平衡垂直起吊和模具组组装。分离组成部分的互锁可以通过建造浇筑配合栓连接来完成。可以评估几种概念。一种使用弹性穿孔膜间隔，这种间隔由整体夹板固定在样件上和连接外缘上波纹金属的配合边缘之间。另一种使用穿孔、金属片栓连接间隔，这种间隔固定(磁性或用螺丝)在样件和外模上。当浇筑的混凝土在间隔的一侧完全填满外模时，连接间隔上的穿孔允许空气排出。当连接间隔一侧的模具组成部分浇筑完后。间隔形状可以拆除以从新浇筑表面上脱模或配合浇筑。这种配合浇筑工艺应该在模具组的组成部分之间提供精确的配合。

排气口和冒口

在浇筑模具组成部分前，可以在样件和外模之间安装排气管。在浇筑到模具组成部分中后，这些管道形成排气口，其作用是当混凝土被放入模具中时，使得空气从模具组中完全排出。于是按照需要设置排气管，使得在混凝土混合物的浇筑过程中，能够排出模具组成部分每一顶部表面最上部角落中的空气。排气管可以连到凸块上，凸块可以建造到样件和外模的表面上，这些凸块即可以加强排气管所在的位置，又可以在模具浇筑时，密封排气管末端的混凝土浆渗透。模具组成部分还可以构造成在模块顶部上方具有槽，以容纳缆绳吊环、起重插入物或其它可以浇筑到每一模块中用于起重和操作的起重设施。最后，在模具底部或靠近浇筑模块底部，还可以具有一个或多个浇口，或者浇口可以由模具组顶部的开口组成，该模具包括泵送、导管或重力填充混凝土的布置。除非利用振动模具，则可以包括附加冒口以在模块浇筑过程中容纳插入的振动器。浇口可以设计成便于浇筑混凝土的切除，且所有排气口和冒口都可以构造成在浇筑后立即清理冒口。一种清除排气口、浇口和振动口的预想方法是将它们制成具有一致的长度和直径，其符合手钻(或其它合适方法)螺丝钻头的长度和直径，以从每个口上钻除溢出的混凝土。

全部悬挂和横向拉条可以在浇筑混凝土前保护在开口弹性管中，这防止混凝土与拉条粘结并在模具组中产生未来使用的孔，这些孔可以在以后使用，以在模块制造过程中将钢筋框架固定到模具盖部分上。

模具制造

一旦模具组中的全部整体部件安装完毕，则可以向外部模具形状施加脱模剂并使其处于合适位置。外部模具形状需要容纳在支撑框架中悬挂样件的缆绳，并通常沿着这些线开模。外模的底部在混凝土浇筑过程中承受较大的液压，因此必须有足够的强度和密封性。

当外部模具形状处于合适位置后，则混凝土可以从底部浇入模具，或从顶部放入模具。诸如从底部泵送混凝土的方法能使较少量的空气残留在混合物中，因此比从模具组顶部倾倒混凝土能产生质量更高的表面。如果模具组的底部是从间隔底部浇筑模制的，那么间隔中的穿孔可以允许残留的空气排出间隔的上端。在第一部分初步凝固后，可以拆除穿孔间隔，清理浇筑表面，然后向配合浇筑的配合面施加防粘结材料。然后可以对着底部部分或精确配合的部分配合浇筑模具组剩余部分。在组合模具组的另一个实施例中，连接间隔可以结合到模具组中，从而连接的两面在单次循环中浇筑完毕，而不需要浪费配合浇筑装置。

固化

除了准备模具组成部分之外，对着样件浇筑表面的混凝土或其它材料质量也很关键，这些面最后形成所制造的模块的浇筑表面。刚浇筑混凝土的固化有助于消除混凝土表面上的气泡和小孔，并且是获得高质量混凝土表面的关键部分。在浇筑过程中振动混凝土以消除残留空气是标准的建筑实践，尽管一些自固化混凝土设计试图消除振动需求。对于这些模块，自固化混凝土是一种很好的建筑材料，振动的需要取决于浇筑材料的特性。如果样件悬挂在混凝土混合物中，一种振动样件表面上混凝土的非常有效的方法是振动样件本身。因此样件模块可以具有一个自带的振动器，该振动器可以装在样件内部并可以从浇筑地板上控制。

模具组取出

在模具组成部分浇筑和初始凝固完成后，可以从样件表面上脱除组成部分，准备新产生模具组的重新组装。可以拆除样件支撑框架以便于分解并拆除生成的模具组。在分解后，如果需要，可以修补模具组组成部分，且可以按照期望打磨、刮平，雕刻。然后可以密封模具组组成部分，并施加脱模剂，以准备模块生产。同时可以清理样件和外模，准备接下来的附加模具组生产。

模块制造

模具组制造完毕后，模块制造将是一个简单的过程。内部加强件可以拴到一个包括起重吊环和插入物的框架中，模具组可以组装成包括盖框架，然后可以用混凝土或其它可浇筑的结构级材料填充模具。制造出的部分可以凝固、脱模、表面处理，并运到工地上。在大或者遥远的工程中，模块制造可以移动到工地上。理想地，在这种移动以后，用该建筑体系建造足够的工棚，以进行生产。

模块加强

该体系可以很方便地使用钢筋，在不太重要的模块中，螺纹钢筋可以省略或用整合到混合物中的纤维加强件代替，或者仅使用混凝土，而加强件只用在高应力位置。制造出的模具组可以构造成容纳螺纹钢筋并使之处于适当位置，这些螺纹钢筋用于加强要制造的模块。钢筋，又需要的直条和弯条组成，可以在每种模块中拴到预制标准框架上。使用从计算机整体建模取得的外形，可以建造加强定位夹以快速和一致地连接加强框架。在确保全部模具表面已经施加脱模剂后，3D框架可以通过套用缆绳拴到一个翻过来的模具该部分上，它可以将模具盖部分固定到正确的位置上并避免任何托架延伸到所制造模块可见到的面(向下浇筑)上。将框架拴到模具盖块下侧上的缆绳可以在螺纹钢筋托架勾住模具盖块下侧后拆除，使得模具盖和钢筋框架可以作为单个单元操作。缆绳起重和操作吊环的末端可以拴到框架上，且吊环可以用填料塞入模具盖块下侧的槽中，从而防止混凝土进入槽中。

模具组装配

单独地，可以准备模具座以容纳互锁模具组的剩余部分。在诸如盘形块的简单部件中，模具可以仅由模具座和盖部分组成。在诸如角块的更复杂的形状中，模具座可以与一个或多个互锁侧部结合以容纳模具盖和钢筋框架。当每一模具部分处于恰当位置后，可以安装任何模块化或用户定制的管道、接线盒、套或其它浇入部件。最后，盖和框架可以向上翻转并装到互锁模具组的剩余部分。

模块制浩

一旦模具组的准备和装配工作完成，则混凝土可以利用泵送通过模具组底部具有的孔浇入模具，或从上方通过导管、管线泵送，或重力填充。可以泵送混凝土直到混凝土浆充满全部排气孔。一旦空气排入比模块最高部分低的排气孔高度，则如果需要可以临时堵塞排气，以防止混凝土浆泵出排气孔。使用通过模具组关键位置上的孔插入的振动器，混凝土可以在浇筑过程中固化，通过在浇筑过程中振动模具组本身，或者采用不需要振动的自压实混凝土混合物。在模块浇筑后，很重要的是立即清理所有进入排气孔的水泥浆，以防止它们与硬化的混凝土一起堵塞。这可以使用固定深度的钻头或其它方法实现。

模块取出

一旦混凝土充分凝固，则框架悬挂缆绳可以解开或切断，而模具盖和非支撑性的侧部可以从制成的模块上脱离。当模具盖从模块上提起时，缆绳吊环和填料(如果使用)从模具盖部分上脱离，剩下起重吊环或其它用于操作刚制造的模块的装置。一旦其具有了足够的强度，则模块可以从模具底脚上吊离，角上的锐边和模具连接可以用金刚砂石或其它装置清除，而模块可以使用标准工具处理，这些标准工具可以包括喷水、蒸汽、浸没，弄湿的毯子或商业上可用的处理化合物。这时，可以施加任何可选的磨石或染剂，或其它可施加的表面处理手段。

处理和运输

一旦制造完成，模块可以运输、库存，或组装成有用临时遮棚的库存模块和/或销售示范模块。角块和基座块可以临时支撑在互锁底脚块上，或者它们可以侧放用于库存或运输。从制造地点运输的模块可以布置在平板拖车或机动轨道车上用于运输，且架子或堆砌系统可以在期望的场合使用，以用于小模块的运输。

雕刻模块

获得手工雕刻模块需要一些附加步骤，通常使用两种制造方法。一种方法是按照需要，通过增加用于雕刻的非结构性深度，建造外露表面厚度加大的样件。通过该加大样件，可以制造中间模具组，并且通过该模具组，可以用可雕刻材料制造新样件，例如低强度、重量轻的水泥沙土混凝土。然后加大的可雕刻样件可以按照期望手工雕刻或机器切割，密封，并用防粘接材料处理。然后可以与上述模具组制造相同的步骤围绕雕刻样件浇筑生产模具组。

一种完成相同目的的替代方法包括使用粘合可雕刻材料建造样件的外露表面(要产生花纹的表面)。按照上述制造的样件外露表面可以用缠绕在金属网或其它覆盖物中的内部支撑结构建造，石膏、蜡或其它可雕刻材料可以在该表面上堆砌到期望厚度。在这些组合面已经雕刻、硬化和剥落后，样件可以用于形成生产模具。该方法可以制造手动雕刻样件，而无需第一种方法需要的中间步骤。然而，这种结构的雕刻样件没有用第一种方法制造的样件耐用，因此从这些样件只能制造出“有限版本”的模具组。

在能做什么方面，雕刻家具有很大的自由度。必须按照需要限制切口以在结构性能上避免有害效果，并避免形成与特定表面的拖模方向垂直或成负角的平面。几何形状和手绘图案可以很容易地实现。可以预期刻到外露表面上的简单切削痕迹图案将使制造模块表现成从一块单独的石头上切出，专业雕刻家可以为任何建筑模块的浇筑表面产生无限多种形式。

实施例详细说明-组装

由于该体系设计成便于组装，因此本部分非常短。思想是可以用很简单的方法用一套子建筑模块建造大尺寸结构。根据模块具有指定墙体厚度以及结构中的加强件适合预期应用场合的结构确认，模块事实上可以用于建造任何结构。它们可以堆砌，也可以重新布置。

尽管该体系设计成能够不用砂浆堆砌，但是模块也可以具有可压缩垫圈以缓冲并在模块之间的支撑面分配力。如果期望永久安装，则模块可以构造成容纳砂浆层以用于粘合安装，它们可以用泥浆或用环氧树脂粘合在一起，以增大承受极限负载的能力。如前所述，模块还可以在结构上需要的地方，带有排列成能在模块之间系紧和螺栓连接的剪切销108。

地基

在对现场进行地质工程分析的基础上，选择合适的地基系统。墩90可以钻到所需深度，浇筑，并装有墩盖块94，或如图21A中所示，使用底脚块100。在底部支撑结构中，可以挖出两路沟槽，压实，在设置底部模块和回填前，用可流动灰浆提升到所需支撑高度。底部铺设的水平和垂直精确性很重要，且在背靠背底脚块100之间安装具有规定设计厚度的结构间隔也很重要。在地质工程分析表明可能会有差动的场合，可以设计并安装剪切销109以连接相邻底脚块100的运动。

基座结构

现在参考图21B，在接收底脚处于适当位置后，可以设置基座块250。基座块底部管延伸211的锥形点可以导入地基部件的容纳套中(图22A-22E)，且当基座块250降低到支撑在其地基上时，可以排列互锁混凝土底部栓206。如前所述，通过底脚块100和基座块250之间的支起和垫起，可以实现有限的垂直调节，对第一模设置特别关键的是，可以通过临时安装一个拱肩块510而强制获得。

一旦已经设置了两个支撑基座块250，则可以设置一个栓块300以互锁(图23A)。现在参考图24A-24E，栓块300的孔320可以降低到盖在基座块250的配合柱座上，以进行自定位和互锁。在结构模块的四个基座块250和四个栓块300处于适当位置后，可以将中央块350设置在其嵌套位置(图23B)。附加模块，无论是紧邻的还是间隔的，可以用同样的方式建造。邻近的模块应该采用安装在背靠背基座块250之间具有规定设计厚度的结构间隔来设置。在结构分析显示需要的场合，可以安装剪切销109(图中未表示)以连接相邻基座块250的运动。

第一层地板

现在参考图25A，在基座结构壳体完成后，地板盘形块370可以设置到位，然后是地板盖块400。图25B和下面的图表示仅位于每一结构模块内部的盖块400，位于结构模块之间连接处的周围盖块和内部盖块从这些图中省略，以更清楚地表现地板盘形块370的边缘和分界。图26A表示在安装地板填充块470以后同一层的结构。上面描述的每一模块的安装包括吊装(图中未表示)和提升模块，将其置于合适位置，然后放松吊绳。代替盘形块370，可以安装盖块400、地板填充块470和地板板块460(图中未表示)以完成第一层结构壳体。如有需要，可以在建造上方的结构层前，在需要的场合安装诸如地毯、公用设施、结构壳体结构填料和剪切销的部件。这些部件可以在地板块安装前或安装后进行安装。

上层结构

现在参考图26B，以类似的方式继续建造稳固结构的上层，除了用角块200代替基座块250。现在参考图27A-27E，角块200位于由基座块250和角盘形块380一前一后形成的接收位置中，或在多层结构中由上层角块200和角盘形块380形成的接收位置中。图28A表示图26B中的结构安装了第二层地板栓块300和中央块350。图28B表示相同的结构安装了第二层入口地板/平台系统360。图29A和29B表示图28B中的结构安装了第三层入口入口地板/平台系统360。

如上所述，每一结构部分的最顶层可以装一个雨水收集系统(图中未表示)，除非其位于另一个建筑的屋顶下。现在参考图30，完成该体系的封闭结构壳体，安装特殊的框架块和互锁墙体块550，且在需要的地方安装墙体连接密封。

现在参考图31A-31B、图32A-32B和图35-39说明表示本建筑体系某些可选项的实施例。建筑模块在使用实际可以用于建造任何结构的特殊工程材料基础上构造。

实施例详细说明-应用场合

上面所述的建筑系统和制造系统部件的方法，都具有很宽的应用范围。建筑体系的实施例可以从大型建筑和桥梁结构涵盖到桌面模型。所述的制造方法提供了一种产生任何用途、任何实际3D形状的方法。能够使用的应用场合如下所述，尽管很宽，但还能扩展。

制造方法

上述制造方法与系统无关，并可以用于形成准确的实际3D形状。产生的形状可以是实施例的建筑模块、雕塑或其它任何外形、尺寸和用途由其设计者决定的形状。

建筑体系

如前所述，该互锁建筑模块的体系可以用于建造尺寸范围广泛的结构形式。每一实施例都需要工程评估以在结构尺寸和预期用途的基础上确定每一模块的外形和加强。

减小的尺寸

如上所述，该建筑体系的尺寸使可以变化的。其可以桌面玩具尺寸上建造，儿童和成人可以玩耍用该建筑体系建造的玩具，潜在建筑业主和设计人员可以使用该体系，用于建模并销售其建筑，并决定他们需要定购那些建筑模块。该体系也可以按照建造底部地板系统、家具和其它公用设施结构的需要，在中间尺寸级，以及用多种材料建造。

建筑

全尺寸体系可以用于建造建筑、长跨距结构和交通结构。建筑应用场合包括但不限于居住、商业、和工业空间的建造，也可以用于开放式遮蓬和农业结构。由于其地板下管道和易于重建，因此该体系特别适于用在办公和零售用途。由于其结构耐用性，因此其适于用在住宅、学校和医院工程中。快速建造、拆除和移动这些结构的能力使其特别适于用作临时建筑、紧急避难所和军用结构。该体系可以使用加厚强化壳体、分段混凝土墙体重叠和填埋构造成在恶劣气候下成为地下避难所，以增强抗灾能力。

交通结构

现在参考图32A-32B，该建筑体系的结构应用场合可以包括桥梁、高架道路、停车库和其它交通结构。这些图用于示意性地表示该概念，在实际应用场合中，外墙体块可以具有多种建筑和特征遮蓬并在正面变化。它们可以构造成单块大建筑模块或具有混合建筑托架以形成街角(streetcape)。模块可以建造成传递支撑道路和轨道交通的负载，并可以用砂石和/或路基材料填充。由于压缩结构在负载下往往会经历很小的偏移，可以预期采用该体系的高架路能够提供在道路下方提供占用空间，对上方道路交通形成较小的阻碍或者没有阻碍。因此投资该体系的高架路结构，能够在地面上提供有吸引力的公共或私人拥有的办公室、商店、住宅或工业空间，同时将高速公路或收费公路交通置于顶部。

Claims (66)

1.一种结构，包括

至少具有三个侧面的第一模块(600)，该第一模块包括：

多个角块(200)，使得角块位于第一模块每对相邻侧面的交线附近，每一角块包括：

上部(203)，和

下部(201)，

使得上部的横截面积远大于下部的横截面积，从而负载可以利用拱形作用从上部向下部传递；

多个角块支撑(90、100、224、250)，使得每一角块支撑容纳至少一个角块的下部以直接提供稳定性而无需支柱，从而负载可以从角块向角块支撑传递；及

多个栓块(300)，使得每一栓块部分覆盖第一角块的部分上部表面和第二角块的部分上部表面，且栓块与这些表面互锁，从而每一栓块可以利用拱形作用将负载向第一和第二角块传递，从而形成刚性结构。

2.如权利要求1所述的结构，其中第一模块具有n个侧面，第一模块包括：

n个角块(200)；

n个角块支撑(100)，使得每一角块支撑容纳一个角块的下部；及

n个栓块(300)，使得栓块位于每对相邻第一和第二角块之间。

3.如权利要求1所述的结构，其中第一模块(600)具有四个侧面，包括：

第一侧面，其包括与第二角块形成一体的第一角块(200)；

第三侧面，其包括与第四角块形成一体的第三角块；

第二侧面，其包括第一栓块(300)，第一栓块部分覆盖第一角块的部分上部表面和第三角块的部分上部表面，且第一栓块与这些表面互锁(230、320)，从而第二侧面比第一侧面长；及

第四侧面，其包括第二栓块，第二栓块部分覆盖第三角块的部分上部表面和第四角块的部分上部表面，且第二栓块与这些表面互锁，从而第四侧面比第一侧面长。

4.如权利要求1所述的结构，其中：

第一角块支撑(100)将第一角块(200)保持在基本垂直的位置，直到附加互锁块(300)置于第一角块上。

5.如权利要求1所述的结构，其中：

第一模块(600)堆砌在第二模块(601)的上方；及

第二模块的角块(200)作为第一模块的角块支撑。

6.如权利要求1所述的结构，其中：

第一模块的栓块(300)还包括：

第一倾斜配合面(302)；及

第二倾斜配合面(302)；及

第一模块的角块(200)还包括：

第一倾斜配合面(224)；及

第二倾斜配合面(224)，

使得栓块的第一倾斜配合面与第一角块的第一倾斜配合面配合，且该栓块的第二倾斜配合面与第二角块的第二倾斜配合面配合。

7.如权利要求1所述的结构，其中：

栓块(300)还包括：

一对位于第一倾斜配合面(302)附近的孔(320)，和

一对位于第二倾斜配合面(302)附近的孔(320)；及

角块(200)还包括：

一对位于第一倾斜配合面(224)附近的柱座(230)，和

一对位于第二倾斜配合面(224)附近的柱座(230)，

使得位于栓块第一倾斜配合面附近的那对孔覆盖位于第一角块第一倾斜配合面附近的那对柱座，而栓块第二倾斜配合面附近的那对孔覆盖位于第二角块第二倾斜配合面附近的那对柱座。

8.如权利要求1所述的结构，其中第一模块(600)还包括：

中央块(350)，使得该中央块具有很多侧面平行于第一模块的很多侧面，从而每一栓块(300)支撑中央块的侧面，从而负载从中央块向栓块传递，然后传向角块(200)。

9.如权利要求1所述的结构，其中第一模块角块支撑(100)还包括：

基座块(250)，使得该基座块具有与角块大致相同的上表面轮廓，从而基座块比角块短。

10.如权利要求1所述的结构，其中第一模块角块支撑还包括：

底脚块(100)。

11.如权利要求1所述的结构，其中第一模块角块支撑包括：

具有顶部表面的墩(90)；及

墩盖(94)支撑在墩顶部表面附近，该墩盖包括顶部开口(98)，用于容纳角块下部，从而将负载从角块向墩传递。

12.如权利要求1所述的结构，其中第一模块还包括：

多个盘形块(370)，使得盘形块以互锁的方式由角块(200)和栓块(300)支撑。

13.如权利要求12所述的结构，还包括：

由中央块(350)支撑的盘形块(370)。

14.如权利要求12所述的结构，还包括：

每一盘形块(370)中的槽(379)；及

多个地板填充块(470)，使得每一地板填充块可拆除地插入盘形块的槽中。

15.如权利要求1所述的结构，其中：

第一模块(600)具有四个侧面，四个角块(200)，和四个栓块(300)。

16.如权利要求15所述的结构，其中：

第一模块(600)具有正方形横截面。

17.如权利要求1所述的结构，其中：

第一模块具有n个侧面，n个角块(200)，和n个栓块(300)，其中n是大于四的整数。

18.如权利要求1所述的结构，其中：

第一模块(600)通过放置角块(200)和栓块(300)而建造，无需紧固件。

19.如权利要求1所述的结构，其中：

结构包括高架道路。

20.如权利要求1所述的结构，其中：

结构包括建筑。

21.如权利要求1所述的结构，其中：

结构包括停车库。

22.如权利要求1所述的结构，其中：

第一模块支撑地板，使得该地板包括：

多个由角块(200)和栓块(300)支撑的盘形块(370)；

多个由盘形块支撑的盖块(400)；及

多个由盘形块支撑的地板填充块(470)。

23.如权利要求1所述的结构，其中：

第一模块支撑屋顶，使得该屋顶包括：

多个由角块(200)和栓块(300)支撑的盘形块(370)；

多个由盘形块支撑的盖块(400)；及

多个由盘形块支撑的屋顶填充块(360、470)。

24.如权利要求1所述的结构，其中第一模块包括角块(200)，该角块包括：

底脚(208)；

整体下部(201)；及

多边形横截面薄壳结构上部(203)。

25.如权利要求24所述的结构，其中角块还包括：

基本垂直的管(211)，穿过下部(201)并穿过底脚(208)，使得机械、电路或管路服务可以通过该管提供。

26.如权利要求24所述的结构，其中角块还包括：

第一倾斜配合面(224)；及

第二倾斜配合面(224)。

27.如权利要求24所述的结构，还包括：

多个柱座(230)。

28.如权利要求24所述的结构，其中栓块(300)包括：

第一倾斜配合面(302)，使得该栓块的第一倾斜配合面可以与第一角块(200)的配合面配合；

第二倾斜配合面(302)，使得该栓块的第二倾斜配合面可以与第二角块的配合面配合；及

在第一配合面和第二配合面之间的拱形跨，使得负载可以在拱形跨与第一和第二倾斜配合面之间的压力中传递。

29.如权利要求28所述的结构，其中栓块(300)还至少包括一个孔(320)。

30.如权利要求28所述的结构，其中栓块(300)还至少包括一个柱座(304)。

31.如权利要求28所述的结构，还包括中央块(350)，该中央块包括：

多个倾斜配合面(352)，使得中央块的每一倾斜配合面可以与栓块(300)的配合面配合。

32.如权利要求1所述的结构，其中：

结构是可拆除的。

33.如权利要求1所述的结构，其中：

第一模块的角块(200)和栓块(300)是预制的。

34.如权利要求32所述的结构，其中：

结构是自支撑的。

35.如权利要求1所述的结构，其中：

第一模块角块的上部是拱形的。

36.如权利要求1所述的结构，其中栓块(300)是拱形的。

37.如权利要求1所述的结构，其中第一模块(600)还包括：

至少一个可拆除墙体块(551、555、556)。

38.如权利要求1所述的结构，还包括：

位于第一模块(600)附近的第二模块(600)，该第二模块包括：

多个角块(200)，使得角块位于该模块每对相邻侧面的交线附近，每一角块包括：

上部，和

下部，

使得上部的横截面积远大于下部的横截面积，从而负载可以从上部向下部传递；

多个角块支撑，使得每一角块支撑容纳至少一个角块的下部，从而负载可以从角块向角块支撑传递；及

多个栓块(300)，使得每一栓块部分覆盖第一角块的部分上部表面和第二角块的部分上部表面，且栓块与这些表面互锁，从而每一栓块可以将负载向角块传递，从而形成刚性结构。

39.如权利要求38所述的结构，还包括：

位于第二模块(600)附近的第三模块(600)，该第三模块包括：

多个角块(200)，使得角块位于该模块每对相邻侧面的交线附近，每一角块包括：

上部，和

下部，

使得上部的横截面积远大于下部的横截面积，从而负载可以从上部向下部传递；

多个角块支撑，使得每一角块支撑容纳至少一个角块的下部，从而负载可以从角块向角块支撑传递；及

多个栓块(300)，使得每一栓块部分覆盖第一角块的部分上部表面和第二角块的部分上部表面，且栓块与这些表面互锁，从而每一栓块可以将负载向角块传递，从而形成刚性结构，使得第二模块被第一模块支撑，并使得第三模块被第二模块支撑。

40.如权利要求39所述的结构，其中：

第三模块支撑屋顶。

41.如权利要求40所述的结构，其中：

该屋顶包括多个防水板(470)。

42.如权利要求38所述的结构，还包括位于第一模块第一块和第二模块第二块之间的互锁结构连接，该连接包括：

至少一个位于第一块上的锁合配合面；

从第一块延伸出来的基本竖直的管(211)的延伸部分，使得管穿过第一块，并且从而机械、电路或管路服务可以通过该管提供；

至少一个位于第二块上的锁合配合面，使得第二块的锁合配合面与第一块的锁合配合面配合；及

位于第二块中的套(210)，用于容纳从第一块延伸出来的管延伸部分，使得第一块和第二块互相连接，从而套和管延伸部分向互相连接的第一块和第二块提供结构稳固性。

43.如权利要求1所述的结构，其中角块支撑还包括：

钻孔并预制的混凝土墩(90)，该墩具有顶部和外露的上部；

位于该墩外露上部上的环(92)，使得该环可以位于期望的垂直位置；

墩盖(94)位于环的上方，墩盖包括包容墩顶部的腔，使得墩盖可以调整到期望的水平位置；及

向腔(98)中施加灰浆以固定墩盖。

44.如权利要求38所述的结构，还包括位于第一模块的第一块和第二模块的第二块和第二模块的第三块之间的互锁结构连接，该连接包括：

位于第一块上的第一和第二锁合配合面；

从第一块延伸出来的大致竖直的管(211)的延伸部分，使得管穿过第一块，并且从而机械、电路或管路服务可以通过该管提供；

位于第二块上的锁合配合面，使得第二块的锁合配合面与第一块的第一锁合配合面配合；

位于第三块上的锁合配合面，使得第三块的锁合配合面与第一块的第二锁合配合面配合；及

由第二块的一部分和第三块的一部分形成的套(210)，使得该套容纳从第一块延伸出来的管延伸部分，使得第一块、第二块和第三块互相连接，从而套和管延伸部分向互相连接的第一块、第二块和第三块提供结构稳固性。

45.如权利要求1所述的结构，还包括位于角块和栓块之间的互锁结构连接，该连接包括：

提供预制的角块，包括：

第一柱座(230)，使得该第一柱座朝向上并向上逐渐缩小；

提供预制的栓块，包括：

第一孔(320)，使得该第一孔容纳第一柱座的一部分到配合穿过的程度，使得孔和柱座互锁。

46.如权利要求45所述的结构，其中：

栓块还包括位于第一柱座附近的第二柱座(230)，使得

第二柱座通过在连接中支撑在第一柱座上，增大并增宽角块和栓块之间的支撑面。

47.如权利要求46所述的结构，其中互锁连接还包括：

位于第一柱座中的第一套；

位于第二柱座中的第二套；及

插入穿过第一套和第二套的接头。

48.如权利要求1所述的结构，还包括与至少一个角块形成一体的结构中心管(210)系统，该中心管系统包括：

中心管，具有第一开口端，穿过角块的导管，及

第二开口端，使得机械、管路、电路和数据系统服务可以通过该中心管提供。

49.如权利要求48所述的结构，还包括：

由上方的地板填充块和盘形块以及角块、下方的栓块和中央块限定的地板下的空间，使得该地板下的空间足以提供间隙用于使机械、管路、电路和数据系统服务通过中心管通向该地板下的空间。

50.如权利要求1所述的结构，还包括：

墙体支撑装置，该墙体支撑装置至少包括两个整体墙体支撑；

至少一个墙板，该墙板至少包括两个墙体支撑部件，使得为了形成不用紧固件将墙板固定到墙体支撑装置上的互锁连接，可以用墙体支撑部件代替整体墙体支撑，从而墙板可以从墙体支撑装置上抬起和拆除。

51.一种设计、制造和组装结构的方法，该方法包括：

设计和制造多个结构模块，每一模块具有至少三个侧面并且包括一套可运输的工程结构块，该工程结构块包括

多个角块(200)，使得角块位于模块每对相邻侧面的交线附近，每一角块包括：

上部(203)，和

下部(201)，

使得上部的横截面积远大于下部的横截面积，从而负载可以利用拱形作用从上部向下部传递；

多个角块支撑(90、100、224、250)，使得每一角块支撑容纳至少一个角块的下部以直接提供稳定性而无需支柱，从而负载可以从角块向角块支撑传递；及

多个栓块(300)，使得每一栓块部分地覆盖第一角块的部分上部表面和第二角块的部分上部表面，且栓块与这些表面互锁，从而每一栓块可以利用拱形作用将负载向第一和第二角块传递，从而形成基本互锁的结构，

将这套结构块运到工地上；及

根据设计组装结构块，以形成结构模块和结构。

52.如权利要求51所述的方法，其中结构块包括：

角块(200)；及

栓块(300)。

53.如权利要求52所述的方法，其中结构块还包括：

中央块(350)。

54.如权利要求52所述的方法，其中结构块还包括：

多个由角块和栓块支撑的盘形块(370)；

多个由盘形块支撑的盖块(400)；及

多个由盘形块支撑的地板填充块(470)。

55.如权利要求52所述的方法，其中结构块还包括：

多个由角块和栓块支撑的盘形块(370)；

多个由盘形块支撑的盖块(400)；及

多个由盘形块支撑的屋顶填充块(470)。

56.如权利要求52所述的方法，其中结构块还包括墙板。

57.如权利要求51所述的方法，其中将这套结构块运到工地上还包括：

提供与结构有关的几何信息；

从该几何信息决定一套结构块的类型，使得每种块类型的一个或多个块可以组装成结构；

为每个块制造样件，通过

确定一套样件部件，使得样件部件可以组装成为该类型的块形成的样件，

块制造样件部件，及

从样件部件生成样件；

从每一样件制造至少一个可分离的模具组；

从模具组浇筑多个结构块；及

将这些多个结构块运到工地。

58.如权利要求57所述的方法，其中：

结构块类型包括互相连接和互锁的部件。

59.如权利要求57所述的方法，其中：

模具组设计成在封闭建筑块的浇筑过程中堆砌、互锁或互相连接。

60.如权利要求57所述的方法，其中提供与结构有关的几何信息还包括为结构提供计算机模型(720)。

61.如权利要求51所述的方法，其中根据设计组装结构块，以形成结构模块和结构还包括：

提供第一块，包括：

至少一个锁合配合面；

穿过第一块的管(211)；及

从第一块延伸出来的管延伸部分；

提供第二块，包括：

至少一个锁合配合面，使得第二块的锁合配合面与第一块的锁合配合面配合，及

第一管容纳部件，用于容纳从第一块延伸出来的管延伸部分，使得第一块和第二块互相连接，从而第一管容纳部件和管延伸部分向互相连接的第一块和第二块提供结构稳固性。

62.如权利要求61所述的方法，还包括：

提供第三块，包括：

第二管(211)容纳部件，使得第二块的第一管容纳部件和第三块的第二管容纳部件一起容纳从第一块延伸出来的管延伸部分，使得第一块、第二块和第三块互相连接，从而第一管容纳部件，第二管容纳部件和管延伸部分向互相连接的第一块、第二块和第三块提供结构稳固性。

63.如权利要求51所述的方法，其中根据设计组装结构块，以形成结构模块和结构还包括：

对于标准公差，具有钻孔并预制的混凝土墩(90)，该墩具有外露的上部和顶部；

提供墩盖(94)，包括：

下表面和上表面，及

位于下表面中的可灌浆的腔(98)，使得该腔大于墩的顶部；

将环(92)置于墩的外露上部上，使得该环可以置于期望的垂直位置，使得当墩盖的下表面位于环上时，墩盖的上表面位于期望的垂直位置；

将墩盖置于墩顶部上方，使得可灌浆的腔包围墩顶部；

将墩盖调整到期望的水平位置；及

向腔中灌浆将墩盖固定到期望的水平位置和垂直位置上。

64.如权利要求51所述的方法，其中根据设计组装结构块，以形成结构模块和结构还包括：

提供预制第一块，包括第一柱座(230)；及

提供预制第二块，包括：

第一孔，使得该第一孔(320)容纳第一柱座，从而在第一块和第二块之间提供互锁。

65.如权利要求51所述的方法，还包括：

提供多个地板支撑部件，每一地板支撑部件都包括多个向上的柱座(230、310、354)；

提供多个地板块；及

将地板块置于地板支撑部件上，使得地板块由向上的柱座支撑，从而形成升高的地板入口系统。

66.如权利要求51所述的方法，还包括：

提供多个地板支撑部件，每一地板支撑部件都包括多个向上的柱座(230、310、354)；

提供多个地板块，每一地板块都包括多个栓脚(372)；及

将地板块置于地板支撑部件上，使得地板块栓脚由向上的柱座(230、310、354)支撑，从而形成升高的地板入口系统。

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