CN101634192B - 整体建筑 - Google Patents

Abstract

一种整体建筑也可称为立体城市，该整体建筑内部包括住宅区、写字楼区、商务区、学校区、医院区、宾馆区、游乐场区和博物馆展览馆区，其中，住宅区和学校区分布在外围，商务区位于中间层，商务区中间为写字楼区，写字楼区四面配置采光井，所述整体建筑包括全钢框架结构，全钢框架结构是建造该整体建筑的基本细胞，其中通过三向、四向、五向和六向立体支架以嵌套或者榫接方式连接相应的立柱和横梁以构成所述全钢框架结构，该全钢框架连接技术采用冷做技术。

Description

整体建筑

技术领域

本发明涉及一种整体建筑(尤其是构建新型城市的整体建筑)。

背景技术

现代城市是一种平面发展模式，是摊大饼无限蔓延的模式，其结果导致了大量的现实问题和人文危机。这些问题和危机突出表现为：1、近代化和现代化最显著的特征是城市化，无限制城市蔓延这种城市发展模式已经严重阻碍了全世界城市发展进程。它导致城市土地紧张，城市房价高起。现在中国已经存在18亿亩红线土地危机。2、城市蔓延导致城市周边环境恶化，其中城市土地硬化、工业和居民生活用水增加、生活垃圾任意倾倒等导致了城市周边河流被污染和枯竭，城中地下水枯竭。3、城市蔓延导致城内小汽车数量剧增，小汽车数量的剧增不仅仅加深了人们对石油的依赖，同时车用道路又占用大量土地，更为关键的是小汽车是城市大气污染的罪魁祸首，更是交通拥堵的制造者。4、无限摊开的城市，导致了现代人际关系的进一步隔离和冷漠，贫富分化严重和社会矛盾加剧。

现代城市建筑以钢筋混凝土和焊接为主要建筑手段。对于现代钢筋混凝土建筑而言存在这些弱点：第一、钢筋混凝土建筑受到混凝土凝固时间限制，致使工期较长。第二、钢筋混凝土建筑及其施工环境对环境本身污染严重。第三、钢筋混凝土高层建筑对地基要求很高由此而导致建筑成本很高。第四、钢筋混凝土建筑施工复杂对施工人员和监理人员素质要求很高，一点差错可能埋下整个建筑安全隐患。而对于全钢焊接或者螺纹连接而言，可能存在焊接和螺纹连接产生的应力集中和螺纹失效，降低结构本身的强度和抗震性。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型的整体建筑，也可称为立体城市。其本质是将城市和建筑一体化，因此，本发明不仅仅是一场建筑革命，也是一场城市革命，同时，也是一种工程革命，更是一种观念革命。本发明的提出不仅能够解决现有城市发展模式所带来的种种弊端，更为人类今后的发展提供一个可持续发展的模式。立体城市区别于现在所有的平面城市，同时立体城市的建筑也完全区别于现代城市的各自为政的任何一个单体建筑。立体城市能满足在其中的每一个人工作、居住、采购、就学、就医、娱乐、休闲等所有正常需要。这里的“立体城市”是指具备居住、生活、工作、学习、娱乐、休闲等功能的城市及其整体建筑，构成立体城市的建筑是一个超大规模和超大体量的整体建筑，所有的建筑单元都通过框架结构连接成一体。立体城市综合了现代城市规划与建筑结构以及建筑方式，将其系统集成为一种新型的城市模式和人居模式。在立体城市内部，具有现代城市所有功能和人居所需的一切设施条件，同时还具备现代城市所没有的大型景观。一种整体建筑，其特征在于：该整体建筑内部包括住宅区、写字楼区、商务区、学校区、医院区、宾馆区、游乐场区、博物馆展览馆区等多个分区。其中，住宅区、学校区分布在外围，尤其是自然光最好的地方；商务区尤其是大型商务区位于中间层，商务区中间为写字楼区，写字楼区四面配置采光井。优选地，博物馆展览馆区位于立体城市的低层。这样既有利于外来展出和外来参观者，又有利于立体城市内部人员流向。这样分区提高了居民生活工作的效率和便利性，比如：从写字楼下班，在商务区买东西，然后回家；或者从家里出来，在商务区吃饭之后去上班。由于立体城市内部按照人的工作生活休闲娱乐学习健康等需求进行分区，同时按照人的生活规律合理配置这些区位，这种人性化分配完全能够有效满足立体城市居民的各种需求。

根据本发明一方面，所述整体建筑占地以一平方公里为基本单位，总高度不超过450米，充分考虑到人居住的方便舒适，包括采光、通风、道路等。一平方公里总建筑面积大约6500万平方米，其中3000万-4000万由于通风采光，可使用面积达到2000万-3000万平方米，可居住人口30-50万人。这仅仅是一个基本计算指标，具体落实可根据具体情况具体设计而定。

根据本发明另一方面，所述整体建筑包括根据需要设置的纵向、横向和斜向电梯。此外，还可包括观光电梯，电瓶车以及人行和车行道路，人车分流以人流物流最通畅为目标。立体城市外部交通包括小汽车、公交车、地铁、城铁、高架道路、直升飞机，所有交通设施都进出立体城市最便捷为目标。

根据本发明又一方面，所述立体城市完全采用可再生能源作为自身的能源供给，其能源主要来自于太阳能、风能、地热和沼气发电。

根据本发明又一方面，所述立体城市在采用最先进的可再生能源发电的同时利用现代先进科学技术进行节能，其节能效果可达50％以上。城市建筑能耗主要是采暖、空调、照明、热水、家电和其他动力能耗。

根据本发明又一方面，所述立体城市是一个最注重环保的城市，采用现代环保技术和环保理念处理环保问题。

根据本发明又一方面，所述立体城市采光主要用自然光，有一套专门设计的自然采光布局系统和光导纤维采光技术。

根据本发明又一方面，所述整体建筑包括全钢框架结构，该全钢框架连接技术可完全采用冷做技术。全钢框架结构是建造立体城市整体建筑的基本细胞，优选地每个框架优选长宽各10米，高度4米，一个此类框架面积为100平方米，正好满足3口小家庭居住。并且，框架的长宽可以随时可根据实际需要进行调整。其所搭建的框架如图1，这种细胞式全钢框架可以根据需要而建成具有各种外形的立体城市。

根据本发明又一方面，所述全钢框架结构包括：横梁，该横梁沿长度方向在其中部有通孔或者该横梁两端部有凹入孔；立柱，该立柱沿长度方向在其中部有通孔或者该立柱两端部有凹入孔；以及三向、四向、五向和六向立体支架，其中三向、四向、五向和六向立体支架通过连接相应的立柱和横梁以构成所述全钢框架结构。

根据本发明又一方面，所述三向、四向、五向和六向立体支架通过嵌套或者榫接方式连接相应的立柱和横梁以构成所述全钢框架结构。

本发明与现有技术相比，优点在于框架结构使得整个城市形成整体，由此原来单体建筑的成本在这种高密度超高层立体城市面前大为减少；框架结构彼此之间的相互连接和整体建筑的超大体量，使其抗震性远远优于单体建筑；而框架结构建造的立体城市通过城内不同平面的交通网络，使得城内人员往来高效自如，消除了单体建筑的这方面弊端。

附图说明

图1为依据本发明的一种整体建筑框架结构局部实施示意图；

图2为依据本发明的一种立体城市建筑正立面示意图；

图3为依据本发明的一种立体城市建筑侧立面示意图；

图4-10为依据本发明的立体城市建筑在0-450m标高上的平面示意图；

图11为依据本发明的一种立体城市建筑总体自然光采光系统示意图；

图12-13为依据本发明的一种立体城市住宅单元自然光采光系统示意图；

图14为依据本发明的一种立体城市人行道路示意图；

图15为依据本发明的一种立体城市车行道路系统示意图；

图16为依据本发明的一种立体城市通风系统示意图；

图17-20为依据本发明的一种连接柱梁形成全钢框架结构的3-6向立体支架示意图；

图21为依据本发明的一种柱梁构件正视图和右视图；

图22为依据本发明的一种整体建筑立体支架、横梁、立柱之间的嵌套连接示意图；

图23为依据本发明一种用于整体建筑框架结构的第一立柱构件正视图；

图24为依据本发明的一种第一立柱构件的一端部立体图；

图25为依据本发明的一种第一立柱构件的另一端部立体图；

图26为依据本发明一种用于整体建筑框架结构的横梁构件正视图(左边)和右视图(右边)；

图27为依据本发明一种用于整体建筑框架结构的横梁构件正视图(左边)和右视图(右边)；

图28为依据本发明一种用于整体建筑框架结构的第二立柱构件立体图。

具体实施方式

下面结合附图，通过优选实施例来描述本发明的最佳实施方式，这里的具体实施方式在于详细地说明本发明，而不应理解为对本发明的限制，在不脱离本发明的精神和实质范围的情况下，可以做出各种变形和修改，这些都应包含在本发明的保护范围之内。

优选实施例1

如图1所示，其为依据本发明的一种整体建筑框架结构局部示意图，该整体建筑框架结构可以在各个方向上延伸，以形成整体建筑。如图2所示，其中示出了一种立体城市建筑正立面示意图；图3示出了一种立体城市建筑侧立面示意图。

图4-10为依据本发明的立体城市建筑在0-450m标高上的平面示意图，其中白色部分为采光区，灰色部分为建筑物(使用区)。

该整体建筑内部包括住宅区、写字楼区、商务区、学校区、医院区、宾馆区、游乐场区、博物馆展览馆区等多个分区。其中，住宅区、学校区分布在外围，尤其是自然光最好的地方；优选地，住宅分布在立体城市0-250米层内周边采光最好的区域，高档住宅分布在300-450米；这样分区提高了居民生活工作的效率和便利性，比如：从写字楼下班，在商务区买东西，然后回家；或者从家里出来，在商务区吃饭之后去上班。由于立体城市内部按照人的工作生活休闲娱乐学习健康等需求进行分区，同时按照人的生活规律合理配置这些区位，这种人性化分配完全能够有效满足立体城市居民的各种需求。

优选地，所述整体建筑以一平方公里为基本单位，总高度不超过450米，充分考虑到人居住的方便舒适，包括采光、通风、道路等。一平方公里总建筑面积6500万平方米，其中3000万-4000万由于通风采光，可使用面积达到2000万-3000万平方米，可居住人口30-50万人。这仅仅是一个基本计算指标，具体落实可根据具体情况具体设计而定。

优选地，所述整体建筑包括根据需要设置的纵向、横向和斜向电梯。此外，还可包括观光电梯，电瓶车以及各种道路，以人流物流最通畅为目标。立体城市外部交通包括小汽车、公交车、地铁、城铁、高架道路、直升飞机，所有交通设施都进出立体城市最便捷为目标。

优选地，所述立体城市完全采用可再生能源作为自身的能源供给，其能源主要来自于太阳能、风能、地热。太阳能发电采用现代最先进的膜技术和太阳能跟踪技术，这些太阳能技术的应用在建造立体城市之初就和建筑本身进行了连体设计，而不是像目前先建房后安装太阳能这种不经济的方式。风力发电主要用微型浓缩风风力发电技术和最先进的风机，这些风机主要安装在立体城市建筑的楼顶，通风口等适宜使用风力发电的地方。地热发电主要采用地源热泵技术。所有这些发电体所发的电完全满足整个立体城市日常用电，剩余的电力通过电网外售，外售所得返还其中的居民。

优选地，所述立体城市在采用最先进的可再生能源发电的同时利用现代先进科学技术进行节能，其节能效果可达50％以上。城市建筑能耗主要是采暖、空调、照明、热水、家电和其他动力能耗。立体城市节能主要通过这些方式来实现：1、整体建筑外墙保温层，主要采用XPS板；2、建筑门窗玻璃保温，主要采用双层真空玻璃；3、空调节能，主要采用地源热泵空调系统、太阳能热泵空调系统；4、照明节能，主要通过节能灯全面取代白炽灯，采用半导体(LED)照明，采用太阳能光纤照明；5、除上述硬件节能技术之外，立体城市将全面安装环境智能控制系统结合在线环境(温度、光照)监测技术、人工智能诊断技术、空调系统节能优化运行仿真技术及计算机控制技术，来随时监测和控制立体城市内部空调系统和照明系统等的运行情况。进行及时调控优化能量配置，从而提高节能效果。

优选地，所述立体城市是一个最注重环保的城市。1、城市内部没有机动车，完全杜绝了现代城市的汽车尾气污染。2、立体城市内部有大型绿色景观和农场，这些绿色植物每天会产生大量的新鲜空气。3、立体城市采用热压自然换气效果排出内部污浊空气。4、炊煮排烟经过金属网过滤器之后的热源气回收其低位热能来形成效果更佳的负压排气效果。5、对于其它可能有害气体，立体城市建造所需的所有建材、涂料和接着剂须符合国家相关规范和标准。6、立体城市采用分别收集和分级处理模式，来处理洗浴排水、厨房排水、卫生间排水、畜禽养殖和屠宰污水。污水处理主要用膜技术、细菌技术和沼气技术；7、立体城市固体废弃物主要有建筑废弃物、生活垃圾和农业废弃物，这些废弃物和垃圾主要通过回收利用加工成动物饲料、燃气和有机肥料。

优选地，所述立体城市采光主要用自然光。自然光来源一方面通过合理布局建筑框架，另一方面来源于光导纤维。例如，图11示出了一种立体城市建筑总体自然光采光系统示意图，其中白色部分为采光区。例如，图12-13示出了一种立体城市住宅单元自然光采光系统示意图。

此外，图14示出了一种立体城市人行道路示意图，图15示出了一种立体城市车行道路系统示意图，其中斜向为车行道，纵向横向为人行道，图16示出了一种立体城市通风系统示意图。

优选地，所述整体建筑包括全钢框架结构。该全钢框架连接技术可完全采用冷做技术。全钢框架结构是建造立体城市整体建筑的基本细胞，优选地每个框架优选长宽各10米，高度4米，一个此类框架面积为100平方米，正好满足3口小家庭居住。并且，框架的长宽可以随时可根据实际需要进行调整。其所搭建的框架如图1，这种细胞式全钢框架可以根据需要而建成具有各种外形的立体城市。它综合了现代城市的城市规划与建筑结构以及建筑方式，将其系统集成为一种新型的城市模式和人居模式。在立体城市内部，具有现代城市所有功能和人居所需的一切设施条件，同时还可具备现代城市所没有的大型景观。

优选地，所述全钢框架结构包括：横梁，该横梁沿长度方向在其中部有通孔或者该横梁两端部有凹入孔；立柱，该立柱沿长度方向在其中部有通孔或者该立柱两端部有凹入孔；以及三向、四向、五向和六向立体支架，其中三向、四向、五向和六向立体支架通过连接相应的立柱和横梁以构成所述全钢框架结构。

作为一种示例，图17-20分别示出了一种三向、四向、五向和六向立体支架。如图17所示，这里的三向立体支架包括三条相互垂直的臂，该三条相互垂直的臂可以插入相应的如图21所示立柱的通孔、立柱凹入孔、横梁通孔或横梁凹入孔，该三向立体支架通过整体浇铸或者模具加工制成。

如图18所示的四向立体支架，该四向立体支架是以三向立体支架为基础在三向立体支架的任意一条臂的反向延长线上增设一条臂而成，该四向立体支架的四条臂可插入相应的立柱通孔、立柱凹入孔、横梁通孔或横梁凹入孔。其中该四向立体支架通过整体浇铸或者模具加工制成。

如图19所示的五向立体支架，其中五向立体支架是以三向立体支架为基础在三向立体支架的任意二条臂的反向延长线上分别增设一条臂而成，该五条臂可插入相应的立柱通孔、立柱凹入孔、横梁通孔或横梁凹入孔。其中该五向立体支架通过整体浇铸或者模具加工制成。

如图20所示的六向立体支架，其中六向立体支架是以三向立体支架为基础在三向立体支架的三条臂的反向延长线上分别增设一条臂而成，该六条臂可插入相应的立柱通孔、立柱凹入孔、横梁通孔或横梁凹入孔。其中该六向立体支架通过整体浇铸或者模具加工制成。如图1和22所示，通过以6向立体支架为核心连接件，其它3、4、5向立体支架为辅助连接件，通过嵌套或者榫接等方式连接柱与柱、柱与梁、梁与梁，形成以立体支架为节点的框架结构。

优选地，所述三向、四向、五向和六向立体支架通过嵌套或者榫接方式连接相应的立柱和横梁以构成所述全钢框架结构。通过上述的连接方式，可以消除焊接和螺纹连接产生的应力集中和螺纹失效，增强结构本身的强度和抗震性。此外，还可以避免现浇钢筋混凝土建筑的前述缺点。由于全钢框架结构是在工厂加工好的标准件，一到施工现场就可以立即组装使用，不存在类似于混凝土之类建筑必须的等待时间，无论多么大规模的建筑都可以减少类似于混凝土等的环境污染，同时也不用类似于现浇钢筋混凝土高层建筑那样下很多根很深的基础桩。此外，采用全钢框架结构还有以下优点：第一、施工环保；第二、建筑使用寿命到期之后建材完全可回收利用；第三、所有构件标准化生产，连接手段简易，施工工艺简单快速，无现有建筑技术本身局限；第四、增强了建筑本身的结构强度和抗震性。

优选地，所述三向、四向、五向和六向立体支架的臂的截面形状为正方形、长方形(例如如图14所示)、圆形(例如如图18所示)、T形、扁条形或H形等。

优选实施例2

如图1和图23-28所示，实施例1中的全钢框架结构可以通过实施例2的方式来替换。具体地，如图1、23-28所示，所述全钢框架结构包括横梁1、第一立柱2以及第二立柱3，其中通过多根第二立柱3连接多根横梁1和多根第一立柱2以构成所述整体建筑框架结构，其中横梁1为长方体结构，并且在该长方体结构上等间距地设有一定深度的横向凹槽，一根横梁1与另一根横梁1通过横向凹槽相互嵌套在一起，组成一个十字架；第一立柱包括：本体9；第一端部7，该第一端部为

形突出体；以及第二端部8，该第二端部为凹入体，该凹入体为

形凹陷，以可与所述十字架和另一第一立柱2嵌套连接；第二立柱3包括本体和一个

形凹陷端部，该

形凹陷端部可与所述十字架和第一立柱2嵌套连接；所述横梁1、第一立柱2和第二立柱3通过整体浇铸或者模具加工制成。

具体地，组装步骤如下，两根横梁在它们的横向凹槽部相互嵌套，形成了一个“十”字架，该“十”字架嵌套在立柱构件2或3的凹入体中，接着，再将另一立柱构件2的突出体(第一端部7)嵌套在立柱构件2或3的凹入体中，最后通过多个立柱构件2、3连接多个所述“十”字架，形成所述的框架结构。

综上所述，本发明的整体建筑区别于现有的功能单一的单体建筑，其能满足居住者生活、学习、娱乐、休闲、健康等等需要。它综合了现代城市的城市规划与建筑结构以及建筑方式，将其系统集成为一种新型的城市模式和人居模式。在立体城市整体建筑内部，具有现代城市所有功能和人居所需的一切设施条件，同时还可具备现代城市所没有的大型景观。此外，本发明另一方面还从根本上改变了现在建筑存在的种种弊端，第一、施工环保；第二、建筑使用寿命到期之后建材完全可回收利用；第三、所有构件标准化生产，连接手段简易，施工工艺简单快速，无现有建筑技术本身局限；第四、增强了整体建筑本身的结构强度和抗震性。

Claims (5)

1.一种超大规模和超大体量的整体建筑，其特征在于：该整体建筑内部包括住宅区、写字楼区、商务区、学校区、医院区、宾馆区、游乐场区和博物馆展览馆区，其中，住宅区和学校区分布在外围，商务区位于中间层，商务区中间为写字楼区，写字楼区四面配置采光井；

其中所述整体建筑包括全钢框架结构，全钢框架结构采用冷做技术连接，全钢框架结构是建造该整体建筑的基本细胞；

其中，所述全钢框架结构包括横梁、第一立柱以及第二立柱，其中通过多根第二立柱连接多根横梁和多根第一立柱以构成所述全钢框架结构，其中横梁为长方体结构，并且在该长方体结构上等间距地设有一定深度的横向凹槽，一根横梁与另一根横梁通过横向凹槽相互嵌套在一起，组成一个十字架；第一立柱包括：本体；第一端部，该第一端部为

形突出体；以及第二端部，该第二端部为凹入体，该凹入体为形凹陷，以可与所述十字架和另一第一立柱嵌套连接；第二立柱包括本体和一个形凹陷端部，该形凹陷端部可与所述十字架和第一立柱嵌套连接；所述横梁、第一立柱和第二立柱通过整体浇铸或者模具加工制成。

2.根据权利要求1的整体建筑，其特征在于，所述整体建筑包括根据需要设置的纵向、横向和斜向电梯，所述整体建筑内部包括有相互独立的人行道路和车行道路系统。

3.根据权利要求1的整体建筑，其特征在于，所述整体建筑具有自然采光系统和光导纤维采光系统。

4.根据权利要求1的整体建筑，其特征在于，所述整体建筑具有通风系统。

5.根据权利要求1的整体建筑，其特征在于，所述整体建筑占地一平方公里，高度根据需求决定。

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