CN102105640B - 几何结构系统 - Google Patents

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Abstract

一种构架结构系统(26)，包括一系列互连的、模块化的三维几何构架结构(10，70....)，所述三维几何构架结构以面对面的布局连接，每个单个几何构架结构包括一系列互连的条(12，72....)以限定几何构架结构(10，70....)的面，每个几何构架结构(10，70....)包括条(14，18，74，78，79...)，所述条形成对所述几何构架(10，70....)的面的支撑。该构架(26)可以用于提供构造楼房建筑或者其他结构的基础结构。

Description

几何结构系统
技术领域
本发明涉及提供用于构造楼房建筑或者结构的基础结构的构架。
背景技术
现有技术中，用于构造楼房建筑或者结构的系统多采用将结构划分为多个要素，例如柱、横梁以及相互连接的平板等。这些划分被认为是构造结构的基本要素。
发明内容
本发明的目的旨在提供一种能承载可观的负荷量的轻质结构，该结构降低对原材料的需求量。本发明还试图提供一种不仅能快速简便的构造，而且可以根据需要拆除并移址到另一地点再次安装的结构。
一方面，本发明提供一种构架结构系统，包括：一系列互连的、模块化的三维几何构架结构，所述三维几何构架结构以面对面的布局连接，每个单个几何构架结构包括一系列互连的条(bar)以限定三维几何构架的面，并且至少一个条形成用于对几何构架的面的支撑。
几何构架结构优选地为模块化立方构架结构。其他形状的构架结构，如三角形棱柱、四边形棱柱、六边形棱柱、棱锥和非规则形状的三维构架是可选的几何构架结构。
优选地，几何构架结构包括形成用于几何构架的底面的交叉支撑的条和/或连接在用于限定几何构架的底面的条的中点之间的支撑条。
几何构架结构可以包括在几何构架结构的垂直面上形成垂直三角构架结构的条，所述垂直三角构架结构位于所述垂直面的上部分。
几何构架结构可以包括直的预成型条和/或弯曲的预成型条。几何构架结构也相应地包括平面和/或非平面的面。几何构架结构还可以包括斜侧面。
几何构架结构通常贴附于基底上。节点模块可以用于将一个或多个几何构架贴附于基底上，节点模块具有平板以及与构架拐角处的插孔相匹配的插脚。
节点模块还可以用于几何构架之间的互连。
几何构架结构包括一个或多个用于交叉支撑几何构架的垂直面的对角线条。几何构架结构可以包括一个或多个贯穿构架内部延伸的对角线条。几何构架结构由至少6个用以形成至少是三角形棱柱构架结构的条形成。每个立方构架结构通常由14个条形成。
优选地，每个几何构架的底面包括一个或多个预制的平板。构架结构的垂直面和内部隔墙可以采用轻质面板材料。
几何构架结构通常采用并排式连接或者顶底式连接以形成三维的几何构架结构布局。两个或多个不同形状的几何构架结构可以连接在一起。这些几何构架结构可拆除并移址再次安装。
另一方面，本发明提供一种形成根据本发明第一方面的系统的方法，所述方法包括：将预成型的条运送至安装现场，以及现场连接这些预成型的条以限定几何构架结构。
几何构架结构可以通过一种装置进行连接，所述装置包括：货架，所述货架容纳有用于形成所述几何构架结构的预成型的条；构架结构，所述构架结构具有可移动的鳍，用于接收来自货架的预成型的条以及将预成型的条固定在预设位置以限定几何构架的面；以及用于焊接预成型的条以形成几何构架结构的设备。
所述装置可以被输送至安装现场，用以现场连接这些条以限定几何构架结构。
第三方面，本发明提供一种用于安装和形成根据本发明的第一方面的构架结构系统的装置，所述装置包括：货架，所述货架具有用于形成所述几何构架结构的预成型的条；构架结构，所述构架结构具有可移动的鳍，用于接收来自货架的预成型的条以及将预成型的条固定在预设位置以限定几何构架的面；以及用于焊接预成型的条以形成几何构架结构的设备。
所述装置的构架结构进一步包括用于固定可移动的鳍的水平条，所述水平条是可移动的，用以水平和垂直地移动鳍，以使鳍可以触及装置的构架结构内部的任何点。
第四方面，本发明提供一种包含根据本发明的第一方面的几何构架结构的建筑。
第五方面，本发明提供一种包含根据本发明的第一方面的几何构架结构的非建筑结构。
第六方面，本发明提供一种包含根据本发明的第一方面的几何构架结构的易于拆除并移址到另一地点再次安装的结构。
本发明附加的方面将在下面的描述中变得明显。
附图说明
图1为立方构架的俯视图；
图2为立方构架的侧视图；
图3为立方构架的三维图；
图4为立方构架的拐角处的局部放大图；
图5为组装于模块系统中的立方构架的俯视图；
图6为组装于模块系统中的立方构架的侧视图；
图7为组装于模块系统中的立方构架的三维图；
图8为互连的立方构架的纵梁和横梁的局部放大图；
图9为节点模块的俯视图；
图10为节点模块的侧视图；
图11为节点模块的三维图；以及
图12为插入至4个立方构架的交汇点处的节点模块；
图13为插入至2个立方构架的交汇点处的基底节点模块；
图14为组装于具有地板的模块系统中的立方构架的三维图；
图15为立方构架结构的安装装置；
图16为连接有立方构架结构条的立方构架结构的安装装置；
图17-26为几何构架的三维图；
图27为组装于模块系统中的四边形斜棱柱框架结构的三维图；
图28为组装于模块系统中的几何构架的三维图；
图29为图28所示的组装于模块系统中的几何构架的俯视图；
图30-33为节点模块的三维图；
图34和35为平板模块的三维图；
图36为组装于模块系统中的并且与平板模块、节点模块以及支架相连接的立方构架结构的三维图；
图37为几何构架结构的安装装置；以及
图38为连接有构架结构条以形成几何构架结构的几何构架结构的安装装置。
具体实施方式
图1-3所示为可连接于模块构架结构系统中的立方构架结构10的各视图。立方构架结构10通过与立方体的十二条边对应的十二个条(bar)12构建；这些条相互连接以限定立方构架结构10的各个面。对角线地设置一个或多个条14以在立方构架结构10的底面(即较低面)16形成交叉支撑。在如图1-3所示的本发明的一个实施例中，由总共十四个条12形成基本立方结构；其中十二个条构成十二条边，另外两个条14在底面16形成交叉支撑。本发明的另一个实施例中，在立方构架结构10的垂直面20设置有对角线条18以对抗水平力，这种设计尤其适合于在具有较大的水平力的模块系统的底部组装的立方构架。增设对角线条18以对抗水平力的设计也推荐用在以下情况，即其中立方构架应用于承载大型结构的跨距或者承载悬臂或者形成空间构架结构的模块系统中。
构建条12、14可以由任何足够结实能够承载相当重量的负载的适合的材料，例如用钢材来构建。并且条的剖面形状可以是任何既提供必要的强度同时又轻质的剖面形式，例如中空方块的剖面形式。
立方构架10的大小可以根据条12的长度有所变化。尽管单个立方构架10可以有长度变化，并不要求该立方构架中的所有条均为相同尺寸，但是当立方构架的目的在于提供模块系统时，优选地将所有立方构架10的尺寸设置为标准尺寸。具有标准尺寸可以确保单个立方构架准确对准并能够相互连接到模块系统中。
图4为立方构架10的拐角处22的局部放大图。插孔24被提供用于接收节点模块的四个插脚之一，以使该立方构架贴附于模块系统中的其他立方构架上。这种插孔24可以适用于全部的八个拐角22，从而允许任何单个立方构架在所有三维空间均可贴附于其他立方构架。
可以在模块系统中将两个或多个立方构架10面对面地相互连接，以构建为楼房建筑的基础结构。本发明提供的立方构架结构10可采用并排式连接和/或顶底式连接以形成三维的立方构架结构布局。本发明还提供一种形成模块系统的方法：将预成型的条12运送至安装现场，然后连接这些条以限定可进一步连接成模块系统的立方构架结构10。
图15和图16为用于形成立方构架结构10的安装装置50。立方构架结构的安装装置50将预成型的条12布置在正确的位置上，然后将预成型的条12连接并焊接在一起以形成立方构架结构10。该装置可以输送至现场进行安装，从而使生产立方构架结构的生产线可以建在工厂或者现场。该安装装置可以通过陆、海、空任何一种方式，以及作为一件设备通过任何一种起重机或其他运输工具如直升机运输至现场。该装置包括容纳有水平或者垂直的预成型的条的货架52和54。货架52和54安装在连接有八个可自动移动的鳍56的该装置的构架结构上。鳍56将垂直方向和水平方向的预成型条保持在恰当的位置，以限定立方构架的面。垂直方向的预成型条58从垂直的预成型条的货架54上被自动安装于鳍上，水平方向的预成型条60从水平的预成型条的货架52上被自动安装于鳍56上。将这些条安装于结构中之后，紧接着对所有的条进行自动焊接以形成立方构架结构10。将形成的结构10从装置50上自动移开，以备测试和连接于模块系统中。该自动生产线可以确保所有的条均被安装于合适的水平或者垂直位置并被精确焊接。
图5-7为组装于模块系统26中的立方构架10的各视图。在图5-7所示的示例中，为八个立方构架10相互连接。一个或多个立方构架构成了作为地板结构的低层28；这些立方构架通过基底节点模块连接到处于同一水平高度的基底或地基上，如图13和图14所示。节点模块36和40确保单个立方构架10在水平方向以及垂直方向均准确对准。节点模块进一步确保负载的重量通过结构直接向下传输至基底。可以通过如图34所示的支架105或者辅助的子条进一步将立方构架的条固定于同一个构架中，以提供更坚固的构架结构。可以进一步将节点模块、立方构架和基底固定在一起，例如可以通过螺栓固定，以提供更坚固的互连结构。
优选地，基底具有非常平坦的表面以确保立方构架10的准确对准，以及进一步确保位于高层的地板也是平坦的。可以将立方构架10的另一个层30连接到低层28上以形成第一层地板，以此类推，直至添加所需的地板层数。
可以将一个或多个预制的片板铺在立方构架的下表面16a和16b上以形成地板。由于该结构安装在非常平坦的基底上从而可确保包括地板的片板也能够平整地对齐。因此，可以直接将地板砖铺在片板上而不需要刮平表面。可以采用轻质板材来构造垂直面和形成内部及外部墙的隔墙。由此可以构建该构架结构系统形成楼房建筑。
图8为利用节点模块互连的立方构架10的纵梁32和横梁34的局部放大图。
图9-11为节点模块36的各视图。节点模块包括平板37以及与位于立方构架10的拐角22上的插孔24匹配的插脚38。图12为插入至4个立方构架10的拐角22的交汇点处的节点模块36。将四个较低的插脚38分别插入拐角处的插孔24中。最多八个立方构架10可以交汇至一点；节点模块提供八个插脚38，其中四个插脚指向上，四个插脚指向下，从而使八个立方构架10连接于一点。
图13和图14为插入至构成该结构的低层基底的立方构架10的较低的拐角处的交汇点处的基底节点模块40。基底节点模块40包括与位于立方构架拐角处的插孔匹配的插脚42。最多四个立方构架10可以交汇至该结构基底上的一点；基底节点模块40提供四个从平坦基底向上延伸的插脚42，从而允许四个立方构架连接于一点。一个或多个预制的片板44铺在低层表面上，以形成地板。
尽管本发明将立方构架结构作为参考进行详细描述，但是其他形状的构架结构也包含在本发明中来形成模块构架系统。本发明的各种几何构架结构的实施例如图17-25所示。
图17和18为两种不同的三角形棱柱构架结构70。三角形棱柱构架结构通过与三角形棱柱的九条边对应的九个条72构建以限定三角形棱柱构架结构的各个面。另外的对角线条74和水平条76可以结合在三角形棱柱的垂直面的顶部，并且在垂直面内形成垂直的三角形构架77。三角形构架77有助于支撑形成三角形棱柱构架的顶面的条的中点。进一步地，将连接构成底面的条的中点的支架条79布局为贯穿底面的交叉支撑。
如图19、20和22所示的本发明的另一个实施例，对角线条80可以从该构架的较高的顶点为起点贯穿构架结构内部到达较低的顶点，从而对构架结构提供进一步的支撑力。
如图24和图25所示的本发明的另一个实施例，垂直条72的长度可以有变化。从而导致构架结构具有倾斜的顶面。如图25所示，预成型的条82可以是弯曲的，以使构架结构的形成表面为非平面的面83。
还可以构建包括如图19和图20所示的四边形棱柱构架结构在内的其他多边形构架结构。其中，构架结构通过与四边形棱柱的十二条边对应的十二个条72构建，以限定四边形棱柱构架结构的各个面，其中在其底面上设置两个交叉支撑的条78。如图21所示的四边形构架结构，通过其八个条72以及其底面上的两个交叉的支撑条78构建。如图22所示的六边形构架结构通过其八个条72形成构架结构，在底面设置的交叉支撑条78以及在垂直面设置的条74、80也可以使用和交叉。如图23所示的立方体构架结构，通过其十二个条72形成构架结构，位于垂直面的水平条76和对角线条74形成垂直的三角形构架77。水平条76和对角线条74有助于支撑限定该结构的顶面的条的中点。交叉支撑条78和支撑条79在底面的条的中点处连接。
如图26和图27所示的本发明的另一个实施例，斜立方体构架结构82通过倾斜条73形成倾斜的和垂直的侧面。在垂直面设置有对角线交叉支撑条74。如图26所示的构架结构通过与斜四棱柱的十二条边对应的十二个条72、73构建，以限定斜四棱柱构架结构82的各个面，同时垂直面74上设置有两个交叉支撑的对角线条，以及其底面上设置两个交叉支撑的条78。
图27所示为由设置在模块系统中的互连斜四棱柱构架结构82形成的更复杂形状的结构。
构架结构的形状决定所需条的最小数目。根据需要，可以加入额外的条，以用作垂直面、水平面以及穿越构架结构内部的交叉支撑。这些额外条的布置随构架结构的形状和设计的不同而变化。
图28和29为组装于模块系统中的不同形状的几何构架结构。每个几何构架通过一系列水平和垂直设置的条构建，以形成构架结构的侧面、顶面和底面。对角设置的一个或多个条用以在构架的较低面上形成支撑。这些几何构架通过节点模块连接至与其相邻的构架上。节点模块具有与位于构架拐角处的插孔匹配的插脚。
不同形状的构架结构可以连接于模块构架系统中。可以将单个构架结构通过并排和/或顶底相接的方式连接，以形成构架结构的三维布局。如图28和29所示的模块构架结构系统通过立方构架结构84和三角形棱柱构架结构86构建。
图30-33为不同的节点模块的三维图。节点模块的构造取决于连接的构架结构的数目和形状。
节点模块90包括平板和与位于几何构架拐角处的插孔匹配的插脚92。该节点模块确保单个构架在垂直方向和水平方向均能够准确对准。
图30为插入构架结构中的节点模块的一个实施例。该节点模块具有四个插脚92，其中两个向上延伸，两个向下延伸。从而允许将最多四个构架连接至一点。
图31所示为与图9-12所示相似的节点模块，包括四个向下延伸的插脚92和四个向上延伸的插脚92。从而允许将最多八个几何构架连接至一点。
图32和图33为尤其适合于非立方构架结构的节点模块。图32所示的节点模块包括六个插脚92，其中三个插脚指向上，三个插脚指向下，从而允许多达六个的几何构架相交于一点。图33所示的节点模块具有十二个插脚92，其中六个插脚指向上，六个插脚指向下，从而允许多达十二个的几何构架相交于一点。
节点还可以包括位于节点模块主体上的孔94。所述孔可以进一步允许通过螺栓或者其他固定方式将节点模块、构架以及基底进一步紧固在一起，以提供更牢固的互连结构。
可以通过平板和螺栓的方式将几何构架进一步固定在一起。图34和图35所示为不同的平板模块立体图，例如，平面平板100和交叉平板103。平板的厚度可以匹配节点模块上的平板的厚度而改变。平板模块还可以包括与位于预成型的条主体上的孔相对应的孔94，以允许两个或多个预先形成的用于不同几何构架的条通过螺栓相互连接在一起，从而允许将这些几何构架结构互连入模块系统中。图36所示为一系列互连的立方构架结构，其中每个构架结构利用节点模块90连接一起，最多连接8个构架结构。交叉平板103可以将三或四个构架结构连接在一起。平面平板100用于将邻近的构架结构连接在一起。构架结构中的条之间可以设置支架105。
图37和图38为用于形成几何构架结构110的装置。图38所示为六角形构架结构的构造。构架结构装置150将预成型的条112安置在正确的位置，并将条112连接及焊接在一起以形成构架结构110。该装置可以输送至现场进行安装，因而生产构架结构的生产线可以建造在工厂或者现场。该装置可以通过陆海空任何一种方式，以及作为一件设备通过任何一种起重机或其他运输工具如直升机运输至现场。
该装置包括容纳预成型的条112的货架152、154。货架152、154安装于连接有可移动的鳍156的装置的构架结构上。构架结构具有可移动的水平条160，水平条160能够水平和垂直地移动。鳍156位于水平条160上，水平条160可移动以在装置的构架结构150中任意一点的位置将鳍156进行定位。
鳍156将预成型的条固定在正确的位置从而限定几何构架的面。将预成型的条112从预成型的条货架152、154上自动安装在鳍上。将这些条安装于结构中之后，紧接着对所有的条进行自动焊接以形成构架结构110。将形成的结构110自动从装置150上移开，以备测试和根据需要连接于模块系统中。该自动生产线可以确保所有的条均被安装于恰当的位置并被精确焊接。
在本发明的另一个实施例中，根据需要，通过取下墙壁和地板，再拆卸所有的螺栓、节点模块、平板模块以及解开单个构架结构，可以容易地将几何构架结构拆卸，然后根据需要将它们输送至另一个现场进行重装。
模块系统的主要优势在于，相比现有系统它可以在更短的时间阶段完成构造。可以在输送至现场之前，在工厂里将条预先切成所需尺寸并置于编号的货架内。现场将条焊接在一起以形成几何构架。通过起重机将这些单个构架举起，一个接一个安置并连接在一起。该系统的简易性的另一个有益效果在于需要更少的人力和原材料。由于该结构易于拆卸并可移址重造，故该系统进一步适合于建造生态楼房建筑。
模块系统被划分为分离的几何或者立方构架结构，例如堆积为晶格的单元或单位单元，然后再将其相互固定。这样可以使结构更平衡，更有效地构建，并且通过在大体同等的基础上将负载分散至所有的结构单元的方式，将结构模块化并且互连。
尽管本发明以用于楼房建筑结构的构架为例进行描述，但是本发明的模块系统也可以适用于非楼房建筑结构，如桥梁。

Claims (20)

1.一种形成构架结构系统的方法，所述构架结构系统包括：一系列以面对面的布局连接的互连的、模块化的三维几何构架结构，每个单个几何构架结构包括一系列互连的条以限定三维几何构架的面，并且至少一个条形成用于几何构架的面的支撑，其中，几何构架结构包括形成用于几何构架的底面的交叉支撑的条，
所述方法包括：将预成型的条运送至安装现场，以及现场连接预成型的条以限定几何构架结构，包括使用装置连接预成型的条，所述装置包括：
容纳有用于形成所述几何构架结构的预成型的条的货架；
具有可移动的鳍的构架结构，可移动的鳍用于接收来自货架的预成型的条以及将预成型的条固定在预设位置以限定几何构架的面；
用于固定可移动的鳍的水平条，所述水平条是可移动的，用以水平和垂直地移动鳍，以使鳍可以触及构架结构内部的任何点；以及
用于焊接预成型的条以形成几何构架结构的设备。
2.如权利要求1所述的方法，其中，几何构架结构包括一个或多个用于交叉支撑几何构架的垂直面的对角线条。
3.如权利要求2所述的方法，其中，几何构架结构包括一个或多个贯穿构架内部延伸的对角线条。
4.如权利要求2所述的方法，其中，几何构架结构包括在几何构架结构的垂直面上形成三角构架结构的条，所述三角构架结构位于所述垂直面的上部分。
5.如权利要求2所述的方法，其中，节点模块用于将各个几何构架相互连接和/或基底节点模块用于将一个或多个几何构架贴附于基底上。
6.如权利要求2所述的方法，其中，平板模块用于将各个几何构架相互连接。
7.如权利要求2所述的方法，其中，节点模块和平板模块用于将各个几何构架相互连接和/或基底节点模块用于将一个或多个几何构架贴附于基底上。
8.如权利要求2所述的方法，其中，每个几何构架的底面包括一个或多个预制的片板。
9.如权利要求2所述的方法，其中，构架结构的垂直面和内部隔墙采用轻质面板材料。
10.如权利要求3-7中任一项所述的方法，其中，每个几何构架的底面包括一个或多个预制的片板。
11.如权利要求3-7中任一项所述的方法，其中，构架结构的垂直面和内部隔墙采用轻质面板材料。
12.如权利要求3-7中任一项所述的方法，其中，每个几何构架的底面包括一个或多个预制的片板并且构架结构的垂直面和内部隔墙采用轻质面板材料。
13.如权利要求1-9中任一项所述的方法，其中，几何构架结构采用并排式连接和/或顶底式连接以形成三维的几何构架结构布局。
14.如权利要求1-9中任一项所述的方法，其中，两个或多个不同形状的几何构架结构连接在一起。
15.如权利要求1-9中任一项所述的方法，其中，几何构架结构可拆除并移址再次安装。
16.一种用于安装和形成构架结构系统的装置，所述构架结构系统包括：一系列以面对面的布局连接的互连的、模块化的三维几何构架结构，每个单个几何构架结构包括一系列互连的条以限定三维几何构架的面，并且至少一个条形成用于几何构架的面的支撑，其中，几何构架结构包括形成用于几何构架的底面的交叉支撑的条，
所述装置包括：
容纳有用于形成所述几何构架结构的预成型的条的货架；
具有可移动的鳍的构架结构，可移动的鳍用于接收来自货架的预成型的条以及将预成型的条固定在预设位置以限定几何构架的面；
用于固定可移动的鳍的水平条，所述水平条是可移动的，用以水平和垂直地移动鳍，以使鳍可以触及构架结构内部的任何点；以及
用于焊接预成型的条以形成几何构架结构的设备。
17.如权利要求16所述的装置，其中，几何构架结构包括一个或多个用于交叉支撑几何构架的垂直面的对角线条。
18.如权利要求17所述的装置，其中，几何构架结构包括一个或多个贯穿构架内部延伸的对角线条。
19.如权利要求17或18所述的装置，其中，几何构架结构包括在几何构架结构的垂直面上形成三角构架结构的条，所述三角构架结构位于所述垂直面的上部分。
20.如权利要求17或18所述的装置，其中，几何构架结构可拆除并移址再次安装。
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