CN1023336C - 多边形房屋 - Google Patents

Abstract

多边形房屋的组成是：对称的多边形基础框架；立柱，它们的下端在多边形基础框架的顶点处连接到基础框架上；平行设置在基础框架之上的梁架，它与基础框架有类似的多边形，上述梁架在它的顶点与相应的立柱的上端相连，角椽的下端部分分别在梁架的顶点与梁架连接，角椽的上端倾斜向上延伸过梁架中心的位置；由角椽的上端支承重量中柱件，上述角椽的上端连接到中柱件上，通过中柱件本身的自重对象椽施加向下的力。

Description

本发明涉及构架简单、易于建筑的多边形房屋的结构。

一般来说，常规的房屋，特别是木制房屋，它们的基础框架和梁框架的形状基本为正方形或矩形。为加强梁框架，这样的房屋需要辅助梁，以便 足以承载房屋自身屋顶的恒载和所谓的雪载荷（即由于雪或类似物添加在屋顶的载荷）。

典型的常规的房屋，正如图11、12和13中所示，正方形或矩形的基础框架90水平支承在基础上（未画出）。总共有四根立柱92分别直立安置在它们相应的基础框架90的顶点上。与基础框架90形状相同的梁架93从其顶点连接在它相应的立柱92的上端，从而使梁架93与基础框架平行放置。此外，多根辅助梁95以适当间隔设置，从而在梁93A和93B之间彼此平行地跨接（梁构件93A和93B在梁架93的纵向延伸），从而使梁架93得到加强。数字号96，97和98分别表示檩条，中柱和角椽。

屋顶载荷P（包括恒载和雪载荷）对彼此平行的梁构件93A和93B作用一个很大的力F，梁构件93A和93B在梁架93的纵向延伸，因此，该力在相反的方向向外扩延（如图14（A）和14（B）所示）。因此，不设置辅助梁95，就不可能使框架有足够高的强度，会使梁架93损坏和/或断裂。设置了辅助梁将保证框架有足够的强度来承受力F。

然而，在这种普通房屋的梁架中设置多根辅助梁，会带来结构复杂，建筑费时，建筑费用上升这样一些问题。

此外，在梁架中设置辅助梁还带来一个问题，即在梁架内相对宽敞的空间不能作为一个整体空间来利用。美国专利（USP2256050）中公开了一种多边形房屋，该房屋包括立柱，长条形梁构件所组成的梁架，该梁架连接在其相应立柱上端的顶点上，还有与该梁架连接的角椽，所有角椽上端倾斜向上延伸至梁架中心位置。美国专利（USP2256050）中公开了一种多边形基础框架，它由件1和件2所组成，通过榫结构将它们联接起来，但是，上述专利文献中公开的多边形房屋除了上面已提到的缺点外，还有构架复杂，不易建筑，强度不高等缺点。

正如前面已经叙述过的，本发明的目的是提供构架简单，易于建筑，并有足够高强度的多边形房屋。

本发明另一个目的是提供在梁架中无须设置任何辅助梁的多边形房屋，这样，在梁架内可利用的空间更宽。

在本发明中，提供的多边形房屋包括：

至少由六根长条形的基础构件构成的，具有对称多边形的基础框架;

立柱的下端连接到多边形基础框架上，从而使立柱在基础框架的顶点处分别直立向上;

平行固定于基础框架之上的梁架，是由长条形的梁构件构成，并有类似于基础框架的多边形状，上述梁架连接在其相应立柱上端的顶点上;

角椽的下端部分分别在梁架顶点位置连接在梁架上，角椽的上端倾斜向上延伸过梁架中心位置，以这种方式使角椽的上端汇合于中心垂直轴线;

由角椽上端支承的重量中柱件，上述角椽上端连接到该中柱件上，该中柱件通过其自重对角椽的上端施加一个向下的力。

除上述的结构之外，中间梁架设置在基础框架和梁架之间的平面上，由立柱支承并平行于基础框架，该中间梁架有着与基础框架相同的多边形状。这样，第二层的楼板可沿中间梁架设置。

基础框架，梁架和辅助的中间梁架最好是有着总计为八个点处有顶点的八边形状，每边的顶点将正方形的每边分为三等份。

由上述的结构可知，基础框架的梁架都是至少为六边的对称多边形，角椽的下端部分连接到它们对应梁架的顶点上，角椽的上端则都连接到重量中柱件上，由于屋顶载荷施加在梁架上的力F对称分解到至少为六个方向。因此，每一梁构件所承受的力就小的多，就没有必要设置任何辅助梁来加强梁架。此外，有可能简化房屋的结构，便于房屋的建筑。

由上述可知无须设置辅助梁，就有可能利用梁架内整个宽敞的空间。

按照本发明，由于框架的特殊结构，在屋顶载荷作用下施加在梁架的梁构件上的力对称分解成多个方向，这样，每一梁构件上承受的力就小的多。因此，无须在梁架中设置任何辅助梁。就有可能简化房屋的结构，便于房屋建筑，结果就可以降低建筑费用。此外，从整体上有足够高的强度，也无须在内部设置任何立柱，从而提供了宽敞的内部空间。

而且，通过将角椽的上端（它们的下端部分连接到梁架）连接到重量中柱件上，以支承重量中柱件。由三类构件：即重量中柱件，角椽和梁架形成 的结构，即使使用简单的连接方法，也可提供足够高的强度。具体讲，这种作用可通过控制每一角椽对水平面的角度为60度或角度再小一些来得以保证。

还有，基础框架和梁架的构成都是多边形，在总数为八点处有八个顶点，每一边顶点将正方形的每边分为三等份，相对于一个周边长度，有可能提供较宽敞的居住空间，也有利于利用地面。此外，结构构件可实行标准化，又可进一步降低建筑费用。

下面通过参阅附图，阅读以下的说明和权利要求;对于本发明以上的和其它的目的，特性和优点将会了解的更清楚。

图1至图8是按照本发明第一实施例的多边形房屋的图例，分别为：

图1是基础框架及多个柱结构的平面简图;

图2是总的基本框架结构的垂直剖面正视简图;

图3是对基础框架形状的平面视图的说明图;

图4（A）到图4（C）分别为平面简图，分解平面简图和自图4（B）中C-C线的横截面简图;从这些图可了解连接基础构件的连接部件;

图5（A）和图5（B）分别是横截平面简图以及与图4（B）类似的视图;图5（A）和图5（B）示出了一个柱进一步连接到图4（A）到图4（C）所示的连接部件上;

图6是部分切去的多边形房屋平面简图;

图7是重量中柱件与角椽连接状态的横截面简图;

图8是按照本发明的多边形房屋，由于屋顶载荷施加于梁架上的力的说明图;

图9是按照本发明的第二实施例的多边形两层房屋中表示总的基本框架结构的横截面简图;

图10是在第二实施例的一个变型中，总的基本框架结构的横截面简图;

图11，图12和图13分别表示一般房屋结构的平面简图、垂直剖面正视简图和垂直剖面侧视简图;

图14（A）和图14（B）是普通房屋由于屋顶载荷施加在梁架上的力的说明图。

下面将对本发明的实施例予以具体说明。

在本发明的第一实施例中，总体为八边形的基础框架10是由木制的总共为八根长条形的基础构件11所构成（如图1和图2所示）。基础框架10水平支承在一个适当的构筑物上（未画出）。基础框架10分别为木立柱提供总计为八个顶点12。以便使不立柱向上直立。

正如简图3所示，本实施例中的基础框架10的形状是八个顶点12的对称八边形，每一边的顶点又将正方形S的每一边分为三个相等部分，上述各边的长度为3α。因此，正方形S一边上两个相邻顶点12之间的距离为α，而正方形S两个相邻边的相邻顶点12之间的距离是2α。因此，基础框架10是由四根长度为α的短构件11A和四根长度为2α的长构件11B交替相连而构成，这样，每一连接部分的内角为135度。

例如，在其基础框架10中，短构件11A与长构件11B的连接方式如图4（A）到图4（C）所示。即短构件11A和长构件11B分别有端面EA和EB，并都有相应各自的纵向成45度斜面。在短构件11A的端面EA，有一截面形状为梯形的榫眼M，并且梯形形状延伸到整个榫眼的高度。在长构件11B的端面EB，有一与榫眼M相配的凸榫T，它向外突出形成在其高度方向下半部分，与榫眼M类似的榫眼N形成在高度方向的上半部分。

如图4（A）所示，凸榫T是与榫眼M高度方向的下半部相配合，使得短构件11A和长构件11B彼此以这样一种状态相连接，即端面EA和E彼此相互接触，连接部分的内角θ为135度。为连接立柱的榫眼R由短构件11A的榫眼M的上半部分以及在长构件11B上的榫眼N在其连接部分高度方向上的上半部所限定（见图5（B））。

如上所述，当榫眼M形成在长构件11B的端面EB上，凸椎T和榫眼N形成在短构件11A的端面EA上，也可以得到如上所述的完全相同的连接状态，相同的立柱连接榫眼M也被限定。

另一方面，如图5（B）所示，每一根立柱20的外形都是五边形，上述五边形每一顶角都是135度。在每一立柱20上，与上述立柱连接榫眼R相配合的突出的凸榫W成型在其下端，如图5（A）和5（B）所示，突出的凸榫W与上述的立柱连接榫眼R相配合，立柱20的下端通过其相应的框架顶点12而连接到基础框架10上，从而使 立柱20向上竖立。

如上所述，在基础框架10中的基础构件11的每一连接部分上的基础构件上得到榫眼接合，利用榫眼部件，可以将三个构件，即两个基础构件11、一个立柱20适当连接到一个连接部分上，从而将每一立柱20的下端连接到基础框架10上。

在另一方面，如图6所示，总数为八根长条木梁构件31彼此相连接构成梁架30，该梁架30与上述基础框架10有着同样的结构，即与基础框架10有着相同的八边形。对于梁架30，上述八根立柱20的上端分别连接到各自相应的顶点32上，从而使梁架30与基础框架10水平平行。

连接梁构件31以构成上梁架30，其方法可用上述的将基础框架10中的基础构件10连接起来的方法，或者任何可用的类似的方法。此外，可以用上述的基础框架10和立柱20的下端连接的方法，或任何类似于此的方法，在立柱上端相应的梁架30的顶点32处，将梁架30与立柱20的上端连接起来。在此情况下，可在梁架30中的梁构件31的每一个连接部分上的梁构件上打榫眼，利用榫眼部件，也可能将三个构件，即两个梁构件31和一个立柱20连接在一个连接部分上，从而用和基础框架10中同样的方法，将每一立柱20的上端连接到梁框架30上。

附图中的数字40表示角椽。八个角椽40的每一下端部分连接在八边形的梁架30上角椽对应的顶点32，从而连接在梁架30上。此外，角椽的安置状态是：它们的上端倾斜向上延伸经过梁架30的中心位置，从而使它们汇合于中心垂直轴线，而且，这些上端一般连接到重量中柱件50上，该件相对来说较重，并且是八角柱形，因此，重量中柱件50通过角椽40的上端来支承的。

将角椽40的上端与重量中柱件50连接的方法，最好采用通常榫眼接合方法。即这个方法可用下述方法实施。正如图7所示，在重量中柱件50的多角柱体上形成有八个角椽连接榫眼41，在每一角椽40的上端具有可正好插入榫眼41的凸榫42，这样，榫眼和凸榫彼此相配合地结合在一起。

为将每一角椽40的下端连接到梁架30上，只需采用适当的连接方法，例如，下端部插入其相应的梁架30的每一顶点32上的凹座43处。

若需要可按上面的方法，在相邻的角椽40之间，将檩条61与椽62连接起来。制作顶篷63的材料，例如可以用防水胶合板。

虽然没有画出，但是在相邻立柱20之间的开口是用适当的壁板来封闭的，例如，在相邻立柱20之间用非承重板或承重板。窗户或出口/入口要求的开口则开在这些壁板适当的位置上。

上述方法构造的多边形房屋，其结构是基础框架10与梁架30形状相同，为对称八边形，并且角椽40的上端（它们的下端分别连接到各自相应的梁架30的顶点32，从而完成与梁架30的连接）共同连接到重量中柱件50上。因此，虽然屋顶载荷对梁架30施加了向外扩展延伸的力F（如图8所示），力F对称分解到梁架30的每一梁构件31上，即通过角椽40分解到八个方向。结果，在梁架30中每一梁构件31所承受的载荷分力，与屋顶的载荷相比就小的多了。事实上，由于梁架30本身是个多边形框架，梁架30就可以提供足够的强度。

如上所述，按照本发明，多边形房屋的梁构架30中，无须预备辅助梁，因此，有可能大大简化房屋结构框架，便于施工，从而降低建筑费用。

此外，相比在使用面积上有同样宽度的正方形或矩形梁架，单位梁构件的长度比较短，这样，梁构件31本身可具有较高的抗弯强度。

按照本发明所构造的房屋从总体上讲有足够高的强度，这是因为由基础框架10，立柱20，梁架30，角椽40和重量中柱件50所构成的总的基本框架结构采用了所谓鸟笼结构。因此，在结构的内部无须设置任何辅助立柱。此外，也无须设置上述的任何辅助梁。这样，在结构内是不含任何构件的连续宽敞自由空间，而没有由梁架30的平面而相互分为上部空间和下部空间，从而使结构的内部空间的利用有十分高的自由度。

由于基本框架结构有足够高的强度，并不需要立柱20之间的壁板起加强结构的作用。因此，在本发明的实践中就有可能使用非承重壁板作为壁板来使用。当然，这并不意味着不可以使用承重壁板作为壁板。

此外，为了将角椽40的上端连接到重量中柱件50上，可以使用上述的一般使用的榫眼接合的方法。对于角椽40的这种连接，即角椽40的上 端连接到重量中柱件50，角椽40的下端部分连接到梁架30上，既使它们之间的连接有些松，由于重量中柱件50自身的重量而向下位移，从而使在重量中柱件50，角椽40和梁架30处的每一连接部件的松度被消除，这样就获得了足够高的连接强度。因此，将重量中柱件50，角椽40和梁架30彼此结合构造的结构具有足够高的强度。这样就有可能用相对简易连接的方法，低的建筑费用来圆满地完成有关角椽40的连接。

连接在重量中柱件50和梁架30之间的每一角椽40相对于水平面的倾斜角α（见图2）最好是60度，或角度再小一些。这样可以保证三种构件，即重量中柱件50，角椽40和梁架30形成的结构具有足够高的强度。

而且，基础框架10和梁架30都是总共为八个顶点的八边形，每边顶点又将正方形的每边分为三个相等部分，相对一个周边长度，有可能提供较宽敞的居住空间，也有利于利用地面。此外，假设正方形每一边的长度是3α，只需设置两种标准的构件，一种构件的长度或宽度为α，另一种的长度或宽度为2α，这些构件用来作为基础构件，梁构件以及在立柱20之间的壁板。这些构件可以进行大规模工业生产，从这一点来说，同样可进一步降低建筑费用。

图9是本发明的第二实施例，该实施例为两层多边形房屋结构。

在第二实施例中，总的结构基本与上述的第一实施例相同。不同之处在于，代替立柱20的立柱25在高度上足够高，中间梁架70设置在立柱25的中间平面。

中间梁架70的作用是沿着它设置第二层楼板，这样就可以构造两层多边形房屋。

特别要指出，长度足够长的木制立柱25连接到基础框架10上立柱各自分别对应的框架顶点12上，从而使立柱直立向上。立柱25的上端连接到梁架30上立柱上端各自分别对应的顶点32上。八根角椽的下端部分别连接到梁架30的顶点32上，角椽40的上端部则连接到重量中柱件50上。

在如上所述的立柱25的中间平面，八根木制长条形的中间梁构件71相互水平连接，以便在相邻立柱25之间跨接，这样，与基础框架10和梁架30一样都是八边形的中间梁架70，分别与各个立柱25在立柱各自对应的顶点72处连接，中间梁架所安置的平面是在基础框架10和梁架30之间的间隔被平行等分的位置。

为了将中间梁构件71与立柱25连接，最好采用上面例子中介绍过的榫眼接合的方法。

正如第一实施例那样，第二实施例也表现出极好的效果，即多边形两层房屋的结构简单，施工容易，并可降低建筑费用。

图10为第二实施例的一个改进型。与第二实施例相比，该实施例的不同之处在于，每一长立柱25分成上部25A和下部25B两段。中间梁架70与基础框架10或梁架30一样都是八边形，使用在构造基础框架10或梁架30同样的方法，用木制的八根长条形的中间梁构件，并将它们连接起来，构成中间梁架70，该框架70连接在相应立柱25的上部25A和下部25B之间的顶点72上。

为了将中间梁构件71相互连接，对于上述的情况，可以使用上面已描述过的，在结构基础框架10所用的相同的连接方法。另外，为了将中间梁架70与每一立柱25的上部25A和下部25B连接，可以使用类似图5所示的方法，或其它适当的方法。

在这个变型的情况，也表现出了类似于上述的极好的效果，这就是多边形两层房屋结构简单，容易施工并可降低建筑费用。

在详述了本发明后，很明显的是，在不背离本发明精神实质和范围的情况下，本领域的普通技术人员可做许多改变和改型。

Claims (11)

1、多边形房屋，包括：

至少由六根长条形的基础构件构成的，具有对称多边形的基础框架；

其下端连接到多边形基础框架上的立柱，从而使立柱在基础框架的顶点处分别直立向上；

平行布置于基础框架之上的梁架，是由长条形的梁构件所构成，并有类似于基础框架的多边形状，上述梁架连接在其相应立柱上端的顶点上；

其下端部分别在梁架顶点位置连接在梁架上的角椽，角椽的上端倾斜向上延伸过梁框架中心位置，以这种方式使角椽的上端汇合于中心垂直轴线；

其特征在于：还包括由角椽上端支承的重量中柱件，上述角椽上端连接到该中柱件上，该中柱件通过其自重对角椽的上端施加一个向下的力，角椽的每一上端在重量中柱件的外周面椎眼接合。

2、按照权利要求1所述的多边形房屋，其特征在于，中间梁架设置在基础框架和梁架之间一个平面上，并平行于基础框架的平面，上述中间梁架有着与基础框架相同的多边形状，并由立柱所支承，第二层的楼板沿中间梁架设置。

3、按照权利要求1所述的多边形房屋，其特征在于：

通过榫眼接合使每一长条形的基础构件与相邻两个基础构件接合，从而构成所述基础框架，在基础框架相应顶点使用适当的基础构件的榫眼接合的榫眼部件来使立柱下部实现榫眼接合。

4、按照权利要求1所述的多边形房屋，其特征在于：

通过椎眼接合使每一长条形梁构件与相邻两个梁构件接合，从而构成所述梁架，在梁架的相应顶点使用适当的梁构件的榫眼接合的榫眼部件来使立柱上部实现榫眼接合。

5、按照权利要求1或2所述的多边形房屋，其特征在于，基础框架和梁架有着对称八边形状。

6、按照权利要求1或2所述的多边形房屋，其特征在于，每一角椽对于水平面上斜的角度为60度或少于60度。

7、按照权利要求1或2所述的多边形房屋，其特征在于，在相邻立柱间的空间是由非承重壁板来封闭的。

8、按照权利要求2所述的多边形房屋，其特征在于，多个长条形中间梁构件连接到相邻立柱，使它们彼此跨接，从而构成中间梁架。

9、按照权利要求3或4所述的多边形房屋，其特征在于，中间梁架设置在基础框架和梁架之间一个平面上，并平行于基础框架的平面，上述中间梁架有着与基础框架相同的多边形状，并由立柱所支承，第二层的楼板沿中间梁架设置。

10、按照权利要求5所述的多边形房屋，其特征在于，基础框架和梁架有着总计为八个顶点的八边形状，每一边的顶点将方形的每边分为三等份。

11、多边形房屋，包括：

其下端连接到多边形基础框架上的立柱，从而使立柱在基础框架的顶点处分别直立向上;

平行布置于基础框架之上的梁架，是由长条形的梁构件所构成，并有类似于基础框架的多边形状，上述梁架连接在其相应立柱上端的顶点上;

其下端部分别在梁架顶点位置连接在梁架上的角椽，角椽的上端倾斜向上延伸过梁框架中心位置，以这种方式使角椽的上端汇合于中心垂直轴线;

中间梁架设置在基础框架和梁架之间一个平面上，并平行于基础框架的平面上，上述中间梁架有着与基础框架相同的多边形状，并由立柱所支承，第二层的楼板沿中间梁架设置;

每一立柱分为上部和下部两段，通过将多个长条形中间梁构件的每一个连接到两个相邻中间梁构件上，构成中间梁架，中间梁架在相应立柱上部和下部之间的顶点处被连接;

其特征在于：还包括至少由六根长条形的基础构件构成的，具有对称多边形的基础框架;

由角椽上端支承的重量中柱件，上述角椽上端连接到该中柱件上，该中柱件通过其自重对角椽的上端施加一个向下的力。

Images