CN102333925B - 复合构件中置换体积的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明解决了有关复合构件中置换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，该系统包括由系列置换体积构成，置换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。

Description

复合构件中置换体积的系统和方法

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置换体积的设计和实施，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 ofballs）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置换体积的涉及强度、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。

本发明描述了一种置换系统，其由位于精密均一性几何网格内的一系列置换体积构成，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置换系统的方法。

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置换体积（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）的完全置换体积。部分置换体积通过间隔系统（120）移位。部分置换体积的边缘（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置换体积（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，从而形成完全置换体积（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置换体积-----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置换体积（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，连同连接多个置换体积（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。设计晶格结构使置换体积（108）装配于角钢（205）内的开口中，从而将置换体积（108）固定在晶格结构（220）中。纵钢（210）可以连接到角钢（205）来控制置换体积（108）和晶格结构（220）之间的移动。根据实际使用，系列（110）的置换体积（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三维结构（250））或耐久薄板（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置换系统。垂直方向的最低的密封层（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层（310）。置换系统（250）可与形成部分绝缘层（320）的置换体积（110）整合。

具体实施方式

本发明包括一种置换系统，其解决了有关复合构件内置换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置换体积的精确均一性几何布置以及建筑用钢相对于置换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，显然置换系统必须使置换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，则获得有效的置换系统，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。

本发明通过将置换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。

置换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。

与完整的置换体积相比（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。

使用系列置换体积的特殊设计/方法解决了有关部分主体装配的置换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置换体积相比材料减少，同时系统减少了将置换体积固定到其优选位置所需的钢量。

该置换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置换体积。

获得关于材料减少、运输和装配的成本有效的优质置换系统。

整合在特别设计的三维钢结构内的置换体积给出关于处理、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。

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

置换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，置换体积可具有大于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。

由于置换系统的几何结构（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%置换体积高度的距离，而置换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。

除了置换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置换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、喷射或压入置换体积之间，或通过将置换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。

置换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（basementlayer）的上硬面（upper hard surface）。置换系统可与形成部分绝缘层的置换体积整合。绝缘层可以通过但不限于直接喷射到置换系统的硬化泡沫或从两侧巧妙压到置换系统的较软绝缘材料板来形成。置换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置换系统构成，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置换系统构成。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。

置换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，因为置换体积使得能够将硬化材料设置到显著更高的程度且没有置换体积，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。

由于在置换系统上（特别是置换体积）由硬化材料引起的向上漂移（updrift），硬化材料中置换系统的实际实施必须巧妙地进行以避免伴随置换系统浮动的问题。

置换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，将置换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，且在置换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、巧妙地分布到所述置换系统之上，由此将该流动材料小心定位到给定表面范围的特定高度，覆盖置换系统的预定部分，因而，置换系统和硬化材料之间的垂直力和摩擦阻力的结合防止置换系统由于置换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。由于置换体积连同小间隙被布置到三维钢结构中，置换体积将对硬化材料的任何振动起反应，因为置换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。

附图标记列表

100  壳

105  系列壳

108  完全置换体积

110  系列置换体积

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  三维结构

300  耐久薄板

310  硬层

320  绝缘层

330  抑制毛细作用的密封层。

Claims (14)

1.一种置换系统，包括但不限于球体/椭球体壳，被设计成在复合构件中形成系列置换体积（110），其特征在于：

a.多个壳（100），被布置于精确均一性几何网格中，其中，体积直径与体积中心间距离的比例，在同一平面中作为最短距离测量，为0.5至1，并且

b.所述多个壳（100）由间隔系统（120）确定和安排

c.所述间隔系统（120）被整合在包括晶格结构（220）的三维钢结构中，其中，部分所述钢结构被设计和定位成增强现有复合构件的剪切强度，并且

d.使得能够在曲率和角度方面以任意方向灵活形成

e.其中，所述置换系统的形式使得所述置换系统能够被固定到硬化或非硬化材料的耐久薄板（300）中。

2.根据权利要求1所述的置换系统，其特征在于：

不同类型的间隔系统（120），或者直接并入到所述壳（100）中，或者作为外部系统控制所述置换体积（108）的预定位置。

3.根据权利要求1所述的置换系统，其特征在于：

两个部分壳之间并入环缘（140），所有三个部分联锁并通过标准装置固定。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的置换系统，其特征在于：

并入一系列环缘（150），联锁两个或更多系列的壳（105）。

5.根据权利要求1所述的置换系统，其特征在于：

部分壳，其中，边缘（130）或部分边缘具有一个厚度，大于所述壳的厚度，并且具有连接装置，其为但不限于，插入部分或闩锁（135）从边缘突出，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，以便所述部分壳将边缘连接至边缘，通过所述连接装置固定，设计用于通过将系列部分壳置于第二系列部分壳之上的位置中而形成系列置换体积（110），其中每个系列的边缘彼此面对，使得两个系列通过所述连接装置将边缘连接至边缘。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的置换系统，其特征在于：

特别设计的晶格结构（220），使得能够在系列置换体积（110）之间实现0至90度的角度变化。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的置换系统，其特征在于：

作为部分固定的三维结构（250）整合，其中，所述结构的一个或多个侧面设置有材料或材料组合形成的耐久薄板（300）以提高绝缘或耐火性并降低噪声，可以用作朝向水、蒸汽的薄膜，所述耐久薄板（300）取决于材料类型通过粘合或标准锚定装置进行固定。

8.根据权利要求1至3中任一项所述的置换系统，其特征在于：

作为部分固定的三维结构（250）整合，其中，所述结构的一个或多个侧面设置有用作临时模板的耐久薄板（300）。

9.根据权利要求1所述的置换系统，其特征在于：

完全和最终的置换体积（108）具有任何类型和形状。

10.根据权利要求1至3中任一项所述的置换系统，其特征在于：

对于所述三维钢结构中的杆，置换体积（108）整合有大于0mm的小间隙，由此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内，则允许所述置换体积振动，从而用作第二振动构件，在利用振动棒正常振动所述硬化材料后，所述第二振动构件具有相对于所述硬化材料较大的振动面。

11.根据权利要求1至3中任一项所述的置换系统，其特征在于：

置换体积（108）具有钩，用作杆的固定器。

12.根据权利要求1至3中任一项所述的置换系统，其特征在于：

置换体积（108）由可膨胀材料制成。

13.根据权利要求1至3中任一项所述的置换系统，其特征在于：

三维结构（250），部分或完全由非钢材料形成。

14.用于生产根据权利要求1所述的产品的方法，其特征在于：

a.将由所述三维结构（250）和置换体积（108）构成的所述置换系统直接布置在非硬化或硬化材料的给定的抑制毛细作用的密封层（330）上，或部分压入所述给定层中，在置换系统和给定层之间具有或不具有间隔体，并且在置换系统和材料层之间具有或不具有固定装置

b.然后，将流动形式的硬化材料轻轻地、巧妙地分布在所述置换系统之上，由此将流动材料小心地定位在给定表面范围的预定高度，覆盖所述置换系统的部分，因而所述置换系统和所述硬化材料之间的垂直力和粘附力以及摩擦阻力的结合防止了所述置换系统由于所述置换系统上由所述硬化材料的向上漂移所致的浮动

c.在该硬化材料层之上，可布置非硬化或硬化材料的额外的硬层（310）。