CN102356202B - 用于建筑结构的结构元件、包括该元件的建筑物及制造该元件的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于建筑结构的结构元件(10；20；30)。该元件具有基本上相互平行延伸的至少第一侧(21)和第二侧(22)并包括：连续板(11)；连续隔离层(12)，其具有与板基本上相同的尺寸，所述隔离层与板对齐并结合到板的一侧；高性能混凝土的第一承载梁(27)和第二承载梁(28)，其沿所述第一侧和第二侧延伸；高性能混凝土的至少一个长形承载元件(13)，其在所述第一承载梁和第二承载梁之间延伸；其中所述长形承载元件以及所述第一承载梁和第二承载梁在隔离层的背离板的一侧的沟槽(17，29，24)中延伸，所述承载元件以及第一承载梁和第二承载梁与板隔开。

Description

用于建筑结构的结构元件、包括该元件的建筑物及制造该元件的方法

发明技术领域

本发明涉及结构元件、包括所述元件的建筑物及制造该元件的方法。

发明背景

几乎所有用在许多不同场合的建筑结构比如建筑物都包括用作墙、顶或类似物的一些类型的结构元件。

存在为此目的而采用的许多不同类型的预制造的结构且通常这些结构都具有一些严重的问题。首先，这些结构都具有质量问题，因为它们不能满足关于公差和外观的要求，这是因为最终的墙元件的尺寸以及表面状况有很大不同。其次，所有这些预制造的元件相对于其尺寸来说都是重的，这使得元件的运输和在框架结构中的安装复杂、耗时且最终是昂贵的。

因此，需要一种具有需要的质量并且能够在期望的公差内以合理的成本制造的预制造的结构元件。

发明概述

如下所述的本发明满足上述需要。

用于建筑结构的结构元件具有基本上相互平行延伸的至少第一侧和第二侧。该结构元件包括：

连续板；

连续隔离层，其具有与连续板基本上相同的尺寸，所述连续隔离层与连续板对齐并结合到连续板的一侧；

高性能混凝土的第一承载梁和第二承载梁，其沿所述第一侧和第二侧延伸；

高性能混凝土的至少一个长形承载元件，其在所述第一承载梁和第二承载梁之间横向地延伸；其中所述长形承载元件以及所述第一承载梁和第二承载梁在连续隔离层的背离连续板的一侧的沟槽中延伸，所述长形承载元件以及第一承载梁和第二承载梁与连续板隔开。

根据本发明的元件提供一种能够被预制造成期望的公差的非常坚固且轻的元件。这是可能的，因为承载元件与第一承载梁和第二承载梁相结合提供了期望的结构强度，而这能减少板中材料的量。

根据本发明的元件的一个基本特征是在承载元件中使用高性能混凝土。高性能混凝土与常规的普通的混凝土的不同之处在于高性能混凝土具有较高的压缩强度。高性能混凝土的压缩强度超过80MPa。而且，混凝土浆的水/混凝土比例应小于0.39。该比例确保水的量相对于混凝土的量足够低以达到期望的强度。指定的高性能混凝土具有许多有优势的性能，比如在固化期间几乎不收缩，不随时间的推移发生蠕变等。在混凝土固化期间几乎不发生收缩的事实对于确保元件的高质量和窄公差来说非常重要。

根据本发明的元件能在分离的工厂中预制造以减少在结构工作位置必须完成的工作的量，这节省时间。而且，该元件降低元件重量，这也将对建筑物成本具有积极的影响，因为重量减小将使得减小建筑框架和许多与其相关的结构中的增强物和材料的量成为可能。这些方面与元件的运输和操纵成本的减少相组合将最终大大地降低建筑成本。

在结构元件的一个实施方式中，连续板由高性能混凝土、胶合板、塑料或石膏制成。通过选择板材料和表面性能，板能被预制造成较高的程度且减少另外必须完成来达到元件的期望外观和公差的工作。

在结构元件的一个实施方式中，连续板具有至少5mm的厚度，且优选地超过10mm。为了能够以合理的成本制造该元件且达到期望的元件强度，连续板必须是至少5mm。然而，如果板能够承受载荷，则厚度必须被增加到高达约60mm。

在结构元件的一个实施方式中，沟槽具有至少30mm的深度和至少10mm的宽度。该实施方式确保承载元件具有期望的强度且能够以合理的成本制造。

在结构元件的一个实施方式中，承载元件由用非金属纤维增强的高性能混凝土制成。纤维增强混凝土的使用提供给非常容易制造的承载元件足够的强度。

在结构元件的一个实施方式中，承载元件和/或承载梁包括至少一个长形铁加强杆。铁加强杆是一种确保元件具有期望的结构强度的可靠解决方案。

在结构元件的一个实施方式中，隔离层由微孔塑料制成。该材料具有相对较低的成本且提供对于板的强的附着。此外，在微孔塑料中形成沟槽是相当容易的。

在结构元件的一个实施方式中，隔离层包括多于一层的隔离材料层且一个层由微孔塑料制成。隔离层可包括多层不同的隔离材料以便使元件适合用在有变化需要的不同结构内。比如，元件可制造为具有高的隔热或隔声性能。然而，元件仍包括一层微孔塑料以便于沟槽的形成以及承载元件在沟槽中的筑造。

在结构元件的一个实施方式中，在隔离层的相对于连续板的相对侧上布置了第二连续板。元件的该实施方式提供一种使预制造更加成为可能的元件，因为元件的相对侧也被加工有也有助于减少需要的建筑时间的期望表面。

在结构元件的一个实施方式中，第二板由高性能混凝土制成且与承载元件和承载梁整体形成。该实施方式提供关于元件重量具有非常高的强度的元件。

在结构元件的一个实施方式中，元件包括一个或多个开口。该实施方式是非常有利的，因为元件可以被预制造有用于比如窗的开口。

在结构元件的一个实施方式中，元件包括平行于承载元件延伸的一个或多个承载柱。柱由增强型高性能混凝土形成以便能够比承载元件承受高的载荷。

该结构元件能比如用在建筑物中，其中所述结构元件用作墙或顶。如果结构元件用作外墙，则板优选地转为面向内，且如果板在顶中使用，则板优选地定位成面向外。结构元件是具有低重量的混凝土建筑物的建筑的一个重要构件。

本发明还涉及制造根据上述任一实施方式的结构元件的方法。该方法包括以下步骤：

a.在水平放置的模具中定位连续板，或筑造连续板；

b.在连续板的上表面上布置具有预制造的沟槽的连续隔离层；

c.将高性能混凝土注入沟槽或多个沟槽，以筑造长形承载元件；

d.使高性能混凝土固化；以及

e.从模具中取出结构元件。

所要求保护的方法提供一种预制根据本发明的结构元件的非常有效的方法。该方法确保能在生产厂内有效地制造的高质量的最终产品。

在该方法的一个实施方式中，该方法还包括进一步提供高性能混凝土并且在混凝土开始固化之前在连续隔离层的顶部筑造第二板的步骤。如果在元件的两侧都需要连续板时，该实施方式是有优势的。

在该方法的一个实施方式中，该方法还包括在添加混凝土之前在沟槽内布置至少一个加强杆的步骤。

元件和制造所述元件的方法的不同的实施方式当然能被组合而不偏离本发明的范围。而且，本发明的优点和细节将在详述中认识到。

附图简述

本发明的不同实施方式在附图中示出，在附图中：

图1、2和3示出隔离层的不同实施方式的横截面图。

图4示出隔离层的垂直横截面。

图5示出用在墙元件中的隔离层的前视图。

图6示出图5中的墙元件的水平横截面图。

图7示出结构元件的第二实施方式的水平横截面图。

图8示出预期包括承载柱的隔离层和板的水平横截面图。

图9、10和11示出穿过结构墙元件的不同的垂直横截面。

图12示出安装在建筑框架中的结构墙元件的示意图。

图13示出根据本发明的结构元件的又一实施方式。

详述

现将首先参考图6详细描述根据本发明的结构元件10的第一实施方式。图6示出穿过结构元件的第一实施方式的水平横截面。元件10包括连续板11、隔离层12、多个长形承载元件13、承载柱14和开口封闭物15。

板11优选地具有基本上恒定的厚度，但是也可以被设计成在元件的不同部分内具有不同的厚度，以便节省板上的载荷被限制的区域的材料和重量。板厚度以及板的材料由元件上预期的载荷和元件的预期用途决定。板厚度应优选地保持尽可能小，以减小板中重的且昂贵的材料的量以及结构元件的总体重量。板材料可以比如为钢筋混凝土、胶合板等，取决于元件的预期用途。

在图1-3中更详细示出的隔离层12被与板11对齐并结合到板11的一侧。隔离层可以比如通过粘合剂而结合到板，粘合剂提供足够强度的结合度以将隔离层维持在关于板的指定位置。为了方便将隔离层结合到板，隔离层12的接触表面16可以具有不同的结构。

隔离层由一层组成或由选择成给结构元件提供关于比如隔热或声的特定性能的多个不同的层组成。隔离层可以由多种不同的材料或者类似微孔塑料的材料的组合制成。微孔塑料相比许多其他材料的一些优势在于，微孔塑料能够产生沟槽，稍后将以简单的方式来解释该沟槽。

在隔离层的相对侧，图6，在隔离层12中布置了沟槽17。沟槽17预期用来形成承载元件13，且基本上是直的，并在同一纵向方向彼此跨过隔离层的表面延伸预定的距离，如图5所示。沟槽17与板11隔开并且不完全穿过隔离层12延伸到板11的表面。

在沟槽17中，设置了承载元件13以便提供结构元件10的期望的结构强度。在图5的实施方式中，承载元件13在垂直方向延伸以支撑建筑物中存在的垂直载荷并提供给元件所期望的稳定性以便使其能够承受来自比如风的载荷。然而，承载元件还能布置成在水平方向延伸以产生格栅形支撑框架并且进一步提高结构元件的强度。

沟槽17的宽度和深度选择成确保承载元件13，以及因此也确保结构元件10将具有期望的强度。沟槽中的长形承载元件17由高性能混凝土制成。为了确保承载元件的期望的强度，承载元件优选地设置有至少一个加强杆，未显示，其在沟槽内延伸。

为了便于结构元件10的安装工作，只要沟槽的其余区域能提供期望的元件强度，能将电缆引导穿过隔离层12中的沟槽17。

图5揭示了由本发明的结构元件形成的结构墙元件19的隔离层。墙元件具有大体矩形的形状，具有在水平方向延伸的第一侧21和第二侧22。承载元件17在垂直方向延伸，与墙元件19的第一侧21和第二侧22基本上成横向。

在图7中，结构元件20的第二实施方式被示出。该实施方式与之前的实施方式的不同之处在于该元件包括置于隔离层12的相对侧上的第二板23。结构元件的该实施方式提供了在中间隔离层的两侧上具有连续层的元件。

在图6和7所述的实施方式10、20中，示出了承载柱14。承载柱的横截面积比长形承载元件的横截面大以便能够承载较大的载荷。承载柱14布置成与第一板11接触，这同与板隔开地布置在隔离层的相对侧上的承载元件形成不同。

承载柱14通过分开隔离层12并在隔离层的相邻定位的两部分之间产生间隙24来制成，如图8所示。在将混凝土倒入模具以筑造柱之前在该间隙内设置加强杆。该柱在使用时在垂直方向设置在建筑物内，以作为建筑物框架中的一个部件起辅助作用。柱14优选地具有比隔离层12略小的宽度且因此不完全延伸到隔离层的表面。为了不对结构元件的隔热产生负面影响，用隔离材料25填充隔离层的表面和柱之间的空间。为避免混凝土渗入板11的表面和隔离层之间，可以在间隙24的下部设置U形金属型材26。

在图9、10和11中，示出了穿过结构元件20的垂直横截面。在这些图中，示出了在水平方向沿元件10的顶侧21和顶侧22延伸的第一承载梁27和第二承载梁28。这些梁连接到承载元件13，如图10所示，以便提供围绕结构元件10的刚性框架。该框架对于提供能够在安装在建筑物框架中之前运输和操纵元件所需的期望的元件强度来说非常重要。额外的沟槽29沿隔离层12的第一侧和第二侧的边缘延伸以便与模具结合来形成第一承载梁27和第二承载梁28。

而且，结构元件在边缘周围被设计成与结构元件预期安装的框架相匹配。能以许多不同的方式完成每个元件的最终固定，取决于建筑物和元件的特定用途和设计。

本结构元件10、20通过包括以下步骤的所要求保护的方法来制造：

a.在水平放置的模具中定位板11，或筑造板11；

b.在板11的上表面上布置具有预制造的沟槽17的隔离层12；

c.将高性能混凝土注入沟槽17、24、29或多个沟槽17、24、29，以筑造长形承载元件17和承载梁27、28；

d.使高性能混凝土固化；以及

e.从模具取出元件10、20。

该制造结构元件的方法使得能够以有效的方式、以合理的成本来预制造元件，因为承载元件17和梁27、28在一个步骤中通过将混凝土注入模具而形成，其中隔离层12，与外部模具组合，用来形成元件的支撑结构。

在包含第二板23的板的实施方式中，该第二板23优选地通过利用所要求保护的方法且在步骤c.将较大量的高性能混凝土注入模具使得混凝土填充隔离层12中的沟槽17、27、28并且整个隔离层由混凝土覆盖来形成，从而在隔离层顶部形成第二板23。

如图5中看到的，结构元件可以设置有用于窗和门的开口。为避免隔离层在开口中露出，这能通过所要求保护的方法来防止。这通过设计模具使得在模具的定位在指定开口的区域的边缘的表面和隔离层之间形成小的凹部来防止。这意味着，在混凝土被加入隔离层的沟槽中的同一步骤中，隔离层的边缘将由高性能混凝土覆盖。

在图12中，示意性地揭示了结构墙元件以方便理解本发明的结构元件的使用。

在图13中，示出了根据本发明的结构元件30的又一实施方式。该元件此外包括被分成两个不同层31、32的隔离层，而且第二隔离层33被定位在板的背离隔离层的一侧。该第二隔离层33提供给元件高的声阻尼性能。

尽管在此描述了本发明的一些目前优选的实施方式，但是应理解这些实施方式能以任何合适的方式组合而不偏离本发明的范围。本发明不限于所公开的实施方式，而是涵盖并包括由所附权利要求包含的任何和全部修改和变化。

Claims (17)

1.用于建筑结构的结构元件（10；20；30），其特征在于，所述结构元件具有相互平行延伸的至少第一侧（21）和第二侧（22），所述结构元件包括：

连续板（11）；

连续隔离层（12），其具有与所述连续板相同的尺寸，所述连续隔离层与所述连续板对齐并被结合到所述连续板的一侧；

高性能混凝土的第一承载梁（27）和第二承载梁（28），其沿所述第一侧和所述第二侧延伸；

高性能混凝土的至少一个长形承载元件（13），其在所述第一承载梁和所述第二承载梁之间横向地延伸；

其中所述长形承载元件以及所述第一承载梁和所述第二承载梁在所述连续隔离层的背离所述连续板的一侧中的沟槽（17，29）中延伸，所述长形承载元件以及所述第一承载梁和所述第二承载梁与所述连续板隔开。

2.根据权利要求1所述的结构元件（10；20；30），其中所述连续板（11）由高性能混凝土、胶合板、塑料或石膏制成。

3.根据权利要求1所述的结构元件（10；20；30），其中所述连续板（11）具有至少5mm的厚度。

4.根据权利要求3所述的结构元件（10；20；30），其中所述连续板（11）具有至少10mm的厚度。

5.根据权利要求1所述的结构元件（10；20；30），其中所述沟槽（17）具有至少30mm的深度和至少10mm的宽度。

6.根据权利要求1所述的结构元件（10；20；30），其中所述长形承载元件（13）和/或所述第一承载梁（27）和所述第二承载梁（28）由用非金属纤维增强的高性能混凝土制成。

7.根据权利要求1所述的结构元件（10；20；30），其中所述长形承载元件（13）和/或所述第一承载梁（27）和所述第二承载梁（28）包括至少一个长形铁加强杆。

8.根据权利要求1所述的结构元件（10；20；30），其中所述连续隔离层（12）由微孔塑料制成。

9.根据权利要求1所述的结构元件（30），其中所述连续隔离层包括多于一层的隔离材料的层（31，32）且一个层由微孔塑料制成。

10.根据权利要求1所述的结构元件（20；30），其中在所述连续隔离层的相对于所述连续板（11）的相对侧上布置了第二板（23）。

11.根据权利要求10所述的结构元件（20；30），其中所述第二板（23）由高性能混凝土制成且与所述长形承载元件、所述第一承载梁（27）和所述第二承载梁（28）整体形成。

12.根据权利要求1所述的结构元件（10；20；30），其中所述结构元件包括一个或多个开口。

13.根据前述权利要求中任一项所述的结构元件（10；20；30），其中所述结构元件包括平行于所述长形承载元件延伸的一个或多个承载柱（14）。

14.一种建筑物，其特征在于，包括根据权利要求1-13中任一项所述的至少一个结构元件（10；20；30），其中所述结构元件用作墙或顶。

15.制造结构元件（10；20；30）的方法，其特征在于，所述方法用于制造根据权利要求1-13中任一项所述的结构元件（10；20；30），所述方法包括以下步骤：

a.在水平放置的模具中定位连续板（11），或筑造连续板（11）；

b.在所述连续板的上表面上布置具有预制造的沟槽（17，24，29）的连续隔离层（12）；

c.将高性能混凝土注入所述沟槽（17，24，29）或多个沟槽，以筑造长形承载元件和第一承载梁和第二承载梁；

d.使所述高性能混凝土固化；

e.从所述模具中取出所述结构元件。

16.根据权利要求15所述的制造结构元件（20；30）的方法，还包括进一步提供高性能混凝土并且在所述混凝土开始固化之前在所述连续隔离层的顶部筑造第二板的步骤。

17.根据权利要求15或16所述的制造结构元件（10；20；30）的方法，还包括在添加所述混凝土之前在所述沟槽内布置至少一个加强杆的步骤。

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