CN103180529A - 可折叠建筑单元 - Google Patents

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CN103180529A CN2011800453472A CN201180045347A CN103180529A CN 103180529 A CN103180529 A CN 103180529A CN 2011800453472 A CN2011800453472 A CN 2011800453472A CN 201180045347 A CN201180045347 A CN 201180045347A CN 103180529 A CN103180529 A CN 103180529A
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Abstract

基于结构更加有效和灵活的结构框架和连接组件设计提供可折叠建筑单元。所述结构框架和连接组件设计允许在可折叠建筑单元预制过程中框架元件更方便的连接，以及在建筑工地框架元件更容易的连接，例如在展开之后可折叠地连接的框架元件。它们还允许预制工艺中具有更多整饰，和/或在建筑工地的工作更少更快，例如，对于传统的外部整饰，通过使传统的结构木网可连续穿过建筑围层的边缘和角落，同时提供具有降低热传递，特别是通过所述可折叠建筑单元边缘的热传递的严密建筑围层来实现。

Description

可折叠建筑单元
相关申请
本申请要求以下专利申请的优先权：于2010年8月6日提交的美国临时申请No.61,371,493；于2010年8月6日提交的美国临时申请No.61/371,509；于2010年8月6日提交的美国临时申请No.61/401,049；于2010年8月6日提交的美国临时申请No.61/401,050；于2010年8月6日提交的美国临时申请No.61/371,536；于2010年8月6日提交的美国临时申请No.61/371,545；于2010年8月6日提交的美国临时申请No.61/371,548；于2010年8月6日提交的美国临时申请No.61/371,497；和于2010年8月6日提交的美国临时申请No.61/371,506。上述申请的全部教导通过参考包含于本文。
技术领域
前面文献中主要描述了可折叠建筑单元。阻碍前述可折叠建筑单元商业化的原因包括需要在建筑工地实施的大量工作、确保基本无损坏地运输预制整饰的内外表面的难度、以及通常构造可折叠建筑单元的增加的复杂性。
背景技术
因此，需要具有新型结构框架和连接组件设计的可折叠建筑单元，能够更有效和灵活地构造，特别地，其结构框架和连接组件设计允许框架元件在预制工艺和建筑工地中的更容易的连接，允许在工厂中进行更多整饰、在建筑工地的工作更少更快，同时提供严密的建筑围层，其降低了热传递，特别是通过可折叠建筑单元边缘的热传递。
发明内容
本发明的第一实施例是一种可折叠建筑单元。该可折叠建筑单元包括：(a)第一框架元件，其具有是中空结构金属型材、金属C形通道、金属I形梁、金属T形梁、金属角梁或金属宽缘梁的第一结构承载构件；(b)第二框架元件，其具有是中空结构金属型材、金属C形通道、金属I形梁、金属T形梁或金属宽缘梁的第二结构承载构件；所述第一结构承载构件和第二结构承载构件不都是中空结构金属型材；并且(i)所述第一结构承载构件和所述第二结构承载构件沿纵向连接，以形成所述第一框架元件与所述第二框架元件之间的固定连接；或(ii)所述第一结构承载构件和所述第二结构承载构件沿纵向可折叠地连接，以允许所述第一框架元件和所述第二框架元件相对于彼此折叠。
本发明的第二实施例是一种基本完全由板形成的可折叠建筑围层，所述板通过该板的结构承载构件连接，结构承载构件为：独立的中空结构金属型材、金属C形通道、金属I形梁、金属T形梁、金属角梁或金属宽缘梁，所述结构承载构件为所述可折叠建筑围层的金属结构框架的一部分，所述板包括连接至块构件的内部和外部整饰材料，所述块构件连接至所述结构承载构件；并且所述可折叠建筑围层的至少一些边缘中的结构承载构件使得块构件沿纵向直接连接至所述结构承载构件的一个或多个内表面，从而允许外部整饰材料固接至所述可折叠建筑围层的边缘中的块构件。
本发明的第三实施例是一种可折叠建筑单元，包括第一板和第二板，所述第一板包括具有第一结构承载构件的第一结构框架，所述第二板包括具有第二结构承载构件的第二结构框架；其中所述第一结构承载构件和所述第二结构承载构件沿纵向彼此固接，使得所述第一板和第二板形成外边缘；所述第一结构承载构件或第二结构承载构件中的至少一个具有沿纵向固接至其一个或多个内表面的块构件，并且所述块构件定位成使得外部整饰材料在展开结构可直接连接至所述块构件。
本发明的可折叠建筑单元具有一个或多个下列优点。它们可容易地预制，允许精确展开，允许可折叠连接的框架元件在展开结构容易紧固，允许隔离可折叠建筑单元的边缘和角落中的金属结构承载构件从而降低热传递，它们允许整饰材料在边缘和角落中的方便紧固，并且它们允许可折叠建筑单元在折叠结构中更加紧凑，从而允许更容易运输更大的可折叠建筑单元。
附图说明
如附图所示，从后面对本发明示例性实施方式更详细的描述可清楚前面的内容，其中，在所有不同附图中相同的标记指代相同的部分。所述附图并非必需成比例绘制，而是重点在于示出本发明的实施方式。
图1为本发明的示例性可折叠建筑单元处于展开结构的示意性轴测投影图。
图2为图1的可折叠建筑单元的可折叠结构钢框架的示意性轴测投影图。
图3为图1的可折叠建筑单元处于折叠结构的示意性侧视图。
图4为图2的可折叠结构钢框架的示意性侧视图。
图5为图1的可折叠建筑单元的示意性侧视图，提供了几个连接板的截面图。
图6为地板-墙壁隔热连接组件中的示例性双C通道的示意性截面图。
图7为示出将地板框架元件与侧墙框架元件铰接的示例性连接组件的示意性截面图。
图8为示例性固定的墙板-墙板连接组件的示意性截面图。
图9为示例性折叠的墙板-墙板连接组件处于展开结构且在整饰之前的示意性截面图。
图10为图9的连接组件在整饰之后的示意性截面图。
图11为本发明的示例性可折叠结构钢框架的示意性轴测投影图。
图12为图11的结构钢框架的钢框架元件的示意图。
图13为示例性折叠的墙板-墙板连接组件的示意性截面图。
图14为示例性固定的地板板-墙板连接组件在整饰之前的示意性截面图。
图15为图14的连接组件在整饰之后的示意性截面图。
图16为示例性折叠地板-折叠墙板连接组件处于展开结构且在整饰之前的示意性截面图。
图17为图16的连接组件在整饰之后的示意性截面图。
图18为示例性固定的背墙板-侧墙板连接组件在整饰之前的示意性截面图。
图19为图18的连接组件在整饰之后的示意性截面图。
具体实施方式
本发明的可折叠建筑单元基于能够更有效且灵活地构造的新型结构框架和连接组件设计。该结构框架和连接组件设计允许在可折叠建筑单元的预制工艺中更容易地连接框架元件，并在建筑工地更容易地连接框架元件，例如，在展开之后可折叠地连接框架元件。它们还允许在预制工艺中进行更多整饰和/或在建筑工地的工作更少更快，同时提供更严密的建筑围层，其降低了热传递，特别是通过可折叠建筑单元边缘的热传递。
下面是本发明示例性实施方式的说明。
图1为本发明的示例性可折叠建筑单元的示意性轴测投影图。在该实施例中，处于展开结构的可折叠建筑单元是基本整饰的居住建筑100。该可折叠建筑单元是从形成例如所示外墙(例如，正墙115、侧墙120、天窗墙125、天花板屋顶130和屋顶135)的多个板预制而成。通常，门(例如，入口门105)、滑动门和窗110以及窗140、145、150、155和160预先制成，并被包含在折叠建筑单元中。
图2为可折叠建筑单元100的可折叠结构钢框架200的示意性轴测投影图(铰链未示出)。在该实施例中，所示结构钢框架完全由结构承载钢构件(例如构件205、210和215)制成。结构承载构件可连接以在可折叠建筑单元的折叠和展开结构都提供固定连接，例如，结构承载构件205与例如结构承载构件210固定连接。其他结构承载构件如结构承载构件210和220被可折叠地连接，以允许在建筑工地处可折叠建筑单元的折叠和展开，并在展开之后被固接。
图3为可折叠建筑单元100处于折叠结构300的示意性侧视图。因为门205和窗240为图示处于折叠位置的可折叠连接的墙板305的一部分，这里可看见门205的内侧310和窗240的内侧315。所示其他板包括屋顶板320和325、天窗墙板330、地板板335和侧墙板340。处于折叠结构的该可折叠建筑单元的高度为例如11英尺和6英寸，宽度为例如12英尺。可折叠建筑单元的长度为例如50英尺。在展开结构，该可折叠建筑单元可具有约940平方英尺的面积。
图4为可折叠结构钢框架200的示意性侧视图400。地板框架元件405通过连接细部415与后墙框架元件410固定连接、与结构承载构件420固定连接并通过连接细部430与地板框架元件425铰接。地板框架元件425通过连接细部440与正墙框架元件435铰接。屋顶框架元件445与后墙框架元件410和结构承载构件420固定连接。天窗框架元件450通过连接细部455与屋顶框架元件445可折叠地连接(但是它也可设计成与结构承载构件420可折叠地连接)，并准备与屋顶框架元件460固定连接，该屋顶框架元件460本身设计为与正墙框架元件435固定连接。板式屋顶框架元件460设计成在建筑工地被固接。并且，在建筑工地，可折叠连接的框架元件通常在展开成展开结构之后彼此固接。
图5为可折叠建筑单元100的示意性侧视图500，提供了几个连接的板501到507的截面图。屋顶包括金属滴流缘508、屋面510(例如，橡胶屋面，如三元乙丙单体橡胶(EPDM))、屋面板515、冰水罩520、屋顶板525(例如，沥青瓦)和隔热层530(例如，闭孔发泡泡沫)。该图还示出饰带(fascia)535、副饰带(subfascia)540、不同尺寸的修饰板545、带式卫水板550、卫水板555(例如，Z形卫水板)、层压板(例如560)和基桩565(例如，螺旋桩)。
图6为所示在建筑围层中形成外边缘的地板板501与后墙板507的双C通道地板-墙壁隔热连接组件600的示意性截面图。钢制C形通道605、框架元件405(其是板501的一部分)的结构承载构件和钢制C形通道610、框架元件425(其是板507的一部分)的结构承载构件在纵向上(即，在垂直于图示平面的平面内)固接，以提供地板板501与后墙板507之间的固定连接。地板板501包括在纵向上固接至C形通道605内侧、层压板620、底层地板625、整饰地板630及隔热层635(例如，发泡料隔热层)的块构件615(例如，木制构件)。后墙板507包括在纵向上固接至C形通道610内侧、作为中间元件的木制或轻质金属窗台645、连接至板(未显示)的中间元件(例如，木制或轻质金属窗台645和/或板(未示出)的木制或轻质金属饰钉)的内部整饰材料(例如，粉刷或其他方式整饰的干墙)、隔热层655(例如，发泡料隔热层)及层压板660的块构件640(例如，木制构件)。还示出了滑动件665、卫水板670(例如，带式卫水板)、卫水板675(例如，Z形卫水板)、修饰板680、刚性隔热层685、金属角690、层压板692和金属Z角695。C形通道的尺寸可基于本领域内所知的结构载荷(例如，竖直和横向载荷)计算来选择。C形通道的定位允许层压板660直接连接至建筑围层的边缘中(或基本在边缘中)的块构件640，允许整饰材料在生产或在现场更容易连接，以及更易接近，以在边缘整饰之前将C形通道彼此紧固。C形通道的定位进一步允许隔离C形通道，以降低可折叠建筑单元的内外部之间的热传递。
图7示出了将地板框架元件425与正墙框架元件435铰接的连接组件440。作为形成框架元件435的一部分的结构承载构件的钢制C形通道705和作为形成框架元件425的一部分的结构承载构件的钢制C形通道710通过本发明的特殊L形铰链715铰接。所述L形铰链具有铰链销720及两个L形铰链页725和730(设计成能够彼此嵌套)。铰链页725固接至C形通道710，铰链页730固接至C形通道705。该可折叠连接允许钢结构框架折叠至折叠位置，通常用于从预制场所运输至建筑工地。在建筑工地，在展开之后，C形通道710和705可容易地接近和固接。使C形通道如705面向建筑物外侧的优点在于，C形通道通过例如自钻紧固件可容易地彼此固接，它进一步允许块构件在C形通道中沿纵向的牢固连接，使得外部整饰材料可容易地连接在建筑围层的边缘中。
图8为本发明的示例性固定墙板-墙板连接组件800的示意性截面图。钢制I形梁805和钢制角梁810沿纵向(即，在垂直于附图平面的平面内)固接，以提供两个墙板之间的固定连接。I形梁和角梁810都具有块构件815、820和825，这些块构件沿纵向固接至它们的内侧表面，允许隔热和方便连接整饰材料。附图还示出了中间元件(830、835、840和845(通常为木制或轻质金属饰钉))、衬板850(例如，压缩系统(zip-system)衬板)、壁板855(例如，板壁板)、修饰板860、隔热层865(例如，发泡料隔热层)、和内部整饰870。I形梁和角梁的尺寸可基于本领域内所知的结构载荷(例如，竖直和横向载荷)计算来选择。角梁和I形梁的定位允许衬板850直接连接至建筑围层边缘中的块构件815和820，并且易于接近以在边缘整饰之前将角梁810紧固至I形梁805。角梁和I形梁的定位还允许给角梁和I形梁隔热，以降低可折叠建筑单元的内外之间的热传递。
图9为本发明的示例性折叠墙板(侧墙板901)-墙板(翻转墙板902)连接组件900处于展开结构且在整饰之前的示意性截面图。钢制I形梁905和钢制角梁910在建筑工地沿纵向(即，在垂直于附图平面的平面内)固接，例如通过沿着接缝915焊接或栓接，以在这两个墙板之间建立固定连接。I形梁905和角梁910都具有块构件920、925和930，这些块构件沿纵向固接至它们的内侧表面，允许隔热和方便连接整饰材料。附图还示出了中间元件935、940和945(通常为木制或轻质金属饰钉或块)、衬板950(例如，压缩系统(zip-system)衬板)、壁板955(例如，板壁板)、隔热层960(例如，发泡料隔热层)和内部整饰965。I形梁和角梁的尺寸可基于本领域内所知的结构载荷(例如，竖直和横向载荷)计算来选择。角梁和I形梁的定位允许压缩系统衬板950直接连接至建筑围层边缘中的块构件920和930，并且易于接近以在边缘整饰之前将角梁910紧固(例如焊接)至I形梁905。角梁和I形梁的定位还允许给角梁和I形梁隔热，以降低可折叠建筑单元的内外之间的热传递。
图10为折叠墙板(侧墙板901)-墙板(翻转墙板902)连接组件1000在整饰之后的示意性截面图。钢制I形梁905和钢制角梁910沿纵向(即，在垂直于附图平面的平面内)固接，例如，通过焊接或机械紧固。构件935、945、角梁910及块构件925的一部分形成的空腔充满硬泡沫隔热层1005。还有衬板1010(例如，压缩系统衬板)连接到块构件920和930，并连接另外的壁板1015(例如，板壁板)和修饰板1020。
图11为本发明的示例性可折叠结构钢框架1100的示意性轴测投影图(铰链未示出)。该结构框架包括十个钢框架元件：固定地板框架元件1105、折叠地板框架元件1110、固定背墙框架1115、固定侧墙框架元件1120、固定侧墙框架元件1125、折叠侧墙框架元件1130、折叠侧墙框架元件1135、翻转墙框架元件1140、天窗框架元件1145和固定屋顶框架元件1150。结构框架进一步设计(适于)用于在位置1155连接板式可拆卸屋顶框架元件1205(见图12)。
图12为结构钢框架1100的钢框架元件的示意图。
图13为示例性折叠墙板(1305)-墙板(1310)连接组件的示意性截面图。金属I形梁1315和金属角梁1320通过铰链1325可折叠连接，并适于在展开之后沿纵向(即，在垂直于附图平面的平面内)加接，以提供板之间的固定连接。块构件1330连接两个结构承载构件1320和1315，允许通过建筑围层的内外边缘连接内外整饰材料。另外，示出了中间构件(通常，木制或轻质金属构件)1335。该连接组件提供两个墙框架元件之间的可折叠连接，同时在建筑围层中提供基本上仅露出块构件(通常，木制)的内外边缘，允许整饰材料的传统连接。
图14为本发明的示例性固定地板板(1401)-墙板(1402)连接组件1400在整饰之前的示意性截面图。固定地板板1401基于固定地板框架元件1105，墙板1402基于固定背墙框架元件1115。中空结构钢型材1405和C形通道1410适于沿纵向(即，在垂直于附图平面的平面内)固接，以提供板之间的固定连接。通常，如这里的情形，两个结构承载构件对于彼此固接的侧边具有类似的尺寸。C形通道1410具有沿纵向固接至其内侧表面的块构件1415，允许隔热和方便连接整饰材料。预钻间隙孔1420的使用便于C形通道1410通过自钻紧固件1425与中空结构钢型材1405方便紧固。中空结构钢型材和C形通道的尺寸可基于本领域所知的结构载荷(例如，点和横向载荷)计算来选择。C形通道1410的定位使得内部块构件1415面向外侧，并靠近建筑围层的边缘，便于C形通道和中空结构钢型材的紧固，并进一步允许整饰材料的方便连接，如图15中所示。该连接组件进一步允许钢框架元件框在外侧具有传统整饰的一般木材内。由于通过自攻螺钉或预钻孔的结构承载构件之间的连接，该连接细节进一步允许预制这些板，包括在工厂整饰和在建筑工地通过很少的工作组装。
图15为连接组件1400整饰之后的示意性截面图。中空结构钢型材1405和C形通道1410沿纵向通过自钻紧固件1425彼此固接。另外的衬板1505直接连接至块构件1415。该图还示出了中间构件1510、内墙整饰材料1515(例如，粉刷或以其他方式整饰的干墙)、底层地板1520、整饰地板1525、护壁板1530和中间构件1535。
图16为本发明的示例性折叠地板板1605-折叠墙板1610的连接组件1600在展开之后且在整饰之前的示意性截面图。折叠地板板1605基于折叠地板框架元件1110，折叠墙板1610基于折叠墙框架元件1140。中空结构钢型材1615和C形通道1620适于沿纵向(即，在垂直于附图平面的平面内)固接，以在展开结构提供板之间的固定连接。通常，如这里的情形，两个结构承载构件对于要彼此固接的侧边具有类似的尺寸。身为形成框架元件1140的结构承载构件的钢制C形通道1620与身为形成框架元件1110一部分的结构承载构件的中空结构钢型材1615通过本发明的特殊L形铰链1625铰接，该铰链定位成保持在整饰的可折叠建筑单元中。该L形铰链具有铰链销1630及两个L形铰链页1635和1640。铰链页1640固接(例如，栓接或焊接)至C形通道1620，铰链页1635固接至中空结构钢型材1615。该可折叠连接允许板折叠至折叠位置，通常，用于从预制场所运输至建筑工地。在建筑工地，在展开之后，C形通道1620和中空结构钢型材1615可容易地接近并彼此固接。使C形通道如1620面向可折叠建筑单元外侧的优点在于，C形通道可例如通过自钻紧固件容易地固接至中空结构钢型材，并且其进一步允许块构件沿纵向牢固连接在C形通道中，使得外部整饰材料可容易地连接在建筑围层的边缘中。C形通道1620具有沿纵向固接至其内侧表面的块构件1645，允许隔热和方便连接整饰材料。该图还示出了中间构件1660和1665。预钻间隙孔1650的使用便于C形通道1620通过自钻紧固件1655与中空结构钢型材1615的方便紧固。中空结构钢型材和C形通道的尺寸可基于本领域所知的结构载荷(例如，点和横向载荷)计算来选择。C形通道1620的定位使得内部块构件1645面向外侧，并接近建筑围层的边缘，便于C形通道和中空结构钢型材的紧固，并进一步允许整饰材料的方便连接，如图17中所示。L形铰链1625定位在墙组件内，从而允许在工厂内安装墙饰面，减少在建筑工地的工作。铰链进一步偏置，以允许连接的板以规定间隙折叠成平行位置以便船运，从而防止或至少基本上减少对整饰材料的损坏。
图17为连接组件1600整饰之后的示意性截面图。中空结构钢型材1615和C形通道1620沿纵向彼此固接，例如，通过自钻紧固件1655。另外的衬板1705直接连接至块构件1645。该图还示出内墙整饰材料1710(例如，粉刷或以其他方式整饰的干墙)、底层地板1715、整饰地板1720、护壁板1725和中间构件1730。
图18为本发明的示例性固定背墙板1805-侧墙板1810的连接组件1800在整饰之前的示意性截面图。固定背墙板1805基于固定背墙框架元件1115，侧墙板1810基于固定侧墙框架元件1125。该连接组件包括三个结构承载构件1815、1820和1825，它们适于并定位成沿纵向彼此固接，以提供板之间的固定连接。钢制角梁1820固接至钢制I形梁1815，并定位成使得钢制角梁1820可固接至中空结构钢型材1825，例如，通过自钻紧固件1830。角梁1820具有沿纵向固接至其内侧表面的块构件1835，允许隔热和方便连接整饰材料。结构承载构件的尺寸可基于本领域所知的结构载荷(例如，点和横向载荷)计算来选择。连接组件1800允许在板的连接/角缝处的连续木工整饰。因为必须整饰少量的接缝，这也减少了在建筑工地的工作程度。另外，中间构件(例如，木制或轻质金属饰钉)如1915和1835可定位成使连续的结构网(例如，传统的16英寸网)能够通过可折叠建筑单元的角落。
图19为连接组件1800整饰之后的示意性截面图。中空结构钢型材1825和角梁1820沿纵向通过自钻紧固件1830彼此固接。另外的衬板1905直接连接至块构件1835。另外，另外的内部整饰材料(例如，干墙)连接至中间构件1915和1920。该图还示出了中间构件1925、内墙整饰材料1930(例如，干墙、粉刷或以其他方式整饰的)和外衬板1935。
本发明的可折叠建筑单元可预制，使得于建筑工地展开之后，可折叠建筑基本上处于整饰状态。即，除了在需要折叠运动的区域中的少量非结构性整饰，它们不需要或显著减少了另外的建筑部分(例如，墙板、地板和屋顶部分)的添加或添加内外整饰材料的添加。另外，本发明的可折叠建筑单元可包括板式的但可容易地在建筑工地安装的屋顶部分。预制过程可充分地减少，甚至达到仅预制本发明的可折叠结构框架而在建筑工地展开的程度。
另外，用于居住或商用可折叠建筑的所有必要机械和电气系统，例如，所有需要的电器和管道固定装置可在芯结构(即，可折叠建筑的由未在建筑工地展开的框架元件制成的结构框架部分)中安装。在本发明的可折叠建筑单元的固定和可折叠连接板中都可追求灵活的管道和布线。
恰当尺寸的I形梁、C形通道、宽缘梁及中空结构型材形式的结构钢的使用允许大框架几何形状作为可折叠建筑单元的结构框架的一部分，例如，跨越可折叠建筑整个侧边的矩形框架元件，从而降低预制成本和/或简化在建筑工地的展开。
另外，基本由金属框架元件制成的可折叠结构框架(例如，由热成形钢如I形梁、C形通道、宽缘梁和中空结构型材制成的)可预制为良好的公差，使得处于基本整饰状态的各自可折叠建筑单元在展开时，于可折叠地连接的框架元件之间的接缝区域展现减小的间隙或没有间隙，从而减少与这些接缝区域现场整饰相关的工作。
可折叠建筑单元，例如图1中所示的可折叠建筑可进一步包括可固定、可折叠连接或板式并形成展开建筑中的一个或多个房间的多个预制内墙(未示出)。
本发明的可折叠建筑单元可为几层楼高。例如，可通过使用起重机堆叠单独的可折叠建筑单元现场建造多层结构。在该布置中，较低的展开可折叠建筑单元的天花板框架元件直接位于较高可折叠建筑单元的地板框架元件下方。预制期间，在较低可折叠建筑单元的天花板中和较高可折叠结构的地板中可包括适当的开口以容纳楼梯，该楼梯可在预制期间安装在较低可折叠建筑单元中。
本发明的钢框架元件通常与木制或轻质金属中间元件组合，以形成轻质钢或木材/轻质金属混合结构，其中框架元件提供结构稳定性，木制或轻制金属中间元件提供充分的横向结构阻力和/或用于使用标准构造方法连接内外整饰材料，从而降低劳力培训和相应的成本。
在本发明的某些实施例中，连接结构框架的不同框架元件的结构承载构件允许块材料(例如，木制或轻质金属饰钉)连接至结构承载构件的内侧区域，并且结构承载构件定位成使得块构件面向可折叠建筑单元的外侧。这允许结构框架具有通过可折叠建筑单元的边缘/角落的连续传统结构网(例如，16英寸木制网)，从而允许使用标准构造方法通过边缘/角落连接外部整饰材料，降低劳力培训及相应的成本以及建筑工地的工作。
这些坚固轻质结构的使用还可充分地减少所需建筑材料的多少及框架元件的重量，进而对于根据给定道路规章的给定最大允许重量促进更大折叠建筑单元的运输。
内部和/或外部整饰材料到金属框架元件(特别地，由结构钢型材制成的框架元件)的间接连接是“多公差”建筑方法的一个方面，其分解和缓和预制可折叠建筑单元的船运、设置、展开和沉降期间因施加至结构框架的振动、动力学和沉降力引起整饰材料的易碎或其它脆弱。多公差建筑方法的第二方面通过本发明的偏置铰链(特别地，L形偏置铰链)提供，其具体地设计成在距其相邻框架元件设计距离处安全地嵌套铰接地(即，通过一个或多个铰链可折叠地连接)连接的框架元件，允许例如更厚的墙深度，从而允许整饰材料的预制包含。这与要现场完成的工作范围的显著减小相关，现场的成本和调度更不易管理。因此，本发明的可折叠建筑单元可包括最终内饰，例如修饰、石膏板、涂料或墙纸。
本发明的结构承载构件通过铰链可折叠地连接，以可折叠地连接框架元件及相应的板。更典型地，本发明的结构承载构件可以通过偏置铰链(优选适于并定位成保持在建筑围层中的L形偏置铰链(例如图7和16所示的))可折叠地连接。在可折叠连接板的完全折叠结构中，L形偏置铰链提供偏置，允许用于整饰及其他材料的充分间隙。另外，连接至框架元件的内饰材料可彼此充分地偏置，以避免直接和潜在有损害的接触，例如运输期间的。
本发明的可折叠建筑单元在展开时可提供建筑(商用或居住)的一部分，或者可为整个可折叠建筑(商用或居住)。
处于“展开结构”的可折叠建筑单元为可折叠连接的框架元件已经展开至可保持在可折叠建筑单元的整饰状态的位置的可折叠建筑单元。处于“折叠结构”的可折叠建筑单元为可折叠连接的框架元件折叠至适于上载、运输和/或卸载建筑单元的位置的可折叠建筑单元。
这里所用的“结构框架”指的是可折叠建筑单元的主要用于提供可折叠建筑单元在折叠、部分展开和展开结构的结构稳定性、并向地面传递载荷(例如，静态、动态和/或振动载荷)的全部结构承载构件。结构框架可包括由多种材料以不同形式和尺寸制成的构件。可使用的适当材料包括但不限于，金属(例如，铝或钢)和木材及多聚物。适当的结构承载构件包括但不限于，中空结构型材、C形通道(有或没有返回)、I形梁(包括S和W型)、T形梁、角梁和宽缘梁。优选地，结构承载构件是商业可用的美国标准结构承载构件。通常，两个连接的结构承载构件不都是中空结构钢型材。对于结构框架的给定结构部分或构件，材料、形式和尺寸的选择是相互依赖的，依赖于例如此结构部分或构件在结构框架中的位置、及该构件是否是框架元件的可折叠地连接的部分等因素。
在结构承载构件的形状的语境中，“内侧”、“内侧区域”、“内部区域”、“内侧表面”或“内表面”指的是结构承载构件的在包围结构承载构件的盒体的内部的区域。即，如果考虑结构承载构件的截面图(例如，如图6-10及14-19中所示)，结构承载构件的周边在包围结构承载构件的矩形(即，具有矩形的最小周边长度)内部的任何部分对应于“内侧”、“内侧区域”、“内部区域”、“内侧表面”或“内表面”。
这里所用的“框架元件”指的是可折叠建筑单元的结构框架的元件，包括形成封闭或敞开框架的多个结构承载构件。通常，该构件形成封闭框架。然而，该构件也可形成敞开框架，或具有另外的构件。图12中示出了一些典型的框架元件。结构承载金属构件可固定地连接，如本领域所知，例如，通过焊接、栓接或通过自钻紧固件，以形成金属框架元件。
内部和外部整饰材料可连接至结构框架，通常，通过与固接至结构框架的框架元件的中间元件连接。内部和外部整饰材料通常连接(例如，胶粘、钉接、螺接、焊接和/或栓接或以其他方式固接)至中间元件。内部整饰材料包括但不限于，墙饰面(例如，石膏板和衬板)、天花板饰面和地板饰面(例如，顶部具有竹地板的衬板)。外部整饰元件包括但不限于，壁板和屋面。
对于整饰材料，特别是内部整饰材料，已经发现“间接连接”至框架元件以部分地或全部地减少内部整饰材料与框架元件的接触因下列一个或多个原因是有利的。减少接触可：(a)减少从结构框架的一个或多个框架元件到常易碎和脆弱内部整饰材料的结构应力的传递，从而减少或消除内部整饰材料的显著损坏(例如，干墙裂)，特别是在可折叠建筑单元的折叠、上载、运输、卸载和/或展开及沉降期间；(b)减少或消除内部整饰材料暴露于水，例如，框架元件的金属部分上冷凝的水；和(c)减少整饰建筑单元的内侧到整饰建筑单元的外侧之间的热传递。
因此，通常，优选使用整饰材料特别是内部整饰材料与相应框架元件的间接而不是直接连接。然而，即使通常优选间接连接，不是内部整饰材料与各自框架元件之间的所有连接必须都是间接的。
通常，中间元件至少部分地由具有力缓冲作用的材料制成，即，力缓冲元件，例如木材、发泡料和轻质金属饰钉。通常，中间元件的定位和尺寸使得其可通过中间元件的一个区域(例如，通过中间元件的一侧)连接或被连接至框架元件(例如，使用粉末驱动紧固件或自攻螺钉)，并且使它可通过中间元件的另一区域(例如，通过中间元件的另一侧)连接至整饰材料，特别是内部整饰材料(例如，使用钉子或螺钉)。更优选地，中间元件可全部由力缓冲材料制成，例如木材。
本发明的可折叠建筑单元通常包括处于基本整饰状态的墙板、屋顶和地板部分，即，除了为容纳框架元件的折叠而设置尺寸的未整饰区域、以及由于墙连接缝的未整饰区域(即，未连接但在展开时联合形成墙的墙之间的接缝)，这些墙板、屋顶和地板是整饰的。
这里所称的“整饰板”是包括框架元件及连接(通常间接地)到它们的内部整饰材料的板，也可包括例如门和窗等元件。
本发明的可折叠建筑单元是可折叠的，以便于预制建筑单元的运输。优先地，处于折叠结构的可折叠建筑单元的尺寸使得通过运输车辆(优选半挂车)的运输是可能的，无需特定的运输许可。涉及卡车和拖车操作的规则各国均有不同，在某些情形下各州也不同。
尽管已经参考其示例性实施例特别示出和描述了本发明，但是本领域技术人员应当理解，在不脱离由所附权利要求包含的本发明范围的情形下，可在其中进行形式和细节的各种改变。

Claims (41)

1.一种可折叠建筑单元，包括：
(a)第一框架元件，其具有是中空结构金属型材、金属C形通道、金属I形梁、金属T形梁、金属角梁或金属宽缘梁的第一结构承载构件；
(b)第二框架元件，其具有是中空结构金属型材、金属C形通道、金属I形梁、金属T形梁或金属宽缘梁的第二结构承载构件；
但所述第一结构承载构件和第二结构承载构件不都是中空结构金属型材；并且
(i)所述第一结构承载构件和所述第二结构承载构件沿纵向连接，以形成所述第一框架元件与所述第二框架元件之间的固定连接；或
(ii)所述第一结构承载构件和所述第二结构承载构件沿纵向可折叠地连接，以允许所述第一框架元件和所述第二框架元件相对于彼此折叠。
2.如权利要求1所述的可折叠建筑单元，其中所述第一结构承载构件为中空结构金属型材、金属C形通道、金属I形梁或金属宽缘梁；所述第二结构承载构件为中空结构金属型材、金属C形通道、金属I形梁或金属宽缘梁。
3.如权利要求1所述的可折叠建筑单元，其中(i)所述第一结构承载构件为金属C形通道且所述第二结构承载构件为中空结构金属型材；(ii)所述第一结构承载构件为金属C形通道且所述第二结构承载构件为金属C形通道；(iii)所述第一结构承载构件为金属C形通道且所述第二结构承载构件为中空结构金属型材；(iv)所述第一结构承载构件为金属角梁且所述第二结构承载构件为I形梁或宽缘梁；或(v)所述第一结构承载构件为I形梁或宽缘梁，且所述第二结构承载构件为中空结构金属型材。
4.如权利要求1-3中任一项所述的可折叠建筑单元，其中所述第一结构承载构件和/或第二结构承载构件具有沿纵向连接至所述结构承载构件的内表面的块构件，并且其中所述结构承载构件定向成使得外部整饰材料能够固接至所述块构件。
5.如权利要求4所述的可折叠建筑单元，其中外部整饰材料直接连接至所述块构件，而不是连接至所述第一结构承载构件或第二结构承载构件。
6.如权利要求1-5中任一项所述的可折叠建筑单元，其中当所述第一结构承载构件为金属角梁时，所述第二结构承载构件为中空结构金属型材、金属C形通道、金属I形梁或金属宽缘梁。
7.如权利要求1-6中任一项所述的可折叠建筑单元，其中所述可折叠建筑单元具有结构金属框架，所述第一框架元件、所述第二框架元件、所述第一结构承载构件和所述第二结构承载构件是所述结构金属框架的一部分。
8.如权利要求1-7中任一项所述的可折叠建筑单元，其中所述第一结构承载构件相对于所述第二结构承载构件定位成允许所述第一结构承载构件与所述第二结构承载构件之间从所述可折叠建筑单元外侧的直接紧固。
9.如权利要求1-8中任一项所述的可折叠建筑单元，其中所述第一结构承载构件为具有网的金属C形通道，并相对于所述第二结构承载构件定位成允许所述第一结构承载构件与所述第二结构承载构件之间从所述可折叠建筑单元外侧通过所述金属C形通道的网的直接紧固。
10.如权利要求1-9中任一项所述的可折叠建筑单元，其中所述第一结构承载构件为金属C形通道或金属I形梁，块构件沿纵向固接至所述第一结构承载构件的内表面，并且所述第一结构承载构件定向和定位成使得外部整饰材料能够直接连接至所述块构件。
11.如权利要求1-10中任一项所述的可折叠建筑单元，其中所述第一结构承载构件和所述第二结构承载构件沿纵向可折叠地连接，使得当所述第一框架元件和第二框架元件相对于彼此处于展开结构时，所述第一结构承载构件相对于所述第二结构承载构件定位成允许所述第一结构承载构件与所述第二结构承载构件之间从所述可折叠建筑单元外侧沿纵向的直接紧固，以形成所述第一框架元件与所述第二框架元件之间的固定连接。
12.如权利要求1-11中任一项所述的可折叠建筑单元，其中所述第一结构承载构件为金属C形通道或金属I形梁，块构件沿纵向固接至所述第一结构承载构件的内表面，所述第一结构承载构件和所述第二结构承载构件沿纵向可折叠地连接，使得当所述第一框架元件和第二框架元件相对于彼此处于展开结构时，所述第一结构承载构件相对于所述第二结构承载构件定位成允许所述第一结构承载构件与所述第二结构承载构件之间从所述可折叠建筑单元外侧沿纵向的直接紧固，以形成所述第一框架元件与所述第二框架元件之间的固定连接；并且
所述第一结构承载构件定向和定位成使得外部整饰材料能够直接连接至所述块构件。
13.如权利要求1-12中任一项所述的可折叠建筑单元，其中所述第一结构承载构件和所述第二结构承载构件通过偏置铰链沿纵向可折叠地连接，所述偏置铰链适于并定位成当所述第一框架元件和所述第二框架元件处于折叠结构时，将包括所述第一框架元件的第一板从包括所述第二框架元件的第二板偏置，从而将所述第一板定位在与所述第二板基本平行的位置。
14.如权利要求1-13中任一项所述的可折叠建筑单元，其中所述第一结构承载构件和所述第二结构承载构件通过偏置铰链沿纵向可折叠地连接；
所述偏置铰链包括：
铰链销；
第一铰链页部分，其在一侧连接至所述铰链销，并在相反侧垂直地连接至第二铰链页部分；
第三铰链页部分，其在一侧连接至所述铰链销，并在相反侧垂直地连接至第四铰链页部分；
并且所述第一结构承载构件连接至所述第二铰链页，所述第二结构承载构件连接至所述第四铰链页，使得当所述第二铰链页部分嵌套在所述第四铰链页部分中时，所述第一结构承载构件充分靠近所述第二结构承载构件，以固接至所述第二结构承载构件。
15.如权利要求1-14中任一项所述的可折叠建筑单元，其中所述可折叠建筑单元包括含有所述第一框架元件的第一板和含有所述第二框架元件的第二板，并且所述第一结构承载构件和所述第二结构承载构件通过偏置铰链沿纵向可折叠地连接，所述偏置铰链适于并定位成保持在所述第一板和/或第二板内。
16.如权利要求1-15中任一项所述的可折叠建筑单元，其中所述可折叠建筑单元包括连接至第二板以形成所述可折叠建筑单元的外边缘的第一板，所述第一板包括：(a-i)所述第一框架元件，(a-ii)在所述第一板内的隔热材料，和(a-iii)直接连接至所述第一框架元件的一个或多个块构件；第二板包括(b-i)所述第二框架元件，(b-ii)在所述第二板内的隔热材料，和(b-iii)直接连接至所述第二框架元件的一个或多个块构件；并且所述第一结构承载构件和所述第二结构承载构件通过所述第一板和/或第二板的隔热材料、或者通过所述第一板和/或第二板的一个或多个块构件而隔热，以降低通过所述外边缘的热传递。
17.如权利要求16所述的可折叠建筑单元，其中所述第一板和所述第二板还包括直接固接至所述块构件的整饰材料。
18.如权利要求1-17中任一项所述的可折叠建筑单元，其中至少所述第一结构承载构件或所述第二结构承载构件具有沿纵向固接至所述结构承载构件的内表面的块构件，并且所述块构件定位成使得外部整饰材料能够直接固接至所述块构件。
19.如权利要求1-18中任一项所述的可折叠建筑单元，其中所述第一结构承载构件和所述第二结构承载构件具有基本相同的结构承载特性。
20.如权利要求1-18中任一项所述的可折叠建筑单元，其中所述第一结构承载构件和所述第二结构承载构件具有相差不超过十倍的横截面积。
21.如权利要求1-20中任一项所述的可折叠建筑单元，其中所述第一结构承载构件和所述第二结构承载构件不都是金属I形梁，并且具有相差不超过三倍的横截面积。
22.如权利要求1-21中任一项所述的可折叠建筑单元，其中所述第一结构承载构件和所述第二结构承载构件不都是金属C形通道或金属I形梁。
23.如权利要求1-22中任一项所述的可折叠建筑单元，其中所述第一结构承载构件和所述第二结构承载构件沿纵向彼此固接。
24.如权利要求23所述的可折叠建筑单元，其中所述第一结构承载构件和所述第二结构承载构件彼此焊接或通过自钻紧固件固接。
25.如权利要求1-22中任一项所述的可折叠建筑单元，其中所述第一结构承载构件和所述第二结构承载构件通过金属铰链可折叠地连接。
26.如权利要求1-22中任一项所述的可折叠建筑单元，其中所述第一结构承载构件和所述第二结构承载构件通过从金属型材、中空结构金属型材、金属C形通道、金属I形梁或金属角梁中选择的第三结构承载构件彼此连接；所述第一结构承载构件沿纵向固接至所述第三结构承载构件，所述第二结构承载构件沿纵向固接至所述第三结构承载构件。
27.如权利要求26所述的可折叠建筑单元，其中所述第一结构承载构件和所述第二结构承载构件沿纵向彼此固接。
28.如权利要求1-27中任一项所述的可折叠建筑单元，其中所述第一结构承载构件和所述第二结构承载构件定位成形成所述可折叠建筑单元的外边缘的一部分，所述第一结构承载构件比所述第二结构承载构件更靠近所述外边缘，并且所述第一结构承载构件为金属C形通道或金属I形梁，块构件沿纵向固接至所述第一结构承载构件的内表面，并且所述第一结构承载构件定向成使得可从所述可折叠建筑单元的外侧接近所述块构件。
29.如权利要求1-28中任一项所述的可折叠建筑单元，其中至少三个结构承载构件形成所述第一框架元件，至少三个结构承载构件形成所述第二框架元件。
30.如权利要求1-28中任一项所述的可折叠建筑单元，其中所述第一结构承载构件的一侧基本邻接所述第二结构承载构件的一侧。
31.如权利要求1-30中任一项所述的可折叠建筑单元，其中所述第一框架元件和所述第二框架元件是可折叠建筑的结构框架的一部分。
32.如权利要求1-31中任一项所述的可折叠建筑单元，其中所述可折叠建筑为居住建筑。
33.如权利要求1-32中任一项所述的可折叠建筑单元，其中所述可折叠建筑单元为具有建筑围层的建筑，所述建筑围层基本上全部由通过结构承载构件连接的板形成，所述结构承载构件独立地为中空结构金属型材、金属C形通道、金属I形梁、金属T形梁、金属角梁或金属宽缘梁。
34.如权利要求33所述的可折叠建筑单元，其中所述建筑围层的边缘中的结构承载构件具有连接至所述结构承载构件的内侧表面的块构件，并且外部整饰材料连接至所述块构件。
35.如权利要求1-34中任一项所述的可折叠建筑单元，其中处于展开结构的所述可折叠建筑单元处于基本整饰状态。
36.如权利要求1-35中任一项所述的可折叠建筑单元，其中所述第一结构承载构件和所述第二结构承载构件以如下方式彼此固接：即允许所述第一结构承载构件与所述第二结构承载构件之间没有结构失效的充分结构载荷传递。
37.如权利要求1-36中任一项所述的可折叠建筑单元，其中处于折叠结构的所述可折叠建筑单元具有600平方英尺或更少的基础面积。
38.如权利要求1-36中任一项所述的可折叠建筑单元，还包括通过可折叠连接的板的布线和管道布置。
39.如权利要求1-36中任一项所述的可折叠建筑单元，其中所述第一结构承载构件和所述第二结构承载构件通过一个或多个L形铰链可折叠地连接，每个L形铰链都包括铰链销及第一L形铰链页和第二L形铰链页，所述第一L形铰链页和第二L形铰链页连接至所述铰链销，并且尺寸设置成允许所述第一L形铰链页嵌套在所述第二L形铰链页中，所述第一结构承载构件固接至所述第一铰链页，所述第二结构承载构件固接至所述第二铰链页。
40.一种基本完全由板形成的可折叠建筑围层，所述板通过该板的结构承载构件连接，结构承载构件独立地为：
中空结构金属型材、金属C形通道、金属I形梁、金属T形梁、金属角梁或金属宽缘梁，所述结构承载构件为所述可折叠建筑围层的金属结构框架的一部分，所述板包括连接至块构件的内部和外部整饰材料，所述块构件连接至所述结构承载构件；并且
所述可折叠建筑围层的至少一些边缘中的结构承载构件以如下方式将块构件沿纵向直接连接至所述结构承载构件的一个或多个内表面：即允许外部整饰材料固接至所述可折叠建筑围层的边缘中的块构件。
41.一种可折叠建筑单元，包括第一板和第二板，所述第一板包括具有第一结构承载构件的第一结构框架，所述第二板包括具有第二结构承载构件的第二结构框架；其中所述第一结构承载构件和所述第二结构承载构件沿纵向彼此固接，使得所述第一板和第二板形成外边缘；所述第一结构承载构件或第二结构承载构件中的至少一个具有沿纵向固接至其一个或多个内表面的块构件，并且所述块构件定位成使得外部整饰材料在展开结构能直接连接至所述块构件。
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