CN105940166B - 用于隔热混凝土面板的系材系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于隔热混凝土面板的系材系统。所述系材系统包含第一结构部件，所述第一结构部件形成有第一毂和耦合到所述第一毂的一对第一延伸部件。所述第一延伸部件在大体上相反的方向上从所述第一毂向外延伸。所述系材系统进一步包含第二结构部件，所述第二结构部件形成有第二毂和耦合到所述第二毂的一对第二延伸部件。所述第二延伸部件在大体上相反的方向上从所述第二毂向外延伸。因此，所述第一和第二毂可以准许所述毂相对于彼此的旋转的方式彼此可旋转地耦合。因此，通过使所述第一和第二结构部件相对于彼此旋转，所述系材系统可在收缩配置与扩展配置之间切换。

Description

用于隔热混凝土面板的系材系统
相关申请
本非临时专利申请关于所有共同标的物要求早先提交的第61/915,675号美国临时专利申请的优先权权益，所述美国临时专利申请是在2013年12月13日提交且标题为《用于隔热混凝土面板的系材系统(TIE SYSTEM FOR INSULATED CONCRETE PANELS)》。所指出的早先提交的临时专利申请特此以全文引用的方式并入本非临时申请中。
技术领域
本发明的实施例大体上是针对用于制作隔热混凝土面板的新型系材系统和方法。更具体来说，本发明的实施例是针对使用新型系材系统来更有效且高效地制造改进的隔热混凝土面板。
背景技术
隔热混凝土面板是建筑行业中众所周知的。这些混凝土面板大体上形成有夹在第一混凝土层与第二混凝土层之间的隔热层。为了将混凝土层紧固到隔热层，可以使用连接件(另外称为“系材”)。系材将通过隔热层使两个混凝土层连接在一起。因此，系材将隔热混凝土面板的组件固持在一起，且还提供可用以在混凝土层之间传递负载的机构。
取决于应用，系材可以各种形状且由各种材料形成。在过去，已经使用例如铁或钢等金属来形成这些系材。然而，金属是高热导体，且因此带来不合意的通过混凝土层的热传导。此外，接纳这些系材的隔热层将通常形成有用于接纳系材的孔。这些孔经常形成为比系材自身大得多。系材与孔的大小之间的这种失配进一步降低混凝土墙壁面板的热效率。
基于设计考虑，在隔热混凝土面板中使用的隔热层的大小(例如，厚度)可以广泛变化。举例来说，单个建筑物的构造可能需要使用多个不同类型的隔热混凝土面板，其中每一面板具有不同的隔热层大小。更详细来说，建筑物可能需要其外部墙壁由具有极厚隔热层的隔热混凝土面板建构，以便减少向/从周围环境的热传递。相比来说，建筑物可能具有需要由具有厚度减小的隔热层的隔热混凝土面板建构的内部墙壁。可以使用这种厚度减小的隔热层是因为内部墙壁可能不需要与外部墙壁一样多地限制热传递。然而，并入具有各种大小的隔热层的隔热混凝土面板必然需要使用各种大小的系材。具体来说，较厚的隔热层需要使用较大的系材，而较薄的隔热层需要使用较小的系材。使用各种大小的系材的需要会增加复杂性，且降低建筑物工程中的建筑过程的效率。
因此，行业中需要一种用于隔热混凝土面板的系材，其为建筑物应用提供必要的强度，同时提供增强的隔热。此外，需要一种单一系材，其能够与具有各种大小的隔热层的隔热混凝土面板一起使用。
发明内容
在本发明的一个实施例中，提供一种用于隔热混凝土面板的系材系统。所述系材系统包括第一结构部件，所述第一结构部件包含第一毂和耦合到所述第一毂的一对第一延伸部件，其中所述第一延伸部件在大体上相反的方向上从所述第一毂向外延伸。所述系材系统进一步包括第二结构部件，所述第二结构部件包含第二毂和耦合到所述第二毂的一对第二延伸部件，其中所述第二延伸部件在大体上相反的方向上从所述第二毂向外延伸。因此，所述第一和第二毂经配置以用准许所述第一和第二毂相对于彼此在延伸穿过所述第一和第二毂的旋转轴线上的旋转的方式彼此可旋转地耦合。此外，当所述第一和第二毂彼此可旋转地耦合时，通过使所述第一和第二结构部件相对于彼此在所述旋转轴线上旋转，所述系材系统可在收缩配置与扩展配置之间切换。
在本发明的另一实施例中，提供一种隔热混凝土面板，其包括：隔热层，其具有延伸穿过其中的系材开口；第一和第二混凝土层，其安置于所述隔热层的大体相对侧上；以及系材系统。所述系材系统包括：毂部分，其至少部分地接纳于所述系材开口中；第一末端区段，其至少部分地嵌入于所述第一混凝土层中；以及第二末端区段，其至少部分地嵌入于所述第二混凝土层中。所述系材系统能够从收缩配置切换到扩展配置，在所述收缩配置中所述第一和第二末端区段的最大宽度小于所述系材开口的最大宽度，在所述扩展配置中所述第一和第二末端区段的所述最大宽度大于所述系材开口的所述最大宽度。
在本发明的又一个实施例中，提供一种制作隔热混凝土面板的方法。所述方法包含产生延伸穿过隔热层的系材开口的初始步骤。下一步骤包含将可扩展系材系统插入到所述系材开口中。随后，当所述系材系统接纳于所述系材开口中且所述系材系统的相对末端区段延伸出所述系材开口的同时，下一步骤包含将所述系材系统切换到扩展配置中，其中所述系材系统的最大宽度大于所述系材开口的最大宽度。最终，当所述系材系统处于所述扩展配置中的同时，在所述隔热层的每一侧上形成混凝土层，使得所述系材系统的相对末端区段嵌入于相对的混凝土层中，从而使用所述系材系统使所述混凝土层彼此物理耦合。
提供此概述以用简化形式介绍概念的选择，所述概念在以下详细描述中进一步描述。此概述既定不识别所主张标的物的关键特征或本质特征，也既定不用以限制所主张标的物的范围。从实施例的以下详细描述以及附图将明了本发明的其它方面和优点。
附图说明
本文参考以下附图描述本发明的实施例，其中：
图1是根据本发明的实施例的处于组装配置的系材系统的俯视透视图；
图2是处于组装配置的图1的系材系统的仰视透视图；
图3是处于组装配置且具有第一结构部件和第二结构部件的图1到2的系材系统的仰视透视图，其中所述系材系统展示为处于第一和第二旋转位置中，且其中在第二旋转位置中以虚线展示第二结构部件；
图4是处于拆卸配置的图1到3的系材系统的侧视透视图；
图5是处于拆卸配置的图1到4的系材系统的俯视透视图；
图6是处于拆卸配置的图1到5的系材系统的仰视透视图；
图7是处于收缩配置且准备插入到隔热层的系材开口中的图1到6的系材系统的说明；
图8是来自图7的处于收缩配置且插入到隔热层的系材开口中的图1到6的系材系统的说明，其中为了清楚而在水平横截面处移除了隔热层的一部分；
图9是来自图7到8的处于收缩配置且插入到隔热层的系材开口中的图1到6的系材系统的额外说明，其中为了清楚而在垂直横截面处移除了隔热层的一部分；
图10是来自图7到9的处于扩展配置且插入到隔热层的系材开口中的图1到6的系材系统的说明，其中为了清楚而在水平横截面处移除了隔热层的一部分；
图11是来自图7到10的处于扩展配置且插入到隔热层的系材开口中的图1到6的系材系统的额外说明，其中为了清楚而在垂直横截面处移除了隔热层的一部分；
图12是由隔热层、第一混凝土层、第二混凝土层以及来自图1到6的多个系材系统形成的隔热混凝土面板的说明；
图13是说明根据本发明的实施例的用于制作隔热混凝土面板的方法的流程图；
图14是根据本发明的实施例的处于拆卸配置的系材系统的额外实施例的仰视分解图，其中所述系材系统具有延伸部件和毂，且其中所述延伸部件可与所述毂分离；以及
图15是处于拆卸配置的图14的系材系统的俯视分解图。
附图并不将本发明限制于本文公开且描述的特定实施例。附图不一定按比例绘制，而是强调清楚地说明本发明的原理。
具体实施方式
本发明的以下详细描述参考各种实施例。所述实施例既定以充分的细节描述本发明的方面，以使本领域的技术人员能够实践本发明。在不脱离本发明的范围的情况下，可以利用其它实施例且可做出改变。因此，以下详细描述不应在限制性意义上做出。本发明的范围仅由所附权利要求连同这些权利要求赋予的等效物的完整范围一起界定。
如下文将更详细描述，图1到12示出了本发明的实施例，其中系材系统的结构部件由具有低导热率的单一材料一体式形成，所述材料例如为非金属复合材料。替代地，图14到15示出了本发明的实施例，其中系材系统的结构部件由两种不同材料形成，例如具有高导热率的第一材料(例如，钢)和具有低导热率的第二材料(例如，非金属复合材料)。将首先描述图1到12的单材料系材系统，随后是图14到15的多材料系材系统的描述。
然而，在此描述中，对“一个实施例”、“一实施例”或“多个实施例”的参考意味着所参考的一或多个特征包含于所述技术的至少一个实施例中。在此描述中对“一个实施例”、“一实施例”或“多个实施例”的单独参考不一定参考同一实施例，且也不是互斥的，除非如此规定和/或除了本领域的技术人员从描述中将容易显而易见。举例来说，在一个实施例中描述的特征、结构、动作等等也可以包含在其它实施例中，但不是一定包含。因此，本技术可以包含本文描述的实施例的多种组合和/或整合。
单材料系材系统
参考图1到6，本发明的实施例包含用于在形成隔热混凝土面板中使用的系材系统10。系材系统10包含第一结构部件12，所述第一结构部件包括第一毂14和耦合到所述第一毂14的一对第一延伸部件16，使得第一延伸部件16在大体上相反的方向上从第一毂14向外延伸。系材系统10进一步包含第二结构部件18，所述第二结构部件包括第二毂20和耦合到第二毂20的一对第二延伸部件22，使得第二延伸部件22在大体上相反的方向上从第二毂20向外延伸。第一毂14和第二毂20经配置以按以下方式彼此可旋转地耦合(当耦合在一起时毂14、20可界定毂部分)：准许第一结构部件12和第二结构部件18相对于彼此围绕旋转轴线23(参见图1到2)的旋转，所述旋转轴线延伸穿过第一毂14和第二毂20。更详细来说，如图4到6说明，第一结构部件12的毂14可以配备毂突出部24，且第二结构部件18的毂20可以配备毂凹部26。实施例使毂突出部24接纳于毂凹部26内，以便将第一结构部件12和第二结构部件18可旋转地耦合在一起。此配置使系材系统10能够通过使第一结构部件12和第二结构部件18相对于彼此围绕旋转轴线23旋转而在收缩配置与扩展配置之间切换(如下文将更详细论述)。
如上描述的系材系统10进一步可操作以在组装和拆卸配置中配置。在图1到3中，展示系材系统10处于组装配置，其中第一结构部件12和第二结构部件18以剪刀状配置彼此可旋转地耦合。如图3中说明，当组装系材系统10时，第一结构部件12和第二结构部件18可以相对于彼此在延伸穿过耦合的第一毂14和第二毂20的旋转轴线上旋转。可旋转地耦合第一结构部件12和第二结构部件18的此方式给予系材系统10剪刀状配置。如本文使用，术语“剪刀状配置”意味着两个伸长组件的配置，其中所述伸长组件在与两个伸长组件的末端隔开的连接位置处彼此可旋转地耦合，使得所述组件的末端在连接位置的一侧上的扩展或收缩造成组件的末端在连接位置的另一侧上的对应扩展或收缩。图4到6展示处于拆卸配置的系材系统10，其中第一结构部件12和第二结构部件18未彼此耦合。
如图中说明，某些实施例使第一结构部件12和第二结构部件18各自具有大体上相同的形状。此外，第一结构部件12和第二结构部件18中的每一者可以围绕旋转轴线23大体上对称。在一些实施例中，第一结构部件12和第二结构部件18可以各自具有在3到18英寸之间、4到15英寸之间、5到12英寸之间或6到9英寸之间的长度。另外，在一些实施例中，第一结构部件12和第二结构部件18可以各自具有在1到6英寸之间、2到5英寸之间或3到4英寸之间的宽度。最后，在一些实施例中，毂14、20将具有在1到12英寸之间、2到6英寸之间、2.5到4英寸之间或2.75到3.25英寸之间的宽度(例如，外部直径)。
如图4中最佳说明，系材系统10的第一结构部件12和第二结构部件18中的每一者呈现面向内的侧30和面向外的侧32，其中每一结构部件12、18的面向内的侧30和面向外的侧32面对相反的方向。在图1到3的组装配置中，例如当所述第一毂14和第二毂20彼此可旋转地耦合时，第一结构部件12和第二结构部件18的面向内的侧30彼此接合。
返回到图4到6，第一结构部件12的毂14可以形成有毂突出部24，且第二结构部件18的毂20可以形成有毂凹部26。毂突出部24可以从第一结构部件12的面向内的侧30的一部分延伸。在一些实施例中，毂突出部24可以形成第一结构部件12的面向内的侧30的至少一部分。相比来说，毂凹部26从第二结构部件18的面向内的侧30穿透于第二毂20内。在一些实施例中，毂凹部26延伸穿过第二毂20的整个宽度，使得毂凹部26呈现穿过第二毂20的开口。实施例使毂突出部24和毂凹部26为互补大小，使得在组装配置中毂突出部24可以接纳于毂凹部26内，例如图1到3中所示。举例来说，在一些实施例中，毂突出部24具有0.1、0.25、0.5、0.75、1或更大平方英寸的横截面积。类似地，毂凹部26可呈现至少0.1、0.25、0.5、0.75、1或更大平方英寸的横截面开放面积。因此，可以通过将毂突出部24插入到毂凹部26中来组装系材系统10。在此组装配置中，毂突出部24接纳于毂凹部26中抑制了第一结构部件12和第二结构部件18的平移，同时准许第一结构部件12和第二结构部件18相对于彼此在旋转轴线23上的旋转。
如图4到6中最佳说明，本发明的实施例进一步使第一结构部件12和第二结构部件18中的每一者包含多个径向延伸的肋部34，所述肋部围绕部件的毂14、20的面向内的侧30的至少一部分延伸。特定参见图4，肋部34中的每一者由间隙36分离。在组装配置中，例如当所述第一毂14和第二毂20彼此可旋转地耦合时，第一结构部件12的肋部34经配置以接合于第二结构部件18的间隙36内，且第二结构部件18的肋部34经配置以接合于第一结构部件12的间隙36内。因此，肋部34和间隙36经配置以彼此接合以便使第一结构部件12和第二结构部件18相对于彼此固持在多个不同旋转位置中。因此，第一结构部件12和第二结构部件18可以“锁定”于各种相对旋转位置中。此配置使单一系材系统10与各种大小(例如，各种厚度)的隔热层一起使用。应理解，较大数目的肋部34促进了将第一结构部件12和第二结构部件18固持于对应较大数目的不同旋转位置中。某些实施例可以使第一结构部件12和第二结构部件18中的每一者包含10与200个之间的肋部34、20与100个之间的肋部34，或40与60个之间的肋部34。如下文将更详细论述，除了肋部34和间隙36之外，某些实施例将使第一结构部件12和第二结构部件18经由定位小块和对应的定位缺口而固持于多个不同旋转位置中。
如图1到6中所示，第一毂14和第二毂20中的每一者包含从毂的面向外的侧32的一部分大体上垂直延伸的障壁38。在一些实施例中，障壁38可以呈现圆化的外部轮廓，其形成面向外的侧32的至少一部分。障壁38可以各自包括具有两个大体上平坦侧的大体上平面部件。因此，障壁38可以各自具有半圆盘的大体形状。在其它实施例中，障壁38可以各自具有半球体的大体形状。
在一些实施例中，如图5到6中最佳说明，第一延伸部件16和第二延伸部件22将各自包括主侧壁40和周边侧壁42。周边侧壁42可以延伸远离其相应延伸部件16、22的面向外的侧32。此外，在一些实施例中，周边侧壁42可以大体上垂直于其相应的主侧壁40。因此，第一延伸部件16和第二延伸部件22中的每一者的主侧壁40和周边侧壁42呈现由主侧壁40、周边侧壁42限界的开放空隙44。
如图1到2中所示，实施例进一步使第一延伸部件16和第二延伸部件22各自包括放大的末端部分50，其中末端部分50包含相对面向的踵部分52和趾部分54。在一些实施例中，末端部分50将包含从第一延伸部件16和第二延伸部件22的面向内的侧30延伸的端壁56。第一延伸部件16和第二延伸部件22中的每一者的端壁56经配置以当第一延伸部件16和第二延伸部件22的部分嵌入于混凝土中(如下文更详细论述)时促进混凝土的接纳，以便防止系材系统10从混凝土拉出。在其它实施例(图中未图示)中，每一末端部分50可进一步包括延伸穿过末端部分50的厚度的固持孔口。因此，所述固持孔口可经配置以当末端部分50嵌入于混凝土中时接纳混凝土，以便防止系材系统10从混凝土拉出。
转到图3，如上所述的系材系统10能够固持于多个不同的旋转位置中。举例来说，图3说明处于扩展配置的系材系统10，即，其中以实线说明第一结构部件12和第二结构部件18两者。替代地，图3还说明处于部分收缩配置的系材系统10，即，其中以实线说明第一结构部件12且以虚线说明第二结构部件18。如下文将更详细论述，在收缩配置中，系材系统10可以插入到形成于在隔热混凝土面板中使用的隔热层中的开口中。在系材系统10已插入于隔热层的开口中之后，系材系统可转变到扩展配置，其中可围绕系材系统10和隔热层倾倒混凝土以用于制造隔热混凝土面板。
系材系统10的第一结构部件12和第二结构部件18可在拆卸配置(即，其中第一结构部件12和第二结构部件18彼此解耦)中供应到隔热混凝土面板制作机(例如“预铸机”)。大体上，面板制作机可以使用多个系材系统10来刚性地连接具有定位于混凝土层之间的隔热层的两个混凝土层，所述隔热层例如为发泡或挤压聚苯乙烯板。在其它实施例中，隔热层可以由发泡聚苯乙烯、聚异氰脲酸酯、发泡聚乙烯、挤压聚乙烯或发泡聚丙烯形成。为了起始隔热混凝土面板的制造，面板制作机可以选择未组装的第一结构部件12和第二结构部件18，且随后如先前描述通过将第一结构部件12的毂突出部24插入到第二结构部件18的毂凹部26中而将其彼此连接。
如图7说明，一旦系材系统10经组装，其便可准备插入到已形成于隔热层62(例如，面板或板)中的系材开口60中，以便制造隔热混凝土面板。系材开口60可为大体上圆柱形的，且可使用手钻和岩心钻头来形成。然而，实施例可使系材开口60具有其它形状且由其它方法形成。在插入到系材开口60中之前，将系材系统10切换到收缩配置中，其中第一延伸部件16和第二延伸部件22中的每一者的邻近末端部分50之间的宽度Wc被最小化为小于系材开口60的宽度Wo和/或小于结构部件12、18的毂14、20的宽度。如图8到9最佳说明，当系材系统10处于收缩配置中时，其可随后插入到隔热层62的系材开口60中直到系材系统的毂14、20大体上在系材开口60中居中为止。
如图10到11说明，一旦系材系统10的毂14、20接纳于系材开口60中，系材系统10便可切换到扩展配置中。如图10中所示，在扩展配置中，第一延伸部件16和第二延伸部件22中的每一者的邻近末端部分50之间的宽度We被最大化为大于系材开口60的宽度Wo(参见图7)和/或大于毂14、20的宽度。在某些实施例中，系材系统10的We与Wc之比为至少1.2:1、1.5:1、2:1或3:1。因此，系材系统10从收缩配置切换到扩展配置增加了系材系统10的最大宽度且减小了系材系统10的最大长度。因此，当系材系统10处于收缩配置中时，系材系统10的最大宽度小于第一毂14和第二毂20以及系材开口60的最大宽度，且当系材系统10处于扩展配置中时，系材系统10的最大宽度大于第一毂14和第二毂20以及系材开口60的最大宽度。
如图9和11中最佳说明，在某些实施例中，可将系材系统10描述为具有第一末端区段64和第二末端区段66。第一末端区段64可包括第一延伸部件16的末端部分50和第二延伸部件22的邻近末端部分50中的一者。类似地，第二末端区段66可包括第一延伸部件16的另一末端部分50和第二延伸部件22的邻近末端部分50。给定这些界定，当系材系统处于收缩配置中时将第一末端区段64和第二末端区段66的宽度界定为宽度Wc，且当系材系统10处于扩展位置中时将第一末端区段64和第二末端区段66的宽度界定为宽度We。因此且在扩展配置中，第一末端区段64和第二末端区段66的最大宽度各自大于系材开口60的最大宽度，且在收缩配置中，第一末端区段64和第二末端区段66的最大宽度各自小于系材开口60的最大宽度。
如图10中说明，在扩展配置中，延伸部件16、22的末端部分50在位于系材开口60之外但接近于系材开口60的四个接触位置68中接合隔热层62。这些接触位置68中的两个是在隔热层62的一侧上，且接触位置68中的另两个是在隔热层62的相对侧上。如先前描述，每一延伸部件16、22的末端部分50是延伸部件16、22的扩大的相对中间部分。此扩大使踵部分52接合隔热层62的表面且使趾部分54从隔热层62的表面向外延伸。
在某些实施例中，如图10到11中所示，毂14、20中的每一者的障壁38的圆化的外部轮廓大体上符合系材开口60的横截面形状。当系材系统10接纳于系材开口60中且置于扩展配置中时，包含障壁38的毂14、20填满系材开口60的横截面区域的实质部分。此填满部分是由于第一毂14和第二毂20的障壁38当系材系统10处于所述扩展配置(即，图10到11)中时比当系材系统10处于所述收缩配置(即，图8到9)中时更紧密地彼此对准。在某些实施例中，当系材系统10处于扩展配置中时，包含障壁38的毂14、20填充系材开口60的横截面区域的至少70％、80％、90％或100％。通过填满系材开口60的横截面区域的实质部分，障壁38经配置以对将放置于隔热层62的相对侧上的混凝土层进行隔热。
为了进一步增强系材系统10的隔热性质，优选障壁38、毂14、20和/或整个系材系统10由具有小于钢、优选小于混凝土的导热率的材料形成或以所述材料涂覆。举例来说，障壁38、毂14、20和/或整个系材系统10可由具有小于10、5、1、0.5或0.1W/(m.K)的导热率的材料形成或以所述材料涂覆。在一些实施例中，障壁38、毂14、20和/或整个系材系统10可由例如环氧树脂等合成树脂形成。在另外的实施例中，合成树脂可包含加强纤维，例如玻璃纤维和/或碳纤维。
如图12中说明，在系材系统10已插入到隔热层62的系材开口60中之后，且在系材系统10已切换到扩展配置中以便接合隔热层62之后，可通过在隔热层62的相对侧上倾倒第一混凝土层72和第二混凝土层74来制造隔热混凝土面板70。隔热混凝土面板可具有多种大小。对于一些隔热混凝土面板，系材系统10将遍及隔热混凝土面板近似每8到10平方英尺而定位(图12可能未按比例绘制，但为了说明其中包含有多个系材系统10的隔热混凝土面板而提供)。在高加载的一些情况下，系材系统10将需要更靠近在一起而定位。典型的隔热混凝土面板可在每一隔热混凝土面板内包含10到100个之间、20到80个之间或25到40个之间的系材系统10。系材系统10可以沿着隔热混凝土面板70的纵向或横向方向或者以工程师认为必要的任何其它角度对准。在其它实施例中，例如外立面等外部面板76可定位于第一混凝土层72和第二混凝土层74的外部。
继续参考图12，为了形成隔热混凝土面板70，在混凝土模板中倾倒第二混凝土层74。在倾倒第二混凝土层74之后，可立即降低具有与其耦合的系材系统10的隔热层62而与第二混凝土层74接合。系材系统10的从隔热层62的底部表面向下延伸的末端部分50变为插入到第二混凝土层74中且嵌入于其中。隔热层62的底部表面可插入于第二混凝土层74的至少顶部表面内。呈钢筋、钢网或预应力钢绞线的形式的加强件也可以插入到第二混凝土层74中。在一些情况下，系材系统10可能需要在系材开口60中转动或甚至重定位偏离几英寸，以便避免与任何此类加强件的接触。系材系统10可以是足够柔性的以适应这种转动和/或重定位。
在将隔热层62和系材系统10放置于第二混凝土层74上和/或中之后，可以在隔热层62的顶部表面上倾倒第一混凝土层72。当倾倒第一混凝土层72时，系材系统10的从隔热层62的顶部表面向上延伸的末端部分50变为嵌入于第一混凝土层72中。在第一混凝土层72的倾倒期间，系材系统10的障壁38抑制来自第一混凝土层72的混凝土使其不会完全通过隔热层62中的系材开口60且与第二混凝土层74接触。因此，可在系材开口60中、第二混凝土层74上方和障壁38下方维持连续的空气空隙。然而，在一些实施例中，系材开口60的至少一部分将被填充来自第一混凝土层72和/或第二混凝土层74的混凝土。然而，实施例使系材开口60的体积的至少10％、20％、30％或40％被填充有空气空隙。此空气空隙改善了第一混凝土层72与第二混凝土层74之间的隔热，即使这些第一混凝土层72与第二混凝土层74经由系材系统10间接连接也是如此。
因此，本发明的实施例包含隔热混凝土面板70，其包括：隔热层62，其具有延伸穿过其中的系材开口60；第一混凝土层72和第二混凝土层74，其安置于隔热层62的大体相对侧上；以及至少一个系材系统10，其互连所述混凝土层。如上论述，系材系统10可以包括：毂14、20(统称为“毂部分”)，其至少部分地接纳于隔热层62的系材开口60中；第一末端区段64，其至少部分地嵌入于第一混凝土层72中；以及第二末端区段66，其至少部分地嵌入于第二混凝土层74中，其中系材系统10能够从收缩配置切换到扩展配置，在所述收缩配置中第一末端区段64和第二末端区段66的最大宽度Wc小于系材开口60的最大宽度Wo，在所述扩展配置中第一末端区段64和第二末端区段66的最大宽度We大于系材开口60的最大宽度Wo。
因此，如图13中说明，本发明的实施例包含制作隔热混凝土面板的方法1300。方法1300包含产生延伸穿过隔热层的系材开口的初始步骤1302。下一步骤1304包含将可扩展系材系统插入到系材开口中。随后，在步骤1306中，当系材系统接纳于系材开口中且系材系统的相对末端延伸出系材开口的同时，将系材系统切换到扩展配置中，其中系材系统的最大宽度大于系材开口的最大宽度。在最终步骤1308中，当系材系统处于扩展配置中的同时，在隔热层的每一侧上形成混凝土层，使得系材系统的相对末端部分嵌入于相对的混凝土层中，从而使用系材系统使所述混凝土层彼此物理耦合。一旦第一混凝土层72和第二混凝土层74已至少部分地固化，便可移除混凝土模板(如果使用)，且准备将混凝土隔热面板70提升和或装运到现场用于安装。
如图中说明，系材系统10经大体上成形以便呈现“X”形状，其中所述X形状的交叉处位于毂14、20处。系材系统10的“X”形状允许系材系统10在混凝土层72、74之间有效地传递剪力而不会使其间的隔热层62变形。因此，所得的隔热混凝土面板70被配置为复合面板。系材系统10还经配置以充当抗拉部件，其将防止第一混凝土层72和第二混凝土层74在提升和装运期间分层。此外，如所提到，可以按特定工作要求的需要用钢筋、钢网、后张钢索、预应力钢绞线或加强件组合来加强隔热混凝土面板70，以便进一步加强隔热混凝土面板70。
多材料系材装置和系统
本发明的实施例提供在图14到15中说明为系材系统80的系材系统的额外实施例。额外系材系统80以与图1到13中描绘的系材系统10大体上相同的方式起作用；然而，额外系材系统80的每一结构部件12、18是由多于一种材料形成。更详细来说，在图14到15中描绘的额外系材系统80中，系材系统80的毂14、20中的每一者的构造材料不同于延伸部件16、22中的每一者的构造材料。具体来说，延伸部件16、22可以分别与毂14、20可分离。
举例来说，延伸部件16、22中的每一者可包含基座82，所述基座包括延伸连接元件84。在某些实施例中，延伸部件16、22的这些延伸连接元件84将进一步包含突起88(参见图15)。对应地，毂14、20中的每一者可包含连接元件86。毂14、20的这些连接元件86可形成有腔90(参见图14)。在这些实施例中，突起88可经配置以接纳于腔90内，使得延伸部件16、22可以可移除方式紧固到毂14、20。
给定以上内容，延伸部件16、22中的每一者可由高导热率的材料(例如，钢)形成，而毂14、20中的每一者可由低导热率的材料(例如，合成树脂或纤维加强复合材料)形成。此配置允许使用超高强度导热材料用于延伸部件16、22(用于传输剪力通过相对小的截面)，且使用隔热材料用于毂14、20(用于抑制热传递)。在某些实施例中，用于延伸部件16、22的高强度材料(例如，钢)将使系材系统80具有至少10,000psi的抗拉强度。用于毂14、20的隔热材料可包含例如环氧树脂等合成树脂。在一些实施例中，在延伸部件16、22中使用的材料与用于毂14、20的材料的导热率之比可为至少2:1、至少5:1、至少10:1或至少50:1。举例来说，延伸部件16、22的导热率可为至少1、至少5、至少10或至少20W/(m.K)，而毂14、20的导热率可小于5、小于2、小于1、小于0.5或小于0.1W/(m.K)。
如图14到15中所示，第一结构部件12的面向内的侧30可包含一个或多个定位小块92(参见图14)，而第二结构部件18的面向内的侧30可经配置有多个间隔开的定位缺口94(参见图15)。定位缺口94经设定大小且定位以在第一结构部件12和第二结构部件18相对于彼此旋转时接纳定位小块92。当定位小块92接纳于定位缺口94中时，第一结构部件12和第二结构部件18的相对旋转受到抑制。如同先前描述的肋部34，在不同位置具有多个定位缺口94使得额外系材系统80的第一结构部件12和第二结构部件18能够“锁定”于各种相对旋转位置中。因此，额外系材系统80可以与各种厚度的隔热层一起使用。
在某些实施例中，首先制造延伸部件16、22，且随后在制造毂14、20的同时放置于用于与毂14、20的连接的模具中。以此方式，毂14、20可以在每一延伸部件16、22的基座82处形成于延伸连接元件84周围，以确保延伸部件16、22与毂14、20之间的强且牢固的连接。当毂14、20由合成树脂材料形成时，通过首先将延伸部件16、22的基座82插入到模具(例如，注射模制模板)中且随后将合成树脂引入到所述模板中以使得树脂在延伸部件16、22的基座82处围绕延伸连接元件84，延伸部件16、22可以耦合到毂14、20。如果希望毂由纤维加强复合材料形成，那么可在合成树脂的添加之前和/或期间将加强纤维放置于模具中。在其它实施例中，延伸部件16、22和毂14、20可单独地制造且接着稍后经由例如螺钉、螺栓、压入配合等等任何已知的扣紧机构附接到彼此。
在另外的实施例中，构成额外系材系统80的四个延伸部件16、22中的每一者可以具有相同配置，从而减少制造成本。另外，额外系材系统80的两个毂14、20中的每一者可以最初以相同配置制造，且接着稍后经修改而彼此配合。举例来说，额外系材系统80的两个毂14、20可以相同地制造有毂凹部26且无毂突出部24。因此，当两个毂14、20相同地制造有毂凹部26时，可在毂14、20的初始制造之后将单独制造的毂突出部24插入(例如，压入配合)到毂凹部26中的一者中，因此允许毂14、20中的一者具备可以配合方式接纳于另一毂14、20的毂凹部26中的毂突出部24。
如先前描述，延伸部件(例如，16或22)可由例如钢等金属材料形成。虽然图中未说明，但在某些实施例中，可通过从大的片材切割初始平坦的伸长部件且随后将所述平坦部件弯曲成延伸部件(例如，16或22)的最终形状来形成延伸部件(例如，16或22)。此切割可包含从金属片材冲压所述伸长的平坦部件。所述弯曲在延伸部件(例如，16或22)的外部周边处形成周边侧壁42，且还在延伸部件(例如，16、22)的基座82处形成延伸连接元件84。因此，两个延伸部件(例如，16或22)可经由毂(例如，14或20)刚性连接。
举例来说，在一些实施例中，毂(例如，14或20)可在延伸部件(例如，16或22)的基座82周围形成，使得延伸部件(例如，16或22)中的每一者的所述基座82至少部分地嵌入于毂(例如，14或20)中。更详细来说，可将延伸部件(例如，16或22)中的每一者的基座82放置于毂模板中，且随后可以用合成树脂填充毂模板以进而形成毂(例如，14或20)。如先前描述，所述合成树脂可包含环氧树脂。在另外的实施例中，在用所述合成树脂填充毂模板之前和/或期间可以在毂模板中包含加强纤维(例如，玻璃纤维和/或碳纤维)。此外，在一些实施例中，毂(例如，16或22)可包含毂凹部26。因此，毂突出部24可以插入到毂凹部26中且经由压入配合附接到毂凹部26。
先前描述的平坦部件的弯曲形成周边侧壁42，所述周边侧壁可大体上垂直于延伸部件(例如，16或22)的主侧壁40而弯曲。因此，在延伸部件(例如，16或22)的周边侧壁42内界定开放空隙44。在某些实施例中，所述弯曲进一步在延伸部件(例如，16、22)的基座82处形成延伸连接元件84，其中这些延伸连接元件84用以将延伸部件(例如，16、22)紧固到毂(例如，14或20)，如先前描述。
图14到15中所示的多材料系材系统可用以用与上文关于图1到13中所示的单材料系材系统描述的方式相同的方式形成隔热混凝土面板70。因此，多材料系材系统如何定位到隔热层62中且随后用以在隔热层62的每一侧上连接第一混凝土层72和第二混凝土层74的描述与上文针对系材系统10的描述相同。
虽然已经参考附图中说明的实施例描述了本发明，但应注意，在不脱离如权利要求书中陈述的本发明的范围的情况下可以采用等效物且可以在其中做出替换。
如此描述本发明的各种实施例后，宣称为新颖的且希望受专利许可证保护的内容包含所附权利要求。

Claims (25)

1.一种隔热混凝土面板，其特征在于，所述面板包括：
隔热层，其具有延伸穿过其中的一个或多个大体上圆柱形开口；
第一混凝土层，其邻近于所述隔热层的第一表面；
第二混凝土层，其邻近于所述隔热层的第二表面；以及
系材系统，其接纳于所述隔热层中的所述开口中的一个内，其中所述系材系统包含：
毂部分，其接纳于所述隔热层中的所述开口中的所述一个内，所述毂部分包括可旋转地彼此耦合的第一毂和第二毂，其中所述第一毂和所述第二毂均包含具有圆化的外部轮廓的向外延伸的障壁，包含所述障壁的所述第一毂和所述第二毂填满所述隔热层中的所述开口中的所述一个的横截面区域的至少90％，
第一末端区段，其包括至少部分地嵌入于所述第一混凝土层内的第一延伸部件和第二延伸部件，其中所述第一末端区段从所述毂部分的第一末端延伸，
第二末端区段，其包括至少部分地嵌入于所述第二混凝土层内的第一延伸部件和第二延伸部件，其中所述第二末端区段从所述毂部分的第二末端延伸，
其中所述第二末端区段的最大宽度大于所述毂部分的最大宽度，
其中所述系材系统经配置以在所述第一混凝土层与所述第二混凝土层之间传递剪力且抵抗分层力。
2.根据权利要求1所述的面板，其特征在于，所述第一末端区段的最大宽度大于所述毂部分的所述最大宽度。
3.根据权利要求1所述的面板，其特征在于，所述系材系统包括第一结构部件和第二结构部件，其中所述第一结构部件包括一对第一延伸部件，并且所述第二结构部件包括一对第二延伸部件，所述第一末端区段包括所述一对第一延伸部件中的一者的扩大的末端部分以及所述一对第二延伸部件中的一者的扩大的末端部分，其中所述第二末端区段包括所述一对第一延伸部件中的另一者的扩大的末端部分以及所述一对第二延伸部件中的另一者的扩大的末端部分。
4.根据权利要求3所述的面板，其特征在于，所述第一结构部件和所述第二结构部件以大体X形配置定向。
5.根据权利要求1所述的面板，其特征在于，所述第一毂和所述第二毂中的一者呈现毂突出部且所述第一毂和所述第二毂中的另一者呈现毂凹部，其中所述毂突出部接纳于所述毂凹部中以使得经由所述第一毂与所述第二毂传递剪力。
6.根据权利要求1所述的面板，其特征在于，所述第一末端区段和所述第二末端区段分别接触所述隔热层的所述第一表面和所述第二表面。
7.根据权利要求1所述的面板，其特征在于，在扩展配置中，所述第一末端区段和所述第二末端区段的最大宽度均大于系材开口的最大宽度，并且在收缩配置中，所述第一末端区段和所述第二末端区段的最大宽度均小于所述系材开口的最大宽度。
8.根据权利要求1所述的面板，其特征在于，所述系材系统形成为一体式单元。
9.根据权利要求1到8中任一权利要求所述的面板，其特征在于，所述系材系统具有至少10,000psi的抗拉强度。
10.根据权利要求1到8中任一权利要求所述的面板，其特征在于，所述第二末端区段的所述第一延伸部件和所述第二延伸部件中的每一者包含相对面向的踵部分和趾部分，且其中所述踵部分接触所述隔热层的所述第二表面且所述趾部分嵌入于所述第二混凝土层内。
11.根据权利要求1到8中任一权利要求所述的面板，其特征在于，所述系材系统由纤维加强树脂形成。
12.根据权利要求1到8中任一权利要求所述的面板，其特征在于，所述系材系统由具有小于0.5瓦/米·开尔文的导热率的材料形成。
13.根据权利要求1到8中任一权利要求所述的面板，其特征在于，所述毂部分包含由隔热材料形成的两个障壁。
14.根据权利要求13所述的面板，其特征在于，所述障壁中的每一者具有半球体或半圆盘的大体形状。
15.一种隔热混凝土面板，其特征在于，所述面板包括：
隔热层，其具有延伸穿过其中的一个或多个开口；
第一混凝土层，其邻近于所述隔热层的第一表面；
第二混凝土层，其邻近于所述隔热层的第二表面；以及
系材系统，其被接纳于所述隔热层中的所述开口中的一个内，其中所述系材系统包含：
毂部分，其被接纳于所述隔热层的所述开口中的所述一个内，
第一末端区段，其包括至少部分地嵌入于所述第一混凝土层内的第一延伸部件和第二延伸部件，其中所述第一末端区段从所述毂部分的第一末端延伸，
第二末端区段，其包括至少部分地嵌入于所述第二混凝土层内的第一延伸部件和第二延伸部件，其中所述第二末端区段从所述毂部分的第二末端延伸，
其中所述系材系统包括以大体X形配置定向的第一结构部件和第二结构部件，
其中所述第一结构部件和所述第二结构部件中的每一者包括形成所述毂部分的至少一部分的相应第一毂和第二毂，
其中所述第一毂和所述第二毂中的一者呈现毂突出部且所述第一毂和所述第二毂中的另一者呈现毂凹部，
其中所述毂突出部被接纳于所述毂凹部中以使得经由所述第一毂与所述第二毂传递剪力。
16.根据权利要求15所述的面板，其特征在于，所述第一结构部件包括一对第一延伸部件，并且所述第二结构部件包括一对第二延伸部件，所述第一末端区段包括所述一对第一延伸部件中的一者的扩大的末端部分和所述一对第二延伸部件中的一者的扩大的末端部分，其中所述第二末端区段包括所述一对第一延伸部件中的另一者的扩大的末端部分和所述一对第二延伸部件中的另一者的扩大的末端部分。
17.根据权利要求16所述的面板，其特征在于，所述第一结构部件和所述第二结构部件以剪刀状配置彼此可旋转地耦合。
18.根据权利要求15到17中任一权利要求所述的面板，其特征在于，所述系材系统具有至少10,000psi的抗拉强度。
19.根据权利要求15到17中任一权利要求所述的面板，其特征在于，所述隔热层中的所述开口中的所述一个是大体上圆柱形的，其中所述第一毂和所述第二毂均包含具有圆化的外部轮廓的向外延伸的障壁，包含所述障壁的所述第一毂和所述第二毂填满所述隔热层中的所述开口中的所述一个的横截面区域的至少90％。
20.根据权利要求19所述的面板，其特征在于，所述障壁中的每一者具有半球体或半圆盘的形状。
21.一种用于与隔热混凝土面板一起使用的系材系统，其特征在于，所述面板包含第一混凝土层和第二混凝土层，所述系材系统包括：
毂部分；
第一末端区段，其包括第一延伸部件和第二延伸部件，其中所述第一末端区段从所述毂部分的第一末端延伸；以及
第二末端区段，其包括第一延伸部件和第二延伸部件，其中所述第二末端区段从所述毂部分的第二末端延伸，
其中所述第二末端区段的最大宽度大于所述毂部分的最大宽度，
其中所述系材系统经配置以在所述第一混凝土层与所述第二混凝土层之间传递剪力且抵抗分层力，
其中所述毂部分的至少一部分具有圆化的外部轮廓，
其中所述毂部分包括可旋转地彼此耦合的第一毂和第二毂，所述第一毂和所述第二毂均包含具有圆化的外部轮廓的向外延伸的障壁，
其中所述第一毂和所述第二毂中的一者呈现毂突出部且所述第一毂和所述第二毂中的另一者呈现毂凹部，
其中所述毂突出部接纳于所述毂凹部中以使得经由所述第一毂与所述第二毂传递剪力。
22.根据权利要求21所述的系材系统，其特征在于，所述系材系统包括第一结构部件和第二结构部件，所述第一结构部件和所述第二结构部件经配置以用于在延伸穿过所述毂突出部的旋转轴线上相对于彼此旋转，其中所述第一结构部件和所述第二结构部件在收缩配置与扩展配置之间以剪刀状方式相对于彼此可旋转，其中当在所述扩展配置中时所述第一结构部件和所述第二结构部件以大体X形配置定向。
23.根据权利要求22所述的系材系统，其特征在于，所述第一结构部件包括一对第一延伸部件，并且所述第二结构部件包括一对第二延伸部件，其中所述第一末端区段包括所述一对第一延伸部件中的一者的扩大的末端部分和所述一对第二延伸部件中的一者的扩大的末端部分，其中所述第二末端区段包括所述一对第一延伸部件中的另一者的扩大的末端部分和所述一对第二延伸部件中的另一者的扩大的末端部分。
24.根据权利要求21到23中任一权利要求所述的系材系统，其特征在于，所述障壁中的每一者具有半球体或半圆盘的大体形状。
25.根据权利要求21到23中任一权利要求所述的系材系统，其特征在于，所述系材系统经配置具有至少10,000psi的抗拉强度。
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