CN110892118A - 将多孔混凝土结合于堆叠结构钢壁框架中的壁模块 - Google Patents

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Abstract

本多孔混凝土填充式结构钢壁框架在三个维度中与其它模块化构造元件互连，以在构造质量相对于传统的多层建筑物构造技术中所见到的构造质量而改进的情况下实现多层建筑物的快速构造。这些多孔混凝土结构钢壁框架典型地具有固定到结构钢的外部的薄混凝土壁面板，并且还具有安装于壁框架中的电气和管道初级公用设施构件。

Description

将多孔混凝土结合于堆叠结构钢壁框架中的壁模块
技术领域
本发明涉及将多孔混凝土结合于堆叠结构钢壁框架中的壁模块的使用，该壁模块使壁框架在三个维度中与其它模块化构造元件互连，以在构造质量相对于传统的多层建筑物构造技术中所见到的构造质量而改进的情况下实现多层建筑物的快速构造。
背景技术
存在与使用浇筑式混凝土框架建筑物、预先铸造式混凝土框架建筑物、常规结构钢框架建筑物、木材框架建筑物以及砌体构造的传统构造技术来构造多层建筑物相关联的许多问题。利用这些传统构造技术来构造的多层建筑物以如下的传统方式来建造：根据成组的建筑计划，现场工匠应用构造材料(规格木材、薄型钢部件、单独的结构钢部件)或硬景观材料(煤渣块、砖块、混凝土)而在建造地点处的地基上建造多层公寓。虽然几乎不存在建筑、结构或尺寸限制，但该构造技术要求顺序的基于工艺的现场建造形式，其中，在项目B可开始之前，必须完成项目A，并且继而在项目C可开始之前，则必须完成项目B，以此类推。例如，在地面层上的公用设施(utility)的安装可开始之前，必须完成地面层的壁，在上部楼层的壁上的实质性工作可开始之前，必须完成第二层的壁，并且，在终饰层(finish)可应用于第一层的壁之前，建筑物上的第一层的壁必须被构架。虽然该构造方法已起作用达许多年，但在该方法中存在固有的低效性，其造成显著的时间、成本和质量损失。
传统构造技术涉及漫长的过程，并且因此造成具有延长的持续时间的构造活动。另外，仅在结构工作完成之后，才完成终饰工作。该现场建造造成缺乏质量、易于出错，并且要求工人在公用设施的互连方面创新，由此造成实施的不一致性。传统构造技术的优点在于，在框架材料的结构能力的限制内，这些多层建筑物可被建造成所期望的任何尺寸或布局。
然而，该构造过程(尤其是早期的构造过程)大大地取决于天气条件，并且最常见地仅可在白天期间进行。由分包商中的一个引起的构造流程的中断所具有的连锁效应在于，各个分包商在其可开始其工作之前必须等待另一分包商的工作完成。
在世界的许多地区中，人口增长极大地超过了可用房屋的增长。因此，世界上的主要的建筑物构造问题之一是非常快速地建造大量房屋以解决增长赤字的能力。该问题由于合理成本下的有限数量的有技能的劳动力而复杂化。传统构造技术未对现有的且增长的房屋短缺作出回应，并且，对有效地并且迅速地非常大量地生产房屋的新手段存在极大需求。因而，传统构造技术未能提供合乎期望的构造数量、质量和速度。在许多位置，这些障碍造成多层建筑物的严重短缺并且造成可用的高质量建筑物的相当的缺乏。
发明内容
将多孔混凝土结合于堆叠结构钢壁框架中的本壁模块(其在本文中被称为“多孔混凝土结构钢壁模块”)在世界各地具有广泛应用，这是因为本壁模块具有以下能力：用于各种各样的建筑物产品中，具有高质量，对有技能的劳动力的需要减少，具有低成本，以及时的方式建造，具有极高的生产速率以解决房屋市场中的目前的且增长的赤字。
在优选的实施例中，通过在不使用堆叠的柱的情况下使结构钢框架堆叠而实施多层建筑物。带有由管钢构成的竖直部件的竖直Vierendeel桁架用于实施结构钢框架，由此实施堆叠的桁架，而非单独的柱。
这些预先制备的多孔混凝土结构钢壁模块典型地具有电气和管道初级(rough)公用设施构件以及安装于其中的窗和门框架。多孔混凝土的混合物用于对结构钢壁框架进行填充，以提供绝缘和最后的终饰层或用于最后终饰层外部壁表面和内部壁表面的基础。多孔混凝土可为均匀的，使用预先确定的配方来满足针对该项目而设定的绝缘和密度标准，或多孔混凝土可为分层的，其中外部表面为硬的并且密度大以用于耐候性和耐久性，而内部填充物是较轻的混合物以提供增强的绝缘。最后，另一选择是使得壁的面向内部的表面成为具有使面向的表面能够作为内壁而被终饰的特性的最后的多孔混凝土或其它材料层。
完成的多孔混凝土结构钢壁模块被安置(stage)于构造中的多层建筑物附近，使得起重机可将这些模块化元件快速地运输到构造中的建筑物上的适当位置。内部“配合部件”可被放置成从各个框架的底部悬出(或从下方的框架的顶部悬出)，使得当该框架被起重机朝上吊起就位时，配合部件使框架能够完美地定位于下方的已安装的框架的顶部上，并且，在配合部件伸入上方的柱和下方的柱中时，配合部件还立即将正在安装的框架保持就位，并且因此，正在安装的壁不可倒下。在将壁框架放下就位时，壁框架立即稳定，并且，定位是完美而毫不费力的。因此，壁框架堆叠，而非单独的柱堆叠。
本多孔混凝土结构钢壁模块的范例从根本上改变了构造多层建筑物的设计过程、构造程序和细节。建造过程变为预先制备的模块化建筑物元件的快速组装程序，而不是传统构造技术中的由现场的技工执行的逐块(stick-by-stick)累积的程序。
附图说明
图1示出了拆解的多孔混凝土结构钢壁模块和作为构造元件的壁框架的使用的透视图；
图2示出了壁框架的透视图；
图3示出了准备好堆叠于建筑物的拐角处的两个壁框架的透视图，其中，可看到同一水平面上的彼此垂直的两个壁框架之间的关系；
图4示出了带有应用于竖直柱的隔离条的壁框架的透视图；
图5示出了带有对齐以附接到壁框架的长成形件的壁框架的透视图；
图6示出了带有对齐以附接到壁框架的短成形件的壁框架的透视图；
图7示出了准备应用多孔混凝土的壁框架的透视图；
图8示出了壁框架的透视图，其中在浇筑多孔混凝土之前放置窗框架和公用设施；
图9示出了壁框架，其中多孔混凝土应用于壁框架，从而形成多孔混凝土结构钢壁模块；
图10示出了带有对齐以从多孔混凝土结构钢壁模块移除的短成形件的壁框架的透视图；
图11示出了带有对齐以从多孔混凝土结构钢壁模块移除的长成形件的壁框架的透视图；以及
图12示出了正在被吊起以用于安装的多孔混凝土结构钢壁模块的透视图。
具体实施方式
多孔混凝土结构钢壁模块
图1示出了拆解的多孔混凝土结构钢壁模块1的透视图，多孔混凝土结构钢壁模块1包括用作核心构造元件的四节段式壁框架2。本壁框架2典型地使用多个Vierendeel桁架或备选地使用多个支撑框架(未显示)。可使用多种框架技术来实施壁框架2，以提供所要求的强度。如图2中所显示的，壁框架2的基本架构由多个竖直定向的壁框架柱101-105组成，壁框架柱101-105通过水平定向的壁框架梁111-114和121-124(在本文中也被称为“弦杆”)而互连，以形成桁架的四个节段。不同于传统的Vierendeel桁架，多孔混凝土结构钢壁模块1的水平弦杆或壁框架梁111-114和121-124并非跨越各个桁架节段的整个长度并且包覆单独的壁框架柱101-105的顶端，而是改为壁框架柱101-105延伸到顶部弦杆(壁框架梁111-114)并且延伸超过底部弦杆(壁框架梁121-124)，使得弦杆以分段的方式使壁框架柱101-105互连。因而，水平弦杆未提供竖直负荷承载能力，而是起到固定并支撑竖直壁框架柱101-105并且为壁框架2提供剪切能力的作用。
多孔混凝土结构钢壁模块1的唯一的另一个元件是多孔混凝土插入件3(在图1中显示)，多孔混凝土插入件3具有用作壁框架2中的填充体的窗4、5，以实施多孔混凝土结构钢壁模块1。因而，多孔混凝土结构钢壁模块1由两个元件组成，尤其对于高层建筑物而言，相对于常规构造，这使构造过程简化并且造成显著的成本降低。
地板架141-144放置于顶部壁框架梁111-114的顶部表面上，并且焊接就位。地板架141-144(其各自包括平面元件，该平面元件具有在其中的顶部表面中形成的与竖直部件对应的开口)可放置于壁框架的顶部水平梁上，其中从壁框架的竖直部件突出的配合部件插入到开口中，其中，地板架还包括沿与顶部水平梁垂直的水平方向延伸到多层建筑物的内部中的基本上平面的表面。地板模块放置于地板上，使得地板模块未水平地延伸超过壁框架的内部面，因此这不是如就地浇筑式混凝土那样的设计，在就地浇筑式混凝土中，水平地板被物理地浇筑，从而使地板上方的柱和地板下方的柱分离。
图3示出了使竖直堆叠的壁框架1-4(彼此上下地)联结的透视图，其中，下部堆叠壁框架1与垂直堆叠壁框架2相邻，并且，上部堆叠壁框架3与垂直堆叠壁框架4相邻，其中多孔混凝土被移除，使得可看到壁框架1-4的钢部件。在多孔混凝土结构钢壁模块中，建筑物实际上是成组的堆叠结构钢桁架，而不使用单独的竖直堆叠的柱。多孔混凝土结构钢壁模块多层建筑物的设计形成竖直堆叠的壁框架1-4的壁，而不是单独的钢或混凝土柱框架部件。所得到的多层建筑物在结构上是多个壁桁架，多个壁桁架以三维矩阵互连，以在建筑物的外部或壁和顶的范围内形成三维空间框架。
在该结构中，如图3中所显示的，各个壁框架1-4沿着水平长度由多个线性对齐的竖直柱301-309、311-319组成，至少端部竖直柱典型地包括中空柱，并且，相邻的竖直柱通过水平梁321-327、351-357、361-367以及381-387而在顶部和底部处互连。如图3中所显示的，壁框架1-4通过使用配合部件341-350而互连，配合部件341-350各自可插入到第一组壁框架1、2的中空柱的顶端(其中，配合部件在配合部件插入其中的中空柱的顶部的上方突出)和竖直地定位于第一组壁框架1、2的顶部上的第二组壁框架3、4的中空柱的底端中，使得当壁框架3、4由起重机朝上吊起就位时，配合部件341-350使壁框架3、4能够完美地定位在位于下方的已安装的壁框架1、2的顶部上，并且，当配合部件341-350伸入上方的壁框架柱311-319和下方的壁框架柱301-309中时，配合部件341-350还立即将正在安装的壁框架3、4保持就位，达到正在安装的壁框架3、4将不会倒下的程度。在将壁框架3、4放下就位时，壁框架3、4立即稳定，并且，定位是完美而毫不费力的。另外，地板架331-337插入于壁框架1和2的顶部处。所有壁框架1-4都被制造成具有精确的尺寸一致性，因此，在同样的件彼此对齐的情况下，组装是可靠并且简单的。因此，壁框架1-4堆叠，而非单独的柱堆叠，这不同于通常的结构钢设计和构造。另外，竖直柱的规格可随着其在多层建筑物中的位置变化而变化，其中建筑物的上部楼层要求较轻规格的材料，这是因为在上部楼层承载的负荷与在下部楼层承载的负荷相比而减小。如在下文中更详细地描述的，所显示的壁框架1、2和3、4的端部壁框架柱301、305、306、309和311、315、316、319可借助于焊接、销连接、螺栓连接、捆扎、混凝土填充和/或其它手段来固定在一起。
在优选的实施例中，当将作为壁模块而装备的壁框架吊起时，壁框架由结构元件、已安装的公用设施、壁元件、壁终饰层等组成。不要求如现今在传统的就地浇筑式混凝土建筑物中进行的那样返回以将手工铺设的砖块作为填充体而放置。
基本桁架技术
从结构角度来看，可使用支撑框架或力矩框架来制备壁框架2。支撑框架中的剪切负荷由支撑部件承载；力矩框架中的剪切负荷通过框架的部件之间的连接件的力矩能力而承载。在本多孔混凝土结构钢壁模块中，使用Vierendeel桁架(力矩框架)构造来示范壁框架2。
在工程学中，典型的桁架是仅由二力部件组成的结构，其中，部件被组织成使得组装体总体上表现为单个物体。“二力部件”是仅将力施加到两个点的结构构件。尽管该严格的限定允许形成桁架的部件具有任何形状并且以任何稳定的构造互连，但桁架典型地包括利用笔直部件来构造的五个或更多个三角形单元，笔直部件的端部连接于被称为节点的接头处。在该典型的情境下，外力以及对那些力的反作用被认为仅作用于节点处，并且造成部件中的拉伸力或压缩力。对于笔直部件而言，力矩(转矩)被明确地排除，这是因为并且仅因为桁架中的所有接头都被视为转动副，这对于使连杆成为二力部件而言是必要的。
传统的平面桁架是所有部件和节点都位于二维平面内的桁架，而空间桁架具有延伸到三个维度中的部件和节点。桁架中的顶部梁被称为顶部弦杆并且典型地处于压缩状态，底部梁被称为底部弦杆并且典型地处于拉伸状态，内部梁被称为腹板，并且，腹板内部的区域被称为面板。桁架典型地由连接于在传统上被称为面板点的接头处的笔直部件组成。桁架典型地是当边的长度固定时不改变形状的几何图形，并且由于三角形形状和设计的结构稳定性而通常由三角形构成。三角形是最简单的对比，而四边形的角度和长度两者都必须是固定的，以用于使四边形保持其形状。
桁架可被认为是如下的梁：腹板由一系列分离的部件组成，而不是由连续板组成。在桁架中，下部水平部件(底部弦杆)和上部水平部件(顶部弦杆)承载拉伸和压缩，从而实现与I形梁的凸缘相同的功能。哪个弦杆承载拉伸以及哪个弦杆承载压缩取决于总体弯曲方向。
平面桁架的变型是Vierendeel桁架，Vierendeel桁架是部件并非三角形的而是形成矩形开口的结构，并且是带有能够传递和抵抗弯曲力矩的固定接头的框架。Vierendeel桁架是刚性地联结的桁架，其仅具有竖直部件，竖直部件通过顶部弦杆和底部弦杆(顶部弦杆和底部弦杆连接到竖直部件的面向相邻的竖直部件的侧部)并且在竖直部件的顶部下方预先确定的距离的位置处互连。弦杆一般是平行的或几乎平行的。Vierendeel桁架中的元件经受弯曲、轴向力以及剪切，这不同于带有斜腹板部件的常规桁架，在该常规桁架中，部件主要被设计成用于轴向负荷。因此，Vierendeel桁架不符合桁架的严格限定(因为其包含非二力部件)；常规的桁架包括通常被假定为具有销连接接头的部件，这意味着在联结的端部处不存在力矩。建筑物中的此类结构的效用在于，如图1中所显示的，大量的外部封壳保持不受阻挡，并且可用于开窗和开门。这相对于支撑框架系统而为优选的，支撑框架系统将留有被斜支撑件阻挡的一些区域。
多孔混凝土结构钢壁模块过程
如图4中所示出的，如下文中所注意到的，隔离条161-165(诸如，泡沫胶带)应用于竖直柱101-105，以防止多孔混凝土粘附到竖直柱101-105。并且，“Nelson螺柱”151-154是如下的锚销：其枪焊到下部水平壁框架弦杆121-124的上部外侧拐角，从而提供用于使多孔混凝土插入件3连接到壁框架2上的高能力(厚)连接零件(柱之间的刚性管，竖直面和水平面接触在下部弦杆厚区段上)。由于结构钢“特殊力矩框架”必须在风负荷和地震负荷期间(在桁架的平面中)自由旋转，因而多孔混凝土插入件3不可约束该壁框架旋转。因此，多孔混凝土插入件3覆盖壁框架2的“外侧”，并且通过下部弦杆上的锚销而束缚于壁框架2。多孔混凝土插入件3在水平线上的该固定不约束壁框架2的旋转。
为了执行该分离设计主题，壁框架2的柱101-105还必须利用分离元件(诸如，泡沫胶带161-165)来覆盖，使得整个壁框架2与多孔混凝土插入件3分离，并且，泡沫胶带还必须围绕柱的外侧边缘而缠绕，以完成隔离。
为了浇筑多孔混凝土插入件3，必须形成如下的成形件：其侧部必须能够迅速地并且可靠地放置就位。如图5中所显示的，可出于此目的而通过形成如所显示的长成形件6、7来利用壁框架2的开放端。考虑到壁框架2开放端中的长成形件6、7的略微松动，长成形件6、7具有钢板，钢板被谨慎地竖直地定位，以形成多孔混凝土插入件3的正确的顶部边缘和厚度，并且，钢板还使多孔混凝土插入件3从外侧边缘退缩(hold back)，由此形成清洁并且一致的构造接头外部零件并且形成地震移动空间(room-to-move)。钢板围绕壁框架钢而开槽，以排除触碰点。长成形件6和7迅速地滑动就位，不要求对齐就完美地定位。钢板的上部边缘是用以准确地放置多孔混凝土插入件3的便利并且迅速的整平(screed)线。
针对短端而提供的短成形件8、9在图6中示出，并且具有与长成形件6、7类似的功能和设计。短成形件8、9上的钢板形成相同的整平线以及一致的竖直构造和隔离接头。如图7中所显示的，在已安装短成形件8、9的情况下，形成完整周界的成形件；该完整周界的成形件位于恰当的高度处，位于恰当的位置，为笔直的，针对构造接头而正确地退缩。
在成品住宅中，期望通过多孔混凝土插入件3而到达窗的内侧表面的一致的内侧窗框架表面。图8中所显示的就位的窗成形件11、12应当与多孔混凝土插入件3的外部边缘齐平，使得壳可被浇筑并且在窗成形件的顶部的正上方整平。窗成形件11、12的放置必须是快速、容易并且可靠的，具有高吞吐量，并且还应当在安装时形成用于窗的凹进的安装表面，从而防止一部分阳光接近窗表面，利用滴水线和倾斜窗台来提供防雨，并且提供视觉兴趣。
为了实现这点，窗成形件11、12是可塌缩箱，其底部位于与多孔混凝土的内侧表面相同的表面处，带有与所浇筑的多孔混凝土插入件3对齐的计划的深度，带有形成较大开口和铸造表面以用于安装窗的外部临时成形件(例如，多孔混凝土插入件3的外表面的内侧25mm-40 mm)。
图9示出了壁框架2，其中多孔混凝土3应用于壁框架2。
混凝土技术
混凝土典型地是由与随时间推移而硬化的流体水泥粘结在一起的粗集料构成的复合材料。所使用的大多数混凝土是基于石灰的混凝土，诸如Portland水泥混凝土或利用其它水硬性水泥(诸如，熔体(fondant))制成的混凝土。在Portland水泥混凝土(以及其它水硬性水泥混凝土)中，当集料与干水泥和水混合在一起时，它们形成容易模制成形的流体物质(mass)。水泥与水和其它成分发生化学反应，以形成硬基质，该硬基质将所有材料一起结合成耐用的石状材料。通常，混合物中包括添加剂(诸如，火山灰或超塑化剂)，以改进湿混合物或成品材料的物理性质。大多数混凝土在嵌入有增强材料(诸如，钢筋)以提供抗拉强度的情况下浇筑，从而产生增强的混凝土。因而，混凝土可浇筑到成形件或柱中，并且将适形于成形件的形状，从而在适当位置硬化，以将元件锁定于耐用的石状材料中。
多孔混凝土
混凝土混合物使用水泥(Portland或其它水泥基材料)、粗集料和细集料、水以及化学掺和剂。加气混凝土通过将引气剂添加到混凝土(或轻质集料，诸如膨胀粘土集料或软木颗粒和蛭石)而产生，并且有时被称为多孔混凝土、轻质加气混凝土、可变密度混凝土、泡沫混凝土以及轻质或超轻质混凝土，其将不会与使用完全不同的方法而不在现场制造的加气蒸压混凝土混淆。
对于本文中所描述的应用而言，常规的混凝土密度太大。常规的混凝土运作起来重且硬。在常规的混凝土凝固之后，人们不可切入其中或钉入其中。除非该表面由与结构不成一体的昂贵终饰层覆盖，否则该表面在感觉上还是丑的、冷的并且硬的。然而，混凝土是流动的、坚固的并且相对便宜的。混凝土几乎在世界的每个地区都可获得。有可能使用具有与木材的密度和抗压强度非常类似的密度和抗压强度的各种各样的超轻质混凝土。这些超轻质混凝土易于运作，可利用普通钉来钉住，利用锯来切割，利用木材加工工具来钻孔，并且容易修补。可变密度通过利用空气或诸如粘土、软木颗粒以及蛭石的轻材料替代密度大的重混凝土来减小强度，以增强热绝缘和声绝缘。存在使用用以使气泡与混凝土混合的与剃须膏相似的发泡剂的许多竞争的产品。所有产品都实现相同的结果：利用空气来置换混凝土。
多孔混凝土结构钢壁模块1的构造将从现有的构造技术删除四个元件(外侧薄壳混凝土、绝缘板、轻规格钢螺柱以及内侧干燥壁)，并且利用一个新的单个元件式多孔混凝土插入件3(其为多孔轻质混凝土(CLC)的6英寸(更大或更小)区段)来替代这四个元件。多孔混凝土结构钢壁模块1由与一次浇筑量的CLC组合的堆叠结构钢壁框架2构成(仅2个简单的元件)。CLC材料的优点之一是，CLC材料由于CLC混凝土混合物中的夹带的空气而单独地具有合理的绝缘性质。在没有绝缘层的情况下，该夹带的空气单独地给予6英寸CLC混凝土壁为几乎R10的R值，因此，在没有独立的绝缘元件的情况下，可通过使用CLC而提供绝缘功能。
此外，前述的四个元件的交接部和附接件也消失。对它们进行互连和协调是复杂的。现在，仅仅将6英寸CLC混凝土元件浇筑到堆叠结构钢壁框架2上，并且，该CLC就其本质而言固有地是平坦表面。因此，形成内侧平坦竖直表面的需要消失，并且，不存在待遮盖的钢螺柱。
考虑到这些因素，多孔混凝土插入件3非常类似于流体地浇筑，多孔混凝土插入件3早期强度高并且为自调平的。顶部表面利用4个侧部上的周界整平边缘成形件6-9来容易地形成，从而与窗和门成形件的顶部边缘对齐。许多表面处理是可能的，包括：扫面处理、集料露面、图案化、雕刻等。颜色可嵌入多孔混凝土中，从而形成持久的、无渗出和渗漏的、不需要涂漆的外部。
预期多孔混凝土以对于如图11中所显示的条成形件而言足够的强度在12-24小时内凝固，图11示出了带有对齐以从壁框架移除的长成形件的壁框架的透视图，并且，图12示出了正在被吊起以用于安装的壁框架的透视图。
在浇筑多孔混凝土插入件3之后，壁框架柱101-105的开放端可再次被使用，此次用作用于起重机分布梁的“放下”的插入点，用作起吊点(pick point)。该构造是快速的、可靠的，壁框架2在其强度点处的负荷是平衡的，并且，该构造使壁框架2的表面维持开放并且自由以用于运作和终饰。在竖直位置，提供用以移除使窗成形件固定的临时螺钉的通路。首先，移除形成铸造到多孔混凝土中的较宽的开口和凹进的安装表面的外部成形件，然后，高的窗成形件塌缩并且将其移除。
如图12中所显示的，面安装窗14、15安装于所铸造的多孔混凝土表面上。这在窗的周界处在窗后面形成“固体拐角”，然而，必须注意装饰细部(detailing)连接和防水。外侧饰物对于形成带有遮蔽线的高级设计细节、防雨和防晒以及一致的细节执行而言是必要的。
另外，电箱和配线以及任何其它壁内系统安装到预先计划的连接点。
总结
本多孔混凝土结构钢壁模块在三个维度中与其它模块化构造元件互连，以在构造质量相对于传统的多层建筑物构造技术中所见到的构造质量而改进的情况下实现多层建筑物的快速构造。这些多孔混凝土结构钢壁模块将典型地具有固定到结构钢壁框架的多孔混凝土壁面板，并且还具有安装于壁框架中的电气和管道初级公用设施构件。

Claims (18)

1. 一种壁模块，包括：
壁框架，其至少包括平行定向、间隔开的第一中空柱和第二中空柱，所述中空柱各自具有顶端和底端，所述中空柱中的相邻的中空柱在所述顶端和所述底端处分别通过第一水平梁和第二水平梁而互连，以包封内部空间；以及
多孔混凝土材料，其插入到所述壁框架中，并且填充所述第一中空柱和所述第二中空柱与所述第一水平梁和所述第二水平梁之间的所述空间，所述多孔混凝土材料形成为固体物质。
2.根据权利要求1所述的壁模块，其特征在于，所述壁框架进一步包括：
其中，所述第一水平梁和所述第二水平梁，其各自具有第一端部和第二端部，其中，所述第一水平梁的所述第一端部和所述第二水平梁的所述第一端部分别连接到所述第一中空柱的所述顶端和所述底端的侧部，并且所述第一水平梁的所述第二端部和所述第二水平梁的所述第二端部分别连接到所述第二中空柱的所述顶端和所述底端的侧部，以形成矩形壁节段。
3.根据权利要求1所述的壁模块，其特征在于，所述壁框架包括：
以线性阵列对齐的由管钢构成的多个竖直部件，其中所述竖直部件中的相邻的竖直部件通过跨越相邻的竖直部件之间的所述空间的顶部水平梁和跨越相邻的竖直部件之间的所述空间的底部水平梁而互连，所述水平梁和所述竖直部件的互连部是能够传递和抵抗弯曲力矩的固定接头。
4.根据权利要求1所述的壁模块，其特征在于，所述壁框架包括：
带有由管钢构成的竖直部件的竖直Vierendeel桁架，作为带有能够传递和抵抗弯曲力矩的固定接头的框架，所述竖直Vierendeel桁架中的相邻的竖直Vierendeel桁架在顶部和底部处通过形成矩形开口的水平梁而互连。
5.根据权利要求2所述的壁模块，其特征在于，所述壁模块进一步包括：
平坦形状的隔离条，其应用于所述壁框架的所述柱的外侧表面，以使所述壁框架与所述多孔混凝土材料分离。
6.根据权利要求5所述的壁模块，其特征在于，所述壁模块进一步包括：
多个锚销，其固定到所述第二水平梁的面向内部的表面，以用于为所述多孔混凝土材料提供与所述壁框架的附接。
7.根据权利要求5所述的壁模块，其特征在于，所述壁模块进一步包括：
成形件，其临时地在与所述第一水平梁和所述第二水平梁附接到所述第一中空柱和所述第二中空柱所在的侧部相反的侧部上附接到平行定向、间隔开的所述第一中空柱和所述第二中空柱的外部表面，并且在与由所述壁框架包封的侧部相反的侧部上附接到所述第一水平梁和所述第二水平梁的外部表面，以将所述多孔混凝土材料限制于所述壁框架中，直到所述多孔混凝土材料形成为固体物质为止。
8.根据权利要求7所述的壁模块，其特征在于，所述成形件在平行定向、间隔开的所述第一中空柱和所述第二中空柱以及所述第一水平梁和所述第二水平梁的顶部表面的上方延伸，以使所述多孔混凝土能够覆盖平行定向、间隔开的所述第一中空柱和所述第二中空柱以及所述第一水平梁和所述第二水平梁的一个外部表面。
9.根据权利要求1所述的壁模块，其特征在于，所述壁模块进一步包括：
公用设施，其被引导通过由所述壁框架包围的内部空间。
10. 一种构造壁模块的方法，包括：
至少使平行定向、间隔开的第一中空柱和第二中空柱互连，所述中空柱各自具有顶端和底端，所述中空柱中的相邻的中空柱在所述顶端和所述底端处分别通过第一水平梁和第二水平梁而互连，以形成包封内部空间的壁框架；以及
将多孔混凝土材料插入到所述壁框架中，并且填充所述第一中空柱和所述第二中空柱与所述第一水平梁和所述第二水平梁之间的所述空间，所述多孔混凝土材料形成为固体物质。
11.根据权利要求10所述的构造壁模块的方法，其特征在于，所述壁框架进一步包括：
其中，所述第一水平梁和所述第二水平梁，其各自具有第一端部和第二端部，
使所述第一水平梁的所述第一端部和所述第二水平梁的所述第一端部分别连接到所述第一中空柱的所述顶端和所述底端的侧部，并且使所述第一水平梁的所述第二端部和所述第二水平梁的所述第二端部分别连接到所述第二中空柱的所述顶端和所述底端的侧部，以形成矩形壁节段。
12.根据权利要求10所述的构造壁模块的方法，其特征在于，所述构造壁模块的方法进一步包括：
使以线性阵列对齐的由管钢构成的多个竖直部件互连，其中所述竖直部件中的相邻的竖直部件通过跨越相邻的竖直部件之间的所述空间的顶部水平梁和跨越相邻的竖直部件之间的所述空间的底部水平梁而互连，所述水平梁和所述竖直部件的互连部是能够传递和抵抗弯曲力矩的固定接头。
13.根据权利要求10所述的构造壁模块的方法，其特征在于，所述构造壁模块的方法进一步包括：
构造带有由管钢构成的竖直部件的竖直Vierendeel桁架，作为带有能够传递和抵抗弯曲力矩的固定接头的框架，所述竖直Vierendeel桁架中的相邻的竖直Vierendeel桁架在顶部和底部处通过形成矩形开口的水平梁而互连。
14.根据权利要求11所述的构造壁模块的方法，其特征在于，所述构造壁模块的方法进一步包括：
将平坦形状的隔离条应用于所述壁框架的所述柱的外侧表面，以使所述壁框架与所述多孔混凝土材料分离。
15.根据权利要求14所述的构造壁模块的方法，其特征在于，所述构造壁模块的方法进一步包括：
使多个锚销固定到所述第二水平梁的面向内部的表面，以用于为所述多孔混凝土材料提供与所述壁框架的附接。
16.根据权利要求15所述的构造壁模块的方法，其特征在于，所述构造壁模块的方法进一步包括：
使成形件临时地在与所述第一水平梁和所述第二水平梁附接到所述第一中空柱和所述第二中空柱所在的侧部相反的侧部上附接到平行定向、间隔开的所述第一中空柱和所述第二中空柱的外部表面，并且在与由所述壁框架包封的侧部相反的侧部上附接到所述第一水平梁和所述第二水平梁的外部表面，以将所述多孔混凝土材料限制于所述壁框架中，直到所述多孔混凝土材料形成为固体物质为止。
17.根据权利要求16所述的构造壁模块的方法，其特征在于，所述构造壁模块的方法进一步包括：
其中，所述成形件在平行定向、间隔开的所述第一中空柱和所述第二中空柱以及所述第一水平梁和所述第二水平梁的顶部表面的上方延伸，以使所述多孔混凝土能够覆盖平行定向、间隔开的所述第一中空柱和所述第二中空柱以及所述第一水平梁和所述第二水平梁的一个外部表面。
18.根据权利要求10所述的构造壁模块的方法，其特征在于，所述构造壁模块的方法进一步包括：
将公用设施引导通过由所述壁框架包围的内部空间。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110453850B (zh) * 2019-07-22 2024-08-09 重庆大学 一种装配式钢混凝土组合连梁
AU2021414233A1 (en) 2020-12-31 2023-07-20 Mitek Holdings, Inc. Rapid assembly construction modules and methods for use

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2715950Y (zh) * 2004-06-29 2005-08-10 王文富 一种中空墙板模具
US20050284084A1 (en) * 2004-06-04 2005-12-29 Blake James H Jr Shear wall aspect ratio reducing frame (ARRF)
CN104499567A (zh) * 2014-12-18 2015-04-08 东南大学 一种框构、框构体及其预制和建造方法
CN105625580A (zh) * 2009-07-23 2016-06-01 威信广厦模块住宅工业有限公司 用于建造建筑物的结构模块

Family Cites Families (31)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL293917A (zh) * 1963-06-11 1965-04-12
GB1036638A (en) * 1963-09-05 1966-07-20 Prestressed And Reinforced Con Building structure
US3685229A (en) * 1970-08-07 1972-08-22 Oliver H Sale Jr Structural element for use in the construction of panels,modules,and building structures
US4158275A (en) 1977-12-22 1979-06-19 Moore Alvin E Insulated wall and wall part
US4226061A (en) 1978-06-16 1980-10-07 Day Jr Paul T Reinforced masonry construction
US4409768A (en) * 1980-06-02 1983-10-18 Joseph Boden Prefabricated wall panel
US4554124A (en) * 1983-03-07 1985-11-19 Fibrestone Incorporated Horizontally poured Fibrestone building construction
US4862660A (en) * 1987-07-13 1989-09-05 Raymond Harry W Foamed panel including an internally mounted stud
US5055252A (en) 1989-01-12 1991-10-08 Superior Walls Of America, Ltd. Method of constructing an integrated concrete wall structure
IT1228022B (it) * 1989-01-30 1991-05-27 Zambelli Sergio Zambelli Benit Pannello prefabbricato in calcestruzzo con strato termicamente isolante o di alleggerimento.
US4970838A (en) 1990-01-05 1990-11-20 Phillips Charles N Reinforced concrete building and method of construction
US5279089A (en) * 1992-03-19 1994-01-18 Gulur V Rao Insulated wall system
US5375809A (en) 1992-07-01 1994-12-27 Wallace I. Stenzel Assembly for forming a poured concrete wall construction
JPH07133646A (ja) * 1993-10-27 1995-05-23 Takenaka Komuten Co Ltd 外装用金属パネルとその製造法
JPH09125594A (ja) * 1995-11-01 1997-05-13 Misawa Ceramics Kk コンクリートパネルの配筋構造
JP2992813B2 (ja) * 1996-12-04 1999-12-20 英雄 松原 ウッドブロックを用いた建築物構造体の施工方法
US5899037A (en) * 1997-07-29 1999-05-04 Josey; Gary L. Composite wall structure
EP1036891B1 (de) 1999-03-01 2005-11-09 Gabriele Raschke Vorgefertigtes Verbundsystem zur Herstellung von Innen- und/oder Aussenwänden von Gebäuden
JP4065964B2 (ja) * 1999-03-23 2008-03-26 栄 鈴木 構造用パネル
US6295770B1 (en) 1999-12-29 2001-10-02 Chyi Sheu Steel frame building structure
US6543371B1 (en) * 2000-01-04 2003-04-08 Diebold, Incorporated Modular vault panel
IT1316774B1 (it) * 2000-02-18 2003-05-12 Sergio Zambelli Armatura per pannelli prefabbricati in calcestruzzo,ad aderenza,conil calcestruzzo,migliorata
US7784223B1 (en) 2000-05-31 2010-08-31 Ramey Larry E Three hundred mile per hour wind resistive building
KR100454478B1 (ko) * 2002-04-18 2004-10-28 한봉길 철골철근콘크리트구조를 갖는 고층 건축구조물의 시공방법
US7168216B2 (en) * 2003-06-06 2007-01-30 Hans T. Hagen, Jr. Insulated stud panel and method of making such
BE1016053A4 (fr) * 2004-05-19 2006-02-07 Coredis S A Joint metallique allege pour surfaces en beton.
US8132388B2 (en) 2008-12-31 2012-03-13 The Spancrete Group, Inc. Modular concrete building
US8491831B2 (en) 2009-06-04 2013-07-23 Ideal Precast, Inc. Methods for forming concrete wall structures
US8448387B2 (en) 2009-09-01 2013-05-28 Integrity Wall, LLC Wall panel and method
AU2011245065B2 (en) 2010-04-30 2013-09-19 Ambe Engineering Pty Ltd System for forming an insulated concrete thermal mass wall
US10024057B2 (en) * 2012-09-11 2018-07-17 A. David Gibson Construction panel system and methods of assembly thereof

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050284084A1 (en) * 2004-06-04 2005-12-29 Blake James H Jr Shear wall aspect ratio reducing frame (ARRF)
CN2715950Y (zh) * 2004-06-29 2005-08-10 王文富 一种中空墙板模具
CN105625580A (zh) * 2009-07-23 2016-06-01 威信广厦模块住宅工业有限公司 用于建造建筑物的结构模块
CN104499567A (zh) * 2014-12-18 2015-04-08 东南大学 一种框构、框构体及其预制和建造方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
卢家森: "《装配整体式混凝土框架实用设计方法》", 31 July 2016, 湖南大学出版社 *

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Publication number Publication date
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