CN113123466A - 管材及其制造方法和管材模块及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种管材，其用于装填混凝土以形成管材混凝土结构，该管材具有两个端部以及在所述两个端部之间延伸的周壁，其中至少一个端部具有用于装填混凝土的开口，其中，在所述周壁上一体地成型有至少一个侧凹部，所述侧凹部构造成，在管材外部，所述侧凹部能被插入相配的连接件并且能与该连接件形成形锁合连接，并且在管材内部，在装填混凝土的状态下，所述侧凹部能被混凝土包围，并且所述侧凹部能与混凝土除了形成材料锁合连接之外还形成形锁合连接。管材的技术效果在于，管材之间的连接可以通过形锁合连接实现，由此不再需要花费人力成本和时间成本来进行大量焊接。本发明还涉及一种制造管材的方法和一种管材模块及其制造方法。

Description

管材及其制造方法和管材模块及其制造方法

技术领域

本发明涉及土木工程和建筑工程技术领域，更具体地涉及一种管材及其制造方法和一种管材模块及其制造方法。

背景技术

管材混凝土结构是一种在管材中填充混凝土而形成的结构，并且管材和混凝土能共同承受外荷载作用。管材混凝土结构具有承载力高、延性好、抗震性能优越、施工方便，以及耐火耐腐蚀性能好的优点。在土木工程和建筑工程领域，尤其是钢管混凝土(CFT)结构已经得以广泛应用。

在现有技术的钢管之间的连接通常是在施工现场对钢管壁进行焊接，这会用到很多必需的焊接辅助设施，如吊装机、焊机、脚手架等，并且需要投入大量的人力成本来完成焊接。此外，能使用焊接进行连接的材料是有限的。目前对于不适于或不能焊接的其它金属材料或者高分子复合材料，还没有合适的连接方式将由它们制成的管材互相可靠地连接。这对管材本身的材料发展形成限制。在一些情况下，从材料成本和强度方面考虑，不适于或不能焊接连接的材料作为管材的材料也有可能是有利的。

此外，现有技术的管材与在其内的混凝土仅可以形成材料锁合连接，但这种连接的牢固程度可能是不够的，因此有可能出现管材和混凝土分离的现象，这削弱管材混凝土结构的承载能力，在出现不利载荷状况或者自然灾害时可能带来安全隐患。

另外，在对现有技术的钢管的外表面喷涂防火防腐材料时，不能直接将材料喷涂到其上，因为由此形成的材料锁合连接不够牢固，因此喷涂的防火防腐材料易于脱落。对此在现有技术中需要先对钢管外表面实施喷涂界面剂和打网格布等前置步骤，这是费时且高成本的。

发明内容

因此，本发明旨在提供一种管材及其制造方法和一种管材模块及其制造方法，借助它们能够解决现有技术中存在的上述技术问题中的至少一个。

根据本发明的一个方面，提供了一种管材，其用于装填混凝土以形成管材混凝土结构。该管材具有两个端部以及在所述两个端部之间延伸的周壁。其中至少一个端部具有用于装填混凝土的开口。在所述周壁上一体地成型有至少一个侧凹部。所述侧凹部构造成，在管材外部，所述侧凹部能被插入相配的连接件并且能与该连接件形成形锁合连接，并且在管材内部，在装填混凝土的状态下，所述侧凹部能被混凝土包围，并且所述侧凹部能与混凝土除了形成材料锁合连接之外还形成形锁合连接。

本发明的管材带来的技术效果可以在于：管材之间的连接可以不依赖或者不完全依赖焊接连接，而是完全或主要通过形锁合连接来进行。焊接连接必要时可以只作为形锁合连接之外的辅助性连接。形锁合连接几乎可以适用于任何管材材料。管材之间的形锁合连接可以通过管材上的侧凹部实现。由此不再需要或者不依赖于焊接辅助设施，也不再需要花费大量的人力成本和时间成本来进行大量焊接。至少可以显著减少焊接量。其次，管材的侧凹部还可以在管材内部与混凝土形成除材料锁合连接之外的形锁合连接，该形锁合连接连同材料锁合连接的牢固程度远超过现有技术中的在二者之间的仅仅的材料锁合连接，因此管材混凝土结构的承载能力是显著提高的。

在一些实施方式中，参考管材的中心轴线，所述侧凹部可以纵向地延伸，并且可以在管材的纵向延伸尺寸的一部分或全长上延伸。

在一些实施方式中，所述侧凹部可以延伸至所述管材的其中至少一个端部，并且可以在所述至少一个端部上是敞开的。

在一些实施方式中，所述侧凹部可以延伸至所述管材的所述两个端部，并且可以在所述两个端部上是敞开的。

在一些实施方式中，所述管材可以是方形管材，在该方形管材的四个侧壁之中的至少一个侧壁上可以设有所述侧凹部。

在一些实施方式中，在该方形管材的所有四个侧壁上可以分别设有所述侧凹部。

在一些实施方式中，在方形管材的每对对置的侧壁上可以分别设有相同数量且彼此对置的侧凹部。

在一些实施方式中，所有的侧凹部在其横截面中可以具有相同的几何结构。

在一些实施方式中，所述侧凹部在其横截面中可以在从侧凹部的处于管材内部的自由端部朝向侧凹部的向周壁过渡的根部的方向上至少部分地渐缩。

在一些实施方式中，所述侧凹部可以具有燕尾槽状的或者T形的横截面。

在一些实施方式中，所述管材可以由金属制成。

在一些实施方式中，所述管材可以是钢管。此外，铝材或者高强度的复合材料作为管材的材料也是可能的。

在一些实施方式中，所述侧凹部能被喷涂在管材外表面的覆盖材料填充，从而所述侧凹部能与所述覆盖材料形成材料锁合连接和形锁合连接。

在一些实施方式中，所述覆盖材料可以是防火防腐材料。此外，所述覆盖材料可以是装饰材料。

在一些实施方式中，所述管材可以构造成用于形成建筑物的墙体或立柱或梁。

在一些实施方式中，所述管材可以是圆形管材，在该圆形管材的周壁上可以分布地设有一个或多个纵向延伸的侧凹部。

根据本发明的另一个方面，提供了一种用于制造按本发明的管材的方法，该方法包括如下步骤：

提供金属板材；

通过成型工艺将金属板材成型为具有所述侧凹部或所述侧凹部的一部分的管材部件，所述管材部件的形状相应于待制造的管材的至少一部分的形状；并且

将一个、两个或更多个管材部件焊接成一个管材。

在一些实施方式中，所述步骤“提供金属板材”可以包括：利用开平机对弯曲的金属板材坯件进行开平。

在一些实施方式中，所述成型工艺可以是冷轧成型工艺或热轧成型工艺。

在一些实施方式中，所述金属板材可以是钢板。

在一些实施方式中，可以通过成型工艺将金属板材成型为具有所述侧凹部或所述侧凹部的一部分的管材半部，并且可以将两个同样的管材半部焊接成一个管材。

根据本发明的另一个方面，提供了一种管材模块，所述管材模块包括按本发明的管材和至少一个用于将管材形锁合地连接的连接件，其中，每个连接件能够同时插入两个待连接的管材的各一个侧凹部中，每个连接件具有两个连接部，所述两个连接部能够分别与两个待连接的管材的各一个侧凹部形锁合连接，从而将两个待连接的管材形锁合地连接。

在一些实施方式中，所述连接件的两个连接部可以构成为关于连接件的中间平面对称的两个半部。

在一些实施方式中，所述连接件的长度可以相应于所述侧凹部的长度，或者所述侧凹部的长度可以为所述连接件的长度的多倍。

在一些实施方式中，所述连接件的两个连接部的横截面可以分别相应于相应的侧凹部的横截面。

在一些实施方式中，所述管材可以是方形管材，其中，

所述管材模块可以是L形或T形管材模块，其由至少两个方形管材和将所述至少两个方形管材形锁合连接的至少一个连接件构成；或者

所述管材模块可以是十字形管材模块，其由至少三个方形管材和将所述至少三个方形管材形锁合连接的至少两个连接件构成；或者

所述管材模块可以是方形、口字形、日字形、井字形或者田字形管材模块，其由多个方形管材和将所述多个方形管材形锁合连接的多个连接件构成。

在一些实施方式中，所述管材模块的外表面可以被喷涂覆盖材料，使得空闲的侧凹部被所述覆盖材料填充并且与所述覆盖材料形成材料锁合连接和形锁合连接。

在一些实施方式中，所述管材模块可以构造成用于形成建筑物的墙体或立柱或梁。

根据本发明的另一个方面，提供了一种用于制造按本发明的管材模块的方法，该方法包括如下步骤：

提供至少两个管材和至少一个连接件；

将每两个待连接的管材相对于彼此定位成，使得形成至少一对彼此面向且贴靠的侧凹部；并且

在所述至少一对侧凹部中可以插入相应的连接件。

在一些实施方式中，所述侧凹部可以延伸至所述管材的其中至少一个端部，并且在所述至少一个端部上可以是敞开的，将连接件从侧凹部的所述至少一个端部之中的一个端部出发插入侧凹部中。

在一些实施方式中，在已连接的管材之间的连接部位处可以附加地进行焊接。

在一些实施方式中，在所述步骤“在所述至少一对侧凹部中插入相应的连接件”之后，可以对管材模块的外表面喷涂覆盖材料，使得所述覆盖材料填充空闲的侧凹部并与侧凹部形成材料锁合连接和形锁合连接。

本领域技术人员通过参照下面列出的附图阅读相应实施例的如下详细描述，将会明白相应实施例以及各种另外的实施例的优点。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步进行说明，其中：

图1a至图1j是本发明的管材的不同实施例的透视图和横截面图，

图2a至图2d是本发明的由图1a至图1j的管材构成的L形管材模块的不同实施例的横截面图，

图3a至图3b是本发明的由图1a至图1j的管材构成的T形管材模块的不同实施例的横截面图，

图4a至图4b是本发明的由图1a至图1j的管材构成的十字形管材模块的不同实施例的横截面图，

图5a至图5d是本发明的由图1a至图1j的管材构成的方形管材模块的不同实施例的横截面图，

图6a至图6c是本发明的由图1a至图1j的管材构成的口字形管材模块的不同实施例的横截面图，

图7a至图7c是本发明的由图1a至图1j的管材构成的日字形管材模块的不同实施例的横截面图，

图8a至图8c是本发明的由图1a至图1j的管材构成的井字形管材模块的不同实施例的横截面图，

图9a至图9b是本发明的由图1a至图1j的管材构成的田字形管材模块的不同实施例的横截面图，并且

图10是本发明的用于连接图1a至图1j的管材的连接件的横截面图。

具体实施方式

下面描述本发明的各个说明性实施例。在本说明书中，仅为了解释起见，在附图中示意性地描绘各个系统、结构和装置，但未描述实际系统、结构和装置的所有特征，比如熟知的功能或结构并未详细描述，以避免不必要的细节使得本发明模糊不清。当然应该明白，在任何实际应用时，需要作出许多具体实施决策以达到开发者或使用者的特定目标，并且需要遵从与系统相关和行业相关的限制，这些特定目标可能随着实际应用的不同而不同。此外，应该明白，这样的具体实施决策虽然是复杂的且耗费大量时间的，然而这对于受益于本申请的本领域普通技术人员来说是例行任务。

本文使用的术语和短语应该被理解和解释为具有与相关领域技术人员对这些术语和短语的理解一致的含义。本文的术语或短语的一致用法不意在暗示术语或短语的特殊定义，即，与本领域技术人员所理解的普通和惯常含义不同的定义。对于意在具有特殊含义的术语或短语，即，与技术人员所理解的不同的含义，这种特殊定义将在说明书中以定义方式明确列出，直接且毫不含糊地给出术语或短语的特殊定义。

除非内容要求，否则在下文的整个说明书中，词语“包括”及其变型、诸如“包含”将以开放式的、包容的意义来解释，也就是如“包括但不限于”。

在本说明书的整个描述中，参考术语“一实施例”、“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。因而，整个该说明书中不同地方出现的短语“在一个实施例中”或者“在一实施例中”不是必须都涉及相同实施例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“联接”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面借助于附图来描述本发明的管材1和由其构成的管材模块2的具体实施例，其中相同的附图标记在整个附图及其描述中指代相似或相同的元件。此外，下面所讨论的附图的各个特征没有必要按比例绘制。附图中的各个特征和元件的尺寸可以扩大或缩小，以更清楚地示出本发明的实施例。关于从附图中能够直接识别的教导的补充方面参见相关的现有技术。在此要注意的是，能够实行关于实施方式的形式和细节的多种改型和变化，而不会偏离本发明的总体构思。

本发明的管材1和由其构成的管材模块2可以应用于土木工程和建筑工程领域，例如用于在装入混凝土的情况下建造工程设施或建筑物的墙体、立柱或梁等部分。这些工程设施或建筑物可以是桥梁、隧道、地上建筑、地下建筑、构筑物等，尤其是高层建筑例如居民住宅楼、商业办公楼和商场。本发明的管材1之间、管材1与管材模块2之间以及管材模块2与管材模块2之间都可以根据需要而形锁合地连接成所需的几何结构。

图1a至图1b、图1c至图1d、图1e至图1f、图1g至图1h以及图1i至图1j分别示出本发明的管材1的第一至第五实施例的透视图和横截面图。

接下来首先借助图1a至图1b描述本发明的管材1的第一实施例。在此，图1a示出本发明的管材1的第一实施例的透视图，并且图1b示出本发明的管材1的第一实施例的横截面图。

在第一实施例中，管材1可以具有两个端部4、5、在两个端部4、5之间延伸的周壁6以及设置在周壁6上的侧凹部7。

管材1的两个端部4、5可以是都敞开的，从而两个端部4、5的任一个都可以被用于装填混凝土。

两个端部4、5都敞开的设计，可以便利于对管材1的定位。例如，在管材1及管材模块2制造工厂或在施工现场，为了将管材1或管材模块2组装或进一步组装而需对其定位时，以及在其它需要对管材1定位的情形下，不必担心因操作失误而导致管材1定位错误。错误的定位例如包括定位完成后不能装填混凝土，从而需要拆掉定位错误的管材1再重新对其定位和组装，这是耗时且麻烦的。

在一些实施方式中，管材1可以设置成仅其中一个端部4、5敞开。例如用盖将另一端部5、4封闭。在一些实施方式中，单个端部4、5可以仅部分地敞开，只要能够装填混凝土即可。也可能的是，这两个端部在底侧被封闭并且在侧旁设有用于装填混凝土的开口。

管材1的周壁6可以具有正方形(不考虑周壁6上的下面描述的侧凹部7带来的形状变化)的横截面，因此可以包括四个侧壁6。在一个示例中，正方形的横截面尺寸可以是150mm×150mm，但这当然可以根据实际需要而相应改变。周壁6的横截面结构在其整个纵向延伸尺寸上可以是保持不变的。但渐变或突变的横截面结构也是可以根据实际需求而考虑的。周壁6的壁厚可以根据国家标准或者根据实际需求来设计。

在管材1的每个侧壁6上可以一体地成型有一个侧凹部7。在一些实施方式中，单个侧壁6可以一体地成型有两个或更多个侧凹部7。在一些实施方式中，可以仅在一个、两个或三个侧壁6上一体地成型有侧凹部7。

侧凹部7可以从管材1的一个端部平行于管材中心轴线地延伸到另一个端部，并且可以在两个端部4、5处敞开。这样的设计可以有利地实现，可以将图10示出的连接件3的一部分(例如一个半部)在管材外部从管材1的任何一个端部4、5插入侧凹部7中并与之形成形锁合连接，从而不必担心由于管材1的错误定位而不能插入连接件3。在一些实施方式中，侧凹部7可以倾斜于管材中心轴线地延伸。在一些实施方式中，侧凹部7可以仅延伸到管材1的一个端部4、5处，并在该端部4、5处敞开，从而连接件3可以从该端部4、5处插入侧凹部7中。在一些实施方式中，侧凹部7可以不延伸到管材1的任何一个端部4、5处，但只要能将连接件3插入侧凹部7即可。

侧凹部7可以具有燕尾槽状的横截面。燕尾槽状横截面的设计可以有利地实现，侧凹部7可以与连接件3形成形锁合连接，使得连接件3不能在垂直于管材中心轴线的两个自由度上运动，或者说，连接件3的两个运动自由度被燕尾槽状的侧凹部7约束，使得连接件3既不能垂直于该侧凹部7所在侧壁6地运动，也不能在该侧壁6的横向方向上运动。此外还可以有利地实现，在装填混凝土的状态下，侧凹部7在管材内部可以被混凝土容易地包围，使得侧凹部7能与混凝土既形成材料锁合连接、又形成形锁合连接。相比于常规的仅材料锁合的管材混凝土结构，附加的形锁合连接能明显管材1与混凝土的连接牢固程度。因此，即使在管材混凝土结构承受远超正常水平的载荷或者经受严酷环境条件而显著热胀冷缩的情况下，形锁合连接连同材料锁合连接都能确保管材1与其内的混凝土的牢固接合，这对于工程设施或建筑物整体上的承载能力例如抵抗大风、火灾、地震等灾害的能力是非常有利的。

在一些实施方式中，侧凹部7可以具有T形的横截面或者其它类似的横截面，这些横截面的共同点可以在于，在从侧凹部7的处于管材内部的自由端部8朝向侧凹部7的向周壁6过渡的根部9的方向上可以至少部分地或完全地渐缩，即存在渐缩部10。因此，对于管材1和混凝土的分离趋势，在管材内部在渐缩部10处的混凝土可以施加抵抗该分离趋势的作用力。

现有技术中的管材与其内装填的混凝土仅通过材料锁合连接，但仅材料锁合连接不能确保管材1与混凝土的牢靠接合，因此现有的应用中会考虑在管材内表面上焊接多个加固钉，通过这些伸入混凝土中的加固钉来增强管材1与混凝土的接合强度。加固钉的引入无疑增加了时间、金钱和人力成本投入。而本发明的管材1因侧凹部7的设置而不必再设置加固钉或类似物。侧凹部7的渐缩部10对包围其的混凝土能形成良好的抓力点，因此已经可以良好地起到加固管材1与混凝土连接的效果，并且在结构上更简单，也更节省材料和成本。侧凹部本身的加固效果比常规的加固钉可以好很多，这是因为加固钉与混凝土只是点状作用，而侧凹部7可以与混凝土面状作用。

在管材1的两对对置的侧壁6上可以分别设置相同数量且彼此对置的侧凹部7，并且所有的侧凹部7在其横截面中可以具有相同的几何结构。这种完全对称的布置结构是有利的，因为可以避免因管材1定位错误而不能通过连接件3和侧凹部7的配合将各管材1彼此连接的问题。在一些实施方式中，在管材1的对置的侧壁6上可以设置不同数量的侧凹部7或者彼此不对置的侧凹部7或者横截面不同的侧凹部7，这可以根据特定应用场景来选择。

本发明的单个管材1的外表面或者由管材1制成的管材模块2的外表面(下面统称管材外表面)可以被喷涂覆盖材料，例如防火防腐材料。空闲的、即不被用于与连接件3连接的侧凹部7在管材外部也可以被覆盖材料填充。覆盖材料的厚度可以根据国家标准来设计，或者根据具体需要来选择。通过侧凹部7还能有利地实现，管材外表面的覆盖材料层与被其填充的侧凹部7也可以形成除材料锁合连接之外的形锁合连接，由此实现覆盖材料层与管材外表面的牢固连接。该附加的形锁合连接是特别有利的，因为在常规技术中，在对管材外表面喷涂材料层之前，需要首先执行喷涂界面剂和打网格布等前置步骤，而本发明的管材外表面与覆盖材料层由于存在形锁合连接而可以省却这些前置步骤，即可以直接对管材外表面喷涂覆盖材料。这大大简化了管材喷涂工艺，节省了人力、时间和金钱成本，并且大幅提高了生产效率。

在管材1本身的材料方面，管材1可以是钢管，因此可以与混凝土形成钢管混凝土结构(CFT)。在一些实施方式中，管材1也可以由其它金属或者高分子复合材料制成，例如可以是比钢轻的铝合金、镁合金和玻璃纤维增强塑料(玻璃钢)等。管材1的材料可以根据实际应用条件而变化，通过选择管材材料可以在力学需求和材料成本之间达到最佳协调。不同于管材之间的焊接，由于形锁合连接基本上不对管材材料产生任何限制，因此，对于本发明的管材1，原则上可以自由选择材料种类。

图1c至图1d示出本发明的管材1的第二实施例。在此，图1c示出本发明的管材1的第二实施例的透视图，并且图1d示出本发明的管材1的第一实施例的横截面图。第二实施例基本上与第一实施例一致，从而为相同或至少作用相同的部件使用相同的附图标记并且可以参考对以上第一实施例的说明。

所示的第二实施例与上述第一实施例的区别在于，管材1的周壁6可以具有大致长方形的横截面。长方形的横截面尺寸例如可以是150mm×300mm，但这完全可以根据实际需要而相应改变。在其中一对对置的侧壁6的每个侧壁6上可以一体地成型有两个侧凹部7。

图1e至图1f示出本发明的管材1的第三实施例。在此，图1e示出本发明的管材1的第三实施例的透视图，并且图1f示出本发明的管材1的第三实施例的横截面图。第三实施例基本上与第一实施例一致，从而为相同或至少作用相同的部件使用相同的附图标记并且可以参考对以上第一实施例的说明。

所示的第三实施例与上述第一实施例的区别在于，管材1的周壁6可以具有大致长方形的横截面。在一个示例中，长方形的横截面尺寸例如可以是150mm×450mm。在其中一对对置的侧壁6的每个侧壁6上可以一体地成型有三个侧凹部7。

图1g至图1h示出本发明的管材1的第四实施例。在此，图1g示出本发明的管材1的第四实施例的透视图，并且图1h示出本发明的管材1的第四实施例的横截面图。第四实施例基本上与第一实施例一致，从而为相同或至少作用相同的部件使用相同的附图标记并且可以参考对以上第一实施例的说明。

所示的第四实施例与上述第一实施例的区别在于，管材1的周壁6可以具有大致长方形的横截面。在一个示例中，长方形的横截面尺寸例如可以是150mm×600mm。在其中一对对置的侧壁6的每个侧壁6上可以一体地成型有四个侧凹部7。

图1i至图1j示出本发明的管材1的第五实施例。在此，图1i示出本发明的管材1的第五实施例的透视图，并且图1j示出本发明的管材1的第五实施例的横截面。第五实施例基本上与第一实施例一致，从而为相同或至少作用相同的部件使用相同的附图标记并且可以参考对以上第一实施例的说明。

所示的第五实施例与上述第一实施例的区别在于，管材1的周壁6可以具有大致长方形的横截面。在一个示例中，长方形的横截面尺寸例如可以是150mm×750mm。在其中一对对置的侧壁6的每个侧壁6上可以一体地成型有五个侧凹部7。

以上描述了本发明的管材1的五个具体实施例，但本发明的管材1可以不限于以上五种实施例。例如可以对管材1的形状进行改变，根据实际需要，圆形管材、异形管材等都是可以的。管材1的尺寸，包括长度和横截面的形状和尺寸，也是可以根据实际需要而改变的。管材周壁6上的侧凹部7的数量、延伸尺寸和方向、横截面形状、布置方式等都是可以改变的，只要侧凹部7至少部分地能实现在管材外部与连接件3的形锁合连接以及在管材内部与混凝土的形锁合连接即可。此外，管材周壁6的壁厚和其内的混凝土的等级可以根据实际需要来选择，例如承重大的管材混凝土结构相比于承重小的管材混凝土结构，管材壁厚可以更大，混凝土等级可以更高。在建造高层楼宇时，大壁厚的管材1和高强度等级的混凝土可以适于用在楼宇低层，而相对小壁厚的管材1和较低强度等级的混凝土可以适于用在楼宇高层。壁厚大小和混凝土强度等级可以随楼层高度增加而减小。

本发明的管材1可以由金属板材制成，对此，管材1的制造方法步骤可以包括：先通过成型工艺将金属板材成型为相应于管材1或管材部分的管材部件，并且同时在管材部件上成型有侧凹部7或其一部分，然后将至少一个管材部件焊接成一个管材。

如果一个成型出的管材部件相应于一整个管材1，那么只需要将这一个管材部件的两个自由边焊接在一起而形成环绕封闭的管材1即可。如果管材部件相应于一个管材1的两部分之一，那么需要将这两部分焊接在一起形成一个环绕封闭的管材1。也可以想到这两部分分别是一个管材1的两个相同的半部，这样只需要成型一种管材部件即可，便利于制造。当然，也可以是多于两个的管材部件才可以焊接成一个管材1。

在金属板材坯件、例如钢板坯件出厂时，通常是成卷的或者弯曲的，因此在在成型之前，可以先利用开平机对坯件进行开平。但如果原材料本身已经是平直的板材坯件，可以省去开平步骤。

成型工艺可以是冷轧成型工艺或热轧成型工艺等。

焊接可以通过激光焊或气泡焊进行。

下面总结性介绍本发明的管材1及用其制造的管材混凝土结构的各种可能的优点，但不局限于这些优点。此外，本发明的各个技术方案可以仅具有其中一部分优点；对于其中任一个优点，本发明的各个技术方案可以完全具有该优点，也可以仅仅在部分程度上具有该优点。

第一、相比于已知的钢筋混凝土结构，本发明的管材混凝土结构运输和安装更简单，只需将管材1或管材模块2运输至施工现场，必要的话进行再组装，并可以容易地将混凝土灌注到管材1或管材模块2中即可，方便省时。由于合适选择的管材混凝土结构材料本身就有足够的强度，因此不需要再在混凝土内设置钢筋，可以节省人工、时间和金钱成本。

第二、在现有的无侧凹部设计的钢管中，钢管之间的连接是在施工现场通过将相邻的管材侧壁焊接在一起而实现，如背景技术部分所述，这带来若干缺点。而本发明的管材1之间的连接不采用或不主要采用焊接连接，而是通过管材1之间的形锁合连接来进行。形锁合连接几乎可以适用于任何管材材料，这大大增加了管材材料的选择范围。焊接连接在本发明中可以在必要时作为形锁合连接之外的辅助性连接措施。管材1之间的形锁合连接可以通过管材1上的上面详细描述的侧凹部7实现，由此不再需要或者不依赖于施工现场的大量焊接辅助设施，也不再需要花费很大的人力成本和时间成本来进行大量焊接。

第三、本发明的管材1上的侧凹部7还可以在管材内部与混凝土形成除材料锁合连接之外的形锁合连接，该形锁合连接的牢固程度远超过现有技术中的二者之间的仅材料锁合连接，因此这能在出现严重超载、大风、地震、火灾等灾害发生时依然确保将二者牢靠连接，降低工程设施或者建筑物受损的可能性。

第四、空闲的或者说未被用于连接其它管材1的侧凹部7可以与管材外表面的覆盖材料层、例如防火防腐材料层形成除材料锁合连接之外的形锁合连接，由此可以有利地实现覆盖材料层与管材外表面的牢固连接。因此可以在管材外表面直接喷涂覆盖材料，而不必如在现有技术中那样，需要先执行对表面喷涂界面剂和打网格布等前置步骤。这大大简化了管材喷涂步骤，降低人工和材料成本，并且大幅提高了材料喷涂效率。

第五、在本发明的管材1完全对称设计的情况下，可以避免因管材1定位错误而导致的混凝土不能装填或者管材1不能连接等问题。这些对称设计可以包括：管材1的两个端部4、5的对称设计，以及管材周壁6及其上的侧凹部7的对称设计等。

本发明的管材1可以根据需要在工厂或者施工现场被连接成特定形状的管材模块2。在工厂制成管材1后，可以根据需要，首先在工厂完成管材1到管材模块2的组装，再运输到施工现场，将管材模块2与管材模块2或将管材模块2与单个管材1进行最终组装。在工厂进行的至少初步的组装是有利的，因为相比于在施工现场组装，工厂可以有利地实现自动化组装或者方便地进行人工组装。此外，在工厂制成的管材1或组装加工好的管材模块2是可以单独售卖的。

下面详细描述本发明的管材模块2的一些特定的实施例。为此，图2a至图2d、图3a至图3b、图4a至图4b、图5a至图5d、图6a至图6c、图7a至图7c、图8a至图8c、图9a至图9b分别示出由图1a至图1j中的管材1通过图10示出的连接件3连接而成的不同形状的管材模块2的实施例，下面进行详细的描述。

图2a至图2d示出由本发明的管材1构成的L形管材模块2的四种不同实施例的横截面图。这四种L形管材模块2是由上面的五种实施例的管材1中的其中两种通过连接件3形锁合连接而成。

对于图2a的管材模块2的组装或制造方法而言，首先，分别提供一个第一实施例的管材1、一个第二实施例的管材1以及一个图10所示的连接件3；然后，将两个管材1定位成，使得第一实施例的管材1的一个侧凹部7与第二实施例的管材1的一个长边上的一个侧凹部7彼此对置且贴靠，使得这两个侧凹部7形成的横截面结构相应于连接件3的横截面结构；接着，将一个连接件3从这两个侧凹部7的一端同时插入这两个侧凹部7中，使得两个管材1通过该连接件3形成形锁合连接。

在本发明中，术语“对置”和“贴靠”不要求是严格对置或严格贴靠，而是允许存在制造或装配误差，但只要能实现连接件插入各侧凹部中而形成形锁合连接即可。

由于两个侧凹部7都具有燕尾槽状的横截面，因此可以实现两个管材1分别与同一连接件3形锁合连接，从而实现两个管材1的间接的形锁合连接。该形锁合连接能确保两个管材1不能相对于彼此在垂直于管材中心轴线的两个自由度上运动，或者说，两个管材1的垂直于管材中心轴线的两个运动自由度被连接件3约束。

在将连接件3插入侧凹部7形成L形管材模块2之后，可以对管材模块2的不再用于连接或进一步处理的至少部分外表面喷涂覆盖材料，例如防火防腐材料。空闲的、即始终未被用于与连接件3连接的侧凹部7在管材外部也可以被覆盖材料填充。关于覆盖材料的描述，可以参照上面对管材1的相关描述。

类似地，图2b示出的L形管材模块2由一个第二实施例的管材1、一个第三实施例的管材1以及一个连接件3构成；图2c示出的L形管材模块2由一个第三实施例的管材1、一个第四实施例的管材1以及一个连接件3构成；图2d示出的L形管材模块2由一个第四实施例的管材1、一个第五实施例的管材1以及一个连接件3构成。这些L形管材模块2的制造方法可以基本相同。

图2a至图2d示出的四种L形管材模块2只是示例性的。其它的管材组合也可以用来形成L形管材模块2。此外，还可以由三个及以上的管材1及相应的连接件3构成L形管材模块2，只要它们形成L形形状即可。

在一些实施方式中，这些L形管材模块2可以作为围墙用在楼宇楼层的四个拐角处。

通过将两个及以上的管材1相应定位成T形，可以用连接件3将它们连接成图3a和图3b所示的T形管材模块2。对于图3a的T形管材模块2的组装或制造方法而言，首先，分别提供一个第二实施例的管材1、一个第三实施例的管材1以及一个图10所示的连接件3；然后，将两个管材1定位成，使得第二实施例的管材1的一个短边上的侧凹部7与第三实施例的管材1的一个长边上的中间的侧凹部7彼此对置且贴靠，使得这两个侧凹部7形成的横截面结构相应于连接件3的横截面结构；接着，将一个连接件3从这两个侧凹部7的一端同时插入这两个侧凹部7中，使得两个管材1通过该连接件3形成形锁合连接。以相同的方式可以组装或制造图3b的T形管材模块2，只是所需要的管材1类型不同。

在一些实施方式中，T形管材模块2的形成“T”的横边的管材1可以用于形成楼宇楼层的围墙，而形成“T”的竖边的管材1可以用于形成楼宇楼层内部的隔墙。

通过将三个及以上的管材1相应定位成十字形，可以用连接件3将它们连接成图4a和图4b所示的十字形管材模块2。对于图4a的十字形管材模块2的组装或制造方法而言，首先，分别提供两个第一实施例的管材1、一个第三实施例的管材1以及两个图10所示的连接件3；然后，将两个第一实施例的管材1分别对称地定位到一个第三实施例的管材1的两个长边侧，使得第三实施例的管材1的两个长边上的中间的各一个侧凹部7分别与两个第一实施例的管材1的一个侧凹部7彼此对置且贴靠，从而形成两对与连接件3横截面结构相应的侧凹部7；接着，将两个连接件3分别从这两对侧凹部7的一端同时插入这两对侧凹部7中，使得这三个管材1通过两个连接件3形成形锁合连接。以相同的方式可以组装或制造图4b的T形管材模块2，只是所需要的管材1类型不同。

在一些实施方式中，十字形管材模块2可以用于形成楼宇楼层内部的隔墙。

通过将两个及以上的管材1彼此平行定位成方形，可以用连接件3将它们连接成图5a和图5d所示的方形管材模块2，其方法类似于以上描述的组装或制造方法，这里不再赘述。方形可以是正方形或长方形。

在一些实施方式中，方形管材模块2可以用于形成楼宇楼层的较厚的立柱或横梁或较厚的墙。

通过将四个及以上的相应管材1定位成口字形，可以用连接件3将它们连接成图6a和图6c所示的口字形管材模块2，其方法类似于以上描述的组装或制造方法，这里不再赘述。

在一些实施方式中，口字形管材模块2可以用于形成楼宇楼层的围墙。

通过将五个及以上的相应管材1定位成日字形，可以用连接件3将它们连接成图7a和图7c所示的日字形管材模块2，其方法类似于以上描述的组装或制造方法，这里不再赘述。

在一些实施方式中，日字形管材模块2可以用于形成楼宇楼层的围墙和隔墙。

通过将相应数量的相应管材1定位成井字形，可以用连接件3将它们连接成图8a和图8c所示的井字形管材模块2，其方法类似于以上描述的组装或制造方法，这里不再赘述。

在一些实施方式中，井字形管材模块2可以用于形成楼宇楼层的隔墙。

通过将相应数量的相应管材1定位成田字形，可以用连接件3将它们连接成图9a和图9b所示的田字形管材模块2，其方法类似于以上描述的组装或制造方法，这里不再赘述。

在一些实施方式中，田字形管材模块2可以用于形成楼宇楼层的围墙和隔墙。

上述形状的管材模块2只是示例性的，如果需要，其它形状的管材模块2也可以通过本发明的相应管材1和连接件3制造而成。

在一些实施方式中，两个待连接的管材1也可以定位成，使得形成两对及以上的对置且贴靠的侧凹部7，相应地将两个及以上的连接件3分别插入其中一对侧凹部中，以增加两个管材1之间的连接牢固度。

此外，还可以对两个管材1之间的连接部位的周边附加地进行焊接操作，以满足附加的加固或密封要求。

图10示出本发明的用于连接管材1的连接件3的横截面图。连接件3可以具有两个连接部11，它们可以构成为关于连接件3的中间平面对称的两个半部。

两个连接部11的横截面可以相应于每对对置且贴靠在一起的侧凹部7的横截面，使得连接件3在插入之后可以与这对侧凹部7实现形状配合，进而可以有利地实现将两个管材1牢靠地形锁合连接。

在如图10所示的连接件的实施方式中，连接件的横截面形状与一对相配的侧凹部的横截面形状对应。然而也可能的是，这两个横截面形状可以具有一定的偏差。例如，与在图10所示的实施方式相比，按另一种实施方式的连接件可以具有更细的颈部和/或圆滑的角部。

在一些实施方式中，连接件3的长度可以相应于所述侧凹部的长度，从而一个连接件3可以正好容纳在一对相配的侧凹部7中。

在一些实施方式中，侧凹部7的长度可以为连接件3的长度的多倍，从而可以将多个连接件3相继插入一对相配的侧凹部7中。

连接件3的材料可以根据力学要求和安装便利性等来选择，其材料可以不同于管材1的材料，因为连接件3和管材1是单独的部件。

本发明可以包括在此隐含或明确公开的任何特征或特征组合或其概括，不局限于上述罗列的任何限定的范围。在此所述的有关任何元件、特征和/或结构布置可以以任何适合的方式组合。

以上公开的特定实施例仅是示例性的，对于受益于本文的教导的本领域技术人员来说显然的是，可以以不同但等同的方式修改和实施本发明。因此显然的是，可对以上公开的具体实施例进行改变和修改，并且所有这些变型都被认为是落入本发明的范围和精神之内。

Claims (10)

1.一种管材，用于装填混凝土以形成管材混凝土结构，该管材具有两个端部以及在所述两个端部之间延伸的周壁，其中至少一个端部具有用于装填混凝土的开口，其特征在于，在所述周壁上一体地成型有至少一个侧凹部，所述侧凹部构造成，在管材外部，所述侧凹部能被插入相配的连接件并且能与该连接件形成形锁合连接，并且在管材内部，在装填混凝土的状态下，所述侧凹部能被混凝土包围，并且所述侧凹部能与混凝土除了形成材料锁合连接之外还形成形锁合连接。

2.按照权利要求1所述的管材，其特征在于，参考管材的中心轴线，所述侧凹部纵向地延伸，并且在管材的纵向延伸尺寸的一部分或全长上延伸。

3.按照权利要求2所述的管材，其特征在于，所述侧凹部延伸至所述管材的其中至少一个端部，并且在所述至少一个端部上是敞开的。

4.按照权利要求3所述的管材，其特征在于，所述侧凹部延伸至所述管材的所述两个端部，并且在所述两个端部上是敞开的。

5.按照权利要求1至4之一所述的管材，其特征在于，所述管材是方形管材，在该方形管材的四个侧壁之中的至少一个侧壁上设有所述侧凹部。

6.按照权利要求5所述的管材，其特征在于，在该方形管材的所有四个侧壁上分别设有所述侧凹部。

7.按照权利要求6所述的管材，其特征在于，在方形管材的每对对置的侧壁上分别设有相同数量且彼此对置的侧凹部。

8.用于制造按照权利要求1至7之一所述的管材的方法，该方法包括如下步骤：

提供金属板材；

通过成型工艺将金属板材成型为具有所述侧凹部或所述侧凹部的一部分的管材部件，所述管材部件的形状相应于待制造的管材的至少一部分的形状；并且

将一个、两个或更多个管材部件焊接成一个管材。

9.管材模块，其特征在于，所述管材模块包括至少两个按照权利要求1至7之一所述的管材和至少一个用于将管材形锁合地连接的连接件，其中，每个连接件能够同时插入两个待连接的管材的各一个侧凹部中，每个连接件具有两个连接部，所述两个连接部能够分别与两个待连接的管材的各一个侧凹部形锁合连接，从而将两个待连接的管材形锁合地连接。

10.用于制造按照权利要求9所述的管材模块的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

提供至少两个管材和至少一个连接件；

将每两个待连接的管材相对于彼此定位成，使得形成至少一对彼此面向且贴靠的侧凹部；并且

在所述至少一对侧凹部中插入相应的连接件。

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