CN115244260A - 模块化复合作用板以及采用该模块化复合作用板的结构系统 - Google Patents

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Abstract

一种预制模块化复合结构板，包括复合结构楼盖系统。该结构板包括与沿支承单元之间的跨度方向排列的钢加劲构件连接的木板。通过将多个预制板组装进模块化阵列并浇筑混凝土，制成适配任何建筑几何形状的复合混凝土楼盖系统。该木板与钢加劲构件复合作用以用作只有最小支承或无支承情况下的临时模壳。在永久条件下，该钢加劲构件用于加固混凝土板，从而该木板可以与混凝土板复合作用以满足法规准许的强度和可用性要求。还公开了将钢与木构件连接的方法以及将板与支承梁连接的方法。该结构板还可以垂直定向并根据需要联接在一起以形成诸如壁、柱、支架、梁的其他建筑单元的模壳。

Description

模块化复合作用板以及采用该模块化复合作用板的结构系统
相关申请
本申请要求2021年1月7日提交的美国专利申请第17/143,543号的优先权，该申请在法律允许范围内通过引用整体并入本文。
背景技术
本申请一般涉及结构系统的制作。更具体地，本申请涉及楼盖系统、顶棚系统和墙系统的制作。
结构楼盖是建筑结构系统的主要构件之一。其将荷载(诸如居住者、家具和设备)传递至结构梁和柱，而结构梁和柱转而将该荷载传递到基础。混凝土因其广泛用于制作形态各异的楼板、在与钢筋复合作用时能够长跨度铺设、以及抗震和隔音特性，通常用于制作现代的结构楼盖。此外，木楼盖一般会带有混凝土顶板。但是，因担心火灾会严重减弱其承重能力，当前大多数司法辖区不允许(尽管没有严格限制)在高于地面6层及以上的高层建筑使用木楼盖。
在混凝土楼盖的制作过程中，在混凝土定型前需要用模板支承湿混凝土。结构楼盖的常用模板包括：永久式波纹金属楼承板模板，其通常用于钢建筑；由密集支柱支承的临时胶合板模壳，其通常用于混凝土建筑；在制作过程中与现浇顶板复合作用的预制混凝土板，其通常用于预制混凝土建筑。金属楼承板模板在无支承的情况下通常跨度约为10英尺，但如果跨度更长，为加固该模板所需的波纹深度会导致楼盖过厚以及成本增加。桁架式楼承板常用于亚洲市场以替代钢建筑中的波纹金属楼承板：使用钢筋格构桁架以加劲扁金属。桁架式楼承板的跨度范围限定一般来说与波纹金属楼承板相同。临时胶合板模壳也有缺点：胶合板模壳的支柱影响下方楼层的施工，固定支柱和模壳所花费的时间妨碍施工进度，以及胶合板模板在拆除后通常会被扔弃从而对环境造成负面影响。预制混凝土板在跨度较长的情况下通常需要临时支柱。
Filigree
Figure BDA0003773443420000021
系统(Mid-State Filigree Systems,Inc.1992)具有用作永久模壳的钢筋预制楼面板，以及从预制件的顶部突出以加固该楼板的钢格构桁架(参见产品文档)。然而，和其他预制混凝土楼面板模板相似，它们笨重，不易运输和吊装。
此外，大多数已居住空间在结构板(尤其是金属楼承板)下方会使用额外的顶棚饰面，比如石膏板或木板。这不仅增加材料和人工成本，也会增加环境影响。
发明内容
本文公开的一个或多个发明涉及一种预制模块化复合作用板、一种采用该复合作用板的结构系统、制作该复合作用板的方法、以及制作采用该复合作用板的结构系统的方法。
本文公开的复合作用板能够提供一种轻质模壳，该轻质模壳在无需支柱的情况下具有较长跨度，并同时作为美观的顶棚饰面永久存在。如果模壳与作为结构系统一部分的混凝土复合作用，可获得更高效率。为此，具有由传统混凝土配筋制成的加劲构件的轻质木板可达此目的。
本文中所用术语定义如下：
“木”：包括天然和人造木，另有说明的除外。在本文中，“木”和“木材”可互换使用。
“木板”是指木层，无论该木层是由一层还是多层木料薄板构成的，也无论给定木料薄板层是单层还是多层。
“复合作用板”是指体现本文所述原理的板。其也可以指木-钢筋桁架板、木材-钢筋桁架板、或预制模块板。
“奔马曲腿形(galloping)”是指与圆钢或钢条的弯折外形有关的蜿蜒轮廓，其具有正弦曲线特征。
“预制”是指提前制作并可运至安装现场以在该安装现场进行安装。
在一个实施例中，复合作用板包括：
彼此平行排列且各沿跨度方向延伸的钢加劲构件；以及
通过结构连接件固定到该钢加劲构件上的木板；
其中，
该钢加劲构件用作该复合作用板的第一弦杆和腹杆单元，该木板用作该复合作用板的第二弦杆，以及
该钢加劲构件和该木板实现复合作用和桁架特性。
在一个实施例中，该结构连接件沿该钢加劲构件分立设置。
在一个实施例中，该结构连接件沿跨度方向连续固定该钢加劲构件和该木板。
在一个实施例中，该钢加劲构件和木板通过连接结构连接在一起，其中该连接结构包括该钢加劲构件焊接或栓接在其上的金属板以及选自机械紧固件、钉、钉板和粘接剂的紧固单元。
在一个实施例中，该木板选自交叉层压木(CLT)、钉层压木(NLT)、层板销合木(DLT)、和胶合层压木(GLT)。
在一个实施例中，该钢加劲构件为三维或平面钢筋桁架。
在一个实施例中，每个钢加劲构件均包括三维钢筋桁架，其中该三维钢筋桁架具有(a)一个用作上弦杆的变形筋；两个连续筋，其弯折成两个斜腹筋并固定在该变形筋上，以及分别与该斜腹筋的相应底部连接的两个底筋，该斜腹筋弯曲成奔马曲腿形。
在一个实施例中，每个钢加劲构件包括平面桁架，其中该平面桁架具有(a)顶筋；(b)弯折成奔马曲腿形状的一个连续斜腹筋；以及(c)连接在该斜腹筋底部的一个底筋。
在一个实施例中，该钢加劲构件包括打孔金属板或预制型钢。
在本文公开的一个实施例中，该复合作用板为预制板。
在一个实施例中，该钢加劲构件的延伸方向为沿跨度方向以及沿横向于该跨度方向的另一方向。
在一个实施例中，一种结构组件，包括:
根据以上任一实施例的复合作用板；以及
内埋该钢加劲构件的混凝土或水泥材料。
在一个实施例中，该结构组件是屋顶系统、楼盖系统、墙、柱、支架或梁的一部分。
在一个实施例中，该结构组件是屋顶系统或楼盖系统的一部分。
在一个实施例中，一种复合整体式系统，包括：
根据以上任一实施例的多个复合作用板；
位于相邻复合作用板之间的接合加强件；以及
埋设钢加劲构件的混凝土或水泥材料。
在一个实施例中，该复合整体式系统是指楼盖系统或屋顶系统。
在一个实施例中，该复合整体式系统进一步包括支承该楼盖系统或该屋顶系统的支架，该支架选自于钢梁、预制混凝土梁、现浇混凝土梁、或木梁。
在一种复合整体式系统的一个实施例中，该复合板横跨在支架之间，或者继续延伸跨过该支架的具有开口的顶部，使得该混凝土板实现与该支架的复合作用。
在一种整体式结构系统的一个实施例中，该木板可以设计为永久性地贡献该结构楼盖的强度和/或可用性，其中基于期望的木板贡献度选择该木板和混凝土厚度，并增加额外的抗剪连接件以达到期望的复合作用水平。
在一个实施例中，一种方法包括：
预制根据以上任一实施例的复合作用板；
将该复合作用板运送至安装现场；
将该复合作用板支承在期望方位；以及
将该钢加劲构件埋入混凝土板。
可以理解地是，木板与钢加劲构件复合作用，从而临时支承混凝土的湿重，且该木板可以设计为在最小支承或无支承的情况下跨越单向或双向钢筋混凝土板的典型跨度。在永久条件下，可使用钢加劲构件加固混凝土板，从而该木板可与混凝土板复合作用以满足强度和可用性要求。在施工过程中，该木板的底部优选地由保护层保护，并具有永久的美观的顶棚饰面。该预制模壳优选地提前制备，以减少现场作业并加快施工速度。支柱的显著减少允许下方楼层施工，从而进一步缩短工期。通过将多个预制复合作用板组装到模块阵列内，可以形成适用于任何建筑几何形状的楼盖系统。该预制复合作用板质量轻且可以叠放，从而便于运输和安装。该固定式木顶棚饰面无需额外的顶棚材料，从而减少对环境的整体影响。根据本发明的系统用途广泛，可用于钢构架、混凝土现浇梁和柱、预浇混凝土系统、以及木构架。
通过查阅附图和以下详细说明，一个或多个本公开发明的其他系统、方法、特征和优点对本领域技术人员来说是显而易见的。所有上述其他系统、方法、特征和优点意图包含在说明书内、发明范围内、并受后附权利要求的保护。
附图说明
以下附图包含在本说明书中并构成其一部分，与说明书一起阐释了本发明公开的系统的实施，并说明了该公开系统的优点和原理。在附图中：
图1是根据本公开原理的在浇注混凝土或水泥材料后可用作复合木楼盖系统楼板的示例性单个复合作用板的透视图。
图2是根据本公开原理的在浇注混凝土或水泥材料之前的示例性单个复合作用板的透视图。
图3是示例性复合作用板或木-钢筋桁架板的分解图，其描绘了在图2所示木-钢筋桁架板组装之前图2所示的木-钢筋桁架板的各构件。
图4a是示例性钢筋桁架组合件的透视图，其示出了单个钢筋桁架组合件的构件，该钢筋桁架组合件可用作图3所示单个木-钢筋桁架板的钢加劲构件。
图4b是图4a所示示例性钢筋桁架组合件的分解图。
图5a是图4a所示预制钢筋桁架的平面图。
图5b是图4a所示预制钢筋桁架的正视图。5b截面的位置参见图5a。
图6a是从图4a所示预制钢筋桁架的典型截面处截取的截面图。截面位置见图5b。
图6b是从图4a所示预制钢筋桁架末端截取的截面图。截面位置见图5b。
图6c是从视觉上垂直于跨度方向的图4a所示预制钢筋桁架的端部截取的截面图。截面位置见图5a。
图7是图2所示示例性单个复合作用板的平面图，其示出了图3所示预制钢筋桁架和横向钢筋的布设。
图8a和图8b分别是图7所示复合作用板组合件沿线8a-8a’和8b-8b’截取的纵向和横向正视图。
图9示出了图2示例性单个复合木楼盖系统楼板中所示的铺设在木板10上的连接件的平面详图。
图10a为图9中10a部分所示的木板和连接板组合件的一角的平面详图。
图10b是图9中10b部分所示的木板和连接板组合件的侧边的平面详图。
图11a是在图2所示与本公开一致的说明性复合作用板末端截取的截面详图，如图9中的部分11a所示。
图11b和11c是图2所示复合作用板的另一截面详图，分别如图9中的部分11b和11c所示。
图12a-f描绘了可用于图3所示木板和钢筋桁架笼构件之间形成刚性连接的替代连接类型的截面。这些连接类型中的任何一个连接类型均可与任何其他连接类型组合使用以在木板和钢筋桁架笼之间形成刚性连接。
图13a是说明性结构系统的透视图，该楼盖系统的制作使用结构钢作为梁(端42、侧43)和柱41的框架以及一系列预制模块化复合作用板50(参见图2)。
图13b是图13所示说明性结构系统的平面图，其示出了结构钢框架所用的复合作用板的模块化特性。
图14的截面图描绘了图13b的部分14所示的模块化系统的两个相邻复合作用板之间的侧边接合详情。该截面图示出了安装在复合作用板之间以防止施工过程中混凝土泌浆的机构。
图15a的截面详图示出了在内支承条件下由宽翼缘钢梁支承的预制模块化复合作用板的端部支承详情，如图13b中的部分15a所示。
图15b和15c是在内支承条件下由宽翼缘钢梁支承的预制模块化复合作用板的另一详情的截面详图。图15b示出了一种构造，其中预制复合作用板的木材部分安装在钢立面的顶部下方，从而减小了结构的整体深度。图15c的详图示出了在内钢支承梁上连续延伸的复合作用板。参见图13b，多复合作用板模块布局中内支承条件的位置。
图16a的截面详图示出了在如图13b中的部分16a所示的边缘支承状态下由宽翼缘钢梁支承的预制模块化复合作用板的端部支承详情。
图16b的另一截面详图示出了在边缘支承状态下由宽翼缘钢梁支承的预制模块化复合作用板的端部支承详情。有关截面位置，参见图13b部分16a。与图15b中所示替代方案类似，这种替代构造使得预制复合作用板的木材部分安装在钢立面的顶部下方，从而减小结构的整体深度。
图17a的截面详图示出了在内部支承状态下由现浇混凝土梁支承的预制模块化复合作用板的端部支承详情。关于截面截取位置，参见图13b中的部分15a。
图17b的截面详图示出了在边缘支承状态下由现浇混凝土梁支承的预制模块化复合作用板的端部支承详情。关于截面截取割位置，请参考图13b中的部分16a。
图18是单个预制模块化复合作用板的可能的吊装结构的透视图。
图19a的一般流程图概述了根据本公开原理的模块化复合木楼盖系统的制作和安装所涉及的基本步骤和原料。
图19b的流程图概述了根据本公开原理的单个预制模块化复合作用板的制作过程。
图19c的流程图概述了根据本公开原理的使用一个或多个预制复合作用板的结构楼盖系统的安装过程。
图20的透视图示出了示例性结构系统的单个凸出结构并标出了典型结构系统中使用的主要构件类型。
图21a是预制模块化木梁构件单元的主要构件的透视图。
图21b是示出了预制模块化木柱构件单元的主要构件的透视图。
图21c是示出了预制模块化木墙构件单元的主要构件的透视图。
具体实施方式
下面将详细描述附图所示的符合本文公开原理的预制模块化复合作用板的一个或多个实施方案。该预制模块化复合作用板可以并入建筑或其他结构的楼盖或屋顶系统内并用于承受表面荷载以及在各应用层面上提供连续薄钢板。复合作用板的模块化特征所具有的灵活性使得可以定制采用该复合作用板的系统以适合任何建筑几何形状，其中一系列重复制作的复合作用板构件优选地如附图和说明书中所示的那样连接。复合作用板的预制特性使得其可以在工厂预制，从而改善施工容差，加快施工速度，而无须单独指派工人现场安装板配筋。
附图和说明书中描述了本公开的复合作用板和采用该板的系统的示例性实施例。然而，通过该复合作用板的实施，可以在结构系统寿命期间的任何时间点使用本文所给出的主要材料(木材、钢和混凝土)的任何组合，从而实现结构楼盖或楼盖系统以及本文公开的其他系统。符合本公开原理的模块化复合木楼盖系统能够减少或消除临时模壳和支柱，同时使用传统建筑材料以提高施工速度并降低总施工成本。本公开的其他优点包括但不限于:重量轻且可堆叠以便于运输和安装；在项目中引入碳封存，从而增强可持续性能；以及提供美观的饰面，潜在地消除了对吊顶的需要。
图1是根据本公开原理的采用一个或多个复合作用板的示例性单个复合木楼盖系统的透视图。如图1所示，该模块化复合木楼盖系统楼板包括经由连接件30连接至钢加强件20的木板10，其中该木板10、该钢加强件20、和该连接件30形成复合作用板。将混凝土40(为便于理解，图中以虚线示出)浇注在该复合作用板上以包裹并埋置所有钢加强件。在该示例性描述中，木板10、钢筋桁架20和连接件30均为预制，组合成一个或多个复合作用板，并运送到现场。安装完毕后，在现场安装该一个或多个复合作用板，然后现浇混凝土40，从而形成整体式楼盖系统。图2示出了在浇注混凝土40之前的预制复合作用板。
图1所示的木板10显示了木板的示例性尺寸和形状；然而，根据本公开的原理可以实现任何形状和尺寸的木板。尽管图1所示的木板10显示了具有3层厚度的交叉层压木特征，但任何层数均可使用。该木板须足够坚固以用作复合混凝土模板的一部分。替代的层压方式可以包括但不限于层板销合木、钉层压木、和胶合层压木。此外，如上所述，该木可以由天然或人造木制成。
在该说明性示例中，钢加强件20由变形钢条和圆钢构成。但是，可以使用其他类型的钢加强件以实现其他材料(木材10和混凝土40)之间的复合作用。上述其他类型的钢加强件包括但不限于钢板、打孔钢板和轧制型钢。此外，该说明性示例示出了钢筋的示例性尺寸和构架；但是，钢加强件40可以以多种方式构造以实现所需的强度和使用性能。
图3是图2所示说明性示例的分解透视图。图3示出了位于该示例性组合件或复合作用板底部的木板10。连接器30用于木板10和预制钢筋桁架21之间的结构连接。在该说明性示例中，如图11a-11c所示，通过自攻方头螺钉32将该连接板30连接到木板10上。这只是木板10和连接器30之间的一种可能连接方法。其他连接技术将在下文讨论中更详细地描述(参见图12a-12f)。钢筋桁架21通过所有接触焊接到连接件30上。在该说明性示例中，该复合作用板被设计和详细描述为单向系统，这意味着该复合作用板在钢筋桁架的跨度方向或长度(图中的长方向)上横跨，并沿横跨线或横向(图中的短端)方向上由该钢筋桁架的两端支承。该钢筋桁架21被构造成沿平行于该跨度方向延伸。通过经由该连接器30将一系列钢筋桁架21并联连接到木板10，形成预制复合作用板。横向加强件22设置在垂直于跨度的方向上。在该说明性示例中，横向加强件22为附加的钢筋，其使用标准施工技术用钢丝妥当捆扎；但是，可以将横向加强筋22集成到钢筋桁架21中以有助于复合作用板的复合强度并能够应用于双向系统。
图4a是图3所示和上文所述的单个钢筋桁架21的透视图。钢筋桁架21是三维桁架，其由一个具有平直连续顶部的变形筋21A、两个弯曲成奔马曲腿形状的倾斜的连续对角斜筋21B、两个具有平直连续底部的变形筋21C、两个具有水平端部支承的钢筋21D(钢筋桁架21的每端放置一个)和两个具有垂直端部支承的钢筋21E(钢筋桁架21的每端放置一个)组成。所有钢筋在接触处焊接成整体以形成单个的三维钢筋桁架21。
图4b是图4a所描述构件的分解透视图。倾斜的连续对角斜筋21B被焊接到顶筋21A和底筋21C上。底筋21C被焊接到水平端部支承钢筋21D上，该水平端部支承钢筋21D被焊接到垂直端部支承钢筋21E上。该垂直端部支承钢筋21E也被焊接到顶筋21A上。如上文所述，这仅示出一种优选的钢筋桁架结构。根据本公开的原理，可以实现其他结构。
图5a为图4a所示预制钢筋桁架21的平面图。部分5b和6c用作图5b和6c所示截面的参考。
图5b是图4a所示预制钢筋桁架21的正视图。关于截面5a的位置，参见图5a。该正视图示出了倾斜的对角斜筋21B的奔马曲腿构型的示例。如图所示，该奔马曲腿构形的对角斜筋21B具有以规则间距布设在桁架顶部和底部的水平段从而允许对角斜筋21B分别与顶部和底筋21A和21C充分接触。在该优选实施例中示出了对角斜筋21B的水平段，但不要求这些水平段的长度长到使对角斜筋21B与顶部和底筋(21A和21C)之间完全接触。该桁架轮廓由一根连续的圆钢构成；但是，桁架行为可以使用上文所述的替代构架来实现。允许钢筋笼21和木板10之间复合作用的任何桁架构架均与本文公开的原理一致。部分6a和6b用作图6a和6b中所示截面的参考。
图6a是在图4a所示预制钢筋桁架21典型横截面处截取的截面图。该截面的位置参见图5b。如该截面所示，顶筋21A被夹在两个倾斜的对角斜筋21B之间，并且沿着接触部分焊接在二者之间。该截面图还示出了该底筋21C相对于该倾斜的对角斜筋21B的位置。
图6b是在图4a所示的预制钢筋桁架21的端部处截取的截面图。
该截面的位置见图5b。如该截面所示，顶筋21A位于垂直端部支承钢筋21E上方，底筋21C位于水平端部支承钢筋21D的上方。该水平端部支承钢筋21D在垂直端部支承钢筋21E内部延伸。上述钢筋中的每个都在接触位置通过焊接连接。
图6c是从视觉上垂直于跨度方向的图4a所示预制钢筋桁架的端部截取的截面图。该截面的位置见图5a。该截面示出了底筋21C和顶筋21A分别与支承钢筋(分别为水平支承钢筋21D和垂直支承钢筋21E)之间的关系。此外，该截面示出了倾斜的对角斜筋21B的水平段以及对角斜筋21B与钢筋桁架21的端部端接。
图7是图2所示示例性复合作用板的平面图，其示出了预制钢筋桁架21和横向加强件22如何布设在下面的木板10上。一系列沿跨度方向延伸的钢筋桁架以平行构架放置，并沿木板宽度等间距分布。类似地，沿垂直于跨度方向延伸的横向加强件22以平行构架放置，并沿木板长度等间距隔开。
图8a和图8b分别是图7所示复合作用板的纵向和横向截面图。截面截取位置见图7。图8a示出了横向加强件22的示例性分布以及预制钢筋桁架21相对于木板10的标高。图8b示出了预制钢筋桁架21沿木板10宽度上的示例性分布，以及横向加强件22相对于顶筋21A和底筋21C的标高。钢筋桁架组合件的详图参见图5和图6。
图9是示出了图2示例性复合木楼盖系统楼板中所示的铺设在木板10上的连接件30的平面图。如该图所示，该示例性复合作用板具有三种钢连接板类型。典型的内部连接板31A是沿横向于复合作用板跨度延伸的连续钢板条，并且定位成确保倾斜的对角斜筋21B(参见图5a和5b)和内部连接板31A之间的接触。该接触允许内部连接板31A和倾斜对角斜筋21C之间的焊接。该端部连接板31B位于复合作用板的两端。类似于内部连接板31A，该端部连接板31B是定位成确保与倾斜的对角斜筋21B接触的连续钢板条，从而允许端部连接板31B和倾斜的对角斜筋21B之间的焊接。端部连接板31B的尺寸可以调节以防止湿混凝土在现场浇注时渗浆。侧边连接板31C是位于木板10一侧的单个连续钢板条。最外缘的倾斜对角斜筋21B焊接到侧边连接板31C上。
在该说明性示例中，方头螺钉紧固件32用于将连接板30和木板10连接。可选的连接类型包括但不限于图12a-12f所示的连接类型。
图10a是木板10和连接板30组合件的隅角平面详图。该详图示出了侧边连接板31C，其延伸到木板10外。该延伸允许连接板在端部和侧边接合处也起到浇注止挡的作用。关于复合作用板端部和侧边接合的更多详情，请参考图13-16。还可以根据需要将该端部连接板31B延伸到木板之外以容纳端部连接件，参见图16a。
图10b是木板10和连接板30组合件的典型边缘的平面详图。该预制钢筋桁架21已经以细线形式包括在该详图中，从而示出上述桁架21和连接板(内部31A和边缘31C)之间的重叠部分。
图11a是根据本公开的图2所示的从示例性复合作用板端部截取的截面详图。截面截取位置参见图9。该详图示出了在端部支承状态下与木板10齐平的端部连接板31B。关于复合作用板端部和侧边接合的更多详情，参见图13-16。尽管该详图示出的是端部连接板31B、钢筋桁架21和木板10的示例性构架，但符合本公开原理的替代构架也是可以的。该详图还示出了将端部连接板31B和内部连接板31A连接到木板上的方头螺钉紧固件32。可选的连接类型包括但不限于图12a-12f所示的连接类型。
图11b和11c是根据本公开的贯穿图2所示示例性复合作用板截取的另一截面详图。截面截取位置参见图9。与图11a类似，该截面详图示出了用于将内部连接板31A连接至木板的紧固件32。此外，图11b示出了钢筋桁架21和内部连接板31A之间的接触。钢筋桁架21和内部连接板31A在该接触的长度方向上焊接在一起。
图12a-12f是视觉上沿图2所示示例性面板横向方向的孤立截面详图。上述详图示出了实现钢筋桁架组合件21和木板10之间的复合作用的可选连接方式。注意，钢筋桁架组合件21与其下木板10的连接方式包括但不限于图12a-12f中所示的连接方式。
图12a示出了将连接板30连接至木板10的方头螺钉紧固件33A。在该构架中，钢筋桁架21焊接至连接板30上。该方头螺钉紧固件33A也可以如图12b所示的倾斜方向安装。
图12c和12d示出了机械连接的其他方式，包括钉子33B和冲孔金属板33C。冲孔金属板33C，有时称为钉板，是建造木桁架的常用构件，但在本发明中也可用作传递足够荷载的机构。钢和木材构件之间的连接也可以通过环氧树脂方法。这包括但不限于通过环氧树脂33D将连接板30直接连接到木板10上，以及通过环氧树脂将钢筋桁架21直接连接到木板10上。
图13a是示例性结构系统的透视图，其中楼盖系统的制作使用结构钢(作为梁(端部42和侧部43)和柱41框架)以及一系列预制模块化复合作用板50(参见图2)。该图代表性地示出了复合作用板，但为清楚起见，并未详细示出钢桁架。如该示例性系统所示，模块化楼盖系统板50彼此相邻安装并横跨在端部支承构件42之间。除了提供系统的结构稳定性之外，侧方支承构件与预制模块化复合作用板50的纵向面平行设置以用作端部复合作用板的边缘支承。
图13b是图13a所示示例性结构系统的平面图。该平面图清晰示出了本公开复合作用板的模块化特性。预制模块化复合作用板50的形状和尺寸可以基于结构系统的几何形状来确定以允许重复制作相同的模块制作整个楼盖系统。尽管该图示出的系统使用结构钢作为框架构件，其他系统包括但不限于钢筋混凝土框架、预浇钢筋混凝土框架、预应力钢筋混凝土框架、木框架以及这些框架类型的任何组合。
图13a和13b还示出了相邻复合作用板的接合部位处所需的附加的接合加强件。在模块化复合作用板50的每个内端和侧边分别需要主接合加强件25A和横向接合加强件25B。楼盖系统的边缘周围也需要具有钩状边缘的加强件25C。这些附加的钢筋可以在混凝土浇筑之前的运输和安装过程中的任何时间安装。
图14是在两个相邻模块化复合作用板50之间的侧边接合处截取的截面详图。关于截面截取的位置，参见图13b。该详图示出了示例性的水密机构，其防止混凝土经由因安装公差可能造成的接缝11渗漏。尽管在该示例中示出的详图使用可以现场安装的胶合板14薄条以将相邻的复合作用板连接并防止湿混凝土渗浆，但是可替代的水密机构包括但不限于薄金属条(参见图9的侧边连接板31C)、胶带或橡胶垫圈。如使用CLT板制作楼板时的通常做法，该木板10还可以具有偏置的顶层以允许木板的自然搭接。
图15a的截面详图示出在内部支承条件41A下由宽翼缘钢梁支承的预制模块化复合作用板50的端部支承详情。截面的截取位置参见图13b。在该示例性详图中，两个相邻的木板10直接支承在端部支承钢梁翼缘41A上。该预制模块化复合作用板50的尺寸和安装确保通过抗剪短杆44在端部支承构件41A和混凝土40之间实现复合梁作用。为实现板的连续性，在支承线上设置附加的主接合加强件25A。这种结构需要扎带15或等同物，以在浇筑混凝土之前临时保证预制模块化复合作用板50的稳定性。提供临时稳定性的其他方法包括但不限于木材与钢的螺栓连接、木材与木材的连接。
其他内部板端部支承方法包括但不限于图15b和15c所示的方法。如图15b所示，可以通过直接支承端部连接板31B和端部支承梁41A来实现连接。如图15c所示，也可以通过将连续木板10沿支承梁41A的顶部延伸进行连接。根据图15c所示详图，如果需要复合作用，需要额外考虑在木板10上开槽以确保支承梁41A和混凝土40之间的复合作用。
图16a的截面详图示出了由宽翼缘钢梁在边缘支承单元41A支承的预制模块化复合作用板50的端部支承详情的截面详图。截面截取位置参见图13b。与图16a类似，木板10直接支承在端部支承钢梁翼缘41A上。同样，与图16a类似，该预制模块化复合作用板50的尺寸设计为确保能够在端部支承构件41A和混凝土40之间实现复合梁作用。根据典型的钢筋混凝土的细节标准，板在该位置处的顶筋26A的边缘被钩住，并且凸缘钢筋26B的边缘如该示例性详图所示。关于图16b所示的其他外部端部支承结构的信息，参见上述图15b。
图17a的截面详图示出了在内部支承条件41B下由钢筋混凝土梁支承的预制模块化复合作用板50的端部支承详情。关于截面的截取位置，参见图13b的部分15a。如该详图所示，木板10由用于形成内部混凝土端部支承构件41B的梁模壳12支承。梁模壳12的可能功能包括但不限于：在混凝土固化后拆除的临时模壳、在结构寿命期间留在原位或作为与混凝土梁复合的结构系统的永久整体部分的永久模壳。梁模壳可以需要或不需要额外的支柱13，并且仍然与本公开一致。图16a的截面详图示出了预制模块化复合作用板50的端部支承详情，面板由宽翼缘钢梁在边缘支承单元41A处支承。截面的截取位置见图13b。
关于安装顺序，在该说明性示例中，首先安装梁模壳11，然后安装预制模块化复合作用板50。最后，安装梁箍筋27B、纵向钢筋27A和主接合加强件25A。还可以将部分以上构件一体集成以提高施工速度。
图17b的截面详图示出由钢筋混凝土梁在边缘支承单元41B处支承的预制模块化复合作用板50的端部支承详情。截面的截取位置见图13b部分16a。关于梁模壳11构架和安装顺序的说明参见图17a的描述。如该截面所示，用于外部混凝土端部支单元41B的主接合加强件25A是被钩入梁内的。
图18是单个预制模块化复合作用板50的可能吊装构架的透视图。如该图所示，复合作用板50可以通过连接第二钢索52A的4个连接点52B吊起，并回绑到主钢索54上。本公开可以直接从钢筋笼吊装。根据需要，在吊装连接点处提供额外的紧固件以确保提供足够的撤回能力。预制模块化复合作用板还可以设置额外的吊装金属构件以根据需要增加连接能力。尽管该图仅示出了单个复合作用板的吊装，但是也可以一次吊装多个复合作用板。
图19a的一般流程图概述了根据本公开原理的模块化复合作用木楼盖系统的制作和安装过程中涉及到的基本步骤和材料。如该图所示以及上文详细描述的，木板10、连接件30和钢加固件(钢筋桁架)20构成了预制模块化复合作用板50。然而，在制造任何复合作用板之前，必须生成单个复合作用板构件的详细制造图以及安装图以确定每个待制作的复合作用板的几何形状。可使用传统的二维制图或参数化的三维建模工具实现上述绘图。在复合作用板的几何形状通过建模过程确定后就可制作该复合作用板。图19b提供了详细说明合适的制作过程的流程图，该制作过程优选地在工厂进行或复合作用板的安装现场之外进行。复合作用板在工厂制作完毕后，可以将其运至安装现场，按照安装方案进行安装。图19c提供了安装过程的详细流程图。安装完成后，浇注混凝土，从而形成结构系统，其在本说明性实施例中为整体式楼盖或屋顶系统。
继续参考图19A，在步骤S1中，生成单独复合作用板构件的详细制造图以及安装图以确定单独待制作复合作用板的几何形状。在步骤S2中，木板10和钢加固构件20通过如上所述的连接器30彼此固定。在步骤S3中，得到复合作用板。在步骤S4中，将预制复合作用板运送到安装现场。在步骤S5中，在安装现场妥当安装例如楼盖构件、墙构件或顶棚构件的预制复合作用板(以及典型的其它预制板)，并且与如上所述的其它结构构件(例如其它复合作用板)临时接合，并将混凝土浇入模板。在混凝土(或水泥材料)固化后，于步骤S6拆除附加的模板构件，从而得到安装后的模块化复合木板和桁架板，其仅作为示例在图19A中描述为楼板。
图19b的流程图概述了根据本公开原理的单个模块化木楼盖系统板的制作工艺。如该制作流程图所示，预制模块化复合作用板的每个构件在工艺前端都有独特的制作要求(参考步骤S3.1-S3.3)。在每个构件都制作完成后，它们会被组合成一个复合作用板。基于连接顺序的制作步骤随连接方式而变。这些不同的连接方式和其说明参见图12a-12f以及上文的相关描述。
继续参考图19b，在步骤S1中，生成单独复合作用板构件的详细制作图和安装图以确定待制作的单独复合作用板的几何形状。在步骤S2.1、S2.2和S2.3中，取原材料以用于制作每个单独的构件。在步骤S3.1、S3.2和S3.3中，根据各构件的图纸，将每个复合作用板构件制作成指定的几何形状。可以使用标准工业技术制作木板。可以通过将板件切割成一定长度/尺寸然后在板上钻孔的方式制作连接件。可以通过将钢筋切割成一定长度、将对角斜筋折弯成奔马曲腿形状、然后按上文所述方法将所有钢筋焊接在一起制作加固构件(钢桁架)。
在步骤S4.1和S4.2中，根据指定连接类型的要求，在木板上执行附加准备工作。在本例中，确定是否使用环氧树脂连接。如果是，则在木板上刨槽以接收连接板，或者在木板上为连接板开榫槽。
在步骤S5中，根据上文所述方法将钢加固构件(钢桁架)连接至连接板。在本实施例中，二者焊接在一起。可选地，如果钢桁架单独运输而在没有钢桁架的情况下将连接板连接至木板，则该步骤可在本方法的稍后步骤执行，例如步骤S8。
在步骤S6中，安装横向加固件(横向钢筋)。注意，如果在钢桁架单独运输且在无钢桁架的情况下将连接板连接至木板，则该步骤可以在本方法的稍后步骤执行，例如步骤S9。在步骤S7.1、S7.2、S7.3中，根据选定的方法将连接板连接到木板上。在步骤S7.1中，使用自攻方头螺钉连接连接器板。可选地或附加地，在步骤S7.2中，使用钉子和最小自攻螺丝连接连接器板。替代地或附加地，在步骤S7.3中，使用环氧树脂将连接器板连接到木板。可以理解的是，通常仅使用一种类型的连接方法，但是，根据要求和/或情况，可以使用两种或更多种连接方法。
如上文所述，如果钢桁架单独装运/运输，可以执行步骤S8和S9。在步骤S8中，将钢桁架焊接到连接板上。在步骤S9中，连接横向钢筋。
图19c为根据本公开原则的单个模块化木楼盖预制系统板的安装流程图。如该流程图所示，本公开可以在使用各种材料类型建造的建筑物或其他结构中实现。根据基础建筑材料类型，可以采用各种制作技术来制作结构稳定的系统，从而可以成块或成组地安装面板。根据端部连接详情，板可能需要进行临时连接，从而确保系统在混凝土浇筑前的稳定性。
以下是与图19c中提供的流程图一致的示例性制作方法的基本描述，该制作方法可用于制作本公开的楼板系统。
在步骤10中，确定待采用的建筑结构材料的类型。在本说明书中，示出三种类型:钢、混凝土和重型木。建筑结构材料的类型影响支架的安装方式以及复合作用板的支承详情。
在步骤S11.1中，为钢结构安装钢框架。在步骤S11.2中，为预浇混凝土建筑安装诸如柱、墙、支承和梁的预制件。可选地，在步骤S11.3中，为诸如柱、墙和支架的结构单元安装待浇入混凝土的模板。在步骤11.4中，为以木材为结构材料的木建筑安装木框架。
如果该建筑结构材料为非预制混凝土，即现浇混凝土，在步骤S11.3之后，在步骤S12中，通过将混凝土浇注到步骤S11.3中安装的模板内形成支架，例如，垂直结构单元。可以使用任何普遍接受的建筑材料和技术建造支架。本说明书公开了允许使用多种支承类型安装复合作用板的灵活性连接详情。在步骤S13中，安装用于楼盖梁临时或永久模板。
在步骤S14.1、S14.2和S15中，将预制复合作用板吊装就位。在S14.1中，将多个板吊装到构台位置。然后在步骤S14.2中，将复合作用板分配并放置在其最终位置。可选地，在步骤S15中，将各复合作用板吊装就位。复合作用板的确切位置取决于所有板的模块化布局(例如在给定楼盖上)，并且还取决于支承类型和允许的支承制造公差。
在步骤S16中，确定钢筋笼是否延伸到CLT末端外。如果答案为否，则在步骤S17.1中，将复合作用板固定就位，其中要求基于端部连接类型固定该复合作用板。如果答案是肯定的，则在步骤17.2中，如上所述安装用于复合作用板的接合加强件和附加边缘加强件。尽管相邻板之间使用低碳钢钢筋接合，对特定项目有管辖权的当局认可的其他具体接合方式也可以采用。
在步骤S18中，浇注混凝土，并将复合作用板的钢加劲构件埋入混凝土中。在浇注混凝土之前，可以根据需要为复合作用板和/或支承梁提供支柱。
在步骤S19中，拆除任何临时模壳和支柱。
在步骤S20中，拆除木板的保护层(即待暴露的木板表面)。如果楼盖系统使用复合作用板，则可以将木材暴露出来作为下层楼盖的顶棚。
图20的透视图示出了示例性结构系统的单个凸出结构并标出了典型结构系统中使用的主要构件类型。图20，结合图21a-21c以及前图，描述了本公开的模块化复合作用板如何应用于结构系统的其他典型构件。这样，本公开中描述的实施例可以用于制作建筑物的整个结构系统，或者除前述附图详细描述的板构件之外的各个构件。
该示例性单个凸出结构系统中所示的典型构件为含有一个或多个复合作用板的板50A、梁构件单元61、柱构件单元62、支承单元63和墙构件单元64。关于板单元50A性能特征的描述，参见本说明书具体实施方式的第一段。梁构件单元61是支承板50A的水平单元并且被柱构件单元62、墙构件单元64或其他梁构件单元支承。柱构件单元62和墙构件单元64是支承板单元50A和梁构件单元61的垂直单元，并将建筑物荷载传递给基础系统。支承单元63对角定位，一般连接相邻的垂直单元，但也可以将梁构件单元连接至垂直单元。
图21a是预制模块化木梁构件单元的主要构件的透视图。类似于上文详细描述并在前面附图中示出的复合作用板，该横梁构件单元由木板10、连接单元30和钢加强件61A组成。正如复合作用板，木材10和钢加固构件61A也是场外预制并接合到一起的，然后以模块化包装运输到安装现场，从而进行快速和精确安装。该两个单元(木材10和钢加强件61A)通过与连接单元30的耦接能够复合作用。与板单元50A不同，梁构件单元61的三个外侧可以是木材，形成可以现场浇筑混凝土的槽。可根据需要附加设置系杆单元61B以临时稳定梁构件单元61的垂直部分。
图21b是示出了预制模块化木柱构件单元62的主要构件的透视图。该构造也适用于预制模块化木柱构件单元63。与前文描述的单元类似，柱62(以及图20的支架63)由预制木板10组成，该木板10用连接单元30与钢筋62A连接。该柱和支架单元的独特之处在于其四个外侧均为木材，从而形成一个空心管。安装后，将混凝土浇入管中，形成一个具有与本公开的上文描述一致的潜在复合作用的结构单元。与梁构件单元相似并根据标准施工实务，提供将木材相对面连接的系杆，从而将相对的木表面连接以确保湿混凝土在静水压下的稳定性。
图21c的透视图示出了预制模块化木墙构件单元64的主要构件。墙构件单元64由木板10组成，其中该木板10经由每个复合作用板的内表面上的连接单元300与钢加强件64A一起预制。两个复合作用板可以通过系杆64B彼此相对安装从而在复合作用板之间留出空间，以便现场浇筑混凝土。每个复合作用板均可单独安装，或者可以预制一对复合作用板并将二者作为双面墙模板安装。然后，用木材制作该墙构件单元的外侧。
出于说明和描述的目的，已对本公开的实施方式进行了上述描述。以上描述不是穷尽的，并且不将本公开限制于所公开的精确形式。根据上述教导，修改和变化是可能的，或者可以从实施本公开中获得。因此，虽然已经描述了本公开的各种实施例，但是对于本领域技术人员来说显而易见的是，在本公开的范围内更多的实施例和实现是可能的。因此，除了根据所附权利要求及其等同物，本公开不受限制。

Claims (21)

1.一种复合作用板，包括：
彼此平行排列且各沿跨度方向延伸的钢加劲构件；以及
通过结构连接件固定到所述钢加劲构件上的木板；
其中，
所述钢加劲构件用作所述复合作用板的第一弦杆和腹杆单元，所述木板用作所述复合作用板的第二弦杆，以及
所述钢加劲构件和所述木板实现复合作用和桁架特性。
2.根据权利要求1所述的复合作用板，其中所述结构连接件沿所述钢加劲构件分立设置。
3.根据权利要求1所述的复合作用板，其中所述结构连接件沿跨度方向连续固定所述钢加劲构件和所述木板。
4.根据权利要求1所述的复合作用板，其中所述钢加劲构件和所述木板通过连接结构连接在一起，其中所述连接结构包括所述钢加劲构件焊接或栓接在其上的金属板以及选自机械紧固件、钉、钉板和粘接剂的紧固单元。
5.根据权利要求1所述的复合作用板，其中所述木板选自交叉层压木(CLT)、钉层压木(NLT)、层板销合木(DLT)、和胶合层压木(GLT)。
6.根据权利要求1所述的复合作用板，其中所述钢加劲构件为三维或平面钢筋桁架。
7.根据权利要求1所述的复合作用板，其中每个钢加劲构件均包括三维钢筋桁架，其中所述三维钢筋桁架具有(a)一个用作上弦杆的变形筋；两个连续筋，其弯折成两个斜腹筋并固定在所述变形筋上；以及分别与所述斜腹筋的相应底部连接的两个底筋，所述斜腹筋弯曲成奔马曲腿形。
8.根据权利要求1所述的复合作用板，其中每个钢加劲构件包括平面桁架，其中所述平面桁架具有(a)顶筋；(b)弯折成奔马曲腿形状的一个连续斜腹筋；以及(c)连接在所述斜腹筋底部的一个底筋。
9.根据权利要求1所述的复合作用板，其中所述钢加劲构件包括打孔金属板或预制型钢。
10.根据权利要求1所述的复合作用板，其中所述复合作用板为预制板。
11.根据权利要求1所述的复合作用板，其中所述钢加劲构件的延伸方向为沿跨度方向以及沿横向于所述跨度方向的另一方向。
12.一种结构组件，包括:
根据权利要求1所述的复合作用板；以及
内埋所述钢加劲构件的混凝土或水泥材料。
13.根据权利要求12所述的结构组件，其中所述结构组件是屋顶系统、楼盖系统、墙、柱、支架或梁的一部分。
14.根据权利要求13所述的结构组件，其中所述结构组件是屋顶系统或楼盖系统的一部分。
15.一种复合整体式系统，包括：
根据权利要求1所述的多个复合作用板；
位于相邻复合作用板之间的接合加强件；以及
埋设所述钢加劲构件的混凝土或水泥材料。
16.根据权利要求15所述的复合整体式系统，其中所述复合整体式系统是指楼盖系统或屋顶系统。
17.根据权利要求16所述的复合整体式系统，其中所述复合整体式系统进一步包括用于所述楼盖系统或所述屋顶系统的支架，所述支架选自于钢梁、预制混凝土梁、现浇混凝土梁、或木梁。
18.根据权利要求17所述的复合整体式系统，其中所述复合板横跨在支架之间，或者继续延伸跨过所述支架的具有开口的顶部，使得所述混凝土板实现与所述支架的复合作用。
19.根据权利要求17所述的复合整体式系统，其中所述木板可以设计为永久性地贡献所述结构楼盖的强度和/或可用性，其中基于期望的木板贡献度选择所述木板和混凝土厚度，并增加额外的抗剪连接件以达到期望的复合作用水平。
20.根据权利要求17所述的复合整体式系统，其中所述模板的上层可以附加空心模板以减少所述木板内的混凝土量。
21.一种方法，包括：
预制根据权利要求1所述的复合作用板；
将所述复合作用板运送至安装现场；
以期望的方位支承所述复合作用板；以及
将所述钢加劲构件埋入混凝土板。
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