专利名称：环境可持续的模型-包裹体系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及建筑物或者其他结构的混凝土构造。
背景技术：
具体来说，文中所述可持续的模型-包裹体系统(form-inclusion system)设计成取代建筑物结构中不需要的混凝土，同时使用否则可能置于填埋场的废弃材料。在框架结构中，所述包裹体系统置于结构中弯曲作用而非剪切作用占优势地位的区域中。通常置于这些区域中的混凝土(或者是现场浇铸的或者是预浇铸的)，在结构方面没有任何益处或者益处很小，仅仅是增加了结构的重量。本发明的包裹体系统优选使用组装和包含在结构中的循环材料，循环材料在置于结构中之前，不需要或者仅需很少的额外能量来重新配置这些材料。已经用混凝土建造了结构，并且每天还在建造。这些结构按照逐级建造以及悬挂在框架结构中。这些结构必须设计成抵抗重力载荷以及由风和地震导致的载荷。在结构的许多区域中，在建造过程中安放混凝土，但是由于混凝土安放位置的原因，混凝土没有带来结构方面的益处。预浇铸长跨度框架系统经常使用用于优化所述结构的框架元件的形状。这可以通过T形框架元件或者带有中空芯部的板坯系统来实现。中空芯部板材系统Spancrete Hollowcore Plank使用沿着结构元件长度的开放区段，以免在该区段的中部区域需要混凝土，同时减轻重量。包裹体系统已经引入到逐级结构和框架结构。在许多情况下，引入了消失模型。这些模型大部分由不要求存在混凝土的框架空缺的元件构成。用于这些空缺的框架包括框架木料、合成聚苯乙烯泡沫材料或类似材料以及某些塑料。在这些情况下，使用原材料来形成包裹体。其他系统也在浇铸过程中向结构引入包裹体。这些包裹体包括产品诸如 "Sonovoid"- 一种带盖的Sonotube系统。其他系统(诸如Bubbledeck)包括预成形的、装配式球体，这种球体要求大量的实施能量来形成包裹元件。现在需要的是一种环境可持续的模型-包裹体系统。这种需求由本发明来满足。
发明内容
本发明是一种环境可持续的模型-包裹体系统，该系统可以用于混凝土结构中， 也可以用在其他结构中。这种可持续的模型-包裹体系统可以包含在钢和/或复合增强混凝土结构中，或者悬挂地或者逐级构造地。所述包裹体系统可以安置在现场浇铸或者部分或完全预浇铸的结构中。所述包裹体系统安置成消除结构中不要求的混凝土，并且利用否则将安置在填埋场的废弃产品。在许多结构中，存在要求很少混凝土或者不要求混凝土的区域，在这些区域安置混凝土仅仅是为了便于建造。此外，为了实现较长的结构跨度而不使用垂直支撑件(立柱或墙壁)，横梁或主梁通常用于搭设框架。平整的增强混凝土板坯通常跨接在框架构件之间。这些结构要求大量的材料和劳动力来建造，每种结构要求专用的模型系统来组装和拆卸。这些框架构件通常在已经被占据的结构中形成障碍，特别针对建筑物维护系统分布和天花板净高来说。此外，由于几何协调的原因，也难于包含将来的空间隔墙。本发明可持续的模型-包裹体系统在结构中提供了空隙，允许为结构形成平整成形的底部，同时形成内建的框架系统，而不要严密的工作来制造内部模型。可以实现长跨度的结构条件，使得总体结构深度小于传统框架梁和板坯结构的总体结构深度。与横梁和板坯结构一样，本发明可持续的模型-包裹体结构可以包含传统的柔性钢筋和/或高强度预应力线缆。本发明可持续的模型-包裹体系统可以在混凝土结构中布置成各种几何形状。在框架结构中，所述包裹体系统可以安置成双向单元布局或者单向连续的单元布局，或者两者的组合体。在双向板坯系统中，安置在结构的两条相交中部狭条中的混凝土(一般是结构中垂直支撑件之间中途的中部区域)，是主要承受弯曲的区域，由重力和叠加载荷产生的剪切力幅度较小。这种区域要求混凝土提供钢筋结合和连续性，而仅需最少量的剪切力抗性，这是因为剪切载荷几乎不存在。本发明的包裹体系统在这些区域中高密集度地安置。 另一方面，在相同的系统中，在双向板坯框架系统中接近垂直支撑件的地方混凝土对于结构是绝对必要的。这里剪切力最大，并且要求混凝土将载荷从框架系统传递到垂直支撑件。 所述包裹体系统在这些区域中相对低密集度地安置。以类似的方式，可持续的模型-包裹体系统可以安置在单向板坯或横梁系统中，其中高密集度的模型-包裹体安置在剪切力较低的区域，通常远离支撑件，而在接近支撑件的剪切力最高的区域中，密集度最低。结构重量减轻不仅减少了混凝土用量，而且减少了所需的钢筋或预应力线缆用量。此外，结构抵抗重力载荷的要求也降低。由于重量减轻，因此减少了地震质量。地震施加的横向载荷也更少。对垂直承载元件(诸如立柱和墙壁)的要求也降低。对于地基系统的要求也降低，使得使用更少的材料进行建造。本发明的模型-包裹体系统可以安置在框架地板板坯、横梁、立柱、墙壁、填料、逐级结构等中。用于本发明的包裹体系统的填料可以包括但不限于塑料瓶、塑料袋、废弃的聚苯乙烯泡沫塑料、包装材料、橡胶轮胎和其他类似的废弃材料。这些材料可以压缩或组装成受控的形状。这些模型的形状可以为球形、方形、矩形、柱形，类似于球形、方形、矩形或柱形， 以及其他形状。废弃材料可以被收集并组装成这些模型而不要重新配置。带盖的塑料水瓶形成内部空气腔，在由于混凝土放置而施加静压载荷时，所述空气腔仅部分压缩，并且这些塑料水瓶可以组装成具有设计的几何形状的单元，捆绑并置于结构中。塑料、橡胶轮胎或者类似材料可以部分压缩、捆扎，并且缠绕在塑料中或者收缩缠绕，用于安置在结构中。塑料缠绕、收缩缠绕或者类似处理，保持了包裹体系统的大致形状，并且防止混凝土在混凝土灌注过程中进入包裹体系统。本发明的轻体包裹体系统倾向于在安置混凝土的过程中发生漂浮。因此，在混凝土灌注过程中，必须约束所述包裹体系统，不论灌注是在现场进行还是在预浇铸工厂进行。 这种约束采用常用于混凝土建造过程中的模型拉杆或者类似设备来实现。通过给全部增强件提供最少的混凝土覆层，并提供满足防火等级要求的框架组件来实现悬挂混凝土框架系统的防火等级。
本发明的上述以及其他更为详细和具体的目的和特征在以下说明中更为完全地公开，讨论参照附图进行，在附图中图1是框架增强混凝土结构的总体俯视图，其包括本发明的可持续的模型-包裹体系统10的实施例；图2A是在图1中所示的框架增强混凝土结构沿着线2A截取的截面图；图2B是图1所示的框架增强混凝土结构沿着线2B截取的截面图；图3是用于如图1所示的框架增强混凝土结构的可持续的模型-包裹体系统的分解俯视图；图4A是如图3所示的可持续的模型-包裹体系统实施例30的分解俯视细节图；图4B是结合图1和3所示可持续的模型-包裹体系统10使用的钢筋的俯视细节图；图5A是如图4A所示的可持续的模型-包裹体系统实施例30沿着线A截取的截面图；图5B是用在如图5A所示的可持续的模型-包裹体系统实施例中的钢筋的截面细节图；图5C是用于将可持续的模型-包裹体系统实施例锚定在图5A所示的框架中的钢筋拉杆40的截面细节图；图6是如图4A所示的可持续的模型-包裹体系统实施例沿着线A截取的截面图， 示出了循环包裹材料的球形结构；图7是如图4A所示的可持续的模型-包裹体系统实施例沿着线A截取的截面图， 示出了循环包裹材料的溃缩结构；图8是如图4A所示的可持续的模型-包裹体系统实施例沿着线A截取的截面图， 示出了循环包裹材料的交错结构；和图9是如图4A所示的可持续的模型-包裹体系统实施例沿着线A截取的截面图， 示出了循环包裹材料的叠置结构。
具体实施例方式图1是框架增强混凝土结构的总体俯视图，该结构包括本发明环境可持续的模型-包裹体系统10的实施方式。增强混凝土结构可以包括利用钢筋增强的混凝土、增强混凝土与结构钢的组合体，和/或一种或多种复合材料。如图1所示，可持续的模型-包裹体系统10包括增强混凝土板坯M (通常用作建筑物中的地板)，所述板坯由增强混凝土立柱12支撑。多个模型-包裹体系统实施例30嵌入板坯M中。增强混凝土板坯M在两个方向伸展，有效地支撑重力载荷并将这些载荷向立柱12传递。增强混凝土板坯M中的剪切力和弯矩幅度会发生变化。定义板坯M中的狭条14、16与剪切力和弯矩的相对幅度相对应。每个狭条14定义为立柱狭条，而每个狭条 16定义为中部狭条。区域18、20和22依据剪切力和弯矩的相对幅度来定义。考虑所施加的重力载荷，区域18对应于正弯矩相对最大而剪切力相对最小的区域，区域20对应于中等弯矩和中等剪切力的区域，而区域22对应于负弯矩相对最大且剪切力相对最大的区域。密集度相对最大的可持续的模型-包裹体系统实施例置于区域18中，而中等密集度的可持续的模型-包裹体系统实施例置于区域20中，而密集度相对最小的可持续的模型-包裹体系统实施例置于区域22中。图2A是框架增强混凝土结构的截面图，该结构包括可持续的模型-包裹体系统 10的实施例30。如图2A所示，可持续的模型-包裹体系统10包括增强混凝土板坯对，所述板坯由增强混凝土立柱12支撑。增强混凝土板坯M内的剪切力和弯矩幅度存在变化。 因此，定义板坯M内的狭条对应于剪切力和弯矩的幅度。在该截面图中示出的狭条14定义为立柱狭条，而狭条16定义为中部狭条。区域20和22定义剪切力和弯矩幅度变化的区域。区域20对应于中等弯矩和中等剪切力的区域，而区域22对应于负弯矩相对最大且剪切力相对最大的区域。因此中等密集度的可持续的模型-包裹体系统实施例30置于区域 20中，而较小密集度的可持续的模型-包裹体系统实施例30置于区域22中。图2B是框架增强混凝土结构的另一幅横截面视图，该结构包括可持续的模型-包裹体系统10的实施例30。如图2B所示，可持续的模型-包裹体系统10包括增强混凝土板坯对，所述板坯由增强混凝土立柱12支撑。增强混凝土板坯M内的剪切力和弯矩幅度存在变化。因此，定义板坯M内的狭条对应于剪切力和弯矩的幅度。在该截面视图中示出的狭条16对应于中部狭条，而狭条14定义为立柱狭条。区域18和20定义剪切力和弯矩幅度变化的区域。区域18对应于正弯矩相对最大且剪切力相对最小的区域，而区域20对应于中等弯矩和中等剪切力的区域。密集度相对较大的可持续的模型-包裹体系统实施例 30因此置于区域18中，而中等密集度的可持续的模型-包裹体系统实施例30置于区域20 中。图3是用于图1所示的框架增强混凝土结构的一个隔间的可持续的模型-包裹体系统10的分解俯视图。如图3所示，可持续的模型-包裹体系统10由增强混凝土板坯M 构成，所述板坯M由增强混凝土立柱12支撑。增强混凝土板坯M在两个方向伸展，有效地支撑重力载荷并将这些载荷向立柱12传递。增强混凝土板坯M内的剪切力和弯矩幅度存在变化。因此，定义板坯M内的狭条14、16对应于剪切力和弯矩的幅度。每个狭条14 定义为立柱狭条，而每个狭条16定义为中部狭条。区域18、20和22依据剪切力和弯矩的相对幅度来定义。区域18对应于正弯矩相对最大而剪切力相对最小的区域，区域20对应于中等弯矩和中等剪切力的区域，而区域22对应于负弯矩相对最大且剪切力相对最大的区域。因此密集度相对最大的可持续的模型-包裹体系统实施例置于区域18中，而中等密集度的可持续的模型-包裹体系统实施例置于区域20中，而密集度相对最小的可持续的模型-包裹体系统实施例置于区域22中。每个可持续的模型-包裹体系统实施例30布置成密集度对应于增强混凝土板坯M的对应区域中存在的弯矩和剪切力的幅度。图4A是如图3所示的可持续的模型-包裹体系统实施例30的分解俯视细节图。 可持续的模型-包裹体系统实施例30置于增强混凝土板坯M中。循环材料32置于钢筋 36的框架中。钢筋36置于模型-包裹体系统实施例30的上方、下方和每一侧。塑料收缩包裹件34包封循环材料32，包括侧部、顶部和底部。图4B是用在如图4A所示的可持续的模型-包裹体系统实施例中的钢筋系统38 的俯视细节图。钢筋36置于每个模型-包裹体系统实施例30的上方、下方和每一侧。
图5A是可持续的模型-包裹体系统实施例30的截面视图，示出了循环材料32置于钢筋36中。钢筋36置于模型-包裹体系统实施例30的上方、下方和每一侧。塑料收缩包裹件34包封循环材料32，包括侧部、顶部和底部。模型拉杆40用于暂时将可持续的模型-包裹体系统实施例30连接到增强混凝土结构框架44，以防止在灌注混凝土的过程中可持续的模型-包裹体系统实施例30漂浮。增强钢筋支座42用于向包封在塑料收缩包裹件 34中的循环材料32提供足够的混凝土覆层。图5B是用在图5A所示可持续的模型-包裹体系统实施例30中的钢筋系统38的横截面细节图。钢筋系统38可以包括柔性钢筋、高强度预应力线缆，或者柔性钢筋和高强度预应力线缆的组合体。钢筋36置于模型-包裹体系统实施例30的上方、下方和每一侧。 模型拉杆40用于暂时将可持续的模型-包裹体系统实施例30连接到增强混凝土结构框架 44，以防止在浇铸混凝土过程中可持续的模型-包裹体系统实施例30漂浮。图5C是用于将可持续的模型-包裹体系统实施例30锚定到图5A所示框架44的钢筋拉杆40的横截面细节图。图6是可持续的模型-包裹体系统实施例30的横截面视图，示出了循环包裹材料 50的球形布置形式。钢筋36置于模型-包裹体系统实施例30的上方、下方和每一侧。模型拉杆40用于暂时将可持续的模型-包裹体系统实施例30连接到增强混凝土结构框架 44，以防止在灌注混凝土过程中可持续的模型-包裹体系统实施例30漂浮。图7是可持续的模型-包裹体系统实施例30的横截面视图，示出了溃缩的循环包含材料60。钢筋36置于模型-包裹体系统实施例30的上方、下方和每一侧。模型拉杆40 用于暂时将可持续的模型-包裹体系统实施例30连接到增强混凝土结构框架44，以防止在灌注混凝土过程中可持续的模型-包裹体系统实施例30漂浮。图8是可持续的模型-包裹体系统实施例30的横截面视图，示出了交错的循环包含材料70。钢筋36置于模型-包裹体系统实施例30的上方、下方和每一侧。模型拉杆40 用于暂时将可持续的模型-包裹体系统实施例30连接到增强混凝土结构框架44，以防止在灌注混凝土过程中可持续的模型-包裹体系统实施例30漂浮。图9是可持续的模型-包裹体系统实施例30的横截面视图，示出了叠置的循环包含材料80。钢筋36置于模型-包裹体系统实施例30的上方、下方和每一侧。模型拉杆40 用于暂时将可持续的模型-包裹体系统实施例30连接到增强混凝土结构框架44，以防止在灌注混凝土过程中可持续的模型-包裹体系统实施例30漂浮。因此，由于向结构中引入了可持续的模型-包裹体系统10，所以实现了结构效率优化，同时使用了否则将会置于填埋场的材料。材料以经过设计的位置和密度布置，以允许所要求的作用力在所述结构中传递。由于循环材料的密度显著小于增强混凝土的密度，所以降低了对结构的要求。因此，框架结构要求较少的结构混凝土和钢筋，并且垂直和横向承载结构元件包括但不限于立柱和墙壁，要求较少的结构混凝土、加强件以及混凝土、加强件和结构钢的组合体。由于结构的质量显著减轻，所以也降低了对承受地震载荷的结构的横向承载系统的要求。也降低了对地基系统的要求，因此只需要较少的结构材料来承受施加的载荷。应该理解，上述装置的结构和上述方法仅仅是例述本发明原理的应用场合，并且在不脱离权利要求中限定的本发明的构思和范围的前提下，可以制作许多其他实施例以及改型方案。例如，文中所述可持续的模型-包裹体系统10可以包含在其他框架结构的构造中，包括板坯在一个方向伸展而形成包括增强混凝土或结构钢的梁构架。此外，框架增强混凝土板坯系统可以支撑在包括结构钢或者结构钢与混凝土的组合体的增强壁或立柱上。本发明的可持续的模型-包裹体系统10可以用在增强混凝土墙壁构造中、增强混凝土或后张紧梁中以及用于道路建筑(诸如道路和桥梁)的结构中。本发明的可持续的模型-包裹体系统10可以根据结构构架条件和要求，使用替代的安置形式。替代安置的可持续的模型-包裹体系统实施例30可以用在结构的立柱狭条 14和/或中部狭条16中。总体构造并不是一定为直线，而是可以径向隔开或者不规则地隔开。增强混凝土或后张紧梁框架可以用于跨接在增强混凝土立柱12之间。所述框架可以包括可持续的模型-包裹体系统实施例30。增强混凝土墙壁可以代替增强混凝土立柱12 来支撑框架结构，这些墙壁包括可持续的模型-包裹体系统实施例30。替代的循环材料可以用作可持续的模型-包裹体系统实施例30中的填料，包括玻璃、橡胶轮胎、聚苯乙烯泡沫塑料、玻璃纤维等。
权利要求
1.一种模型-包裹体系统，包括包含至少一个框架结构的增强混凝土结构；其中所述框架结构包括至少一个模型-包裹体组件；并且每个模型-包裹体组件包括循环材料并且嵌入所述框架结构中。
2.如权利要求1所述的模型-包裹体系统，其特征在于，所述混凝土结构现场浇铸。
3.如权利要求1所述的模型-包裹体系统，其特征在于，所述混凝土结构的至少一部分为预浇铸。
4.如权利要求1所述的模型-包裹体系统，其特征在于，所述框架结构包括混凝土板坯。
5.如权利要求1所述的模型-包裹体系统，其特征在于， 所述混凝土结构包括至少一个增强混凝土立柱。
6.如权利要求1所述的模型-包裹体系统，进一步包括多个钢拉杆，在混凝土灌注过程中，所述钢拉杆将每个模型-包裹体组件保持到其对应的框架结构。
7.如权利要求1所述的模型-包裹体系统，其特征在于， 所述循环材料包括带盖的塑料瓶。
8.如权利要求1所述的模型-包裹体系统，其特征在于，所述循环材料包括球形成形的塑料袋。
9.如权利要求1所述的模型-包裹体系统，其特征在于，所述循环材料包括溃缩塑料瓶。
10.如权利要求1所述的模型-包裹体系统，其特征在于，所述循环材料包括交错的带盖塑料瓶。
11.如权利要求1所述的模型-包裹体系统，其特征在于，所述循环材料包括叠置的带盖塑料瓶。
12.如权利要求1所述的模型-包裹体系统，其特征在于， 所述增强混凝土结构包括增强混凝土和结构钢的组合体。
13.如权利要求1所述的模型-包裹体系统，其特征在于，所述增强混凝土结构包括复合材料。
14.如权利要求1所述的模型-包裹体系统，其特征在于，每个框架结构包括柔性钢筋。
15.如权利要求1所述的模型-包裹体系统，其特征在于，每个框架结构包括高强度预应力线缆。
16.如权利要求1所述的模型-包裹体系统，其特征在于， 每个框架结构包括柔性钢筋和高强度预应力线缆的组合体。
17.如权利要求1所述的模型-包裹体系统，其特征在于，每个框架结构包括混凝土板坯，并且多个模型-包裹体组件位于所述板坯中，在所述板坯承受相对较大正弯矩的区域，所述组件的密集度相对较大。
18.如权利要求1所述的模型-包裹体系统，其特征在于，所述循环材料封装在塑料中。
全文摘要
一种环境可持续的模型-包裹体系统可以用在增强混凝土结构中。本发明的目的是提供结构系统，其通过减少结构的碳痕迹和实施能量来实现最高等级的环境可持续性。这种经过设计的模型-包裹体系统采用否则可能变成填埋场废品的材料。这种系统设计成显著减少原材料、用于安置的劳动力以及建造建筑物所用材料的运输。用在这种经过设计的系统中的材料否则可能安置在填埋场中，这些材料包括但不限于塑料瓶、塑料袋、废弃的聚苯乙烯泡沫塑料、包装材料、橡胶轮胎以及其他类似废弃材料，优选经过压缩或组装成受控的形状。
文档编号E04C1/40GK102216542SQ200980145882
公开日2011年10月12日 申请日期2009年11月11日 优先权日2008年11月17日
发明者克雷格·W.·哈特曼, 马克·P.·萨尔基西安 申请人:Som设计事务所