专利名称：一种多层建筑物及建造这种建筑物的方法
技术领域：
本发明涉及一种多层建筑物，例如一种公寓式建筑物，以及一种建造这种建筑物的方法。特别的是这种多层建筑物包括一个中心部分和一些周边居住单元。
带有多个用于居住目的的单元的多层建筑物是很常见的。像这样的建筑物通常是通过大量各种各样的建造技术由混凝土、钢筋以及上釉材料，来建造以形成基础构件，例如楼板、心墙以及建筑物外体，这些对于人们在这种多层建筑物中的居住来说是最基本的。
在多层公寓式建筑物的所有常见类型中，在每一层上的使用面积都被分隔成几个独立的居住单元。特别是，在每一层上的最重要的空间部分包括(a)共用的电梯或走廊空间；(b)共用的紧急楼梯间空间；(c)几套共用的建筑物服务室；(d)几套各自带有采光口和通风口的封闭的居住空间。
图1所示的是一幢采用称为“悬臂心墙原理”的现有技术建造的多层建筑物10的一个简化了的楼层平面图。该建筑物10包括一个单一的中心心墙12，该中心心墙构成一个单独的结构部件以承受大部分横向负荷。周边立柱14和16通过横梁联接起来以形成抗风构架以承受剩下的一部分横向负荷。该单一心墙12起到了一个悬臂心墙的作用，该悬臂心墙随着该多层建筑物变得越高其结构效率越低。加固成分就变得较高且不经济。
图2A和2B所示的是一幢称之为“剪力墙/并联剪力墙原理”的现有技术建造的两幢建筑物20、30的一个楼层的平面图。在图2A所示的建筑物20中，每一面墙都提供一个单一方向的横向负荷抵抗力。至于图2B中所示的建筑物30，则有一个中心单一心墙32和位于四个侧翼单元36处的剪力墙或并联剪力墙34。这种为了形成一种通常的“#”形心墙以及周边支撑部件的并联剪力墙的组合是用来抵抗横向负荷和重力负荷的现有建造方案的另一种普通类型。大部分墙壁会很长，这就会导致显著的剪滞并降低剪力墙的结构特性。结果，构件没有被充分地利用而这又导致一种不经济的设计。
图3所示的是一种采用称之为“套管原理”的现有技术建造的建筑物40的一个楼层的平面图。套管原理对于横向负荷具有较强的刚性抵抗力，并由此被用于相对较高的建筑物中。心墙42位于建筑物40的中间部分，且距离立柱46较近，这些立柱通过环形横梁44连接起来，且位于建筑物40的边缘。楼板起到了用于将心墙42和周边立柱46连接在一起的刚性隔板的作用，由此将该结构集成为一个单一体系。
从上面可以看出，用于居住的传统的多层建筑物的特征在于具有一个带有一组与中心相连的居住单元的单一中心结构心墙。通常，在每一楼层上的套房的数量是经计划和经济方面的考虑后规定的。根据这种通常的布置图，就能够建成具有各种平面形状的建筑物。
目前已经发现这样的传统的单一中心心墙的建筑物也具有如下缺陷(a)为了达到足够的刚度，单一中心心墙的横断面积有一定的公称尺寸，且由于这个原因，通常所有的垂直运行空间/建筑物工作间都位于这样的中心心墙内，这就导致用于从中心心墙向周边单元运动的过量运行空间。
(b)对多种类型的居住单元进行修改使之具有有效的运行结构是有困难的，且需要对共用的空间结构进行校正；以及(c)单一中心心墙起到重力和横向方向结构装置的作用，且限制了内部共用空间和外部居住单元之间的连接表面。
因此本发明的目的是为了提供一种多层建筑物，以及一种建造这样一种多层建筑物的方法，在这种多层建筑物中上述缺陷将被克服掉，或者至少为公众提供一种有用的选择。
本发明的另一个目的是为了提供一种多层建筑物，该多层建筑物一方面能够建造起来经济实惠，另一方面不具有通常涉及到的为了适应多种类型的周边居住单元而进行共用空间的修改问题，而且，能够尽量避免居住单元之间彼此直接面对。
本发明还有一个目的是为了提供一种多层建筑物，在该多层建筑物中，能够获得在周边使用空间结构方面高度的灵活性。
本发明还有一个目的是为了提供一种多层建筑物，该多层建筑物能在最初的时候将该建筑物设计成一套部件以便通过高度的标准化来实施这种简单的结构。
根据本发明的第一个方面，所提供的一种多层建筑物包括一个中心部分和至少一个与所述的中心部分相连的周边单元，其特征在于所述的中心部分包括通过支撑构件彼此连接在一起的一个主心墙部分和至少一个附属心墙部分。
根据本发明的第二个方面，提供了一种建造多层建筑物的方法，该建筑物包括一个中心部分和一些与所述的中心部分相连的周边单元，其特征在于所述的中心部分的建造与所述周边单元的建造是相互独立的。
借助于本发明，各种构件的精密结构在工厂条件下就能够经济地预制出来，且尽可能减少互不相同的元件和组合件。由于中心部分和周边单元(这是使用空间)的空间分离，因此，在设计期间就能够对不同类型的周边使用空间轻易地进行互换而不会影响到中心心墙的结构。因此，可以考虑在生产线上以较高的组装精度建造中心部分和周边居住使用空间。
目前，在建筑物建造方面的技术改进需要一种面向建筑物的设计和建造方面问题的交互式集成原理类型的解决方法。通过采用一种趋向于建筑物的设计和建造的原理，所有设计过程和建造的重要阶段就通过考虑建筑物体系的所有重要性能和功能特征被集成为一个系统化的程序。最终，所有的设计和建造步骤就能够通过这种集成和使用人工智能(AI)、计算机辅助设计(CAD)以及计算机辅助加工(CAM)实现自动化。
通过本发明的这种方案，一种用于建筑物的建造的系统方法已被设计出来，这会提高效率并降低了开发和进行建筑物设计和建造过程的成本。建筑物的建造和运作问题以及相关的成本就能够通过规划设计一体化就会最小化或消除掉。
本发明的实施例将结合附图进行描述，附图如下图1所示的是第一种现有技术的多层建筑物的一个简化了的楼层平面图；图2A和2B所示的是第二种现有技术的多层建筑物的楼层平面图3所示的是第三种现有技术的多层建筑物楼层平面图；图4所示的是与本发明相应的第一种建筑物的一个简化的楼层平面图；图5所示的是与本发明相应的第一种五心结构的一个简化的楼层平面图；图6所示的是与本发明相应的第二种五心结构的一个简化的楼层平面图；图7所示的是按照图5所示的五心结构建造的一幢建筑物的一个简化透视图；图8详细地表示出了图5所示的五心结构这种类型；图9所示的是图5所示的五心结构楼层方案的透视图；图10所示的是图9所示的五心结构与四个周边居住单元相连时的透视图；图11所示的是图10所示的五心结构与周边居住单元的一个简化了的楼层平面图；图12所示的是按照图6所示的五心结构建造的一幢建筑物的一个简化透视图；图13所示的是图6所示的五心结构楼层方案的透视图；图14所示的是图13所示的五心结构与四个周边居住单元相连时的透视图；图15所示的是按照图10所示的方案建造的第一个建筑物一个楼层平面图；图16所示的是按照图10所示的方案建造的第二个建筑物一个楼层平面图；图17所示的是按照图14所示的方案建造的建筑物一个楼层平面图；以及图18所示的是按照图10所示的方案建造的第三个建筑物一个楼层平面图。
在本发明将在下面结合一幢用于居住的多层建筑物进行描述的时候，需要明确的一点是，与本发明相应的多层建筑物可用于工业、商业以及其它目的。
参看图4，该图所示的是与本发明相应的第一种建筑物的一个简化的楼层平面图，该建筑物通常用附图标记100表示。建筑物100包括一个中心心墙区域102和四个功能心墙区域104。该中心心墙区域102也包括一个用来容纳一个或多个电梯井的电梯心墙区域106，电梯可以通过这些电梯井上升或下降。因此该电梯心墙区域106构成了一个用于建筑物100的垂直机械运动分配区域。该中心心墙区域102沿着建筑物100的水平主轴A-A构成一个水平运动分配区域108。从电梯(图中未示出)中出来的人们可以经过各个进出口走廊区域112和各个功能心墙区域104的两个开口114到达四个具有同样形状和结构的周边居住区域110(对称状态)中的其中一个区域。两个彼此相对的成直线状的周边居住区域120分布在主心墙区域102和功能心墙区域104之间，该周边居住区域120可以经过构成进出口走廊区域112的开口124到达。中心心墙区域102和四个功能心墙区域104共同形成了一个本发明中所专有的术语结构“五心结构”。中心心墙区域102和功能心墙区域104通过诸如过梁、系梁、墙壁、楼板以及隔板的支撑构件联接起来。四个周边居住区域110的每一个都通过各自的功能心墙区域104固定到五心结构上。四个周边居住区域110被当成五心结构的一个插件而形成一种“簇管”结构。而且，该周边居住区域110是由标准结构元件构成的。
一方面与本发明相应的“簇管”结构系统和另一方面的单悬臂心墙、剪力墙或并联剪力墙、以及套管系统之间的主要区别在于，簇管型心墙是通过诸如过梁、系梁、墙壁、楼板以及隔板这样的支撑构件联接起来而在建筑物中形成一个集成结构。因此获得簇管在刚度方面的提高。另一方面，传统结构类型或者设置一个单一中心心墙元件，或者在建筑物区域内将其结构部件均匀地铺开。因此，只用有限的用于建造建筑物系统的构成结构部件的方式来达到比较有效的结构组合。
当整体地看待建筑物100时，就能看到，五心结构包括总共五根管状心墙，即一根中心心墙和四根功能心墙。五心结构起到了承受大部分建筑物100的横向负荷、地震负荷以及重力负荷的主要结构元件的作用。而且已发现，在使用混凝土量等于传统建筑物结构设计方案中所用混凝土量的条件下，使用这种建筑物体系方案会提高这种建筑物100的刚度。
五心结构的中心心墙区域102和功能心墙区域104是通过像过梁这样的支撑构件相互连接起来的，这种支撑构件在各个管状心墙之间起到了连接体的作用，以便根据框架装置来传递剪力和弯曲力矩。
建筑物100的整个前部区域会承受风力负荷，该负荷接着会从周边居住区域110、120被传递到五心结构。该五心结构借助于心墙框架装置以及各个结构特性承受大部分负荷。这些载荷被传递给地基并被分散到地面。
现在来看重力载荷，重力载荷包括建筑物材料的自重和动载荷，这些负荷依次从楼板、横梁、立柱和墙壁传递到地基后分散到地面。由于五心结构能抵抗大部分横向负荷，所以在周边居住区域110处的立柱和墙壁的尺寸能得到减小，这些立柱和墙壁只需要承受其邻近区域的重力负荷和较小一部分横向负荷。
在地震作用条件下，建筑物100的摇摆主要是通过五心结构来抑制，其次由环形横梁框架装置来抑制。像位于五心结构中的过梁那样的支撑构件是一种相对细长一些的部件。当出现地震运动时，过梁首先趋向于达到屈服点并容许在两端产生弹塑性变形。这会松弛五心结构内的部分内部应力，并且保持管状心墙自身的结构完整性。而传统的单一心墙和并联剪力墙的结构完整性在过梁产生塑性变形时就会遭到极大的破坏。在更坏的情况下，会在过梁中产生结构性破裂，因此对心墙造成不可修补的损坏。相对而言，五心结构能够在达到失效模式之前承受较高强度的地震作用。
图5所示的是与本发明相应的第一种五心结构的一个简化的楼层平面图。正如所能看到那样，五心结构200包括一个中心心墙202和四个附属心墙204，它们都通过如过梁那样的支撑构件连接在一起。图6所示的是与本发明相应的第二种五心结构300的一个简化的楼层平面图，其五心结构300包括一个中心心墙302和四个附属心墙304，它们也都通过如过梁那样的支撑构件连接在一起。五心结构200和300之间的主要区别在于各自的附属心墙204和304具有不同的形状。因此可以看出附属心墙204、304的形状的精确度并不是非常重要。
图7以一种简化的方式表示出一种根据本发明建造的一幢建筑物206，并采用了图5中所示的五心结构200。该建筑物206包括中心心墙202(它起到了一个中心电梯心墙的作用，电梯可以在其中而移动)以及四个附属心墙204(它起到了功能心墙的作用)。在这四个附属心墙上固定有六个周边心墙208(在该图中其中一个看不到)，每一个都具有一定数量的居住单元和套房。
在建造阶段中，周边心墙208可以一个一个地分开建造。建筑物206的建造可以借助于大板式模制工艺、预制强化建造以及安装技术和现场凝固技术。特别是，大板式模制工艺可以通过一个或多个位于中心心墙202中的一个电梯井内的塔式起重机来进行，该电梯井用来容纳一个或多个在其内运动的电梯。
从图8中可以看出，所有的心墙202、204都通过过梁210(其起到了支撑构件的作用)连接在一起，该过梁一方面在心墙202、204之间传递横向负荷，另一方面在地震作用情况下发生弹塑性变形。
如图9所示，五心结构200包括一些用于电梯通过其内的电梯心墙212，因此，构成了一个机械垂直运动分布系统。该中心心墙202也包括一个构成水平运动分布系统的走廊/通道214。五心结构200经两个进出口走廊215在五心结构200的纵向末端和一对附属心墙204之间的两个楼梯间216相连。楼梯间216起到了一个人力垂直运动分布系统。
如图10所示，在该图中为了容易辨认将五心结构200的顶部涂成黑色，总共用六个周边居住心墙208固定在五心结构200上。两个周边心墙208具有相同形状和结构，而其余四个周边心墙208形状和结构相同但不同于前两者(四者对称布置)。如图11中所能看到的，环形横梁218将每一个周边心墙208都捆在一起。这样的横梁218在立柱和剪力墙之间起到了一个连接杆的作用。该连接杆采用的是一种封闭环的形式，这就提供了一种将负荷传递到五心结构200的更好的框架装置，并向下传递到地基。几套楼板和环形横梁220将周边居住心墙208固定到五心结构200上，以加强抵抗横向负荷和地震负荷的心墙刚度。这些都是将周边心墙208组装到五心结构200上的结构部件。
可以看出，附属心墙204对称于中心心墙202的水平中心主轴线B-B分成两组。另外，每一个周边单元包括一主轴线C-C，该主轴线C-C基本上正交于中心心墙202的主轴线B-B。需要指出的是五心结构200的楼板平面的内部高度等于周边单元208的楼板平面的高度，这些周边单元是通过包括外部墙、悬板、天花板、屋顶以及隔板的内部和外部外体来封闭的。
参见图12，该图以简化的方式表示出了根据本发明所建造的一幢建筑物306，并且采用了图6所示的五心结构300。六个周边居住心墙308(在该图中其中有一个看不见)通过结构部件固定到五心结构300上。和采用五心结构200的情况一样，且如图13所示，该五心结构300也包括一些电梯心墙312用来使电梯经过其中，因此构成了一个机械垂直运动分布系统。该中心心墙302也包括一个走廊/通道314，该走廊或通道314构成了一个水平运动分布系统。该五心结构300经两个进出口走廊315在五心结构200的纵向末端出和一对附属心墙304之间的两个楼梯间316相连。楼梯间316起到了一个人力垂直运动分布系统。
如图14所示，在该图中为了容易辨认将五心结构300的顶部涂成黑色，总共用六个周边居住心墙308a、308b固定在五心结构300上。两个周边心墙308a具有相同形状和结构，而其余四个周边心墙308b具有不同于前两者的相同形状和结构(四者对称布置)。
图15所示的是根据本发明建造的一幢建筑物楼层平面图，且采用五心结构200，该建筑物400内具有三部电梯402。可以看出周边居住心墙404每层被分成十套住房406。
图16所示的是根据本发明建造的一幢建筑物500，且采用五心结构200，该建筑物500内具有四部电梯502。
图17所示的是根据本发明建造的一幢建筑物600，且采用五心结构300，该建筑物600内具有四部电梯602。
图18所示的是根据本发明建造的第三幢建筑物700，且采用五心结构300。正如所能看到的那样，位于五心结构300的四个角上的周边居住心墙702a、702b、702c以及702d的形状和结构彼此各不相同。
从前面所描述的可以看出，根据本发明所建造的建筑物拥有现有建筑物不具备的下述优点(a)通过采用作为建筑物的中心部分的五心结构能够达到一种更经济的运行结构，通过利用簇管方案，不会限制位于中心心墙内的所有共用的垂直运行空间的密封且不会降低心墙部件的刚度；(b)由于各个可用空间与共用面积之比相等，单一中心心墙内的面积(它通常只包括共用的通道)要小于五心结构总的横断面积，它可能既含有共用空间也具有各个有用空间。因此，采用本发明的建筑物的立柱和墙壁尺寸相对于具有相同总的楼层面积的传统中心心墙建筑物来说就得到极大的降低；(c)它采用一种改进的方式来承受重力和风力负荷；(d)在采用相同数量建造材料的条件下，五心结构刚度比单一心墙结构刚度相对要高一些；(e)在五心结构中只需要极少的加固容量；(f)五心结构承受了大部分横向负荷，这直接降低了在各种各样的周边单元上的立柱和墙壁的尺寸，因此能够获得更经济和更实用的空间；(g)该结构具有较高重复性的成套部件；(h)在每一个居住单元内没有结构性立柱和墙壁，这样就提高了用途和内部设计的灵活性。
(i)这种结构具有较高重复性的成套部件和具有标准尺寸和接头的组合件；(j)楼层的利用率得到极大的提高；(k)由于墙壁部件的尺寸可以标准化，因此也可以将预制钢质模具或木质模具标准化；(l)模具材料的使用可加快建造过程；(m)其平面结构为位置和楼层面积提供了非常大的窗口面积，而且避免了两个/多个各个居住单元之间可直接观察；(n)单一五心结构是一种可以安装各种各样的周边居住单元的永久性结构；(o)该建筑物并不显得像一整块；以及(p)同时也考虑了地震作用。在地震作用期间，中心主心墙和四个附属心墙之间的过梁将具有弹塑性变形，这就缓解了破坏性的变形，以便保持主要建筑物支撑部件(即五心结构)的结构整体性。
影响多层高建筑物的寿命的初期所要考虑的关键问题之一是建筑物的经济性问题。这决定了投资者对土地价值方面的利益和场地的有限建筑物面积优化选择的程度。这要求具有最小的净-毛楼层面积比的最高楼层利用率，以及建筑物的毛面积与场地面积的最大比(规划比例)。为了达到这些经济目的，以及为了有效成本设计，以求在下述区域中达到最小值(1)垂直运行空间和服务心墙区域；(2)楼层间的高度；以及(3)外围墙壁的厚度。
因此可以看出，根据本发明建造的建筑物达到了这些优化目的的经济利益、强调建筑物学上的考虑以及为用户提供了一个可居住的环境。
权利要求
1．一种多层建筑物，包括一个中心部分和至少一个与所述中心部分相连的周边单元，其特征在于所述的中心部分包括一个主心墙和至少一个通过支撑构件与所述中心部分彼此相连的附属心墙部分。
2．如权利要求1所述的建筑物，其特征在于所述的中心部分包括一个主心墙部分和一些附属心墙部分，其中所述附属心墙部分通过支撑构件与所述中心部分相连。
3．如权利要求2所述的建筑物，其特征在于所述的中心部分包括一个主心墙部分和四个附属心墙部分。
4．如权利要求1所述的建筑物，其特征在于周边单元经所述的附属心墙部分与所述的中心部分相连。
5．如权利要求2或3所述的建筑物，其特征在于一些周边单元与所述的中心部分相连。
6．如权利要求5所述的建筑物，其特征在于所述的一些周边单元中的每一个经各个附属心墙部分与所述的中心部分相连。
7．如前述任意一项权利要求所述的建筑物，其特征在于所述的周边单元是居住单元。
8．如权利要求5至7中的任意一项所述的建筑物，其特征在于所述的周边单元是由一些标准化的建造部件构成。
9．如权利要求5至8中的任意一项所述的建筑物，其特征在于所述周边单元通过支撑构件与所述中心部分相连。
10．如前述任意一项权利要求所述的建筑物，其特征在于所述中心部分的楼层的内部高度与所述周边单元的楼层的内部高度基本相等。
11．如权利要求2至10中的任意一项所述的建筑物，其特征在于所述的这些附属心墙部分对称于所述主心墙部分的水平中轴线被分成两组。
12．如权利要求11所述的建筑物，其特征在于所述主心墙部分的水平中轴线构成了共用运行空间图形经过各个直接与所述的水平中轴线相连通的进出口走廊通向各个周边单元的方向。
13．如前述任意一项权利要求所述的建筑物，其特征在于至少包括一个楼梯间。
14．如权利要求13所述的建筑物，其特征在于所述的楼梯间位于所述中心部分的各个端部，在两个所述的附属心墙部分之间，并直接与所述主心墙部分的水平中轴线相连。
15．如权利要求1所述的建筑物，其特征在于所述周边单元由内部和外部外体限定，该内部和外部外体包括外部墙壁、悬挂楼板、天花板、屋顶以及隔板。
16．如权利要求1所述的建筑物，其特征在于所述的周边单元包括一主轴，该主轴与所述的心墙部分的主轴基本正交。
17．如前述任意一项权利要求所述的建筑物，其特征在于所述的主心墙和附属心墙在每一个楼层上最多设有12个分布在位于所述中心部分的各个端部处的进出口走廊内的进出口。
18．如前述任意一项权利要求所述的建筑物，其特征在于所述中心部分包括一些进出口走廊，其中所述的进出口走廊起到了所述主心墙和所述周边单元之间的共用运行通道的作用。
19．一种建造一种多层建筑物的方法，该建筑物包括一个中心部分和一些与所述中心部分相连的周边单元，其特征在于所述中心部分的建造是独立于所述周边单元的建造的。
20．如权利要求19所述的方法，其特征在于所述周边单元中至少一个的建造是独立于所述周边单元中至少另一个的建造的。
21．如权利要求19或20所述的方法，其特征在于还包括通过大板式模板制作工艺、预制加强构件以及安装技术和现场浇筑混凝土技术来实施的步骤。
22．如权利要求21所述的方法，其特征在于所述的大板式模板制作工艺是通过至少一座位于所述中心部分内的位置中的塔式起重机来实施的，该位置至少适于容纳一部电梯。
全文摘要
本发明公开了一种多层建筑物(206,306,400,500,600,700)和一种建造该建筑物的方法,其中该建筑物包括一个五心结构(200,300)和一些与五心结构(200,300)相连的周边居住单元(110,208,308a,308b,404,702a,702b,702c,702d),其中五心结构(200,300)包括一个中心心墙区域(102,202,302)和四个分布在中心心墙区域(102,202,302)周围的附属心墙(104,204 304)。
文档编号E04HGK1286342SQ9911922
公开日2001年3月7日 申请日期1999年8月26日 优先权日1999年8月26日
发明者黄志权 申请人:黄志权