专利名称：台阶缓冲空间单元的制作方法
技术领域：
本发明涉及建筑物，主要是利用斜向结构构件来构筑缓冲空间单元的技术。这种斜向结构通常是在建筑物内、外方向上，从建筑物整体看，就是有逐层台阶的外观效果。本发明是根据缓冲空间理论所形成的一种运用技术，它是通过突出缓冲空间单元的结构功能，并利用缓冲空间单元结构与外观可分离的特性，可形成丰富的建筑物外观造型。台阶缓冲空间单元有许多变化，如直线、曲线或折线的台阶形状、金字塔形状等，也可以使各种管线沿斜向结构布置。同时斜向结构又加强了建筑整体强度，并克服了由于建筑楼平面变化所带来的不利因素。台阶缓冲空间单元可以运用于各种建筑中，它的主要特点是在满足室内功能需求的同时，使建筑呈现干变万化的外形。
背景技术：
1.在本人第一件在先申请并已获中国发明公开的“建筑物的缓冲空间单元”(CN1381660A)中，公开了用上下缓冲空间组成单元，并应用在建筑物上的方法。其主要基本特征是采光阳台(多功能室)向外突出增加了阳台的受光面，并论述了缓冲空间单元的思想及观点。同时也说明了缓冲空间单元的结构可以采用多种形式。
2.而本人的第二件在先申请“建筑物的缓冲空间构造”(申请号为02145361)中，提出了缓冲空间理论及其体系，阐述了缓冲空间的形式可以有多种多样的变化，并指出了没有突出采光阳台也是缓冲空间单元的一种形式。在理论中还提到了缓冲空间构造可以将自身的结构、功能、外形三者分离与重组。强化缓冲空间单元的结构功能，并与空间功能不同位的思想，就是将该理论在本发明中的具体运用。同时，在该项申请中还提出了建筑物的台阶及绿化(如山形建筑)形式等概念。
3.在本人的第三件在先申请“交叉缓冲空间单元”(申请号为03114745)中，是在上述二件申请中的单元形式与理论基础上，提出了上下空间变化时的一种缓冲空间单元形式，其形状像剪刀一样交叉。
4.在本人的第四件在先申请“缓冲空间单元建筑的标准化建造方法”(申请号为03114746)中，提出了用标准化建造方法来实施各种缓冲空间技术，同样也适合于本发明技术的运用。在该申请中还提出了附加活动空间的单元形式。
5.在本人的第五件在先申请“错位缓冲空间单元”(申请号为03115770)中，通过对上述各种由上下空间组成的缓冲空间单元的分析，错位缓冲空间单元与上述四项缓冲空间单元形式互为补充，成为一个整体。
6.在本人的第六件在先申请“带翼缓冲空间单元”(申请号为03115771)中，公开了用附加结构来加强缓冲空间单元，可作为建筑物施工时“脚手架”，从而可形成一个良好的内部施工环境。这是一种涉及结构的缓冲空间单元形式，本发明是另一种通过加强缓冲空间单元结构，形成如同金字塔一样台阶形式建筑物的缓冲空间单元形式。
在本说明书中通常将缓冲空间单元作为各种形式的缓冲空间单元的总称，为方便起见也称为单元式缓冲空间，或者简称为单元。
发明内容
由于台阶缓冲空间单元可以有多种形式，在具体使用中也会有其自身的特点与要求，下面将结合附图加以说明，并通过说明总结出可以实际运用的技术，从而成为本发明的技术核心。
缓冲空间单元的基本特征是由上下二个缓冲空间组成一个单元。这二个为同一个室内空间服务的缓冲空间之间的关系，可以用前五个在先申请中的各种缓冲空间单元形式来全部覆盖，它们在具体的形式、性能与应用上是有所区别的。
图1、图2和图3是已公开的缓冲空间单元剖面示意图，其中图1说明缓冲空间单元的整体8，是由上空间1和下空间2叠加而成，楼板7将上下空间分开，它们与室内空间3相交于位置4，该单元总高度为H。图2是将上空间1作为采光室，当取消采光窗5就成为常见的阳台或平台，而图3是将下空间2作为采光室，这二图的共同特征是采光室向外突出，其中由于采光阳台突出增加了阳台的受光面，同时导致另一层阳光照射的减少。图4为本人第二项在先申请“建筑物的缓冲空间构造”中的基本形式之一，它与图1的形式接近，表明缓冲空间单元中的采光阳台不突出也是一种使用形式。这二种形式的缓冲空间单元的共同特征是，上下二个可使用空间是为同一个室内空间3服务的(连通)。
而图5是表示，上层空间1向内伸展，如果该层为采光室，内墙面可采用透明材料10，其平面可以是任意形状，如斜面、曲面等。而图6表示上空间内立面也可以向外移，与图5组合就形成上下空间可以沿建筑进深方向任意变动，这从本人再先第一和第二申请的说明中可以得出。
图7是交叉缓冲空间单元的一种形式，上空间1与下空间2只有部分重叠6，这可以理解为图1至图6中的上下空间改变了自身形状。并在保持与室内空间接触面不变的情况下，向左右相反方向转动，这就是交叉缓冲空间单元的基本形式之一。这种转动继续至上下空间呈水平直线时(见图8)，就如同图9那样成为上下左右错位的形式，这就是本人的另一申请错位缓冲空间单元主要内容之一。
在已申请的交叉缓冲空间单元中，虽然有部分错位的图例，但并没有明确说明左右错位的情况，即缺少了图7中上下空间转动的终点。所以错位缓冲空间单元还具有一种反向补充作用，因此也造成交叉缓冲空间单元与错位缓冲空间单元二者边界的模糊性。
图10表示错位缓冲空间与室内空间3可以是任意的连接关系，而图11表示上下空间的形状与室内空间不接触部分也可以是任意的。
以上图1至图11的内容，可以用图12来概括，任意形状的上空间1与任意形状的下空间2组合，并与室内空间3相接。同时，上下空间都是可供人进入使用的；二个空间中必定有一个是多功能采光室，该室为室内空间提供阳光和空气。
图13表示缓冲空间单元8被楼板或复合板分割成多个可供人进入使用的空间9，则空间3就成为内部共享空间。但与通常的内部共享空间不同的是，室内空间3是通过缓冲空间单元8来采光、通风的，因此空间16中必定有一个或多个空间是作为采光室、通风用的。当可供人使用的空间只有二个时，就是图1的形式。
图14是用一个立方体来代表以上的各种缓冲空间单元，11是其外立面。
在图15中假设一幢建筑物是由多个立方体左右并设上下叠置所组成的(至少建筑物周边的缓冲空间区域内是如此)，为增强建筑物抵抗侧向力的能力，还设置了斜向支撑构件12。若去除其中一部分立方体，如图16所示，就形成了台阶16的形状。以缓冲空间单元的外立面11为标准，可以从图16中分离出4种基本的缓冲空间单元的组合形式(见图17)。它们是垂直叠加的缓冲空间单元14、左右并列的缓冲空间单元17、斜向相接的缓冲空间单元15和台阶形状的缓冲空间单元16。
图18表示，将图1中缓冲空间单元8分为三个部分，即中间主体19、外立面或外观变化的空间(可以为虚空间)20，以及与内部的主体结构的连接区间18。图19是图18的平面示意图，由梁、柱及板21构成的连接区间18，就是本人在先提出的带翼缓冲空间单元的形式。通常带翼缓冲空间单元主要是对垂直叠加的各种单缓冲空间单元14，通过附加加强结构构件的形式，使这些形式的缓冲空间单元得到了进一步的改进，同时也扩大了应用范围。
本发明主要是将各种缓冲空间单元形式排列成台阶的形状16。
从图20中可以看出，台阶缓冲空间单元16是由多个并列缓冲空间单元17组合而成的。在图21中，台阶缓冲空间单元可以用少量的梁、柱结构构件来支撑，22为斜向结构，图22是将此构件22放大，不难看出这是一个桁架结构，并且桁架结构中的一些斜杆23构成了缓冲空间单元的底。也就是说，这种桁架结构是以缓冲空间单元的大小尺寸以及单元的结构构件作为桁架中斜杆24，并且桁架结构不影响单元内部空间的使用。
斜向结构构件不仅可以构成各种缓冲空间单元也可用于构成单元内上下空间楼梯的结构构件。此外不可用于建筑物的交通通道，如斜向电梯或步行台阶；也可以用斜向结构构件所形成的空间(可设置遮雨逢)作为建筑物内部的采光、通风的用途。还可以将这二种用途合在一起使用。在后几种情况中，更多的是显示了斜向结构的作用，而缓冲空间单元已被破坏，或不完整。
图23表示，在计算重力(垂直)时，中间柱26只需计算至斜向结构的跨中位置区域25，而不必考虑中间柱(可以是所有柱)所受到的斜向力。因为斜向力最终被传到最下面(通常是基础上)。
在图24中可以看出缓冲空间单元8总是与更大的室内空间27相连的，通常斜向结构22中的主要斜向构件28可以定位在图中的三个位置，因此室内空间27有部分是悬挂在构件28上的。用柱26、梁30可以构成内部大空间29，由于柱、梁中的空间较大，可用于内部交通，而内部空间的通风和采光是通过与缓冲空间单元相似的空间31达到的。
从图25中可以看出二个缓冲空间单元之间是共用横梁33的。在图26中，通过将缓冲空间单元中的下层空间向外突出34，可以使台阶的密度更高。
图27至图30是图21中的斜向结构的几种变化，图27是刀片形状的实体大梁35，图28增加了连杆36，图29中是用横向板37与斜向板组成井状，而图30中，取消了中间刀片梁，改用横向结构38代替。
在图31中，表示缓冲空间的实体部分19也可以变化，这时斜向结构会经过室内空间。也可以将斜向结构构件28放在室内空间27位置(见图32)，在这种情况下，缓冲空间单元为普通形式，这就超出本发明的缓冲空间范围之外，不作更多说明。缓冲空间单元的用途通常是布置为厨房、卫生间等辅助空间，一方面，可以使居住空间内部的划分更加灵活有效；另一方面，雨水、生活用水的管道32(包括上、下水管道，电力、电讯电缆及可燃气体管道等)沿着斜向结构方向逐级上下，既方便维修，也使内部空间没有管道的障碍(紧靠斜向结构布置管线是一种惯例)。
在图33中，外观空间为三角形实体39，也可以是半圆40(见图34)，等其它形状。而且缓冲空间单元整体8也可以是弧形41(见图35)。
图36为一具有正方形柱网的建筑平面示意图，图37是其轴测图，缓冲空间单元的外立面可以是规则排列的单一面11，也可以斜向排列的双面43(可作为交叉缓冲空间单元)。后者通过横向结构42传到两侧的斜向结构上。当柱网为矩形时，其斜向排列的双面43缓冲空间单元就有方向性。
图38是另一种台阶单元的布置方法，它有暴露在外的结构空间柱26、梁30。
图39是一个扇形建筑平面示意图，它是台阶状的，在边缘用增加斜梁44的方法，使下部横向跨度不至于过大。台阶单元的外立面可以是平面，也可以是弧面。图40是图39的轴测示意图，从中可以看出建筑的外表为台阶形状，内部则可以是大空间的框架结构，因此内部空间可以灵活布置。同时，构成台阶斜坡的梁45，其角度是可以不是一直线，而是可变的折线。
图41表示坡度的改变还可以有多种结构形式，如拱46，屋架47，悬索(或悬挂)48。此外，台阶缓冲空间单元总是以一些单元组合成面的形式出现，因此，具有大空间表面的空间网架结构也可用作为台阶缓冲空间单元的结构形式。
在图42中，台阶单元只是建筑中的一小部分，但仍可看出单元的朝向是与台阶斜向的水平方向是一致的。
图43为日本一超高层方案(空中台地)中的一个圆形单元，在56米的高度中层层外倾，当使用单元时可形成外倾的倒台阶形状49，而内部是普通台阶形状50，它们的共同特点是，不需要斜向传力结构构件，因而这只是缓冲空间单元的普通运用形式。
在图44中单元后退并不是像图25那样共用横梁，但只要上下叠加的单元形状是相同的，也可以用斜结构28进行互相连接。
在图45中，用单元搭成了一个金字塔形状，在四个角上，单元43具有双向倾斜的特征，可将此形成的边作为上下交通与内部采光用。为使塔内能够得到更多一些阳光，可以采取去掉一些单元51，或者将顶部去除。
在图46中，用斜向结构28和立柱26构成了一个建筑物的主要结构体系，并且斜向结构28经过单元。也就是说，用各种缓冲空间单元构成的斜向结构，可以成为建筑物的主体结构，而不仅仅是辅助结构。
将以上的内容可以归纳出如下特征斜向结构可以包含在各种缓冲空间单元区域内，而各种缓冲空间单元可以组合产生斜向结构；在同一连续的斜向结构中，其斜度是可以不同的；可以用于各种结构的建筑中(如网架结构、悬索结构、框架结构、屋架体系、桁架结构、剪力墙结构、筒体结构以及组合结构等)；与建筑物主体结构配合，可形成内部大空间、开口空间，以及山型建筑、金字塔建筑等各种建筑形式。
台阶缓冲空间单元是由多个单元组合而成的具有面的特征，理论上讲，除了绝对的平面或立面，其它各种各样的面(斜面、曲面等)都可以形成台阶形式，因而也就能采用各种单元来进行组合成台阶的形状。
确切地说，台阶缓冲空间单元并不存在，图26中的单个缓冲空间单元也不能算是台阶形状，因此在本发明中，实际上是用各种缓冲空间单元去构成台阶的形状。但是，采用“用各种缓冲空间单元构成台阶形状的建筑物”作为本发明的名称，并不比“台阶缓冲空间单元”能够得到更多的信息。
所谓斜向，就是不包括垂直与水平的任意方向。本发明与斜向缓冲空间单元都是利用或产生斜向结构，其区别特征并不完全在于斜向结构经过单元的方向，在形式上前者包含后者，后者是前者中的一种具有特殊功能的形式。从数量上区分，在同一斜向结构中，至少要有二个单元才能构成台阶建筑，而斜向缓冲空间单元只需有一个单元就可以。在本发明中以缓冲空间中的斜向结构构件，其水平投影方向与开间轴线平行，作为基本特征，但这样也并不能够将两者完全区分开来。更多的区分以本人的另一申请“斜向缓冲空间单元”说明为准。
本发明与在先第一、第二个申请的关系在于，本发明是将这二个申请中的技术特征及原理的具体运用，是一个细化的过程。就具体的技术内容而言，与前四个申请是一个补充与完整的过程。因此，本技术不可能仅仅是将现有技术简单地组合到原来的技术中，其中必然包含了对这些技术的改进，同时也决定了本发明是应用层次上的技术改进。
但需要指出的是，细化的过程也必然是固定不变的过程，例如每个细化方案中的空间分隔应该是固定的，因为采用可活动的空间分隔其形态必然是临时的，这又将回到原来的技术范畴之内。同时还要认识到由于使用要求的千差万别，不可能存在唯一最佳的方案，在具体选用时应加以区别对待。
此外对本人的在先申请中已经提出的技术，如创业大楼、中间体、缓冲空间单元建筑的标准化建造方法、网络化管理等方面，在本发明中视为继承并加以组合运用而不再重复说明，直到有新的内容对先前的内容修改为止。同样，与本申请同日或以后申请的与单元式缓冲空间有关的申请，相同的内容不再详细地说明。
有益效果在本人的第二件申请中已明确指出了各种缓冲空间都具有将自身的功能、结构、外观三大方面进行分离与变化，然后再重新组合的性能特点。在本发明中，包含了两方面的概念，就是斜向的结构可以构成单元的结构，而单元经过排列可以产生斜向结构。这其中主要涉及单元结构性能的运用，而并不涉及具体的计算。本发明技术没有超出现有的结构计算方法，并且本发明的方法主要是在于单元结构的选型，尤其是为了达到某些外观效果所需要的结构选型。目的是在不影响单元基本功能的前提下，使建筑物呈现丰富多彩的外观形象。
这种思想及方法可以使建筑物整体的功能、结构、外观三方面达到有机的结合。从而可以呈现建筑物丰富多彩的外观形象；可以充分灵活地进行建筑内部空间的分隔与使用；在整体结构上更加能够发挥材料的性能，结构体系也可靠性更高。
台阶缓冲空间单元运用空间内的结构加强与单元间相互连接的形式，使建筑的表面结构更加坚固。这种坚固会加大局部与整体的差异，这在现有的结构设计中是忌讳的，因为风力、地震等侧向力会首先在刚度高的结构处聚集，使这些结构首先吸收极大的能量，而容易首先招致破坏，从而引起整体结构的破坏。但是由于单元只占建筑整体的一小部分，用它来承受极端破坏力，可以使建筑主体不受影响或影响减弱，即使单元受到损坏，只要不是毁灭性的情况，也是可以接受的。
另一方面，由于建筑内部各空间的使用情况是动态的，并总在发生变化。按理论荷载设计的结构刚度在实际情况下，并不能使各结构构件处在相对一致的应力水平上，还有施工、温差、徐变等因素，换句话说，想要建筑内部的结构刚度均匀一致是很困难的，也是不现实的。
现行的结构设计中要求结构对称均匀的目的，并非是限制不均匀情况的出现，而是由于建筑物的结构是作为一个完整的整体进行工作的。即使在高层或超高层建筑中，虽然出现了筒体结构、支撑结构等局部加强的结构构件，但由于这些构件作用单一，仍然只能作为一个结构整体工作。同时，由于实际的建筑平面是变化无穷，并且随着时间的推移各空间的用途也会发生改变，因此不一致是绝对的，均匀只能是相对的。关键在于找到合适的、可以控制的、不均匀结构形式。
各种缓冲空间单元的出现，以包含空间的结构作为构件，将建筑结构整体分为主体结构和辅助结构。这就为建筑整体结构的刚度不均匀，提供了一个位置相对固定的区间。由于各种缓冲空间单元的形式可以多样，因此其结构特点也随着形式的不同有相应的变化。更为重要的是各种缓冲空间单元是具有多方面的综合特性，除了结构外，同时还具有空间可使用的功能，还可以使建筑的外观变化有较大的自由度。
台阶缓冲空间单元在结构、功能、外观的三大特征中，主要通过内部结构的加强，突出了单元的外观特征，从而使建筑的外观得到丰富。同时，由于台阶缓冲空间单元是面积形组合，还可以产生内部大空间的建筑效果(这需要主体结构起主要的作用)。
本说明中的所有
均在发明内容中，在此不再重复。
实施方案本发明是按照缓冲空间理论所形成的，它可用于各种建筑中。在此对图40中的扇形建筑的实际运用，作为台阶缓冲空间单元的运用举例说明。
将多个形状不同的扇形建筑排列在一起，形成一个环形，或为弧形，并且使相邻建筑的台阶相互对齐。由此可产生如下一种或多种组合的使用形式与效果1.在台阶处设置为采用各种单元的住宅(具有联体别墅的特征)，可以获得充分的阳光和新鲜的空气；2.内部大空间作为商业、娱乐、办公等功能，借助照明和空调，从而不受外部气候环境的影响，并且中间如同一个竖井具有加强通风的效果；3.单斜向建筑有利于抵抗下正面风压，而布置成环形可以相互阻挡或减弱背面风压；4.从建筑整体看，人是居住在建筑的表面，但由于缓冲空间单元处在建筑的最表面，并且布置了厨房、卫生间等辅助空间，从而使居住空间内部的划分更加有效。同时，雨水、生活用水沿着斜向结构方向上、下，方便维修，并使内部空间没有管道的障碍。
5.斜向结构隐藏在单元内部，可不受外部温差变化及化学侵蚀，降低了结构维修成本，也延长了结构的使用寿命，集别墅的气派与都市的浪漫。因此，这种投资成本的增加并不是削弱其市场竞争力，而是为市场提供了一个不可多得的投资工具。
6.将住宅改为疗养或宾馆使人员流动性提高，并带动消费市场。
7.扇形建筑间分开一些距离，可以进一步改善内部采光与通风，发生灾难时，既可避免相互间的影响，也方便相互间的救助。
8.可以种植高度在3米内的植物，从而形成山型建筑。从理论上说，外墙的面积总是大于用来采光的门窗面积，否则就是如同室内阳台一样，也容易产生眩光现象。缓冲空间单元形式就是利用这一现象，并结合太阳光斜射的特点，将单元外立面分成必须采光的阳台，以及不采光或少采光的厨房、卫生间等辅助空间。台阶建筑或山形建筑是能够较好发挥各种单元特性的建筑形式。
权利要求
1.建筑物的台阶缓冲空间单元，它是由二个以上各种形式的缓冲空间单元用斜向结构构件串联组合而成的，而所述的各种缓冲空间单元是由上下二个缓冲空间叠加所组成，并且可供同一室内空间或用户中的人进入使用，其特征在于缓冲空间中有斜向的结构构件，其水平投影方向与开间轴线平行。
2.根据权利要求1所述的建筑物的台阶缓冲空间单元，其特征在于在上下二个空间中只有一个空间用于采光室。
3.根据权利要求1所述的建筑物的台阶缓冲空间单元，其特征在于斜向的结构构件有多根组成。
4.根据权利要求1和3所述的建筑物的台阶缓冲空间单元，其特征在于斜向的结构构件为本单元的主体结构构件。
5.根据权利要求1所述的建筑物的台阶缓冲空间单元，沿着斜向结构构件方向敷设区域总管，如上、下水管道，电力、电讯电缆及可燃气体管道等，其特征在于管线沿外立面呈台阶状布置。
6.根据权利要求1所述的建筑物的台阶缓冲空间单元，其特征在于用斜向结构构件作为缓冲空间单元内上下楼梯的结构构件。
7.根据权利要求1所述的建筑物的台阶缓冲空间单元，其特征在于用斜向结构可以为钢筋混凝土实体梁；或由钢结构构件及板组成。
8.根据权利要求1所述的建筑物的台阶缓冲空间单元，其特征在于斜向结构不是直线形的，可以是折线、曲线等形状。
9.根据权利要求6和7所述的建筑物的台阶缓冲空间单元，其特征在于以斜向结构构件为主，形成网架结构、桁架结构、悬索结构、屋架结构、拱结构等各种结构形式，并同时产生台阶缓冲空间单元。
10.根据权利要求1所述的建筑物的台阶缓冲空间单元，其特征在于在所形成的台阶平台上进行绿化。
全文摘要
本发明涉及建筑物，主要是利用斜向结构构件来构筑缓冲空间单元的技术。这种斜向结构通常是在建筑物内、外方向上，从建筑物整体看，就是有逐层台阶的外观效果。本发明是根据缓冲空间理论所形成的一种运用技术，它是通过突出缓冲空间单元的结构功能，并利用缓冲空间单元结构与外观可分离的特性，可形成丰富的建筑物外观造型。台阶缓冲空间单元有许多变化，如直线、曲线或折线的台阶形状、金字塔形状等，也可以使各种管线沿斜向结构布置。同时斜向结构又加强了建筑整体强度，并克服了由于建筑楼平面变化所带来的不利因素。台阶缓冲空间单元可以运用于各种建筑中，它的主要特点是在满足室内功能需求的同时，使建筑呈现千变万化的外形。
文档编号E04H1/00GK1447001SQ0311595
公开日2003年10月8日 申请日期2003年3月24日 优先权日2003年3月24日
发明者徐永生 申请人:徐永生