专利名称：模块化结构的制作方法
技术领域：
本发明主要涉及一种构造模块和包括多个构造模块的结构。本发明还进一步总体涉及一种构造方法，尤其涉及一种建造包括屋顶桁架结构的房屋构造的方法，但不是唯一的方法。
背景技术：
通常，例如在军事用途中要求可以快速而有效地部署的建筑物。典型地，这样的临时性结构被用于建立大本营，并且包括用于居住、车间、控制设施、便利设施以及作为设备库的建筑物。更进一步，一些建筑物要求具有20m或更大数量级的大净空跨度以容纳诸如飞机和车辆的大型设备。由于这种结构往往位于边远地区并且需要在敌对的情况下组装，就存在提供这样的能更有效地架设和拆卸的可再部署的结构的持续需求。
材料技术和构造工艺上的改进已经使大型的可再部署的结构得以运输和架设。虽然诸如空气支撑的结构的更新颖的技术不断发展和完善，但是这些技术需要用机械设备、泵、燃料等进行维护并且被认为不能很好地发挥远征探险一类的作用。对于适用于重型机械，飞机或类似设备的更大型的结构，类似帐篷的解决方案不能很好地满足特定的尺寸要求。
发明内容
根据本发明的一个方面提供一种适合于接合一个或更多个对应的构造模块而形成一个结构的构造模块，所述模块具有预定的配置并适合于与一个或更多个调节元件相配合，其中所述结构能取决于所述模块的相对定位和/或所述调节元件的部署而配置。
根据本发明的另一个方面提供一种结构，该结构包括多个具有预定配置的构造模块；和一个或更多个设置成与所述构造模块配合的调节元件，其中相邻的所述模块彼此接合以形成可取决于所述模块的相对定位和/或所述调节元件的部署而配置的所述结构。
构造模块优选地具有复合构造。更优选的是，该复合构造模块由诸如具有高强度纤维加强材料的微粒填充树脂材料或者聚酯树脂基材料的纤维复合材料制成。或者，该构造模块由聚合材料形成，并且可以例如被拉挤。
所述构造模块优选地构成为梯形，该梯形包括基本平行的上下弦杆构件，该上下弦杆构件在相对的两端与各自的腹杆构件互连。更优选的是，每个构造模块具有基本相同的形状。更为优选的是，所述弦杆构件和腹杆构件形成为中空断面的构件，例如正方形中空断面(SHS)的构件。更加优选的是，所述梯形构造模块包括为增加所述模块的刚度设置的一对对角腹杆构件。
每一个调节元件都优选地具有索的形式，其中所述元件的部署受到所述索的张紧的影响。更优选的是，索被设计成位于下和/或上弦杆构件的中空断面内，而且索的张紧包括索和对应的弦杆构件的预张紧和后拉伸。更优选的是，仅下弦杆构件包括一个或更多个索。或者，为了向结构提供额外的刚度，上下弦杆构件都包括所述索，这些索例如使该结构适合于诸如台风/气旋的更高负荷的应用场合。
所述构造模块优选地包括为提供所述相邻模块的互锁设置的互锁装置。更优选的是，互锁装置包括一个适合于接合相邻的构造模块的孔并且反之亦然的整体栓，并且所述整体栓的设计根据调节元件的部署允许相邻的所述构造模块之间的枢转运动。更优选的是，整体栓和孔允许所述相邻的构造模块之间的铰接作用。此外，还要优选的是，整体栓和/或孔与构造模块的周围部分一起得到加强。或者，在顶部弦杆构件高度的互锁装置包括枢轴的或铰接的连接器，诸如U形夹/销式的装置。
该结构也优选地包括被设计成位于相邻的构造模块之间以实现结构的再配置的隔离元件(packer member)。
优选的是该结构是一种建筑结构，特别是一种屋面桁架。更优选的是每个构造模块都是一种桁架模块。
优选的是该屋面桁架用延长和横向取向的片材覆盖。更优选的是这种片材具有槽形断面，由包括诸如PVC或ABS的塑料或者金属材料的刚性材料制成。或者，该覆盖物由诸如帆布的织物制成。
优选的是这种结构可以再部署。
根据本发明的更进一步的方面提供一种构造方法，所述方法包括如下步骤提供每一个都具有预定配置的多个构造模块，以及一个或更多个与所述构造模块配合的调节元件；互相相邻地定位构造模块并将调节元件定位成允许所述相邻的构造模块相互接合；和部署所述的调节元件，其中所述模块被配置到一起而形成一个结构。
优选的是每一个调节元件都具有索的形式，并且调节元件的部署包括索的张紧。更优选的是这一点还包括实现结构部署的索的预张紧和后拉伸。更优选的是，所述结构是一种屋顶桁架，索的张紧提供屋顶桁架的架设。
优选的是，该构造方法还包括如果需要通过在相邻的构造模块之间放置隔离元件而重新配置结构的能力。更优选的是，该重新配置的步骤先于调节元件的部署实现。
为了更好地理解本发明的特性，将参考附图仅通过举例的方式详细地说明构造模块的优选实施例和包括多个构造模块在内的对应结构以及构造方法，其中图1是根据本发明的实施例构造的屋顶结构的立体图；图2A到2F以正视图或在本实施例的模块化框架中显示了一种包括多个构造模块的结构，在图2B的情况中该结构取自图1的屋顶结构，而图2A、2C到2F描绘了所述模块化框架的不同尺寸；图3A说明了在前面的图中的一个构造模块的侧视图和局部放大的剖面图；图3B显示了替代的构造模块的各种剖面图；图4显示了相邻的构造模块和附属于相邻的构造模块之间的上下互锁连接的细节的正视图；图5A到5C示意性地说明例如图2B的屋顶桁架的连续架设；图6显示例如图1的屋顶结构的覆盖物的正视图和放大的局部立体图；和图7以立体图和剖视图显示图1的可再部署的屋顶结构的端墙。
具体实施例方式
如图1所示，建筑物或掩蔽系统10包括一系列结构，或者在本实施例中为互相基本平行并且侧向间隔排列的模块化框架12A到12F，这些框架在本实例中与用14整体标识的屋面板互连。诸如12A的每一个模块化框架在其架设状态下都为屋顶桁架的形式，每一个屋顶桁架包括多个构造模块，或者在本实例中为诸如16A和16B的桁架模块或桁架板。
如图3A所示，诸如16A的每一个桁架板都为梯形，包括基本平行的上下弦杆构件18和20，上下弦杆构件18和20分别在相对的两端与腹杆构件22和24互连。桁架板16A还包括对角取向的腹杆构件26，该腹杆构件26向桁架板16A提供额外的刚度。或者，对角取向的腹杆构件26也可以是一对在一起形成“X”形的对角腹杆构件中的一个构件。每一个诸如本实施例的16A的桁架板具有基本完全一样的轮廓形状并由复合材料构成，弦杆构件和腹杆构件都具有中空的断面。例如，如图3的详细剖面图所示，桁架板16A的下弦杆20被形成为具有内部空间28的正方形中空断面(SHS)。图3B给出3种替代的构造模块或板材，每一个构造模块或板材都具有实心的腹板而不是前面实施例中的对角的腹杆构件26。为了避免重复，同时为了方便参照，本实施例的类似组件都用一个附加的‘0’标识，例如桁架板160。
构成本实施例的构造模块的复合材料是允许桁架板浇铸或模制的颗粒填充树脂(PFR)材料。这样就提供了一种相对容易制作的重量轻，强度高的材料，而PFR减少了价格昂贵的高强纤维，如凯夫拉尔和碳纤维的用量，而是依靠低成本的填充物提供对纤维的坚固性、定位和保护，有些类似于经过加强的混凝土，其中高强度的钢筋被定位于混凝土中并得到混凝土填充物的保护。
另外的一种替代技术是使诸如16A的桁架板或者其他的构造模块从复合材料“被拉挤”。在这种替代的实例中，模块由单独的型材制作，每个型材被从复合材料拉挤并固定在一起。
如图2A到2F所示，诸如本实施例的16A和16B的桁架板是预先确定的梯形构型，以便在互相接合时或在本例中互相邻接的情况下该桁架板在一起形成建筑结构或诸如12A的框架模块。在图2A到2F的实例中，诸如12A的模块化框架可取决于诸如16A和16B的桁架板或者其他的构造模块的数量和相对位置配置。在本实施例中，诸如12A的结构或模块化框架包括位于相邻的诸如16A和16B的桁架板之间的隔离元件(图中未示)，以使诸如12A的模块框架适合于不同的跨度、高度和间隔节距的屋面结构10。隔离元件被设计成位于诸如16A和16B的相邻的桁架板的相邻的诸如20的下弦杆构件之间的空间中，以便调整模块或者板材16A/B之间的间隔从而调节模块化框架12A的几何尺寸。
该实例的结构或模块化框架12A结构也包括用于与诸如16A和16B的构造模块或者桁架板配合而形成模块化框架12A设置的调节元件。本例中调节元件包括位于诸如16A和16B的相邻的和邻接的桁架板的上和/或下弦杆构件18或20的中空截面内的索。图4中很好地说明了这一点，图中调节元件或下索28穿过相邻和邻接的桁架板16A到16C的相邻的下弦杆构件20A和20B。正如稍后将详细说明的，所部署的调节装置或下索28或者在本实例中经张紧或拉伸的调节装置或下索便于诸如16A和16B的桁架板的协同运动，因而便于模块化框架12A的架设。
每一个相邻的构造模块或桁架板16A和16B都包括互锁装置，在本实例中当桁架板16A和16B处于邻接接合的时候所设置的互锁装置提供桁架板16A和16B的互锁。本构造模块的该构造中的互锁装置包括分别位于上下弦杆构件18和20的相邻端的诸如30A和30B的突起或整体栓。
每一个上下弦杆构件18和20的相对的端头包括各自的孔32A和32B，它们与相邻的构造模块或桁架板上的整体栓互锁(参见图3A和4)。该栓/孔连接允许诸如16A和16B的相邻模块或桁架板的枢轴运动，在模块化框架12A的架设时提供该连接点或诸如18的上弦杆构件的邻接处的铰接作用。构造模块或桁架板在诸如30A和32A的整体栓和凹进处周围的部分优先得到加强。或者，通过枢轴的或铰接的连接器提供在顶部弦杆高度处的模块或桁架板之间的连接。该连接器(未显示)可以采用U形夹/销类装置的方式。
如图6所示，屋面结构10用延长的和横向取向的诸如34A到34F的槽形或通道形构型的片材覆盖。本实施例的屋面覆盖物由诸如PVC或ABS的刚性的塑料材料制成。屋面覆盖物34A基本为诸如18的顶部弦杆构件18的宽度的一半并且有足够的长度在诸如12A和12B的相邻的模块化框架之间延伸，该覆盖物之间采用对接或搭接的方式。诸如34A和34B的相邻的屋面覆盖物板互相连接，以便提供在诸如12A的模块化框架的架设过程中允许铰接作用的连接。屋面结构10也可以用一种诸如能密封覆盖物34A到34C起到防水和防灰尘作用的帆布层的柔性膜36加衬。屋面结构10也可以包括保温或弹道板38，其位于柔性膜36的下面并横跨诸如34B的屋面覆盖物。在一种替代的结构中，屋面覆盖物可以只包括一层诸如帆布的织物覆盖物的柔性膜。
如图7所示，图中有用40总体标明的端墙，在本实例中该端墙用和诸如34A的屋面覆盖物板完全相同的结构的墙板形成。诸如42A和42B的端墙板具有和屋面覆盖物板相似的形式以及诸如6米的标准的长度。墙板的垂直跨度从地面一直到屋面线，并且屋面覆盖物板的挑出檐与为专门目的形成的填充物一起提供封闭建筑物的某些措施。在地面上，墙板可以坐落于沟槽里并且经回填提供对墙板的支撑，埋置的深度允许有效地调整墙板的长度。如果墙板的标准长度不足于从地面到屋面线的垂直跨度则可以进行搭接。诸如44的门开口可以通过螺栓连接的过梁46支撑。
屋面结构10特别适用于能够重复部署的应用场合。这些应用场合包括但不限于各种军事力量的可再部署的飞机库，理想地适用于大于约15米直至约35米跨度的屋面结构。诸如前文描述的可重复部署并模块化的屋面结构非常适用于在部署上考虑运输、相对快速地搭建和拆除的应用场合。
构建前述实例的屋面结构10涉及的总体步骤如下1.如图5A所示，诸如12A的构造模块或桁架单元以松散或平放的方式互相并排定位，同时调节装置或下索28穿过诸如20A和20B的下弦杆构件；2.进一步如图5A所示，屋面结构10包括诸如48A和50A的可调节的支撑模块，该支撑模块位于模块化框架12A的各自的相对端，其中诸如48A的一个支撑板被锚固；3.如图5B所示，调节装置或索28被部署或拉伸，其中构造模块或本实例中的梯形桁架板互相相对铰接在一起，于是模块框架12A逐步抬高，同时另一个可调节的支撑板50A朝被锚固的支撑板48A向内滑移；4.如图5C所示，模块化框架或桁架结构12A逐渐向其架设状况移动，诸如本实例的16A和16B的相邻的构造模块或桁架板相互邻接，于是浮动的支撑板50A被锚固。
主要是作为构造模块的及其与调节装置或在本实例中的诸如28的索相结合的连接模式的几何学方面的功能，这种构造的模式使模块化框架能从松散的状态变成其架设状态。诸如16A和16B的梯形桁架板有比上弦杆构件18更短的下弦杆构件20，并且外侧腹杆构件22和24互相朝向对方距离逐渐变小，以便诸如18A的每个构造模块或桁架板都有互相倾斜的外侧承载表面。应该理解的是，诸如16A和16B的桁架板的各自的外侧承栽面在松散的状态下除了上面的部分外相隔而分离，而在架设诸如12A的模块化框架时该承栽面基本上相互邻接。然而，正如图2A到2F所示，间隔元件可被用来改变邻接的程度因此而改变诸如12A的结构或模块化框架的构型。
不想受到形状和尺寸的限制，下面的表格提供了图2A到2F的屋面桁架的尺寸。表中也给出位于诸如16A和16B的相邻的模块或者桁架板之间的间隔元件和隔离元件的厚度。
本发明的优选实施例已经被详细说明，对于本领域的熟练技术人员明显的是，构造模块/结构的优选实施例和建造方法至少具有以下优点1.该构造模块相对紧凑和重量轻，从而有助于其成为可再部署的结构；2.该模块化设计的结构形式可以用相对要求简单的小型工具和职业技能架设；3.该结构可以通过改变构造模块的相对位置、使用不同数量的模块，和/或通过改变调节元件的部署而重新配置；4.该结构能够适用于不同的条件，并且包括沿着例如桁架框架的上弦杆设置的索形式的附加的调节元件；5.该结构可以在地平处装配，然后采用例如被拉伸的调节元件来架设，因此，该部署的方法使高处作业的安全要求达到最小化；6.该结构和相关联的建筑系统提供了相对大的净空跨度的屋顶系统；7.该结构和构造模块具有最小数量的松散组件，却包括避免在不利情况下松散的“束缚”组件；8.该结构的构造模块允许紧凑的存储和运输，例如模块能完全被装入由飞机、公路、铁路或海上运输的标准货运集装箱里；和9.该结构主要由相同的组件形成，这样就只有最少量的组件需要处理和清点，就可以使零备件更易于管理。
本领域的熟练技术人员将意识到，除了本文具体说明的实例以外，本文所述的发明还易于变化和修改。例如，构造模块可以构成为不同于所述实施例的梯形桁架板的形状。板材无需限制为复合结构，而例如可延伸到诸如铝合金的其他优选的重量轻的材料或者替代钢材。类似地，尽管优选诸如PVC的高压热成型(HPT)塑料，屋顶覆盖物可以用任何合适的材料构造。建筑结构可以在军事应用中包括能降低可再部署的结构和任何被容纳的装备的雷达特征波形的被动或主动装置。理想地，该掩蔽系统材料将提供最小的雷达特征波形，并且期望特殊的覆盖物能够有效遮蔽内部装备。否则，最好该结构或在所述实施例中的可再部署建筑系统包括环境调节系统(热/冷)和通风，能够在架设时用标准程序进行化学药剂净化，能够提供消隐能力和/或提供伪装能力。该结构无需被限制于所述屋顶桁架，而可以例如延伸到桥梁和其他的结构。
所有这样的变化和修改都将被视为落在本发明的范围内，而本发明的实质将从上面的说明中得到确定。
权利要求
1.一种构造模块，其特征在于，该构造模块适合于与一个或多个其他对应的构造模块相接合以形成结构(structure)，所述模块具有预定的配置并适合于与一个或多个调节元件相配合，其中，所述结构可取决于所述模块的相对位置和/或调节元件的部署进行配置。
2.一种结构，其特征在于，该结构包括多个具有预定配置的构造模块；和一个或多个安排成与所述构造模块相配合的调节元件，其中相邻的所述模块互相接合以形成可取决于所述模块的相对位置和/或所述调节元件的部署进行配置的所述结构。
3.如权利要求1或2各自所述的构造模块或结构，其特征在于，其中所述构造模块为复合构造。
4.如权利要求3所述的构造模块或结构，其特征在于，其中所述复合的构造模块由纤维复合材料制成。
5.如权利要求4所述的构造模块或结构，其特征在于，其中所述纤维复合材料为具有高强度纤维加强材料的微粒填充树脂材料或者聚脂树脂基材料。
6.如权利要求1或2任一个各自限定的构造模块或结构，其特征在于，其中所述构造模块由聚合材料制成。
7.如权利要求6所述的构造模块或结构，其特征在于，其中所述聚合材料被拉挤。
8.如前述任何一项权利要求所述的构造模块或结构，其特征在于，其中所述构造模块被形成为梯形，所述梯形包括基本平行的上下弦杆构件，所述上下弦杆构件在相对的端部以各自的腹杆构件互连。
9.如权利要求8所述的构造模块或结构，其特征在于，其中每个所述构造模块为基本相同的形状。
10.如权利要求8或9中的任何一项所述的构造模块或结构，其特征在于，其中所述弦杆构件和腹杆构件被形成为中空断面的构件。
11.如权利要求10所述的构造模块或结构，其特征在于，其中所述中空断面的构件为方形中空断面(SHS)构件。
12.如权利要求8到11中的任意一项所述的构造模块或结构，其特征在于，其中所述梯形构造模块包括一对为增加所述模块的刚性安排的对角腹杆构件。
13.如前述任何一项权利要求所述的构造模块或结构，其特征在于，其中每一个所述调节元件都是索索的形式，其中通过张紧所述索而实现所述元件的部署。
14.如权利要求13所述的构造模块或结构，其特征在于，其中所述索被设计成位于下弦杆构件和/或上弦杆构件的中空断面内，所述索的张紧包括所述索和对应的弦杆构件的预张紧或后拉伸。
15.如权利要求14所述的构造模块或结构，其特征在于，其中仅所述下弦杆包括一个或更多个索。
16.如权利要求14所述的构造模块或结构，其特征在于，其中为了提供额外的刚性，上下弦杆构件都包括所述索。
17.如前面任何一项权利要求所述的构造模块或结构，其特征在于，其中所述构造模块包括互锁装置，所述互锁装置为提供所述相邻的模块的互锁而安排。
18.如权利要求17所述的构造模块或结构，其特征在于，其中所述互锁装置包括适合于与相邻模块的孔接合的整体栓，或所述互锁装置包括适合于与相邻模块的整体栓接合的孔，所述互锁装置的整体栓或孔设计成根据调节元件的部署允许相邻的所述模块之间的枢转运动。
19.如权利要求18所述的构造模块或结构，其特征在于，其中所述整体栓或孔允许所述相邻的模块之间的铰链动作。
20.如权利要求18或19中的任何一项所述的构造模块或结构，其特征在于，其中所述栓和/或孔连同所述构造模块的周围部分一起被加强。
21.如前述任何一项权利要求所述的构造模块或结构，其特征在于，该构造模块或结构进一步包括适合于在所述相邻的构造模块之间定位以实现所述结构的重新配置的隔离元件。
22.如前述任何一项权利要求所述的构造模块或结构，其特征在于，其中每一个所述构造模块都为桁架模块。
23.如前述任何一项权利要求所述的结构，其特征在于，其中所述结构为建筑结构。
24.如权利要求23所述的结构，其特征在于，所述建筑结构为用延长的并横断面走向的片材覆盖的屋顶桁架。
25.如权利要求24所述的结构，其特征在于，其中所述片材具有槽形断面并用刚性材料制成。
26.如权利要求24所述的结构，其特征在于，其中所述覆盖物由织物制成。
27.如前述任何一项权利要求所述的结构，其特征在于，其中所述结构可重复部署。
28.一种构造方法，其特征在于，该构造方法包括以下步骤提供多个构造模块，以及一个或多个安排为与所述模块配合的调节元件，每一个所述构造模块都具有预定配置；互相相邻地确定所述模块的位置并定位所述调节元件以允许所述相邻模块的接合；部署所述调节元件，其中所述模块被一起配置以形成结构。
29.如权利要求28所述的方法，其特征在于，其中所述每一个调节元件都是索的形式，并且所述调节元件的部署步骤包括所述索的张紧。
30.如权利要求29所述的方法，其特征在于，其中所述索的张紧包括实现所述结构的部署的索的预张紧或后拉伸。
31.如权利要求29或30中的任何一项所述的方法，其特征在于，其中所述结构为屋顶桁架，而所述索的张紧提供了所述屋顶桁架的架设。
32.如权利要求28到31中的任何一项所述的方法，其特征在于，其中所述构造的方法还包括在需要的情况下通过在相邻的所述构造模块之间放置隔离元件而重新配置所述结构的能力。
33.如权利要求32所述的方法，其特征在于，其中所述重新配置的步骤先于所述调节元件的部署实现。
全文摘要
本发明总体涉及一种建筑物或掩蔽系统(10)，该系统包括一系列互相基本平行、侧向间隔并且与屋面板(14)相互连接的结构或模块框架(12A)到(12F)。每一个诸如(12A)的模块化框架在其架设状态下都为屋顶桁架的形式，每一个屋顶桁架都包括诸如(16A)和(16B)的多个构造模块或者桁架模块或桁架板。每一个诸如(16A)的桁架模块或桁架板都构成为梯形，该梯形包括基本平行、在相对的两端分别与腹杆构件(22)和(24)互联的上下弦杆构件(18)和(20)。该结构或模块化框架(12A)包括设置成与诸如(16A)和(16B)的构造模块或桁架板相配合形成模块化框架(12A)的调节元件。调节元件包括位于诸如16A和16B的相邻和邻接的桁架板的上弦杆构件(18)和/或下弦杆构件(20)的中空断面内的索。诸如(28)的调节元件或下索被部署或张紧/拉伸，以便于桁架板(16A)和(16B)的协同运动，进而便于模块化框架(12A)的架设。
文档编号E04B1/342GK1985054SQ200580016997
公开日2007年6月20日 申请日期2005年3月30日 优先权日2004年3月31日
发明者皮特·奇 申请人:斯特拉奇科技集团有限公司