用于预浇注和构架砌块单元结构的方法

专利名称：用于预浇注和构架砌块单元结构的方法
技术领域：
本发明涉及一种建筑系统，该系统包括预浇注结构建筑砌块和预 浇注或者构架地板、墙壁以及屋顶砌块、产生结构单元的那些砌块组 合，本发明还涉及那些砌块的制造、组装、分解以及重构。
背景技术：
包括木构架建筑物、钢构架建筑物和混凝土结构的各种型式结构 在现有技术中是已知的。在传统实践中对大部分结构设计的决策取决于成本；对大多数的 土建工程的结构工程师施加了巨大的压力，来使成本最小化，同时还 要承担起确保结构安全性的首要责任。在许多建筑物中，这些压力倾 向于使结构最小化。当结构受到罕见但巨大负载时，该趋势可能是非 常不幸的，其中该负载不能合理地并入到由建筑法规制定的统计负载 规则中。因此，除了借助于要求的安全系数实现外，在没有必要地提供较 大备用能力情况下，建造的结构一般地设计成能安全地抵抗法规规定 负载。通过建造以提供显著地超过那些要求的结构能力，以承受建筑 法规要求的最低负载，在该建筑结构的功能性和多用性方面产生新的 机会。普通施工的结构设计一般地设法集中力量来节约可使用的占地面 积，并依靠副横向支撑系统，如斜撑或者剪力墙，以使该结构稳定。 通过有意地把结构力穿过使在支撑面上应力最小的宽基板上分布而获 得好处。传统施工通常包括或者用起阻碍作用的和昂贵的模板工程来现场 浇注结构，或者包括互连棒或者板构架，其中该互连棒或者板构架依 靠在用于侧向稳定性的对角支撑或者剪力墙上。由于许多传统施工在 直到该结构隔板和横向支撑系统的结构完成时固有地不稳定，因此， 在相对短的施工期期间，与在代表使用年限的完工建筑物中相比，结 构损坏更常见。在传统施工中通常需要的横向支撑和支柱形成导致许多施工事故 的建筑工地障碍。由于传统施工通常包括可通过一两个工人举起和搬 运的部件的现场组装，因此，外墙和顶壁的施工通常需要远高出地面 的巨额劳力；这可能引起落下的危险，而该危险产生最致命的现场伤害。当传统施工利用大型部件时，例如采用倾侧墙壁施工，通常消耗 昂贵的起重时间来把那些部件保持在适当位置，同时安装侧向支柱和支撑构件与联接件；这就要求在释放起重绳前使部件稳定。所希望的 是，利用不需要临时支撑和支柱以及使起重时间得到有效地利用的独 立稳定组件的系统来建造。在混凝土建筑物或者混凝土构架结构的情况中，通常，结构单元 或者例如用平板或者用横梁以及平混凝土板在现场浇注、例如用倾斜 壁结构在现场地预制，或者例如用预制混凝土板、T形梁和壁砌块来在 现场外预制。最有意义的建筑物结构是根据独特设计而建造，而该独 特设计是设计专业人员团队工作的结果；给定建筑物的设计对于工程 来说通常唯一的。在不断增加时间、预算和责任压力下独特工程的设 计对于设计专业人员来说存在现实的挑战；此外，还把巨大负担压在 建筑者身上，而该建筑者必须从不可避免地证明是不完善的图纸和说 明书中诠释和建造独特和复杂工程。特别希望引入这样的建筑系统， 其中该系统使设计具有灵活性，同时在设计和施工两者中明显简化。 这可借助于匹配部件膨胀成套工具来实现。用于混凝土现场浇注结构而使用现场浇注要求现场建造浇注混凝 土模板的费用和延迟。所希望的是，提供这样的混凝土结构单元，其 中该混凝土结构单元可以是用其它方式或者现场或者工厂受控状态下 堆积或者是大量生产的。倾斜壁施工在预浇注壁单元中具有一些优点，但具有要求大面积 分级支撑的混凝土板的提前施工以作为壁砌块的浇注表面的缺点。倾 斜壁施工还要求在组装过程期间利用临时支撑，以把墙壁保持在位， 直到另外的结构单元固定到该墙壁上。所希望的是，提供这样的预浇 注混凝土结构单元，其中在不利用临时支撑情况下，该预浇注混凝土 结构单元可装配成各种结构单元和精制建筑物。例如焦渣砌块的混凝土砌块一般地以相对小块体设置，这需要劳 动强度大的砌砖浆组件以形成墙壁和构件。所希望的是，提供较大的 结构单元，其中该结构单元可在不广泛应用砌砖浆或者粘合剂情况下， 在堆垛(stack)中现场浇注，或者用卡车运送到工地一起装配成各式 各样的构造形式。一旦完成传统的施工，精制建筑物的修改或者去除通常包括破坏 性拆除。在传统施工中的通常做法是，为相对较短的建筑物有效期限 设计，并仅仅破坏那些由于年代、位置或者差的最初施工而到达它们 有效使用寿命的建筑物。该作法导致每年数百万吨施工残渣拉到垃圾 场。所希望的是，利用这样的系统建造，其中该系统由耐久但划算的 结构构成，同时在没有传统拆除作法中的浪费材料和人力情况下，能 够易修改或者去除以及再使用。所希望的是，采用这样的建筑系统， 该系统可通过利用耐久建造的大量砌块而大规模回收以及再使用整个 建筑物。本发明提供有意地利用用于结构模块的较大足迹的出乎意料好 处。在典型的施工中，例如混凝土柱或者钢梁的支架构件具有相对小 的足迹，以使构件有效占地面积最大化。在本发明中，使用具有较大 足迹的砌块和结构模块。该方法的优点包括能够从相对简单的平面单 元中建造结构构架，其中该简单平面单元可在可控条件下在现场浇注 或者有效地制造以及运输到现场。许多组装可在地面完成。用此方式 组装的结构模块可快速竖立并在没有临时支撑情况下稳定。该完成构 架可快速分解，同时该部件可再使用。在基础单元上具有较少的每单 位面积负载，这样混凝土板或者基础的条件放松。 一些应用可在地面 装配。在很多情况下，在该结构模块内的空间可进入并可有效地利用。发明内容在这里描述的用于建筑物的方法和设备提供这样的一种预浇注加 固结构建筑砌块的系统，其中该砌块可复制并与相同砌块结合，以形 成各种结构单元以及与改变但是类似以及互补砌块结合，以形成完全 的基本结构。该基本结构然后可利用制造成砌块、或者预浇注、或者 构架施工而封闭，以形成周边墙以及屋顶。本发明提供了一种用于形成钢筋混凝土建筑砌块的堆垛浇注方 法，该方法包括通过在浇注表面上放置脱模剂、在该浇注表面上临 时固定模板从而该砌块在平面方向浇注、在该模板内设置钢筋、把湿 的混凝土供应到模板上以浇注该第一砌块而把第一砌块平面浇注在现 有浇注表面上；局部地固化该第一砌块；从该第一砌块上除去该模板; 通过在第一组件上放置脱模剂、在该第一砌块上临时固定模板从而该 第二砌块在平面方向浇注、在该模板内设置钢筋、把湿的混凝土供应 到模板上以浇注该第二砌块而把第二砌块浇注在第一砌块顶部。在该浇注表面上临时固定顶部敞口模板还包括把第一模具元件 临时固定到该浇注表面；在该模板放置多个双轴联接套管,从而在浇注 后该套管提供贯穿该砌块的通道；通过如下步骤以与该第一模板元件 间隔所需距离来固定第二模板即贯穿该第一模板元件，贯穿联接套 管以及贯穿第二模板元件，放置螺纹杆，从而该螺纹杆具有第一端部 和第二端部；在该第一端部附近，在该螺纹杆上临时放置该第一限制 装置，并在该第二端部附近，在该螺纹杆上临时放置该第二限制装置， 从而该第一和第二限制装置抵靠该联接套管保持该第一和第二模板元 件。在该模板内放置钢筋歩骤还包括在该模板内放置多个双轴联接 套管,从而在浇注后该套管提供贯穿该砌块的通道；以及把加固构件固 定到该双轴联接套管上。除去第二模板；提升第二砌块；把该第二砌块附接到该第一砌块 上，同时该第一砌块处于该浇注表面上；以及竖立联接的该第一砌块 和第二砌块的对。把该第三砌块附接到该第一砌块上，同时该第一砌块处于该浇注 表面上；以及竖立联接的该第一砌块、第二砌块和第三砌块。在本发明的各种实施例中，预制单元可以例如通过堆垛浇注在有 效受控环境中制造，以提供多个建筑物单元，而该建筑物单元可装配 成各式各样的所希望的结构。可通过组合组装砌块而形成的该单元包 括墙、墙的部分、支撑柱、屋架以及完成的结构构架。这些建筑砌块 可在施工现场快速组装，并可在支撑在混凝土板上，或在预定(discreet)基础上，以及在一些情况下直接在地面(on grade)上。 通过把单独的砌块或者砌块组合与其他砌块组合结合，可快速设计和 组装多种不同形式的结构构架和建筑物。用简单的螺栓固定或者互锁联接件，利用大型制造砌块建造，从 而该施工的构架和整个建筑物还可以在不破坏情况下改变或者拆除。


本发明的这些及其他目的和优点将在下面描述，并通过参照附图更加显而易见，其中图1A为单个砌块的立面图。图1B图1A中砌块的立体图。图2A为顶部边缘提升的砌块的透视图。图2B为第一边缘弦提升并在地上组装的砌块的透视图。图3A为各种砌块结构的正视图。图3B为矩形梁的截面图。图3C为六边形的剖面视图。图4为各种砌块形状的正视图。图5A为双轴砌块联接套管的正视图。图5B为双轴砌块联接套管的透视图。图6为该砌块钢筋的一部分的透视图。图7为示出了用双轴套管定位与联接的透视图。图8A为具有套管接收件的模板一部分的详细透视图。图8B为具有套管和套管接收件的模板一部分的详细透视图。图9为用于砌块的典型钢筋的正视图。图10A为在堆垛浇注程序中钢筋笼步骤的透视图。图10B为在堆垛浇注程序中第一级钉结模板步骤的透视图。图10C为在堆垛浇注程序中第一级混凝土浇注步骤的透视图。图10D为在堆垛浇注程序中颠倒模板步骤的透视图。图10E为在堆垛浇注程序中随后级别制备步骤的透视图。图11为用穿过底部套管联接件固定到表面上的若干砌块柱。图12为形成"L"形状单元的一对砌块的透视图。图13A为形成光面墙的若干砌块的透视图。图13B为形成任意布局的周边墙系统的若干砌块的透视图。图14为形成有半露方柱墙的若干砌块的透视图。图15为形成带加强筋墙的若干砌块的透视图。图16为形成正方形和矩形箱形柱的若干砌块的透视图。图17为支撑钢楼面构架的箱形柱的透视图。图18为完工的基本结构构架的透视图，其中箱形柱把屋架支撑在 分立的盖单元上。图19为图18中带有轻型钢副构架的构架。图20A为悬臂弦伸出部在第二级的一层砌块。图20B为悬臂弦伸出部在第二级的两层砌块。图20C为悬臂弦伸出部在第二级的三层砌块。图20D示出了三层砌i央，其中侧向间格承载单面倾斜的屋顶，同时 下弦省略用于行人通道。图20E为两层砌块，其中具有省略的下弦，用于行人通道。图20F为三层砌块，其中带有悬臂弦伸出部和用于屋顶砌块支撑的 倾斜顶弦。图20G为带有倾斜顶弦的一层砌块。图20H为带有阶梯、双倾斜顶弦的一层砌块。图20l为两层砌块，其中带有接纳落下楼面的阶梯底部弦和用于屋 顶砌块支撑的倾斜顶弦。图21A为三角形砌块。图21 B为用于把两个相邻的建筑砌块连成组件的叉形杆定准砌块。图21C为具有分段弧形顶部弦的屋架砌块。图21 D为具有钢拉杆的弓弦桁式屋架砌块。图21E为拐角盖砌块的透视图。图21F为图21E中所示的砌块下侧的视图。图21G示出了包括侧梁的角盖单元。图21H是图21G中所示砌块的下侧视图。图21l是另一个实施例盖单元的俯视图。图21J是是图21I中所示砌块的下侧视图。图22A为成对的屋架组件的分解透视图。图22B为不对称箱形柱。图23A为具有小厚度金属墙构架的构架墙砌块。图23B为图23A中所示墙砌块的内视图。图23C为示出了模仿堆垛石头的浇注图案的三种预浇注墙砌块的 外视图。图23D为三种预浇注墙砌块的内视图。图23E为铰接墙砌块。图24A为构架墙砌块内构架的视图。图24B为其中安装内外金属蒙皮的图24A的构架墙砌块的视图。图25A为在敞开箱形柱上组装墙砌块的透视图。图25B为吊架联接的详细视图。图26A为预浇注屋顶砌块的俯视图。图26B为预浇注屋顶砌块的下侧视图。图27A为用于构架屋顶砌块的钢构架的透视图。图27B为安装有金属板的构架屋顶砌块的透视图。图27C为螺栓联接夹子的详细视图。图27D为完工屋顶砌块的下侧视图。图28为在不对称柱上屋顶砌块的组件。图29A为两个箱形柱组件，其中该箱形柱装有用螺栓固定的承载楼 面支撑砌块的托臂。图29B为支撑预浇注地板砌块的三个有翼的箱形柱。 图29C为两个预浇注地板砌块的俯视图。 ' 图29D为两个预浇注地板砌块的下侧视图。 图30A为三个局部预浇注地板砌块组件的分解图。 图30B为预浇注地板砌块组件的下侧视图。 图31A为用于开始组装结构壳体的三个组件。 图31B为具有安装地板砌块的三个组件。 图31C为具有添加到该结构壳体上安装墙砌块的三个组件。 图31D为具有屋顶砌块的完工结构壳体。图32A为在混凝土板上的六个组件，其中具有用于建造结构壳体的 悬垂结构。图32B添加了悬置活地板砌块和成对屋架组件。 图32C为增加安装墙砌块、天窗砌块、墙头砌块和滑动门砌块。 图32D为通过屋顶砌块安装而完成的封闭结构壳体。 图33A为座入混凝土板上开始结构壳体组装的十二个箱形柱。 图33B为用螺栓固定的托臂的详细视图。 图33C为承载构架地板砌块的箱形柱组件的透视图。 图33D是承载捆扎弓弦桁式屋架实心盖砌块的主要构架。 图33E为在安装预浇注墙砌块、金属墙柱和金属屋顶平台后接近完 成的结构。图34A为带有各种高度的混凝土板、箱形柱、各种有翼的箱形柱的多级结构壳体的实例。图34B为增加了盖砌块、楼面组件和铰接墙砌块的多级结构壳体。 图35A为在混凝土板上步行道的箱形柱，其中只在每个端部具有简单的箱形柱。图35B为拐角盖单元和被加到步行道箱形柱上的盖单元以及箱形 柱的添加。图35C为墙和下部屋顶砌块到该组装结构的添加。 图35D为包括构架屋顶砌块和天窗屋顶砌块的上屋顶。
具体实施方式
实施例的详细描述一预浇注和构架建筑砌块 图1 A和1B中示出了本发明的一个实施例的基本砌块。 图1A和图1B分别为单个砌块的正视图和立体图。从该建筑物系统 的该最基本砌块的几何形状中，LadderBlockTM得出它的名称。该砌块 10为5英尺宽、30英尺高以及6英寸厚，具有由横梁区域31-34限定的 两个边缘弦21和22以及三个垂直开口41-43。在本评述中，该砌块称为 三层砌块。在一个实例中，本实施例的钢筋混凝土弦向截面为6"宽乘6 "厚以及梁区域是12"深乘6"厚。该砌块总的几何形态、尺寸、开口数 目、横截面尺寸以及钢筋每个均在专门应用的实际极限内调整。本系统的设计是用来允许相同的高质量砌块迅速复制，以用作可 进行迅速但坚固施工的大型建筑物单元。高质量施工的控制和保证可 通过相同部件的重复制造而容易实现。砌块通常是浇注成平面，然后提升到一定位置。图2A为通过起重机(未示出)而通过顶部边缘34提 升的砌块10的透视图。图2B为第一边缘弦21抬起然后在地面上组装的 砌块10的透视图，图中示出的砌块10a通过边缘弦22固定到第一边缘弦上。砌块的复制可通过把一系列砌块一个放在一个顶部上堆积浇注而 完成，或者借助于这样的成型系统，其中该系统可允许迅速拆卸和模 板再利用。砌块可在预先建造的混凝土地板上现场浇注，或者它们可 预浇注并在平板拖车上运输到现场。砌块几何形状砌块的结构可以几种方式修改，从而给定砌块的几何形状可通过 设计人员根据专门用途的需要控制。砌块为大致包括两个或更多弦的 平面单元，其中在弦交叉点处具有单一石质浇注刚性联接件。弦可以 或者不可以彼此垂直，它们可以是根据需要由其他横梁和弦封闭的形 状以外的悬臂，以提供基础、地面或者顶壁单元支撑的伸出部。砌块 弦的横截面在由结构分析需要的地方也可变厚和更大量配钢筋。此外， 横梁和弦的横截面可修改成除了图3B所示矩形以外的横截面。进行堆 垛浇注和堆垛运输所必要的是单元保持平面。如果在可分离模板中浇 注，例如，方便的是，横梁和弦横截面从每个侧面朝该横截面中心线 成锥形，以便于拆模，如图3C中横梁横截面所示。如图3C所示，最后 形成的六边形为支撑部件互锁提供了新的可能。再次参考图1A和1B， 在典型实施例中的几何形状提供了穿过竖立砌块的三个开口，其中在 平行弦之间具有4英尺的水平间隙和在平行横梁单元之间具有8英尺的 垂直间隙。这些有效开口在每个角落收縮成4英寸倒角38，是用来提供 人穿过开口而需要的顶部空间和侧向净空，其中楼板构架通过开口下 方横梁单元所支撑。除了如上所述尺寸变异性外，如图3A所示，该图为各种砌块结构10c-IOg的正视图，该基部砌块可通过引入另外的和变化间隔的横梁单元来改变。该横梁可用于使该砌块增强，或者提供另外的支撑线，用于不需要贯穿该砌块通道的副构架。图3A示出了砌块高度、砌块宽度、在砌块中横梁的数量和位置以及在该横梁或者弦横断面形状的变化性。该横梁和弦不必垂直。图4为各种砌块形状的正视图。例如，砌块 12包括倾斜对角撑61的添加件。支撑可以是钢组件，该钢组件设计成 能通过螺栓旋入到浇合套管上，或者它们可以是具有组件的单一石质 的钢筋混凝土浇注件。砌块11示出了对倾斜弦23的利用，例如可利用建造倾斜墙，以根 据高横向力来增强砌块，或者利用砌块作为较长跨度的水平构架构件。 . 倾斜弦屋架13可通过把两个倾斜弦砌块11与可选择的对角撑61组 装而形成，或者可浇注成单个单元。双轴砌块联接套管在一个实施例中，该砌块设计成包括具有许多功能的一系列浇合丄 >套管。在该实施例中，示出的套管为1^ "直径钢管。套管有意地过大以提供装配公差。穿过1^ "直径套管的螺纹杆联接件将通常在3/4"到 r直径范围。在本实施例中，管套长度贯穿弦向截面为6"和贯穿横梁 区域为12"，套管101和102对中，并彼此成90度点焊，如图5A和5B所 示，以形成双轴标准联接套管100。这些联接套管对位于每个弦单元内的组件位置，如图6所示， 一般 地在该钢筋120内对中。在该砌块钢筋内，通常还包括例如用于固定到 基础、屋顶单元固定或者架子固定或者地板构件的例如垂直套管103 的其它套管。在本实施例中，如图7中联接套管对105和106所示，该套管对是 不对称的，并可从砌块的左侧边缘弦22到右侧边缘弦21旋转90度。该 旋转的结果是，在任何给定高度的弦套管将与它的在第二相同砌块中 的对应部分对齐，但也将与在该第二相同砌块的另外弦表面相对的90 度套管对齐。例如，砌块10i位于相对于该砌块10i旋转180度的砌块10h和相对于砌块10i旋转270度的砌块10j之间。通过在平面旋转砌块，任 何人可因此把相同砌块互连，以形成如下所述的各种结构。在其它的 实施例中，该套管对是对称的，如下所述，从而它们可用于形成例如 一对构件或者不对称柱的组件。除了砌块的互连，套管可在砌块施工以及在组装构件期间具有许 多功能。在砌块施工期间，套管充当内部托架以把钢筋保持在适当位 置。下面参见图8A和8B，这些附图是本实施例中成型系统一部分的详 细透视图，模板201在它的内表面包括套管接收件120，该套管接收件 120使套管100定位，并在浇注期间为把模板绑缚一起而提供简单的方 法。如下所述，模板还可包括间隔套管接收件，该套管接收件用来使 模板定位，用于砌块的随后堆垛浇注复制。套管还为拆卸和举起浇注砌块以及为了联接到该组装构件中副构 架以及该副构架的支撑而提供联接点。套管贯通梁单元为锚定螺栓联 接到支撑结构而提供可能，为了支撑构架的中间状态联接以及用于盖 单元或者屋顶构架的联接。在需要两个相同的、不对称的砌块结构隔开和互连情况下，如图 22A和22B所示，双轴联接套管在该定准砌块每个侧面取向成提供一致 套管高度。在例如双轴套管方向在侧面之间不旋转90度，而是在图22B 中例如定准砌块290的双边缘弦一致地放置。在可利用重复相同单元嵌入到该结构组件内的包括壁砌块、箱形 柱、成对砌块和构架的结构组件上，双轴组件联接套管使设计者实现 无限多样性。可能的结构可包括而不局限于以下结构单元。如图11所 示，单个砌块可用作用于副外墙构架侧向支撑的轻负载柱和/或壁柱。 如图12所示， 一对砌块10a和10b可以90度联接，以形成"L"形状单元。 如图13所示，通过在平面内使交互砌块旋转180度，以对准组装套管， 一系列砌块10m-IOp可互相联接，形成光面墙。如图13B所示，砌块 的组合也可用来任意形状周界承重墙的施工。如图14所示，类似组件 也可利用另外的砌块10q - 10r来形成有半露方柱的壁系统。如图15所 示， 一系列砌块10s-10v可以彼此90度角度互相联接，以形成带加强 筋的壁系统。如图16所示，矩形正方形箱形柱70可由砌块10w-10z建成。正方形箱形柱由砌块边缘径向搭叠而形成，而矩形由在外砌块之间的成对 定准砌块形成。如图22B所示，不对称的砌块也可用来建造不对称的柱单元290。双轴套管联接件可在其他实施例中省略，其中例如机械互锁的可 选择联接方式用于把砌块结合成结构组件和完整结构。横截面和钢筋设计对于某个应用，混凝土横截面、钢筋尺寸和拉杆间隔可由结构工 程师基于预期设计外力而选择。砌块必须设计成能安全地抵抗拆卸和 搬运力、重力负载、剪切力、侧向负载和由具有其它单元的砌块交互 作用而引起的力。本系统是用来为设计工程师在选择专门应用中需要 的几何形状、横截面和钢筋时提供灵活度。砌块的施工在本实施例中，堆垛浇注砌块的施工程序设计成能得到轻易而快 速竖立的构件。如上所述，套管组件可预切和平头焊接。下面参见图9， 图9为用于砌块的典型钢筋的正视图，钢筋笼220利用变形钢筋或者铁 丝打捆而扎成整体。该捆扎可以是标准横捆，或者它们也可以是如图 所示的螺旋捆225。图10A- 10E示出了堆垛浇注过程。图10A为在堆垛浇注程序中钢 筋笼步骤的透视图。钢筋隔开并通过该套管组件100保持在位，而该套 管组件100随后由安装开模板201上的套管接收件120保持定位。图10B 为在堆垛浇注程序中一级钉结模板歩骤的透视图。在捆扎笼220定位在 该模板201和202、套管接收件120后，螺纹杆210临时贯穿套管和模板 放置，同时螺母在杆上拧紧，以把侧模板捆扎一起。图10C为在堆垛浇 注程序中一级混凝土浇注步骤的透视图。对于在堆垛中的第一砌块240，该模板套件可临时锚定到浇注板或 者表面上。通过利用敷在浇注表面上的板膜或者普通砌合阻断件，阻 止了在该浇注板混凝土和单元之间的砌合。图10D为在堆垛浇注程序中颠倒模板步骤的透视图。在该第一砌块240浇注和初期养护后,模板拆卸，砌合阻断件敷在浇注砌块的顶面上。图10E为在堆垛浇注程序中随后的制备步骤的透视图。本实施例的成型系统设计成能便于堆垛浇注，并可包括延伸翼片208和隔开套管接收件120，这样允许模板区段201 、 202在第一次浇注和隔开接收件"咬合"到第一砌块240中浇注套管后 翻转。这样使套管接收件定位在恰当的位置，以接收用于第二砌块的 该套管和钢筋笼。本系统允许多个砌块快速和容易地一个在另一个顶 部上进行堆垛浇注和一致地复制。构架部件如图1所示，该LadderBlockTM建筑系统从在该建筑套件中最基本砌块而得出名字。该构架系统包括形成层高固定构架的平面单元，如 图20A到20I所示，并可以是具有多个侧向单元格的多层。图20A到20I为平面结构砌块的典型形状。图20A示出了例如一层 砌块230的简单矩形砌块，该砌块包括在两侧具有悬臂伸出部50的顶部 横梁34。图20B示出了具有来自中间梁32每侧的悬臂伸出部50的矩形砌块。图20C示出了具有悬臂伸出部50的较高矩形三层砌块234，这些悬 臂伸出部一般地用作支撑件，并设计成占据在互锁地板砌块(未示出) 下侧横梁上的凹槽。图20D示出了阶梯形砌块236，该砌块236包括第一边缘弦21、第 二边缘弦22、中间弦23、在该第一边缘弦和该中间弦之间的第一顶部 横梁36以及在该第二边缘弦和该中间弦之间的第二顶部横梁35。 一般 地，第二顶部横梁35用来支撑高屋顶结构单元。该第一顶部横梁36用 来支撑低斜屋顶。图20E示出了开口矩形砌块238，其中没有底部横梁，该底部横梁 被省略，以使行人在没有绊倒危险情况下进入。图20F示出了矩形单元240，该矩形单元包括来自顶部横梁34的倾 斜悬臂伸出部52。该顶部横梁34和伸出部52的组合用来支撑悬垂的高 屋顶。图20G示出了包括倾斜顶部横梁34的简单砌块。图20h示出了具有 两个倾斜顶部横梁35和36以及中间梁23的阶梯形砌块244。该顶部横 梁结构适应用于天然照明的相对的倾斜天窗的平面屋顶砌块。图20l示出了具有第一侧边缘弦21、偏移伸出部51、顶部横梁伸出 部52和中间梁伸出部50的平面砌块246。这些伸出部的端部通过垂直 弦24联接。有时候，该偏移伸出部51位于该表面上方，而有时候位于 表面下方。虽然底部横梁31把负载分布到支撑基础上，但偏移伸出部 51是用来越过支撑基础边缘而成为悬臂，其中该下部伸出部顶部与混 凝土板顶部具有相同高度。该第一边缘弦21和第二边缘弦22可依靠在 混凝土板上，从而该第一边缘弦悬垂该混凝土板。在其它的实施例中， 该两个边缘弦可依靠在分立的底部上。图21A示出了具有第一边缘弦21、顶部横梁34和底部横梁31的基 本三角形砌块260。图21B示出了具有第一凸缘281和第二凸缘282的叉形杆定位件280。图21C示出了具有第一边缘弦301和第二边缘弦302、底部横梁311 和分段的顶弦304、 305、 306和307的分段弧形屋架300。在本实例中， 该屋架包括切口或者凹槽303，该切口或者凹槽303—般地用于在屋架 支撑件提供水平支撑面。再次参考图20F，该第一边缘弦21具有伸出部 28，该伸出部28提供水平支撑面。图21D示出了具有弓形拱顶弦320、钢系杆321、支撑座324和锥形 键322的捆扎弓弦桁式屋架319。图21E示出了具有侧梁401和402、箱形柱分开凹坑403和404、横 梁405和锥形键接收件406的盖单元400的透视图。图21F示出了盖单元 400下侧的视图。图21G示出了包括侧梁401的角盖单元410。盖单元的端部413— 般地在箱形柱上方对中，从而该端部412和413在角箱形柱上方相遇。 图21H示出了角盖单元410下侧视图。图21I和21J示出了另一个实施例盖单元409的上侧和下侧视图，该 实施例特征为具有简单横梁405、在箱形柱上方对中的拼合柱凹坑404 和箱形柱凹坑420以及悬臂伸出部422 。实施例的详细说明一结构组件在一个实施例中，这些结构砌块一般地结合成例如如图16所示的 箱形柱70及以下论述的其他实例的结构组件。图22A为一对屋架组件440的分解透视图，其中该屋架组件440包 括一对通过叉形杆定位件280结合的分段弧形屋架300。在该实例中， 分段弧形屋架通过该叉形杆定位件保持严格平行对准，从而它们形成 侧向稳定的结构组件，其中该结构组件可在地平面上预先组装，并作 为整体提升到预定位置。在该实例中，该组件通过穿过梁或者弦单元 308和例如281的叉形杆定位件法兰的螺纹接头而组装。可采用其他联 接方案。图22B示出了通过一对阶梯形块246、矩形块248和具有带有螺栓 边缘弦伸出部291、 292的矩形块290形成的不对称箱形柱450。该螺栓 边缘弦延伸件与阶梯形块246的边缘弦伸出部28配合，以形成该屋架组 件440对的键和螺栓支撑座。在图28中示出了这种配合的透视图。一个实施例将在组合的结构组件的至少两个基本方法论中采用， 以形成完成的建筑物结构。如图18和32B所示的一种方法的特征是例 如70和450的底部组件，该组件支撑例如15或者440的离散的屋顶砌块 或者组件。第二种方法包括例如图21E和21I中400和409的顶盖砌块， 如图33D和35B所示，其中该砌块横跨在底部组件之间并支撑在其上， 以支撑一系列等紧密间隔的屋顶构架砌块。实施例的详细说明一壁砌块图23A示出了构架壁砌块460，其中具有小厚度金属壁构架、内表 面462和外表面461 。在该砌块两面的金属壁砌块提供光制表面和用于 支撑砌块的应力蒙皮板刚度。在通常强调材料可能最大有效利用的设 计环境中，在工业建筑物上壁单元两面上采用金属板是非显而易见的。 该内蒙皮的加入具有明显的好处是形成应力蒙皮板，该板在结构上是 冗余的，并具有足够的耐用性，以抵抗在该砌块上的提升和搬运力， 并使反作用力返回到预定(discreet)和简单的联接件中，从而使装配 和拆卸容易和迅速。该特征允许建筑物大规模回收，而不需要到垃圾场，以及在紧急状况救济避难所的情况中，可使高质量建筑物迅速竖立。图23B示出了图23A中所示壁砌块的内视图。图23C示出了三种预浇注墙砌块470、 471和472的外视图，并示出 了仿真堆垛石头的浇注图案。图23D示出了同样三个砌块的内视图。这 些砌块的特征是包括例如473的凸缘，以与该LadderBlock构架的梁单 元互锁。在另一个实施例中，省略了键互锁联接机构，替代的是贯穿 LadderBlock套管的螺栓结合凸缘联接。图23E示出了铰接墙砌块475。图24A为构架墙砌块464另一个实 施例的内构架465的视图。该构架包括一般地与箱形柱横梁啮合的弯板 夹466。图24B示出了安装内外金属蒙皮的图24A的构架墙砌块。图25A为在敞开箱形柱上组装墙砌块的透视图。该墙砌块464可悬挂于作为该敞开箱形柱451—部分的该 LadderBlock248的横梁32上。图25B为该吊架联接机构的详细视图。 通过屋顶单元被限制向上运动的重型预浇注墙砌块和构架墙砌块可独 自依靠互锁来联接到该底部结构上，但没有满足这些标准的墙砌块必 须用螺栓固定到该支撑结构上，以确保在大风负载下的抵抗能力。实施例详细说明一屋顶砌块图26A为预浇注屋顶砌块480和482的俯视图。图26B为那些相同 砌块的下侧视图，并示出了为横梁484上坡的楔形梁481。这些横梁用 来承载托梁483并把该LadderBlock组件横梁支撑在支撑座485上。在 大多数的应用中，预浇注屋顶砌块的质量和互锁为支撑结构提供足够 的联接，从而可不需要机械联接件。图27A为用于构架屋顶砌块490的钢框格492的透视图。这些更轻 的砌块需要螺栓联接夹子493，以抵抗风反向压力；示出的这些夹子从 图27A中构架下侧伸出。图27B示出了安装有金属板构架屋顶砌块490 的透视图。如同例如460的构架墙砌块一样，构架屋顶砌块490—般地 包括内外结构蒙皮，以允许砌块举起和搬运。图27C为螺栓联接夹子b 的详细视图，而图27D示出了完工屋顶砌块490的下侧视图。如图22B所示，图28示出了在不对称柱450上屋顶砌块490的组件。 该屋顶砌块利用螺栓联接夹子493安装在阶梯形砌块246的顶部横梁34上。实施例的详细说明一地板砌块图29A示出了装有用螺栓固定的托臂76的两个箱形柱70组件，其 中该托臂76承载地面支撑砌块496，而该砌块496随后支撑构架地板砌 块494。在图33B中详细示出了用螺栓固定的托臂76。图29B示出了三个有翼的箱形柱74，每个箱形柱74包括一对砌块 232和一对矩形砌块10。示出的有翼箱形柱支撑预浇注地板砌块486和 一个预浇注地面端部砌块488的两个互锁内跨度。图29C示出了这两个 地板砌块的俯视图，而图29D示出了同样砌块的下侧视图。在这些预浇 注地板砌块的下侧上横梁结构形成了用于支撑在砌块232悬臂梁伸出 部上的接纳凹槽489。图30A为三个部件的预浇注地板砌块组件的分解图，其中该组件包 括内部砌块500、填实构架506和填实板504。图30B示出了安装在阶梯 形砌块510上的该预浇注组件的下侧视图。实施例的详细说明一组件竖立在完成浇注后，砌块允许固化，直到混凝土获得必要的强度，以 抵抗举起和搬运力。最初的举起操作必须破坏该单元下浇注表面的吸 附/或者粘合力。拆卸力可表现出砌块曾经受的最大过度载荷。在非常 薄而不能破坏该单元而从上提升套管上拆卸的砌块上的情况中(如图 2A所示)，可利用同时从几个弦套管上提升的定位板(如图2B所示)， 完成拆卸。 一旦该砌块与它的浇注表面松开， 一般地，通过利用浇注 套管作为吊点的起重机索具，浇注板或者在下面的堆垛浇注单元被提 升到垂直位置。在提升期间，薄砌块可需要利用定位板或者它们可互 相联接到一个或多个垂直砌块上，同时仍然平放。由互相联接的砌块形成的增强构件更容易地竖立。由于提升应力 导致的受损害的危险降低，而结构组件更可能独立地稳定，而不需要 临时的支撑。该典型实施例的重量在3500磅左右，四个砌块箱形柱重7 吨,从而只需要轻型起重机来提升这些单元。在提升后，该砌块或者组件嵌入到它的指定位置。下面参见图11，在混凝土板50上的底板联接可包括预置锚定螺栓或者钻头和环氧树脂或者水泥浆凝固螺纹杆，这些部件穿过底部套管103并利用与过大衬垫或者分布板配合的螺母而张紧。通过直接联接到其它的稳定砌块，没 有组装成结构组件的竖立砌块可利用对角支撑来临时支撑，其中该对 角支撑垂直于砌块表面；但是利用该系统的优选施工方法将包括在提 升前把多个砌块组装成独立稳定的组件。当需要它们时，临时支撑可 利用组装套管和临时锚件联接到该混凝土板上。最终的施工将一般地使用垂直砌块或者经由辅助构件52横向支撑的互相联接组件。利用衬垫和螺母完成砌块的相互联接，其中该衬垫和螺母与穿过组装联接套 管的标准长度螺纹杆结合。例如墙围梁、屋顶檩或者各种构架的副单 元可同样地联接在组装联接套管上。在包括本系统的墙、楼面和屋顶 砌块的建筑物中，围梁和檩条用建筑砌块代替，其中该砌块在地平面 建造，用轻型起重机提升到一定位置，并借助于互锁或者单纯用螺栓 固定或者互锁联接而联接到该结构构架上。本系统设计成能使力分布在结构组件底部的相对较大面积上，并 接纳来自组件顶部上多个来源的力，例如屋顶构架和用于承载在单个 箱形柱上的桥式起重机的轨道梁，并同时地提供具有固有侧向稳定性 以及灵活范围副功能性可能性的单元。例如,砌块可承载中间楼面或者 工业架子，而封闭箱形柱区段可容纳存储空间、机械室、休息室、升 降机或者其它的建筑物功能。载荷容量该LadderBlock建筑系统设计成能允许结构经济施工，其中该结构 可安全地承载更大于大多数常规建筑系统设计成能承载的负载。通过 建造以提供显著地超过那些要求的结构能力，以承受建筑法规要求的 最低负载，在该建筑结构的功能性和多用性方面产生新的机会。本施 工的建筑物可通常承载高负载楼面，支撑重型铰接板操作的墙,提供提 升系统的支撑，并在没有改变原结构情况下承载更上面的楼面结构。 该储备结构能力通过在相同预建造砌块的地平面直接、重复施工而经 济地实现。施工稳定性和速度尽管砌块可结合到各种结构中，但在本建筑系统中采用的基本方 法论为制造砌块的相互联接，以形成独立地稳定的结构组件；这些组件通常形成三维的多侧构架。预浇注砌块通常是在单元交叉点具有刚 性联接的开式构架。从用于某个应用的工程分析法得知，它们由结构 等级的例如混凝土的可浇注材料制成，例如通过钢筋加固。预浇注和 构架砌块设计成能容易地互相联接以形成独立稳定的结构组件。这就 能进行结构组件施工，其中该结构组件可用轻型起重机嵌入到位并立 即放开，而不需要在释放该起重索前安装临时横向支撑,而在倾斜墙施工是必要的。该特征可非常有效地利用昂贵起吊时间；如果不需要使 正在被支撑的固有不稳定部件稳定，该起吊可继续安装构件。 一旦根 据需要嵌入到位并锚定到支撑结构，则独立结构底部组件用来抵抗重 力和侧向负载两者，其中该组件带有开口但稳定并在结构上冗余构架。施工安全独立底部组件一般地与屋顶和/或楼面构造相互联接，其中该屋顶 和/或楼面构造通常包括本身独立稳定的其它预先装配的组件。该独立 的组件有效地形成大型建筑砌块，其中该砌块可竖立并将保持稳定， 而不需要临时支撑或者支柱，与依靠用于侧向稳定性的对角支撑或者 剪力墙的传统施工相反。通过用由互相联接预浇注部件制成的大型、 独立稳定砌块，施工可更加迅速地而且安全地进行。通过消除对横向支撑以及支柱的需要，该施工现场可避免出现导 致许多施工事故的阻塞物。由于LadderBlock部件是在地平面上建造 的，并可通常在地平面上互相联接成组件，从而提升工作以及伴随的 落下危险最小化。如果经受倒塌引起的超负荷的话，则通过用独立稳定砌块建造而 提供的结构冗余还能显著地提高整个建筑物的性能；冗余是抵抗建筑 结构渐进和总塌陷最好的保险。底部力的分布与将力集中以保持有效占地面积的传统施工技术相比，本系统把这些力有意地贯穿宽底部分布，其中该底部使作用在支撑面上的应力 最小。通过把该底部建造这样宽，从而通过该结构单元封闭的容积成 为本身的可用空间，该结构上的优点可同时提供功能优点。底部力广泛分布以及底部压力伴随的降低，通常允许LadderBlock 结构组件直接支撑在增强混凝土板(slab-on-grade)上，其中类似承 载容量将通常需要专门和昂贵的基础。当建筑物变高时，它必须抵抗 较大的风压力以及产生剪切力的力以及在该构件底部的倾覆力矩。由 于该倾覆力矩同时穿过宽底部分布，要求抵抗在LadderBlock结构组件 底部倾覆力的栓系联接可以比其他场合可能需要的更轻和更便宜施 工。如果该支撑结构具有足够的重量，同时没有经受地震引起的负载， 就可根本不需要栓系。建造构件的LadderBlock部件的选择、通过那个 构件荷载途径的分析以及涉及栓系条件的决策全部根据某个应用整体 结构的需要的结构工程分析。结构组件束缚在其中的支撑面可包括下层构件或者增强混凝土 板。在轻型(In light-use)、不高建筑物施工中，该支撑面可仅仅包 括紧密填充物或者天然土的显示足够承载能力以及稳定性的水平垫 料。'砌块组件可用于除用于建筑物主要的结构系统以外的功能。如图 17所示，可利用在砌块柱、砌块对或者单独的砌块之间的梁单元75和 76支撑中间级的楼面空间或者大型工业架子空间。在适当尺寸的箱形 柱70内的立轴可利用当做升降机的构架、当做装着叉式升降机的多级 存储壁橱或者当做用于机械的、电的或者抽送系统的风室。另外,砌块 组件可提供需要的结构能力，以在不需要附加构件情况下支撑桥式起 重机、臂式起重机及其他提升设备。实施例的详细说明一结构构架和壳体图18示出了利用本系统建造的完工的主要结构构架的样本。在该 实例中，多个箱形柱70支撑屋架15。例如墙砌块和屋顶砌块的附加单 元可固定到该结构构架上。图19示出了在安装剩余次要的构架和完成建筑物外壳的外部蒙皮 前的图18中的构架，其中该构架承载屋顶檩条18和墙围梁19形式的副构架的构架。图31A到31D示出了了封闭结构壳体的组装程序。在本实例中，如 图31A所示的三个组件520安装在例如紧密填充垫的支撑表面上。这些 组件520的每个均包括阶梯形砌块244和两个矩形砌块243以及245。该 砌块当安装到位时是稳定的和自撑式的，并随时可接收如图31B所示的 地板砌块494和496、如图31C所示的砌块522、 524和526以及如图31D 所示的屋顶砌块528和529。在图32A到32D中示出了另一个实例。在该实例中，安装六个组件 450，从而它们局部地悬垂混凝土板540。图32B示出了在安装墙和屋 顶砌块前的悬吊活地板砌块541和成对的屋架组件440。图32C示出了 安装的墙砌块542和543、天窗砌块544、墙头砌块545和滑动门砌块 546。图32D示出了通过屋顶砌块550安装而完成的封闭结构壳体。图33A到33E显示支撑两个顶层构架地板砌块494的箱形柱70敞开 工业建筑物的结构壳体，并示出了接收楼梯单元497的通道地板砌块 495。图33A示出了竖立的箱形柱，图33B为用螺栓固定的托臂的详细 视图，以及图33C示出了承载构架地板砌块494的箱形柱70。图33D示 出了带有承载捆扎弓弦桁式屋架319的实心盖砌块408的主要构架。图 33E示出了在预浇注墙砌块552、金属壁柱554和金属屋顶平台558安装后的接近完成的结构。图34A和34B示出了包括混凝土板540、箱形柱70和各种高度的有 翼箱形柱560、 562和564组合的多层结构壳体。这些箱形柱支撑楼面 组件486和488以及盖砌块409。该箱形柱还支撑铰接墙砌块475。图35A到35D示出了结构壳体的另一个实例。在该实例中，提供 了箱形柱70和不对称步行道箱形柱580。该步行道箱形柱580提供步 行进入该箱形柱内部，以允许利用该空间。该盖单元400和拐角盖单 元410用来支撑例如319的屋架。该不对称箱形柱580支撑在较低屋 顶提供耐火结构的混凝土屋面砌块480和482。在图35D中示出的上 屋顶包括构架屋顶砌块490和天窗屋顶砌块499。
权利要求
1.一种用于形成钢筋混凝土建筑砌块的堆垛浇注方法，该方法包括通过在浇注表面上放置脱模剂、在该浇注表面上临时固定模板从而该砌块在平面方向浇注、在该模板内设置钢筋、把湿的混凝土供应到模板上以浇注该第一砌块而把第一砌块平面浇注在现有浇注表面上；局部地固化该第一砌块；从该第一砌块上除去该模板；通过在第一组件上放置脱模剂、在该第一砌块上临时固定模板从而该第二砌块在平面方向浇注、在该模板内设置钢筋、把湿的混凝土供应到模板上以浇注该第二砌块而把第二砌块浇注在第一砌块顶部。
2.根据权利要求1所述的方法，其中在该浇注表面上临时固定顶部 敞口模板的步骤还包括把第一模具元件临时固定到该浇注表面；在该模板放置多个双轴联接套管，从而在浇注后该套管提供贯穿该 砌块的通道；通过如下步骤以与该第一模板元件间隔所需距离来固定第二模 板即贯穿该第一模板元件，贯穿联接套管以及贯穿第二模板元件， 放置螺纹杆，从而该螺纹杆具有第一端部和第二端部；在该第一端部 附近，在该螺纹杆上临时放置该第一限制装置，并在该第二端部附近， 在该螺纹杆上临时放置该第二限制装置，从而该第一和第二限制装置 抵靠该联接套管保持该第一和第二模板元件。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，在该模板内放置钢筋步骤还包括在该模板内放置多个双轴联接套管，从而在浇注后该套管提供贯穿 该砌块的通道；以及把加固构件固定到该双轴联接套管上。
4. 根据权利要求1所述的方法，还包括除去第二模板； 提升第二砌块；以及把该第二砌块附接到该第一砌块上，同时该第一砌块处于该浇注 表面上；以及竖立联接的该第一砌块和第二砌块的对。
5. 根据权利要求4所述的方法，还包括把该第三砌块附接到该第一砌块上，同时该第-一砌块处于该浇注 表面上；以及
全文摘要
本发明涉及一种用于预浇注和构架砌块单元结构的方法，用于形成钢筋混凝土建筑砌块的堆垛浇注，该方法包括通过在浇注表面上放置脱模剂、在该浇注表面上临时固定模板从而该砌块在平面方向浇注、在该模板内设置钢筋、把湿的混凝土供应到模板上以浇注该第一砌块而把第一砌块平面浇注在现有浇注表面上；局部地固化该第一砌块；从该第一砌块上除去该模板；通过在第一组件上放置脱模剂、在该第一砌块上临时固定模板从而该第二砌块在平面方向浇注、在该模板内设置钢筋、把湿的混凝土供应到模板上以浇注该第二砌块而把第二砌块浇注在第一砌块顶部。
文档编号E04B5/02GK101269521SQ20081000893
公开日2008年9月24日 申请日期2003年10月8日 优先权日2002年10月8日
发明者D·W·鲍威尔 申请人:D·W·鲍威尔