通过由多个段制成的芯元件而被强化的轻重量的承载结构和此结构的铸造方法

专利名称：通过由多个段制成的芯元件而被强化的轻重量的承载结构和此结构的铸造方法
技术领域：
本发明涉及由芯元件强化的轻重量的承载结构，所述芯元件具有坚固材料制成的 芯，从而在待铸造的结构内形成一个或多个受压区(compression zone)或受拉区(tension zone)，所述芯被与之相比强度低的材料包围或邻近。本发明进一步涉及由芯元件强化的轻重量的承载结构的铸造方法，所述芯元件为 坚固材料制成的，从而在待铸造的结构内形成一个或多个受压或受拉区，所述芯被与之相 比强度低的材料包围或邻近。
背景技术：
先前，最少结构(minimal structures)已应用于大型桥梁，但它们被证明要求许 多辅助构造，且因此几乎不可能作出用于如建筑物和大厅中发现的中等尺寸和小的结构的 真正的最少结构。长期以来，已尝试了制造混凝土结构的不同解决方法。一个熟知的方法是通过应用钢筋、钢丝或型钢来强化混凝土，以承担强化混凝土 结构内的张力和剪力。另一个方法是将直的热轧型钢与重的混凝土组合为复合结构，或形成“夹层板”， 所述“夹层板”在受拉层内带有强化钢筋或钢网，或带有钢板以作为受拉层或受压层。这些方法涉及用于强化混凝土的元件内的受拉区或受压区的强化钢筋或型钢的应用。然而，型钢主要是直的或平面的，并且通常仅钢丝允许受拉区的优化设计。没有方 法允许受压区的优化设计。使用高强度混凝土用于结构设计已变成可能。然而，高强度混凝土的受压横截面 必须比压缩强度所需的大且因此比压缩强度所需的重，以便实现稳定。当压力施加到墩子的端部时，例如像高强度混凝土的坚固材料制成的柱子或墩子 的受压横截面将具有向侧面变形或弯曲的倾向，除非墩子的横截面相当大。当这样的墩子通过在端部上施加压力而受到压缩时，墩子将发生在横交于其纵向 方向的方向上的移动。如果墩子的横向移动增加，则将影响墩子的稳定性。使用高强度混凝土的另一个缺点是在接近水蒸汽的临界点374°C的温度下爆裂的 趋势，且一些其它的坚固材料不能在高温度下使用。此外，最少结构应用于桥梁，桥梁具有由昂贵的模子形成的受压拱(compression arches)，其符合力矩曲线，且载荷从桥面通过拱下方的受拉钢筋或通过其上方的柱子而施 加到所述拱。预应力混凝土结构应用于例如用于工业和商业中的预制大厅的大跨度的TT梁。 这些梁代表了重强化混凝土的相当优化的使用。然而，在设置结构的尺寸和承载结构的自 由跨度的长度方面，具有嵌入在轻材料内的集中受压区和受拉区的超轻结构可明显改进性能。在一些预加应力混凝土结构中，预应力缆的路径可符合力矩载荷的变化。在此，受 拉区被优化，但受压区未被优化。整个横截面受压并且不破裂，且因此有助于刚性抵消变 形。受压区仍自身稳定。在本发明中，稳定性通过与受压区接触或包围受压区的轻的材料 提供，且进一步，受压区构建为芯元件，所述芯元件由例如受轻材料保护的高强度混凝土的 压缩强度合适的材料制成的多个段形成。芯元件的段可由坚固材料形成。合适的材料可以是在有或没有用于改进展延性的 纤维强化下的挤出高强度混凝土、普通混凝土或陶瓷，但只要强度足够，也可使用任何其它 材料，且它们具有在实际结构中其功能所需的足够的其它特征。作为简单示例，如果火灾 不是风险或火灾的影响可通过轻材料充分降低，则基于碳纤维的材料可以是用于芯段的选 择，从而导致更轻的结构。只要强度足够，可使用其它类型的混凝土。形成预加应力混凝土结构的原因主要是为了降低变形。这通常通过提供具有如钢 丝或钢筋的预应力强化件的结构实现，所述强化件以压缩力作用在整个混凝土横截面上。 当横截面受到弯曲作用时，在一侧引入压力且在相对侧引入张力。源自弯曲力矩的张力卸 载了来自预应力的压力，而不会在受拉区使拉应力增加且导致裂纹的形成，如在松散强化 的混凝土结构中将会发生的那样。因此，横截面不因破裂而降低，且将保持其最大弯曲刚 度，从而降低了由于可变载荷导致的变形。另外，预应力强化件可布置在预应力将导致与由 其静载荷引起的结构的变形相反的变形的路径内，且因此根本不会导致变形。通常不可能给例如轻重量的混凝土的柔软材料制成的结构预加应力的一个原因 是当施加预应力时这些材料将发生蠕变，从而引起连续变形并且失去预应力。

发明内容
通过本发明，可制造例如具有比在使用松散强化轻量混凝土或使用重的预应力混 凝土结构的情况下可能大得多的跨越宽度的预应力轻重量的混凝土结构。另外的优点是可在由例如轻重量的混凝土的柔软材料制成的结构中建立预应力 受拉区，从而防止蠕变，减少断裂、结构的大变形，且保护强化钢材例如不受腐蚀、撞击和火 灾的影响。本发明进一步提供了通过例如应用坚固材料制成的预制件来为超轻结构建立受 压区的新的简单的可能性，所述预制件在铸造围绕其或邻近其的柔软材料之前被施加预应 力。通过提供受压拱或由芯元件的多个段形成的预应力受压区以被铸造在轻材料内 且与轻材料相互作用，本发明使得可铸造具有最优形状的受压区的超轻承载结构。当从例如由高强度混凝土制成的芯元件构造受压区时，可形成具有几乎任何形状 的预应力建筑结构的元件。这样的芯元件可形成为具有不同形状的多个段以及不同的长度。本发明意图于覆盖在前述实施例之间的芯元件的多个段的成形的所有方面，芯元 件的一些段可具有不同的形状和/或长度，且同时芯元件的其它段中的一些可具有相同的 形状和/或相同的长度。
如果芯元件内的用于预应力元件的孔或通道是弯曲的而不带有锋利的边缘，或包 括孔或通道的整个段都是弯曲的，则降低预应力的损失且降低源自载荷施加的横向应力将 是经常有益的。段在说明书中被称为芯元件的多个段，所述段可具有任何合适的尺寸和形状，且 根据本发明被使用。这通过将承载结构重新考虑为被包括在柔软材料内的坚固骨架来实现，其中骨架 由具有合适的压缩强度的芯元件的多个段构造，例如坚固的混凝土，陶瓷或具有或没有纤 维强化的高强度混凝土，且其被应用为一个或多个受压区或受拉区。芯元件的多个段沿一 个或多个受压区或受拉区设置在待铸造的结构内，部分地或完全地被与芯的强度相比具有 较低强度的混凝土包围。如果由芯元件的多个段构造的芯意图成为受压区，则预应力估计为可能的最小， 使芯稳定且自支承，直至芯被铸造到超轻结构内，其中它可在压缩下承受载荷。如果由芯元件的多个段构造的芯意图成为受拉区，则预应力估计为充分得大，以 通过芯段的卸载压力而抵消最大张力。芯元件的多个段可包括一个或多个强化区，所述强化区为一个或多个延伸通过芯 元件的多个段的洞、孔或沟槽的形式。在下文中，洞、孔或沟槽称为孔，因为在内部延伸或沿芯元件的段延伸的任何类型 的通道等可用作预应力元件的引导。用于预应力元件或多个预应力元件的孔或多个孔大体上平行于芯元件的段的外 表面延伸。当将元件组装为一定形状时，可使用具有不同数量的孔的芯元件的多个段。例如， 如果芯元件的一个或多个段设有用于将芯元件内的或与其邻近的预应力元件结合起来的 装置，则这是可能的。根据本发明，这通过具有轻重量的承载结构来实现，其通过具有坚固材料制成的 芯的芯元件而被强化，从而在待铸造的材料中形成一个或多个受压区或受拉区，所述芯被 与芯相比强度低的材料包围或邻近，其中芯由多个通过一个或多个预应力元件组装而成的 芯元件的多个段构造。为保证芯元件的两个段之间的结合，在所述结合中，力以合适的方式传递，芯元件 的一个或多个段具有相对于通过芯元件的纵向轴线大体上成90度的至少一个端部。通过具有相对于通过芯元件的纵向轴线成不同于90度的至少一端的芯元件的一 个或多个段，这也能够得到保证。段的多个端部或至少一个端部可包括一个或多个基本平面的表面。在另一个实施例中，这通过使芯元件的一个或多个段是弯曲的段来实现。在另一个实施例中，芯元件的一个或多个段设有一个或多个孔，以用于引导一个 或多个预应力元件。为进一步保证力在芯元件的多个段之间的合适地传递，用于预应力元件或多个预 应力元件的孔或多个孔大体上与芯元件的段的外表面平行地延伸。为能够建立一种栅格或网格，芯元件可在其侧面上设有多个开口，用于连接到芯 元件的其它段的端部，且由此形成一种节点段。
在另一个实施例中，可通过在节点段的侧面处的用于芯元件的预应力元件的突出 接头而形成节点段。在另一个实施例中，通过设置预应力元件通过芯元件的嵌入段的侧面，或通过为 此而嵌入的分开的芯元件，能够连接例如具有嵌入的珠串状强化件的甲板元件或板元件的 结构元件。在另一个实施例中，形成节点段的芯元件的段形成为“Y”形或十字形，其具有从芯 元件的本体突出的多个臂，或具有多个面，每个臂或面被设计为用于连接到芯元件的段的 端表面，或与另一个节点段的连接。为保护用于引导一个或多个预应力元件的孔或多个孔不被磨损且保证在芯受张 力时力的更平均的分布，用于引导一个或多个预应力元件的孔或多个孔设有内衬。在实施例中，用于引导一个或多个预应力元件的带有或不带有内衬的一个或多个 孔用灰浆填充。当灰浆硬化时，灰浆将导致孔的密封，且允许力在预应力元件和芯元件之间的传 递。进一步，除通过由与芯元件的强度相比强度低的混凝土覆盖的芯元件的已结合的段所 提供的耐热保护和耐腐蚀保护外，灰浆还提供了预应力元件的耐热保护和耐腐蚀保护。灰浆可用作在插入预应力元件期间的一种润滑剂。为保证预应力元件或多个预应力元件保持待在预应力位置中，用于引导一个或多 个预应力元件的一个或多个孔设有保持装置，以将一个或多个预应力元件保持在预应力条 件下。这样的保持装置可以是任何已知的保持装置，例如楔、螺母等。以上进一步通过根据本发明的方法实现，其中芯由多个通过一个或多个预应力元 件组装而成并保持在一起的芯元件的多个段构成。在方法的实施例中，通过将一个或多个预应力元件施加通过芯元件内的一个或多 个孔而将张力施加到芯元件，所述一个或多个孔引导一个或多个预应力元件，在向一个或 多个预应力元件施加预应力之前或在此期间用灰浆填充一个或多个孔。在方法的另一个实施例中，通过将一个或多个预应力元件施加通过芯元件内的一 个或多个孔而将张力施加到芯元件，所述一个或多个孔引导一个或多个预应力元件，在向 一个或多个预应力元件施加预应力之后用灰浆填充一个或多个孔。通过本发明提供的自支承芯元件，甚至可减少或避免使用脚手架。这为由芯元件 的多个预应力段形成的受压区和/或受拉区，通过使它们设有模子零件或模子织物以铸造 出具有与芯相比低强度的周围材料或邻近材料而得以实现。替代地，强度低的邻近的稳定材料可在芯元件通过施加预应力而被组装之前铸造 在芯元件上，使得芯元件和稳定材料形成预制单元，以与其它单元或其它预制单元通过施 加预应力而进行组装。这样的预制单元例如可以是壁或壳单元，或用于框架建筑物的单元。作为特殊的示例，熟知的是例如用于办公地形的大的地板区可通过在梁之间跨越 的楼板单元来建立，所述梁通过在地板区的侧面处的柱子来进行支承。如果楼板单元设有 横跨其主支承方向的芯元件的一个或多个段，则芯元件的预应力使得可将楼板单元组装以 形成将载荷承载到侧面的柱子的梁，而不是将楼板单元支承在分开的梁上。
通过本发明，可从由坚固混凝土制成的芯元件的多个段在工厂或建筑工地形成受 压区或受拉区，在此处将产生较大的承载结构。在工厂或工地处，坚固的混凝土芯构件或多个芯构件放置在模子内，或模子替代 地通过芯来支承，且然后产生且使用轻材料铸造出承载结构，由此坚固的混凝土芯构件或 多个芯构件完全地或部分地由轻材料包围。也可使用轻材料预制出芯元件的单元，以在建筑工地或工厂处组装起来，从而产 生更大的子结构。本发明使得可为结构赋予支持实际应用或建筑结构的外部形状，使得可施加载 荷，且赋予结构被包括在例如屋顶、墙壁、甲板、隧道、桥梁、基础、船舶、驳船、离岸结构或任 何其它结构中的可能性。本发明使得可保护受压区或受拉区不受机械冲击。本发明使得可保护受压区不受火灾。对于高强度混凝土，火灾特别地是问题，因为 由于由高强度混凝土制成的结构的散裂而已观察到爆裂和多个严重损坏的风险。爆裂是高 强度混凝土应用的主要障碍。本发明可替代地使用普通的多孔混凝土，但高强度混凝土有 时将是有利的，且本发明可解决爆裂问题，例如通过保证混凝土不被加热到接近水的临界 温度374°C的极限以上，在所述极限处发生爆裂问题。这可例如通过将高强度混凝土嵌入在 轻重量的承载结构的轻混凝土内实现，其中轻材料提供了对于芯的热隔离作用。如果轻材料提供了充分的防火保护，或如果火灾对于结构不是问题，则用于芯元 件的多个段的其它坚固材料也可以考虑，例如碳纤维强化环氧树脂等。替代地，可应用强度充分高的防火材料，例如陶瓷、砖、石材、瓷器或多孔混凝土。因此，实现的是能够最小化用于受压区或受拉区的坚固且通常重的材料的量，因 为轻材料可有助于-使得可赋予受压区和/或受拉区最佳的形状和布局，-稳定受压区不变形和弯曲，-将受压区与其它零件组合，包括受拉区(如有的话)，-为结构赋予支持实际应用的外形，-保护受压区和受拉区不受机械冲击，和-保护受压区和受拉区防火。用于受压区的材料通常比轻材料重3至5倍，且比轻材料坚固3至10倍。原理的 应用因此使得可建立比传统的铸造结构轻2至4倍的结构。这使得可在柱子之间实现大跨度和大距离。受压区和受拉区的位置相对于载荷是最优的时的最少结构直至目前还是困难的 且经常不可能实现，因为提到的功能要求不能在实践中特别地对于小的和中等尺寸的结构 得到满足。此技术使得最少结构更可应用于建筑物。此技术使得高强度混凝土和其它坚固材料更可应用于建筑物。


在下文中将参考附图描述本发明的实施例，其中
图1示出了具有设置在一个或多个孔或通道内的预应力元件的芯元件的多个段 的示例；图2示出了由芯元件的多个段组装的预应力弯曲的芯受拉区的示例；图3示出了弯曲的芯受压区和直的受拉区的示例；图4示出了具有弯曲的芯受压区和直的受拉区的梁的示例；和图5示出了用于建筑物框架的预应力芯网的示例。
具体实施例方式在下文中将详细描述本发明的不同实施例。本发明通过将承载结构重新考虑为被包括在软材料内的坚固骨架而得到，其中骨 架由具有合适的压缩强度的芯元件2的多个段1构造，所述芯元件2例如为坚固的混凝土、 陶瓷或带有或不带有纤维强化的高强度混凝土，且其被应用为一个或多个受压区或受拉 区。芯元件2的多个段1沿一个或多个受压区或受拉区设置在待铸造的结构内，部分地或 完全地被具有与芯的强度相比低强度的混凝土所包围。段1在描述中被称为芯元件2的多个段1，所述段1可具有任何合适的尺寸和形 状，且可待使用。在本发明中，通过与受压区接触或包围受压区的轻材料提供稳定性，且进 一步，受压区构造为由压缩强度合适的材料的段1组成的芯元件2，例如被轻材料保护的高 强度混凝土。芯元件2的多个段1可包括一个或多个强化区，所述强化区为一个或多个通过芯 元件2的多个段1的洞、孔或沟槽3的形式。洞、孔或沟槽3在下文中称为孔3，因为在芯元件2的段1内部延伸的或沿芯元件 2的段1延伸的任何类型的通道等可用作预应力元件4的引导。用于预应力元件或多个预应力元件4的孔或多个孔3大体上平行于芯元件2的段 1的外表面延伸。在本发明的实施例中，芯元件2的每个段1相对于结构内的段1所要定位的那个 位置被设计和成形。在本发明的另一个实施例中，芯元件2的段1形成为模块化元件。由此，可建造从 产品目录中取得的芯元件2制成的结构。换言之，可将芯元件2的段1制造为标准化的形 状和长度。在又一个实施例中，芯元件2的段1被组合使得可构造具有二维或三维弯曲的芯 元件2。这通过使用弯曲的元件实现，或通过使芯元件的至少一个端部5设置有在芯元件之 间作用的法向力方向上与纵向轴线成不同于90度的角度的平面实现。通过将具有大体上 90度的端部5的芯段1与具有形成有倾斜表面的端部5的段1组合起来，或通过应用弯曲 的段1，可建立以二维或三维延伸的芯元件2。段1的端部5或至少一个端部5可包括一个或多个基本平面的表面。芯元件2的段1的长度可以是标准化的长度，单独的长度，和根据建筑结构来修改 的长度。同样情况适用于芯元件2的段1的长度，不论段1的端部5是倾斜的还是大体上 垂直于芯元件2的纵向轴线。
在许多情况中，最方便的是使得段1具有短的长度。这使得可更容易地建立芯元 件2的弯曲。也可能的是使得芯元件2的段1是弯曲的或具有不同角度的倾斜端部5。因此，可 例如将15度的芯元件2的两个段1和20度的芯元件2的一个段1组合，以将50度的弯曲 应用于芯元件2。在芯元件2的段1设有超过一个的孔3的实施例中，由于延伸通过孔3的预应力 元件4的数目，两个邻近的段1不能够相对于彼此旋转。在芯元件2的段1内仅存在一个孔3的实施例中，可能合适的是设置锁定构件(未 示出)，从而防止两个邻近的段1相对于彼此旋转。这样的锁定构件可以是形成在段1的一端内的呈凹陷、沟槽等的形式的中空件， 所述中空件制造为与成一直线内的下一个段1的邻近端内的相应的突出相互作用，或与当 形成芯元件2的骨架时在两个构件之间的单独的互锁构件相互作用。通过使突出装配到芯元件2的两个结合的段1的相邻近的表面的上述中空件中， 如果需要的话则防止段1在轴向方向上相对于彼此旋转。另外，可确保两个邻近的段1的 孔的位置成一直线。在实施例中，在施加预应力之前可在芯元件2的多个段1之间浇铸出一种灰泥、密 封剂等的层。此灰泥或密封剂可补偿待结合的段1的不规则的端表面5。灰泥或密封剂在 一些情况中可填充邻近的段1的孔，从而提供锁定。在轻重量的承载结构的实施例中，具有例如坚固混凝土制成的芯元件2的段1的 一个或多个受压区与受拉区内的强化件组合或与例如坚固混凝土制成的芯元件2的段1组 合，其中芯元件2通过卸载预应力压力来承担张力。在轻重量的承载结构的另一个实施例中，仅受拉区形成为预应力段1的芯元件2， 其中芯元件2通过卸载预应力压力来承担张力。受拉区内的或用于芯元件2的段1的预应力的获得的另外强化件可通过合适的零 件提供，例如合适材料制成的绳索、丝、板、网、织物、杆或条，所述材料例如为钢、碳纤维、纳 米管、纳米纤维、玻璃、聚丙烯纤维、芳香族纤维或塑料、金属或有机纤维制成的其它产品。芯元件2的段1内的孔3可设有一种内衬(未示出)以降低预应力元件4和段1 之间的摩擦，其中预应力元件4意图被放置在所述孔3中。特别地，当将预应力元件4插入 内衬且使预应力元件4受到张力时，预应力元件4将滑动通过孔3，且同时降低或甚至防止 了在使预应力元件4受到张力期间作用的不适当的力。另外，在实施例中，在将预应力元件4定位且使之受到预应力之后，可用一种灰浆 填充芯元件2内的孔3。例如通过将灰浆注入到芯元件2的孔3内来执行填充灰浆，使得灰浆将围绕定位 在孔3内的预应力元件4。灰浆将然后导致预应力元件4和孔3的内表面或内部内衬之间的联接。因此，除通过由与芯元件2的强度相比强度低的混凝土覆盖的芯元件2的结合的 段1所提供的耐热保护和耐腐蚀保护外，硬化的灰浆将导致孔3的密封，从而进一步提供预 应力元件4的耐热保护和耐腐蚀保护。灰浆也将允许力在预应力元件4和芯元件2的段1之间传递。
在其它没有用泥浆填充的实施例中，可使用未结合的钢筋束。确保段1不相对于彼此且不相对于中心轴线移位的另一个方式是在芯元件2的段 1内的孔3中的一个或多个内具有管内衬，所述内衬从段1的一个端部部分的表面突出一定 距离。在成一直线的下一个段1的对应的相对端部内，内衬定位在段1内一定距离处，所述 距离对应于内衬从芯元件2的前一个段1突出的距离。在芯元件2的段1内仅存在一个孔3的实施例中，可设置用于防止围绕芯元件2 的段1的纵向轴线的旋转的相互装置。这样的装置例如可以是相对应的沟槽和舌部，或凹 槽和脊部，或从内衬的端部突出的半圆柱形壳体，从而一起形成管，或是内衬管的端部的相 对应的形状或切口。也可使用凸出和/或凹入的端部部分形成芯元件2的段1。为能够将芯元件2的段1相互固定在给定的位置，凹入和凸出的端部部分可设有 沟槽和/或舌部或脊部或相交的元件。沟槽和/或脊部可形成为同心圆，或同心圆的部分， 或径向线，或任何其它合适的样式。当预应力元件4受到张力时，芯元件2的两个邻近的段 1被压在一起且因此被固定到位。当芯元件2的段1上具有大体上平的端表面5时，可将比芯元件2的段1的端部 5具有其它形状时更高的载荷施加到芯元件2。为能够在接头和支承处传递大的力，可通过应用具有锥形形状或具有任何其它横 截面变体的芯元件2的段1而在芯元件2的端部附近形成较大的横截面。同样地，也可应用横截面变化，以抵消例如由于拱内的结构自重而导致的沿芯元 件2的载荷变化。在另一个实施例中，在应用或不应用特殊的节点段6的情况下，更多的受到压力、 张力或受到压力和张力组合的芯元件2被结合起来，以形成具有更多维度的结构，例如建 筑物框架(shell)、悬挂结构、板、楼板、栅格、大梁、管、箱等。形成节点段的芯元件2的段1可形成为“Y”形或十字形，其具有从芯元件2的本 体突出的多个臂，每个臂被设计为用于连接到芯元件2的段1的端表面5，或与另一个节点 段6的连接。芯元件2的一些段1可设有位于芯元件2的侧面上的多个开口(未示出)。开口 被设计为连接到芯元件2的段1的端表面5，且靠近芯元件2的开口或端表面5的侧面适合 于相互连接，这通过在靠近开口的侧面上提供平面的表面实现，或通过具有连接到开口的 平面侧面实现，或通过在芯元件2的结合的段1上具有弯曲的端部5来实现。因此，可将一个或多个受压区和/或一个或多个受拉区组合以形成栅格或网或结 构构件的任何其它承载部件。进一步可将受压区或受拉区与其它结构构件的承载区结合。在另一个实施例中，一个或多个受压区或受拉区设有横截面，所述横截面朝向力 与其它受压区或受拉区交换时所处的点增加。因此，实现了芯2的有利的实施例，从而形成受压区或受拉区和由芯元件2的段1 形成的受压区或受拉区之间的有利的过渡，从而降低了接触应力或节点段6内的应力，或 改进了锚固，或使不同的结构构件或部件内这样的区之间的力的相互作用被结合起来。在另一个实施例中，通过芯元件2的段1形成的一个或多个受压区设有朝向至少一个端部5增加的横截面。在另一个实施例中，由芯元件2的段1形成的例如在端部5处的受压区或受拉区 的增加的横截面在接头内结合，或通过结合段1而结合。由芯元件2的段1形成的芯元件2可被放置在用于承载结构的模子内，或在一些 实施例中，自支承的芯元件2可支承围绕或邻近芯元件2的模子。通过芯元件2的段1形成的芯元件2可被放置在希望集中压力的位置处，例如在 受压拱内。例如坚固混凝土或自密实高强度混凝土的坚固材料制成的芯元件2的段1的芯被 形成，与建筑结构内的受压区或受拉区相对应。然后，使用轻材料围绕芯铸造出模子，所述 轻材料例如可以是轻的集料混凝土(aggregate concrete)。坚固的混凝土是比轻材料更坚固的任何混凝土，且可使用多种不同的方式获得， 且本发明不限制于获得坚固混凝土的单个方法。作为例子，可应用高强度混凝土，且可通过 添加细颗粒的微粒到混凝土来获得所述高强度混凝土。另外，可将添加剂添加到坚固的混 凝土和/或添加到轻材料，其中超塑性化添加剂、钢塑料的纤维或任何其它材料或多种任 何其它材料可用于获得高强度特性和/或改进的可加工性，例如自密实特性或展延性。芯元件2的段1也可由具有实际构造所要求的足够强度和材料特性的任何其它材 料制成，所述材料在一些情况中可以例如是玻璃或碳纤维强化的环氧树脂、陶瓷、砖、石材、 瓷器、建筑玻璃、钢等。通过由芯元件2的段1形成受压区或受拉区，可赋予受压区或受拉区最佳的形状 和布局，从而符合力轨迹的实际形状，且通过应用预应力元件4，可进一步在铸造之前稳定 受压区和受拉区不变形和弯曲，使得受压区和受拉区不需要在模子内被稳定，或不需要比 用来抵抗载荷而不会增加以保证弯曲刚度所必需的横截面更大。通过自支承芯元件2，甚至能够减少或避免使用脚手架。芯元件2的稳定性进一步根据本发明通过铸造轻重量的承载结构的方法实现，所 述轻重量的承载结构具有优化的受压区，其中芯由芯元件2的多个段1形成，且所述芯由例 如轻重量的混凝土的轻材料稳定。在本发明的另一个实施例中，在结合其它受压区或受拉区的点或建立接头或段的 点处，坚固材料制成的芯2所代表的受压区或受拉区可设有更大的横截面。与前述实施例的一个或多个相组合，可将不同的元件添加到材料，例如添加到混 凝土，以获得用于铸造的适合质地或获得一种张力强化或改进延展性。这样的元件可以是合适材料制成的绳索、丝、板、网、纤维、织物、杆或条，所述合适 材料例如为钢、碳纤维、纳米管、纳米纤维、石棉纤维、玻璃、聚丙烯纤维、芳香族纤维或塑 料、金属或有机纤维制成的其它产品。在实施例中，其中芯元件2铸造为使其从外面通过与芯2相比强度低的材料的表 面或在所述表面处可见，所述材料围绕或邻近所述芯2。可实现一种看似有些类似于“木构 架”的可见的框架，由此可在建筑结构内提供可见的彩色的拱(例如，红色、棕色或黑色的色 调(shade))，且与芯2相比强度低的邻近的稳定材料可是有颜色的，例如具有白色、灰色或 浅棕色的色调。因此，可符合建筑结构内的静态行为和静态构造。显见的是可使用其它合适的材料，且本发明不限制于以上所述元件的使用。
比喻地讲，可将本发明与人类或动物身体进行类比，其中受压区的坚固材料提供 了一种类比于人类或动物的脊柱的脊柱，且轻重量的承载结构和张力强化(如果有的话) 是将“脊柱”保持到位的肌肉和腱，从而提供了优化而又优美的建筑结构。此外，“脊柱”内 或沿“脊柱”的张力施加构件可防止脊柱的各段变形且可使得脊柱以压力卸载方式而承担 张力，而不使脊柱的各段分开。
权利要求
1.一种轻重量的承载结构，所述结构通过在待铸造的结构内形成一个或多个受压区或 受拉区的坚固材料制成的芯元件( 而被强化，所述芯( 被与所述芯相比强度低的材料 包围或邻近，其特征在于，所述芯( 由多个通过一个或多个预应力元件(4)组装而成的芯 元件⑵的多个段⑴构造。
2.根据权利要求1所述的轻重量的承载结构，其特征在于，芯元件(2)的一个或多个段 (1)具有至少一个端部(5)，所述端部(5)相对于通过所述芯元件(2)的纵向轴线大体上成 90度。
3.根据权利要求1所述的轻重量的承载结构，其特征在于，芯元件(2)的一个或多个段(1)具有至少一个端部(5)，所述端部(5)相对于通过所述芯元件(5)的纵向轴线成不同于 90度的角度。
4.根据权利要求2或权利要求3所述的轻重量的承载结构，其特征在于，芯元件(2)的 一个或多个段(1)是弯曲的段(1)。
5.根据前述权利要求1至权利要求4中一项或多项所述的轻重量的承载结构，其特征 在于，芯元件O)的一个或多个段(1)设有用于引导一个或多个预应力元件的一个或 多个孔⑶。
6.根据权利要求5所述的轻重量的承载结构，其特征在于，用于所述一个预应力元件 或多个预应力元件⑷的所述一个孔或多个孔⑶大体上平行于芯元件⑵的段⑴的外 表面延伸。
7.根据权利要求5或权利要求6所述的轻重量的承载结构，其特征在于，所述芯元件(2)在其侧面上设有用于预应力元件的多个开口或接头，用于连接到芯元件O)的其它的 段(1)的端部(5)。
8.根据权利要求5或权利要求6所述的轻重量的承载结构，其特征在于，形成节点段 (6)的芯元件O)的段(1)形成为“Y”形或十字形，其具有从所述芯元件O)的本体突出的 多个臂或具有多个面，每个臂或面被设计为用于连接到芯元件O)的段(1)的端表面(5)， 或用于与另一个节点段(6)的连接。
9.根据前述权利要求5至权利要求8中一项或多项所述的轻重量的承载结构，其特征 在于，用于引导一个或多个预应力元件的所述一个或多个孔C3)设有内衬。
10.根据前述权利要求5至权利要求9中一项或多项所述的轻重量的承载结构，其特征 在于，用于引导一个或多个预应力元件的所述一个或多个孔C3)用灰浆填充。
11.根据前述权利要求5至权利要求10中一项或多项所述的轻重量的承载结构，其特 征在于，用于引导一个或多个预应力元件(4)的所述一个或多个孔C3)设有保持装置，所述 保持装置用于将所述一个或多个预应力元件(4)保持在预应力条件下。
12.—种铸造轻重量的承载结构的方法，所述结构通过在待铸造的结构内形成一个或 多个受压区或受拉区的坚固材料制成的芯元件(2)而被强化，所述芯(2)被与所述芯相比 强度低的材料包围或邻近，其特征在于，所述芯元件O)由多个通过一个或多个预应力元 件(4)组装而成且保持在一起的芯元件O)的多个段(1)构造。
13.根据权利要求12所述的铸造轻重量的承载结构的方法，其特征在于，当通过将一 个或多个预应力元件(4)施加通过芯元件O)内的引导所述一个或多个预应力元件(4)的 一个或多个孔C3)而将张力施加到所述芯元件( 时，在向所述一个或多个预应力元件(4)施加预应力之前或在此期间，用灰浆填充所述一个或多个孔(3)。
14.根据权利要求12所述的铸造轻重量的承载结构的方法，其特征在于，当通过将一 个或多个预应力元件(4)施加通过芯元件O)内的引导所述一个或多个预应力元件(4)的 一个或多个孔C3)而将张力施加到所述芯元件O)时，在向一个或多个预应力元件(4)施 加预应力之后，用灰浆填充所述一个或多个孔(3)。
15.根据前述权利要求12至权利要求14中一项或多项所述的铸造轻重量的承载结构 的方法，其特征在于，在施加预应力之后由芯元件( 的段(1)形成的受压区和/或受拉区 设有模子零件，以用于铸造出与所述芯相比强度低的周围材料或邻近材料。
全文摘要
本发明涉及一种轻重量的承载结构，所述结构通过在待铸造的结构内形成一个或多个受压区或受拉区的坚固材料制成的芯元件(2)而被强化，所述芯(2)被与芯相比强度低的材料包围或邻近，其中所述芯(2)由多个通过一个或多个预应力元件(4)组装而成的芯元件(2)的多个段(1)构造。本发明进一步涉及一种铸造轻重量的承载结构的方法，所述结构通过在待铸造的结构内形成一个或多个受压区或受拉区的坚固材料制成的芯元件(2)而被强化，所述芯(2)被与芯相比强度低的材料包围或邻近，其中所述芯(2)由多个通过一个或多个预应力元件(4)组装而成且保持在一起的芯元件(2)的多个段(1)构造。
文档编号E04C3/26GK102099536SQ200980127611
公开日2011年6月15日 申请日期2009年3月13日 优先权日2008年7月14日
发明者克瑞斯蒂安·赫兹 申请人:阿贝欧股份有限公司