专利名称：用于建筑物构建的面板化结构系统的制作方法
技术领域：
本公开涉及一种面板化的模块系统，用于构建和组装建筑物。
背景技术：
建筑物的结构必须承受物理力或位移，而没 有倒塌的危险或者没有服务性或功能的损失。建筑物上的应カ由建筑物的结构承受。五层和高度少于五层的建筑物典型地使用“承重壁”结构系统来控制静荷载和活荷载垂直力。通过均匀传播所述壁上的荷载，以及通过从上方地板逐步向下到下方地板(即地板到地板)增加框架或框架结构的尺寸和密度，将结构的屋顶、地板和壁上的垂直カ从屋顶垂直传送至壁进而传送至地基。对于天花板和地板跨距(span),使用祐1架来支承天花板和地板上的荷载并将这些荷载传递至壁和柱子。在没有垂直承重构件的情况下，例如在窗户和门开ロ处，使用横梁将荷载传递至柱子或壁。在高于五层的建筑物中，在壁具有支承垂直荷载的有限能力的情况下，使用呈大横梁和柱子形式的混凝土和/或结构钢框架来支承该结构。通过支撑件来控制和传递作用于建筑物上的侧向カ(例如，风カ和地震力)。ー种在建筑物(典型的5层或少于五层)中构建剪カ墙(breaced wall line)的常用方法是使用结构包板(structural sheathing)来创建壁线(wall line)中的支撑板。一种更传统的方法是贯穿壁线使用嵌入式对角支撑件，但是这种方法对于具有用于门、窗户等的多个开ロ的建筑物是不可行的。在高于五层的建筑物中的侧向カ是通过以下构件控制和传递的重型钢嵌入式支撑件或重型钢和/或混凝土面板；以及结构芯构件，诸如混凝土或砖石楼梯塔以及电梯间。对面板化的模块系统具有需求，其用于构建和组装建筑物而无需依赖混凝土和/或结构钢框架、重型钢嵌入式支撑件以及重型钢和/或混凝土面板。
图I图示了在水平桁架面板中作为框架构件使用的立柱；图2图示了在水平桁架面板中作为框架构件使用的轨道；图3和图3. I图示了 V型支撑水平桁架面板；图4、图4. I和图4. 2图示了各种空腹型水平桁架面板；图5图示了用于附接至水平桁架面板的桁架；图6图示了用于使水平桁架面板彼此附接的结构柱组件；图7和图8显示了将如图3、图3. I、图4、图4. I和图4. 2显示的水平桁架面板附接至图6的结构柱组件的方式；图9显示了在単元化桁架构造系统(UTCS)壁线中具有空腹型和V型支撑水平桁架面板的単元化水平桁架面板壁线；图10图示了图5的桁架；图11显示了图6的祐1架/立柱挂件(hangar)；图12图示了图6的结构柱组件的一部分；图13图示了连接至水平桁架面板的桁架；图14图示了桁架连接至水平桁架面板以形成创建壁线的UTCS空腹型跨距组件；图15图示了由UTCS结构的多层地板组件形成的UTCS建筑物段； 图16显示了图6的结构柱组件在建筑物中的对齐；图17图示了这个建筑物的段的地板至地板段的三维视图和ニ维视图；以及图18显示了カ向图6的结构柱组件的传递。
具体实施例方式此处公开的单元化桁架构造系统(UTCS)是ー种基于标准化结构面板的、用于单层或多层建筑物的独特的、新颖的和创新的结构系统。该系统采用有限数量的配置经独特构造的轻量型金属框架式垂直壁面板(水平桁架面板)、轻量型金属地板和天花板桁架、正方形或长方形冷轧钢管(结构柱)；以及独特的连接板和夹子。在设计以及构造建筑物结构的常规方法中，采用了许多不同组件(壁、柱子、横梁、支撑件、将它们紧固在一起的捆扎件(strapping)以及紧固件)来控制垂直活荷载力和静荷载カ以及侧向力，与这种常规方法不同，UTCS利用有限数量的独特设计的标准化水平桁架面板来控制这些力，其中标准化水平桁架面板用结构柱和桁架组装而成。构件的这种独特的组装有效地支承并将来自壁、地板、天花板和屋顶的垂直侧向カ传递至UTCS的冗余的密集的柱系统。因此，柱会吸收这些垂直侧向力，以使UTCS不是垂直承重壁结构系统，并且消除了对作为建筑物的结构系统的一部分的“热成型”结构钢(重型钢或“红铁(red iron)”)和混凝土的需求。UTCS框架构件由专门设计的计算机化的滚轧成型机制成。这些机器用冷轧钢(统称为“成卷带钢”)来制造框架立柱或构件。每个立柱被切割成一定尺寸；被预钻孔以用于紧固用螺丝，其中埋头锥孔在组件螺丝头区域；被预穿孔以用于雕镂机械、电气和管道(“MEP”)组件以及粗糙插件(rough-ins);被预穿孔以用于穿过垂直以及水平支撑件；并且被预加标以用于组装。机器从CAD文件读取立柱的规格。取决于建筑物高度和规范要求，UTCS中所使用的水平桁架面板和桁架是用由轻量型钢(诸如18到14量型钢)轧制形成的框架构件来构造的。在水平桁架面板中使用了两个框架构件轮廓(profile)，图I图示了立柱10，图2图示了轨道12。立柱10和轨道12均由轻量型钢轧制而成，诸如18到14量型钢。立柱10和轨道12中的每个包括如图I图示所形成的腹板14、凸缘16和唇缘18。凸缘16从腹板14的相对侧以大致直角沿相同方向延伸，唇缘18从凸缘16的端部向内延イ申，以使唇缘18平行于腹板14。立柱10和轨道12的不同主要在干，轨道12的凸缘16稍微高于立柱10的凸缘16，以及轨道12的腹板14稍微宽于立柱10的腹板14。这些相对尺寸允许立柱10滑入或通过轨道12而无需压缩立柱12的凸缘16，压缩会影响它的结构性能。
UTCS采用有限数量(诸如两个)的水平桁架面板的配置。这些水平桁架面板是UTCS的结构壁构件。如果仅使用两个这样的配置，则它们是(a)图3或图3. I所示的包含“V”形状的支撑件(“V型支撑件”)的V型支撑水平桁架面板20/22，以及(b)图4所示的不包含V型支撑件的空腹型水平桁架面板24。在UTCS结构中，空腹型水平桁架面板24通常使用在建 筑物的具有大开ロ的任何区域(窗户、门、传递ロ等)。空 腹型水平桁架面板24构造为支承以及传递来自附接至或邻近建筑物内的每个面板的地板和天花板组件的垂直活荷载力(例如，居住者)和静荷载力(例如，干式墙、MEP组件，绝缘等)(“局部力”)。V型支撑水平桁架面板20/22构造为支承作用于该结构上的垂直局部力以及侧向力(例如，风カ和地震力)。如图3所示，V型支撑水平桁架面板20具有顶部轨道26和底部轨道28。顶部轨道.26的内侧是连续水平支撑件，连续水平支撑件包括背靠背(腹板(web)对腹板)的轨道30、.32，(称为双水平支撑)，軌道30、32通过紧固件34 (诸如螺栓或螺丝)锚固至V型支撑水平桁架面板20的两侧处的侧立柱36、38。顶部轨道26和底部轨道28还通过紧固件34锚定至侧立柱36和立柱38。由轨道30、32构成的连续水平支撑件与顶部轨道26之间的区域包含由立柱制成的垂直成角度腹板件(webbing)40。图3中的这个支撑区域用作V型支撑水平桁架面板20内的桁架附接区域42以用于附接下文描述的桁架106，并且支承以及将施加在V型支撑水平桁架面板20上的力传递至结构柱(在下文描述)，并且附接至V型支撑水平桁架面板20的侧立柱36和立柱38。V型支撑水平桁架面板20还具有两个内侧立柱44和立柱46以及中央立柱48，它们通过紧固件34锚固至顶部和底部轨道26和28以及锚固至轨道30和32。侧立柱36和.38穿过腹板14的端部中的、以及轨道30和32的唇缘18中的端部切ロ 50，以使立柱36和.38的凸缘16抵接轨道26、28、34和36的端部处的凸缘16。图2示出了这些端部切ロ 50。紧固件34位于这些抵接区域。类似地，内侧立柱44和46和中央立柱48穿过腹板14的、以及轨道30和32的唇缘18的内部切ロ 52，以使立柱36和38的凸缘16的外部以及中央立柱100的外部抵接轨道26、28、34和36的凸缘16的内部。图2也示出了这些内部切ロ.52。紧固件34位于这些抵接区域。这五个垂直立柱36、38、44、46和48例如可以以中心隔开距离24"。内侧立柱44和46和中央立柱48穿过轨道30和32的点是铰链连接(B卩，单个紧固件允许用于旋转)。V型支撑水平桁架面板20的立柱还用来支承干式墙、导管、线路、管道组件等。V型支撑水平桁架面板20还包含连续V型支撑件。这个V型支撑件在它的设计和构造上是独特的。V型支撑件的两条支腿是V型支撑立柱54和56，V型支撑立柱54和56诸如图I所示的立柱10。V型支撑立柱54通过紧固件34锚固至侧立柱36且刚好位于轨道30和轨道32之下并且锚固至底部轨道28，并且穿过内侧立柱44的腹板14中的内部切ロ 58。图I示出了这个内部切ロ 58。V型支撑立柱54的腹板14抵接立柱36和44以及轨道28中的每个的一个凸缘16。正如示出的，这些抵接区域容纳紧固件34。类似地，V型支撑立柱56通过紧固件34锚固至侧立柱38且刚好位于轨道30和轨道32之下并且锚固至底部轨道28，并且穿过内侧立柱46中的内部切ロ 58。V型支撑立柱56的腹板14抵接立柱38和46以及轨道28中的每个的一个凸缘16。正如示出的，这些抵接区域容纳紧固件34。将V型支撑立柱54和56附接至立柱36和38以及附接至轨道28需要V型支撑立柱54和56的端部是有角度的，如图3所示。这些有角度端部允许使用多个紧固件34来将V型支撑立柱54和56锚固至对应的侧立柱36和38。V型支撑立柱54和56定位为它们的腹板垂直于V型支撑水平桁架面板20的立柱36、44、48和38的腹板。而且，V型支撑立柱54和56从紧靠着轨道32和34的下方穿过内侧立柱44和46连续延伸至位于底部轨道28的大致中部处的“V”的顶点。由顶点板60和额外的紧固件34利于V型支撑件的顶点处的连接，顶点板60和额外的紧固件34将V型支撑立柱54和56以及中央立柱48互相连接。板60、底部轨道28和立柱48和V型支撑立柱54和56通过下方的三个紧固件互相连接，如图3所示。内侧立柱46还通过紧固件34附接至顶部轨道26以及在内侧立柱46穿过轨道30和32中的内部切ロ 52的点处附接至轨道30和32。顶点板60可以由诸如18至14量型冷轧钢的材料形成。
V型支撑立柱54和56与侧立柱36和立柱38的以及与中央立柱48的和与轨道28的连接是刚性连接，并且可改善V型支撑水平桁架面板20的侧向结构性能。这些连接可利于将作用于V型支撑水平桁架面板20上的大部分侧向カ传递至系统的结构柱(下面进ー步详细讨论)。V型支撑水平桁架面板20还包含提供水平支撑件的轨道62。轨道62位于例如由V型支撑立柱54和56形成的V型支撑件的中部。轨道62具有端部切ロ 50以收纳内侧立柱44和46，具有内部切ロ 52以收纳中央立柱48，并且通过紧固件34锚固至内侧立柱44和46以及锚固至中央立柱48。轨道62有助于V型支撑水平桁架面板20的侧向カ结构性倉^:。V型支撑水平桁架面板20可以包含其他用于诸如干式墙、陈列拒、扶手杆等建筑物组件所必须的支撑件以及背村。V型支撑水平桁架面板20既用作内部结构壁(活动壁(demising structure wall)以及分隔壁(partition structure wall))又用作外部结构壁。V型支撑水平桁架面板20/22可以还收纳窗户以及传递ロ，尽管如从附图中看到的空间是有限的。图3. I的V型支撑水平桁架面板22与图3的V型支撑水平桁架面板20具有相同的构造，除了形成图3的V型支撑件的一半的V型支撑立柱54被两个立柱64和66替换，立柱64和66的唇缘18相互抵接，并且形成图3的V型支撑件的另一半的V型支撑立柱56被两个立柱68和70替换，立柱68和70可以相互抵接或者也可以不相互抵接。因而，立柱64、66、68和70形成用于图3. I的V型支撑水平桁架面板22的双V型支撑件以提供额外强度。 如图4所示，空腹型水平桁架面板24具有顶部轨道80以及底部轨道82。顶部轨道80的内侧是连续水平支撑件，连续水平支撑件包括背靠背(腹板对腹板)的轨道84和86，(称为双水平支撑)，轨道84和86通过紧固件34 (诸如螺栓或螺丝)锚定至在空腹型水平桁架面板24的两侧处的侧立柱88和侧立柱90。顶部轨道80和底部轨道82还通过紧固件34锚定至侧立柱88和侧立柱90。由轨道84和轨道86构成的连续水平支撑件与顶部轨道80之间的区域包含由立柱制成的垂直成角度腹板件92。图4中的这个支撑区域用作空腹型水平桁架面 板24的结构桁架94，并且支承以及将施加在空腹型水平桁架面板24的カ传递至结构柱，结构柱下文描述并且附接至空腹型水平桁架面板24的侧立柱88和侧立柱90中的每个。空腹型水平桁架面板24还具有两个内侧立柱96和98以及中央立柱100，它们通过紧固件34锚定至顶部以及底部轨道80和82以及锚固至轨道84和86。侧立柱88和侧立柱90穿过腹板14的端部中的以及轨道84和86的唇缘18中的端部切ロ 50，以使侧立柱88和侧立柱90的凸缘16抵接轨道80、82、84和86的端部处的凸缘16。图2中显示了这些端部切ロ 50。紧固件34位于这些抵接区域。类似地，内侧立柱96和98和中央立柱100穿过腹板14的、以及轨道84和86的唇缘18的内部切ロ 52，以使立柱96和98的以及中央立柱100的凸缘16抵接于轨道80、82、84和86的凸缘16。图2也示出了这些内部切ロ 52。紧固件34位于这些抵接区域。这五个垂直立柱88、90、96、98和100例如可以以中心隔开24"。内侧立柱96和98和中央立柱100穿过轨道84和轨道86的点是铰链连接(SP，单个紧固件允许用于旋转)。空腹型水平桁架面板24的立柱还用来支承干式墙、导管、线路、管道组件等。空腹型水平桁架面板24还包含执行水平支撑的轨道102。轨道102位于例如轨道82和轨道86之间的中部。水平支撑轨道102包括用于侧立柱88和侧立柱90穿过的端部切ロ 50，具有用于内侧立柱96和98和中央立柱100穿过的三个内部切ロ 52，并且通过紧固件34锚定至侧立柱88和90、内侧立柱44和46以及中央立柱48。立柱88、90、96、98和100的凸缘16抵接轨道102的凸缘16。紧固件34应用于这些抵接区域。空腹型水平桁架面板24构造为处理垂直局部力。空腹型水平桁架面板24设计为容纳窗户、门以及传递ロ。空腹型水平桁架面板24例如可以是20'宽或更小。图4. I以及4. 2图示了空腹型水平桁架面板具有用于窗户、门以及传递ロ的ー个或多个开ロ。图4. I图示了典型的雕镂开ロ 104，MEP组件可以穿过该雕镂开ロ。这些雕镂孔104也可以形成在V型支撑水平桁架面板20和22中。图4.2图示了具有用于门的开ロ的若干空腹型水平桁架面板。空腹型水平桁架面板24可以包含其他用于诸如窗户、门、传递ロ、干式墙、陈列拒、扶手杆等建筑物组件所必须的支撑件以及背村。空腹型水平桁架面板24既用作内部结构壁(活动壁和分隔壁)又用作外部结构壁。上述水平桁架面板足够高以适应建筑物的地板到天花板区域，以及适应桁架的附接，诸如图5中所示的桁架106。桁架106附接至桁架附接区域42，并且包括顶部立柱108以及底部立柱110，顶部立柱108以及底部立柱110通过由立柱制成的成角度腹板件112互相连接，以使成角度腹板件112通过紧固件34附接至顶部和底部立柱108以及110。通过使用桁架/立柱挂件116和紧固件34，将桁架106附接至水平桁架面板114的桁架附接区域42。尽管水平桁架面板114示出为V型支撑水平桁架面板20/22，但是水平桁架面板114能够是此处描述的任何水平桁架面板。下面将结合图11更充分讨论桁架/立柱挂件116。桁架挂件116可以由诸如18至14量型冷轧钢的材料形成。在图10中还示出了桁架106。在UTCS中使用的桁架由立柱10制成。这些桁架具有顶部和底部立柱108和110以及中间成角度腹板件112。桁架106不具有连接它们的顶部和底部弦杆108和110的侧腹板或端部腹板。桁架106可以由轻量型钢形成，诸如18到14量型钢。桁架106的量型以及长度取决于应用以及地板跨距的宽度会变化。图6图示了结构柱组件130，其包括结构柱132，顶部板134以及底部板136焊接至结构柱132的顶部以及底部，使得顶部板134覆盖结构柱132的顶部，底部板136覆盖结构柱132的底部。结构柱132例如可以是有四个侧面的，可以是中空的，以及其壁厚度可以取决于建筑物高度和规范要求而变化。顶部板134和底部板136在图6中示出的为沿水平方向是线性的，并且用在两个壁侧对侧相连时以便共享ー个共同线性水平轴线。然而，当两个壁在拐角处相连 时，顶部板134和底部板136可以是“L”形板，以使两个壁的水平轴线相互垂直。一个或多个螺栓138适当地附接至(诸如通过焊接或浇铸)顶部板134。螺栓138呈直角地延伸远离顶部板134。底部板136的每个端部具有穿过其中的孔140。因此，第一结构柱132能够垂直地堆叠在第二结构柱132上，以使第二结构柱132的顶部板134的螺栓138穿过第一结构柱132的底部板136的孔140。螺母于是可以应用于第二结构柱132的顶部板的螺栓138，以及被拧紧从而使第一和第二结构柱132垂直地相互紧固。顶部板和底部板134和136稍微宽于用于水平桁架面板20/22/24的轨道12，并且其厚度取决于建筑物高度和规范要求而变化。由螺栓138以及孔140提供的穿过-螺栓方式允许结构柱132彼此垂直连接并且允许结构柱132连接至建筑物内的其他组件(屋顶、地基、车库等)。结构柱132利用立柱10的立柱段142而连接至水平桁架面板20/22/24。立柱段142焊接或以其他方式适当地紧固至结构柱132的顶部以及底部。立柱段144通过焊接或适当的紧固件紧固至结构柱130的大约中部，以使其腹板14面向外。该立柱段144是“隔离(hold-off)”以保持水平桁架面板的立柱36、38、88和90不被偏斜。联接板(诸如154)可以在这个位置使用或也可以不在这个位置使用。结构柱132的材料例如是冷轧钢。结构柱132可以是中空的，以及其壁厚度取决于应用和规范而变化。板134和板136以及桁架挂件144和146的材料例如可以是18至14量型冷轧钢。图7和图8显示了将水平桁架面板诸如水平桁架面板20、22和24附接至结构柱组件130的方式。当使用四个桁架挂件联接板150将结构柱组件130附接至水平桁架面板20/22/24时会创建单元化水平桁架面板，联接板150具有用于附接桁架106的立柱插入突起(下面将进ー步讨论)以及两个扁平联接板154，它们三个均通过紧固件34附接至水平桁架面板20/22/24的侧立柱36和38和立柱段142。图7所示的立柱段144用作“隔离(hold-off)”立柱36和38，使得这些立柱不会偏斜穿过侧立柱36和38与结构柱132之间的空间。联接板(诸如154)可以在这个位置使用或也可以不在这个位置使用。在UTCS结构中，通过使用结构柱组件130将许多(取决于壁长度)水平桁架面板附接至一起，来组装一段壁或一段壁。空腹型水平桁架面板24被用作存在大开ロ的建筑物(如窗户、门以及传递ロ)中的(ー个或多个)壁段。V型支撑水平桁架面板22/22用作大体贯穿结构的剩余部分的(ー个或多个)壁段，以便提供结构的密实的侧向支承。图9显示了水平桁架面板壁线在UTCS壁线中具有空腹型以及V型支撑水平桁架面板24以及20/22。如上所述，桁架106利用桁架/立柱挂件116和位于内侧立柱44和46以及中央立柱48处的紧固件34而附接至水平桁架面板20/22/24。桁架/立柱挂件116在图11中示出，并且包括立柱插入突起152，立柱插入突起152被容纳在桁架106的顶部立柱108内，如图5所示，并且当翻转180度后(如图5和图8所示)，立柱插入突起152被容纳在桁架106的底部立柱110内。桁架/立柱挂件116还包括L形凸缘172，L形凸缘172用于将桁架/立柱挂件紧固至顶部轨道26，以及当翻转后紧固至水平桁架面板的水平支撑件30和32。通过将桁架106的顶部立柱108的端部插入到插入突起152中并且通过紧固件34紧固，以及通过紧固件34将L形凸缘172连接至顶部轨道26的腹板14以及凸缘16，以及通过紧固件34将桁架挂件116的突片176连接至立柱108的顶部凸缘16，来将桁架106连接至水平桁架面板20/22/24。通过将桁架/立柱挂件116翻转180度，将桁架106的底部立柱110的端部插入到插入突起152并且通过紧固件34紧固，通过紧固件34将L形凸缘172连接至轨道30和32的腹板14以及通过紧固件34将突片176连接至立柱110的底部凸缘16，来连接桁架106的底部立柱110。
利用联接板150上的插入突起152还将桁架106附接在每个结构柱132处。桁架106的顶部立柱108的端部插在联接板150的插入突起152上，并且用紧固件34紧固至立柱108的腹板14。突片176通过紧固件紧固至立柱108的顶部凸缘16。利用将立柱110的端部插在旋转了 180度的联接板150的插入突起152上，来连接桁架106的底部立柱110。紧固件34用于将插入突起152连接至立柱110的腹板14。突片176利用紧固件附接至立柱110的底部凸缘16。图13图示了桁架106连接至水平桁架面板20/22/24。图14图示了桁架106连接至形成UTCS空腹型跨距组件的水平桁架面板20/22/24，其中水平桁架面板20/22/24用桁架106组装以创建壁线。桁架106支承地板以及天花板组件。以这个方式将桁架106附接至水平桁架面板可将桁架106并入水平桁架面板20/22/24中，消除了当壁组件安置在地板上时或者天花板组件安置壁顶部时存在的“铰接点”。这种连接使桁架106以及水平桁架面板20/22/24联接，从而具有能够使整个壁以及地板系统一起用作“桁架”的效果。这个配置利于将地板、天花板和水平桁架面板20/22/24上的カ传递至它们所附接的结构柱组件130。因此，垂直侧向カ不会在水平桁架面板间垂直传递。当副地板以及干式墙并入建筑物中时，整个系统用作“隔板(diaphragm)”。图15图示了 UTCS建筑物段，其形成为UTCS结构的多个地板的组件。在UTCS建筑物或者结构中，水平桁架面板20/22/2布置为使得一个地板上的结构柱组件130与该地板下方、直至地基的、结构柱组件130等垂直对准。图16显示了结构柱组件的这种对齐。图16还图示了在UTCS结构中的结构柱组件130的密度。图17图示了这个组件的地板间接合的三维视图和ニ维视图。显示了水平桁架面板20/22/24不彼此接触或彼此承重，正如在典型的“承重壁”以及钢和混凝土结构中典型的。UTCS结构的一个地板上的水平桁架面板不承载来自其上方地板的荷载。而是该荷载被传递至结构柱组件130并且由结构柱组件130承载。结构的每个“地板”或者立面(elevation)可抑制并将其垂直的活荷载力和静荷载カ传递至结构柱组件130,在此处这些力被抑制并垂直传递至建筑物的地基。V型支撑水平桁架面板20/22抑制并将作用于建筑物上的侧向カ传递至结构中的冗余结构柱组件130。在图18中图示了力的这种传递。图18的放大部分还图示了面板不是彼此垂直地承重，并且カ(箭头)不会从一个面板垂直传递至另ー个面板。反而是，垂直侧向力被侧向传递至结构柱组件130。通过系统的独特设计和组装可利于这种类型的荷载传递。水平桁架面板20/22/24和桁架106均用作单元化桁架系统。UTCS可以采用水平桁架面板，水平桁架面板具有从20'到2'的变化宽度，最常见的是V型支撑水平桁架面板20/22测量为8'以及4'。这些面板导致结构内的显著冗余的结构柱组件130。每个空腹型水平桁架面板24用作支承以及减轻仅邻近于它们所附接的结构柱组件130的这些垂直局部力。V型支撑水平桁架面板20/22用作支承作用于结构上的垂直局部力以及侧向力。因为水平 桁架面板20/22/24传递垂直侧向カ的这种独特的方式以及系统中冗余的结构柱组件130，所以无需地板间配置不同的面板。仅是轨道12、立柱10和V型支撑件的宽度和量型取决于建筑物高度和规范要求而变化。使UTCS建筑物内的空间分开的内部非结构分割壁由轻量型钢(典型的24至28量型)构成，以及典型地呈类型I和类型II钢框架结构。UTCS在控制建筑物上的垂直侧向カ方面是极其高效的。利用UTCS，会消除建造承重壁结构或重的结构芯的需要，与传统的构筑实践相比，这可以极大地降低成本。UTCS还可节约时间，因为建筑物的结构是由有限数量的预组装面板建构的。这还显著地降低了构造建筑物结构的成本。UTCS是独特的和创新的。它能被建造在几乎任何地基系统上，包括板坯(slabs)、结构停车场、零售建筑物和商业建筑物。UTCS采用了架框技术，该技术是基于系统建造的面板化构建方法。UTCS使用面板化建筑物技术和创新的设计从而显著地降低了建筑物的设计、材料、架设的成本。UTCS技术和构造是ー种组装单层或多层建筑物的新颖的结构系统和方法。本发明的某些修改在上面已经讨论过。例如，尽管本发明特别有益于构建和组装建筑物而无需依赖混凝土和/或结构钢框架、重型钢嵌入式支撑件以及重型钢和/或混凝土面板，但是它还能应用于具有混凝土和/或结构钢框架、重型钢嵌入式支撑件以及重型钢和/或混凝土面板的建筑物。对于在本发明的领域中实践的人来说还可以进行其他修改。因此，本发明的描述仅仅应视为是说明性的，其目的是教导本领域技术人员实施本发明的最佳方式。细节是可以变化的，而实质上不会背离本发明的精神，并且保留所有落入附随权利要求范围内的修改的排他性使用。
权利要求
1.一种建筑物段，包括 第一结构柱，具有顶部连接器和底部连接器； 第二结构柱，具有顶部连接器和底部连接器，其中所述第一结构柱的所述顶部连接器连接至所述第二结构柱的所述底部连接器，使得所述第一结构柱和第二结构柱垂直对齐； 第一壁面板，附接至所述第一结构柱；以及， 第二壁面板，附接至所述第二结构柱，以使所述第一壁面板和第二壁面板垂直对齐，以及使所述第一壁面板和第二壁面板之间具有间距，使得荷载通过所述第一结构柱和第二结构柱传递而不是在所述第一壁面板和第二壁面板之间垂直传递。
2.根据权利要求I所述的建筑物段，其中所述第一结构柱和第二结构柱中的每个的所述底部连接器包括底部连接器板，所述底部连接器板具有延伸穿过其的至少ー个孔，其中所述第一结构柱和第二结构柱中的每个的所述顶部连接器包括顶部连接器板，所述顶部连接器板具有从其向上伸出的至少ー个螺栓或螺丝，以及其中所述第二结构柱的所述底部连接器板的孔收纳所述第一结构柱的所述顶部连接器板的所述螺栓或螺丝以用于将所述第一结构柱和第二结构柱紧固至一起。
3.根据权利要求2所述的建筑物段，进ー步包括第一立柱段和第二立柱段以及第ー附接板和第二附接板，其中所述第一立柱段附接至所述第一结构柱，其中所述第二立柱段附接至所述第二结构柱，其中所述第一附接板将所述第一壁面板的侧面紧固至所述第一立柱段，以及其中所述第二附接板将所述第二壁面板的侧面紧固至所述第二立柱段。
4.根据权利要求3所述的建筑物段，其中所述第一立柱段和第二立柱段中的每个包括腹板、第一凸缘和第二凸缘以及第一唇缘和第二唇缘，其中所述第一凸缘和第二凸缘与所述腹板大致呈直角且在所述腹板的相对侧沿相同方向延伸，以及其中所述第一唇缘和第二唇缘从所述第一凸缘和第二凸缘的端部向内延伸以使所述第一唇缘和第二唇缘平行于所述腹板。
5.根据权利要求3所述的建筑物段，进ー步包括 第三壁面板，附接至所述第一结构柱； 第四壁面板，附接至所述第二结构柱，以使所述第三壁面板和第四壁面板垂直对齐，并且使间距存在于所述第三壁面板和第四壁面板之间，使得荷载传递通过所述第一和第二结构柱，而不是所述第三壁面板和第四壁面板之间传递； 以及第三立柱段和第四立柱段，其中所述第三立柱段附接至所述第一结构柱，其中所述第四立柱段附接至所述第二结构柱，其中所述第一附接板将所述第三壁面板的侧面紧固至所述第一立柱段，以及其中所述第二附接板将所述第四壁面板的侧面紧固至所述第二立柱段。
6.ー种用于建筑物的桁架面板包括 第一水平伸长构件、第二水平伸长构件、第三水平伸长构件和第四水平伸长构件； 第一垂直伸长构件和第二垂直伸长构件，它们紧固至所述第一水平伸长构件、第二水平伸长构件、第三水平伸长构件和第四水平伸长构件，以使所述第一水平伸长构件和第四水平伸长构件分别形成所述桁架面板的顶部和底部，以使所述第一垂直伸长构件和第二垂直伸长构件分别形成所述桁架面板的侧面，以使所述第一水平伸长构件、第二水平伸长构件限定所述桁架面板的桁架附接区域，并且以使所述第二水平伸长构件和第三水平伸长构件形成所述桁架面板的双水平支撑件；以及， 成角度的腹板件，紧固至所述第一垂直伸长构件和第二垂直伸长构件之间的所述第一水平伸长构件和第二水平伸长构件以创建所述桁架附接区域的面板桁架。
7.根据权利要求6所述的桁架面板，其中所述第一伸长构件、第二伸长构件、第三伸长构件和第四伸长构件包括对应的第一軌道、第二軌道、第三轨道和第四轨道，其中所述第一轨道、第二軌道、第三轨道和第四轨道中的每个包括轨道腹板、第一轨道凸缘和第二轨道凸缘以及第ー轨道唇缘和第二轨道唇缘，其中所述第一轨道凸缘和第二轨道凸缘与所述轨道腹板大致呈直角且在所述轨道腹板的相对侧沿相同方向延伸，以及其中所述第一轨道唇缘和第二轨道唇缘从所述第一轨道凸缘和第二轨道凸缘的端部向内延伸，以使所述第一轨道唇缘和第二轨道唇缘平行于所述轨道腹板； 以及进ー步其中所述第一垂直伸长构件和第二垂直伸长构件包括对应的第一立柱和第二立柱，其中所述第一立柱和第二立柱中的每个包括立柱腹板、第一立柱凸缘和第二立柱凸缘以及第一立柱唇缘和第二立柱唇缘，其中所述第一立柱凸缘和第二立柱凸缘与所述立柱腹板大致呈直角且在所述立柱腹板的相对侧沿相同方向延伸，其中所述第一立柱唇缘和第二立柱唇缘从所述第一立柱凸缘和第二立柱凸缘的端部向内延伸，以使所述第一立柱唇缘和第二立柱唇缘平行于所述立柱腹板，以及其中所述轨道腹板宽于所述立柱腹板，使得所述第一立柱和第二立柱能够安装在所述第一軌道、第二軌道、第三轨道和第四轨道内。
8.根据权利要求7所述的桁架面板，其中所述第一軌道、第二軌道、第三轨道和第四轨道中的每个以及所述第一立柱和第二立柱中的每个由轻量型钢构成，包括18至14量型钢。
9.根据权利要求6所述的桁架面板，其中所述壁进一歩包括紧固至所述第一水平伸长构件、第二水平伸长构件、第三水平伸长构件和第四水平伸长构件的第三垂直伸长构件、第四垂直伸长构件和第五垂直伸长构件，，以使所述第四垂直伸长构件大致居中于所述第一垂直伸长构件和第二垂直伸长构件之间，以使所述第三垂直伸长构件在所述第一垂直伸长构件和第四垂直伸长构件之间。以及以使所述第五垂直伸长构件在所述第四垂直伸长构件和第二垂直伸长构件之间。
10.根据权利要求9所述的桁架面板，其中所述第一伸长构件、第二伸长构件、第三伸长构件和第四伸长构件包括对应的第一軌道、第二軌道、第三轨道和第四轨道，其中所述第ー轨道、第二軌道、第三轨道和第四轨道中的每个包括轨道腹板、第一轨道凸缘和第二轨道凸缘以及第ー轨道唇缘和第二轨道唇缘，其中所述第一轨道凸缘和第二轨道凸缘与所述轨道腹板大致呈直角且在所述轨道腹板的相对侧沿相同方向延伸，以及其中所述第一轨道唇缘和第二轨道唇缘从所述第一轨道凸缘和第二轨道凸缘的端部向内延伸，以使所述第一轨道唇缘和第二轨道唇缘平行于所述轨道腹板； 以及进一歩其中所述第一垂直伸长构件、第二垂直伸长构件、第三垂直伸长构件、第四垂直伸长构件和第五垂直伸长构件包括对应的第一立柱、第二立柱、第三立柱、第四立柱和第五立柱，其中所述第一立柱、第二立柱、第三立柱、第四立柱和第五立柱中的每个包括立柱腹板、第一立柱凸缘和第二立柱凸缘以及第一立柱唇缘和第二立柱唇缘，其中所述第一立柱凸缘和第二立柱凸缘与所述立柱腹板大致呈直角且在所述立柱腹板的相对侧沿相同方向延伸，其中所述第一立柱唇缘和第二立柱唇缘从所述第一立柱凸缘和第二立柱凸缘的端部向内延伸，以使所述第一立柱唇缘和第二立柱唇缘平行于所述立柱腹板，以及其中所述轨道腹板宽于所述立柱腹板，使得所述第一立柱、第二立柱、第三立柱、第四立柱和第五立柱能够安装在所述第一軌道、第二軌道、第三轨道和第四轨道内。
11.根据权利要求10所述的桁架面板，其中所述第一軌道、第二軌道、第三轨道和第四轨道中的每个以及所述第一立柱、第二立柱、第三立柱、第四立柱和第五立柱中的每个由轻量型钢构成，包括18至14量型钢。
12.根据权利要求9所述的桁架面板，进ー步包括 第一支撑构件，紧固至第一垂直伸长构件和第三垂直伸长构件以及紧固至所述第四水平伸长构件；以及 第二支撑构件，紧固至第二垂直伸长构件和第五垂直伸长构件以及紧固至所述第四水平伸长构件，其中所述第一支撑构件和第二支撑构件形成用于所述桁架面板的V型支撑件。
13.根据权利要求12所述的桁架面板，进ー步包括第三支撑构件，在所述第三垂直伸长构件和第五垂直伸长构件之间并且紧固至所述第三垂直伸长构件、第四垂直伸长构件和第五垂直伸长构件。
14.根据权利要求6所述的桁架面板，进ー步包括 第一桁架挂件，紧固至所述第一水平伸长构件，其中所述第一桁架挂件配置为紧固至天花板或地板桁架；以及， 第二桁架挂件，紧固至所述第三水平伸长构件和第二水平伸长构件中的至少ー个，其中所述第二桁架挂件配置为紧固至所述天花板或地板桁架。
15.根据权利要求14所述的桁架面板，其中所述天花板或地板桁架包括 第一水平桁架构件，紧固至所述第一桁架挂件； 第二水平桁架构件，紧固至所述第二桁架挂件；以及， 多个成角度构件，紧固至所述第一水平桁架构件和所述第二水平桁架构件。
16.根据权利要求15所述的桁架面板，其中所述第一和水平构件中的每个以及每个成角度构件包括具有立柱腹板的立柱、第一立柱凸缘和第二立柱凸缘以及第一立柱唇缘和第ニ立柱唇缘，其中所述第一立柱凸缘和第二立柱凸缘与所述立柱腹板大致直角并在其相对侧沿相同方向延伸，以及其中所述第一立柱唇缘和第二立柱唇缘从所述第一立柱凸缘和第ニ立柱凸缘的端部向内延伸以使所述第一立柱唇缘和第二立柱唇缘平行于所述立柱腹板。
17.根据权利要求6所述的桁架面板，其中所述第一水平伸长构件、第二水平伸长构件、第三水平伸长构件和第四水平伸长构件中的每个以及所述第一垂直伸长构件和第二垂直伸长构件中的姆个由轻量型钢构成，包括18至14量型钢。
18.ー种用于建筑物的面板，包括 第一水平伸长构件、第二水平伸长构件、第三水平伸长构件和第四水平伸长构件； 第一垂直伸长构件和第二垂直伸长构件，紧固至所述第一水平伸长构件、第二水平伸长构件、第三水平伸长构件和第四水平伸长构件，以使所述第一水平伸长构件和第四水平伸长构件分别形成所述面板的顶部和底部，以使所述第一垂直伸长构件和第二垂直伸长构件分别形成所述面板的侧面，以及以使所述第二水平伸长构件和第三水平伸长构件形成所述面板的双水平支撑件；以及， 其中所述水平和垂直伸长构件中至少ー个包括立柱，其中所述水平和垂直伸长构件中至少另ー个包括軌道，其中所述轨道包括轨道腹板以及第ー轨道凸缘和第二轨道凸缘，其中所述第一轨道凸缘和第二轨道凸缘与所述轨道腹板大致呈直角且在所述轨道腹板的相对侧沿相同方向延伸，其中所述立柱包括立柱腹板以及第一立柱凸缘和第二立柱凸缘，其中所述第一立柱凸缘和第二立柱凸缘与所述立柱腹板大致呈直角且在所述立柱腹板的相对侧沿相同方向延伸，以及其中所述轨道腹板宽于所述立柱腹板，使得所述立柱能够安装在所述轨道内。
19.根据权利要求18所述的面板，其中所述轨道进ー步包括第一轨道唇缘和第二轨道唇缘，其中所述第一轨道唇缘和第二轨道唇缘从所述第一轨道凸缘和第二轨道凸缘的端部向内延伸，以使所述第一轨道唇缘和第二轨道唇缘平行于所述轨道腹板，其中所述立柱进一歩包括第一轨道唇缘和第二立柱唇缘，以及其中所述第一轨道唇缘和第二立柱唇缘从所述第一軌道凸缘和第二立柱凸缘的端部向内延伸，以使所述第一立柱唇缘和第二立柱唇缘平行于所述立柱腹板。
20.根据权利要求18所述的面板，其中轨道和立柱中的每个由轻量型钢构成，包括18至14量型钢。
21.根据权利要求18所述的面板，其中所述壁进一歩包括第三垂直伸长构件、第四垂直伸长构件和第五垂直伸长构件，紧固至所述第一水平伸长构件、第二水平伸长构件、第三水平伸长构件和第四水平伸长构件，以使所述第四垂直伸长构件大致居中于所述第一垂直伸长构件和第二垂直伸长构件之间，以使所述第三垂直伸长构件在所述第一垂直伸长构件和第四垂直伸长构件之间，以及以使所述第五垂直伸长构件在所述第四垂直伸长构件和第ニ垂直伸长构件之间。
22.根据权利要求21所述的面板，进ー步包括 第一支撑构件，紧固至所述第一垂直伸长构件和第三垂直伸长构件以及紧固至所述第四水平伸长构件；以及， 第二支撑构件，紧固至所述第二垂直伸长构件和第五垂直伸长构件以及紧固至所述第四水平伸长构件，其中所述第一支撑构件和第二支撑构件形成用于桁架面板的V型支撑件。
23.根据权利要求22所述的面板，进ー步包括第三支撑构件，其在所述第三垂直伸长构件和第五垂直伸长构件之间并且紧固至所述第三垂直伸长构件、第四垂直伸长构件和第五垂直伸长构件。
24.ー种构建建筑物的方法，包括 将第一壁面板紧固至第一结构柱； 将第二结构柱垂直地紧固至所述第一结构柱；以及， 将第二壁面板紧固至所述第二结构柱，使得所述第二壁面板在所述第一壁面板的垂直上方，使得间距存在于所述第一壁面板和第二壁面板之间，并且使得所述壁面板上的垂直侧向カ从所述第一壁面板和第二壁面板传递至所述第一结构柱和第二结构柱，而不在所述第一壁面板和第二壁面板之间垂直传递。
25.根据权利要求24所述的方法，进ー步包括 将第三壁面板紧固至所述第一结构柱；以及， 将第四壁面板紧固至所述第二结构柱，使得所述第四壁面板在所述第三壁面板的垂直上方，使得间距存在于所述第三壁面板和第四壁面板之间，并且使得所述壁面板上的垂直侧向カ从所述第三壁面板和第四壁面板传递至所述第一结构柱和第二结构柱，而不在所述第一壁面板和第二壁面板之间传递。
26.根据权利要求24所述的方法，进ー步包括 将第一桁架紧固至所述第一壁面板，使得所述第一桁架支承至少部分地由所述第一壁面板限定的第一空间的天花板以及至少部分地由所述第二壁面板部分地限定的第二空间的地板；以及， 将第二桁架紧固至所述第二壁面板，使得所述第二桁架支承包括所述第二空间的天花板以及在所述第二空间上方的第三空间的地板。
27.根据权利要求24所述的方法，进ー步包括 将第三结构柱垂直地紧固至所述第二结构柱； 将第三壁面板紧固至所述第二壁面板的垂直上方的所述第三结构柱； 将第四结构柱垂直地紧固至所述第三结构柱； 将第四壁面板紧固至所述第三壁面板的垂直上方的所述第四结构柱； 将第五结构柱垂直地紧固至所述第四结构柱； 将第五壁面板紧固至所述第四壁面板的垂直上方的所述第五结构柱； 将第六结构柱垂直地紧固至所述第五结构柱；以及， 将第六壁面板紧固至所述第五壁面板的垂直上方的所述第六结构柱； 其中所述第一壁面板、第二壁面板、第三壁面板、第四壁面板、第五壁面板和第六壁面板上的垂直侧向カ从所述第一壁面板、第二壁面板、第三壁面板、第四壁面板、第五壁面板和第六壁面板传递至所述第一结构柱、第二结构柱、第三结构柱、第四结构柱、第五结构柱和第六结构柱，而不在所述第一壁面板、第二壁面板、第三壁面板、第四壁面板、第五壁面板和第六壁面板之间传递。
28.根据权利要求27所述的方法，其中所有的壁面板包括由量型钢制成的立柱，包括18至14量型钢。
29.根据权利要求28所述的方法，其中每个所述立柱包括立柱腹板、第一立柱凸缘和第二立柱凸缘以及第一立柱唇缘和第二立柱唇缘，其中所述第一立柱凸缘和第二立柱凸缘与所述立柱腹板大致呈直角且在所述立柱腹板的相对侧沿相同方向延伸，其中所述第一立柱唇缘和第二立柱唇缘从所述第一立柱凸缘和第二立柱凸缘的端部向内延伸，以使所述第一立柱唇缘和第二立柱唇缘平行于所述立柱腹板。
30.ー种构建建筑物的方法，包括 将第一単元化壁面板紧固至第二単元化壁面板，其中所述第一単元化壁面板包括第一壁面板以及第ー结构柱，并且其中所述第二単元化壁面板包括第二壁面板以及第ニ结构柱； 将第三単元化壁面板紧固至第四単元化壁面板，其中所述第三単元化壁面板包括第三壁面板以及第三结构柱，并且其中所述第四単元化壁面板包括第四壁面板以及第四结构柱， 将所述第三结构柱垂直紧固至所述第一结构柱，使得所述第三壁面板位于所述第一壁面板的垂直上方，并且使得所述第一壁面板和第三壁面板之间有间距；以及将所述第四结构柱垂直紧固至所述第二结构柱，使得所述第四壁面板位于所述第二壁面板的垂直上方，并且使得所述第二壁面板和第三壁面板之间有间距；以及使得所述壁面板上的垂直侧向カ从所述壁面板传递至所述结构柱，而不是在所述壁面板之间垂直传递。
31.根据权利要求30所述的方法，进ー步包括 将第一桁架紧固至所述第一壁面板和第二壁面板，使得所述第一桁架支承至少部分地由所述第一壁面板和第二壁面板限定的第一空间的天花板以及至少部分地由所述第三壁面板和第四壁面板的第二空间的地板；以及， 将第二桁架紧固至所述第三壁面板和第四壁面板，使得所述第二桁架支承所述第二空间的天花板以及所述第二空间上方的第三空间的地板。
32.根据权利要求30所述的方法，其中所有的壁面板包括由量型钢制成的立柱，包括18至14量型钢。
33.根据权利要求32所述的方法，其中每个所述立柱包括立柱腹板，第一立柱凸缘和第二立柱凸缘以及第一立柱唇缘和第二立柱唇缘，其中所述第一立柱凸缘和第二立柱凸缘与所述立柱腹板大致呈直角且在所述立柱腹板的相对侧沿相同方向延伸，其中所述第一立柱唇缘和第二立柱唇缘从所述第一立柱凸缘和第二立柱凸缘的端部向内延伸以使所述第一立柱唇缘和第二立柱唇缘平行于所述立柱腹板。
全文摘要
结构柱彼此垂直地紧固。壁面板可以紧固至结构柱，使得荷载通过结构柱传递而不是在壁面板之间垂直传递。
文档编号E04B1/18GK102713099SQ201080061886
公开日2012年10月3日 申请日期2010年12月9日 优先权日2009年12月18日
发明者约翰·路易斯·万克尔, 迈克尔·J·拉斯托斯基 申请人:帕特克有限公司