轻重量承载结构的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种轻重量承载结构（1），具有最优压缩区域（2），其中沿着要浇注的结构（1）中的一个或多个压缩区域（2）设置坚固混凝土的芯（3），该芯（3）由比坚固混凝土的芯（3）强度低的混凝土（4）包围。本发明还涉及一种具有最优压缩区域（2）的轻重量承载结构（1）的浇注方法，其中形成在承载结构（1）中的一个或多个通道、沟槽、管道、导管和/或软管（5）用作用来在轻重量承载结构（1）中模制坚固混凝土的一个或多个芯（3）的模。
【专利说明】轻重量承载结构
[0001]本申请是申请号为200880117811.2、申请日为2008年11月21日的同名中国专利
申请的分案申请。
【技术领域】
[0002]本发明涉及轻重量承载结构。
[0003]本发明还涉及一种轻重量承载结构的浇注方法。
【背景技术】
[0004]以前，微结构已经应用于大的桥梁，但它们已经被证明是昂贵的并且因此不可能作为用于如建筑物和大厅中看到的中等尺寸和小结构的真正的最小结构。
[0005]随着时间的过去，已经试验了产生高强度且低重量的建筑物结构的不同方案。
[0006]—个熟知的方法是通过施加杆、线或型钢来吸收加强的混凝土结构中的张力和剪力而加强混凝土。
[0007]另一方法是将热轧钢型材和混凝土结合成复合结构或用张力层中的钢加强件或用作为张力层的钢板制作“夹层板”。
[0008]这些方法应对将加强棒条或型材应用于加强的混凝土的元件中的张力区域。
[0009]然而，型材是直的或平面的，并且这些方法都不允许压缩区域的最优化设计。
[0010]也可以使用高强度混凝土。但高强度混凝土的压缩的横截面必须是大的并且因此重的，以便稳定。
[0011]高强度混凝土的柱当压力施加到柱的端部时将具有挠曲或弯曲到侧部的倾向，除非柱的横截面相当大。
[0012]当这种柱通过在端部上施加压力而被压缩时，将发生柱沿着横穿柱的纵向方向的运动。如果这种柱的横向运动增大，它将影响柱的稳定性。
[0013]使用高强度混凝土的另一缺点是在达到374°C的温度下倾向于散裂。
[0014]另外的微结构适用于具有压缩拱的桥梁，该压缩拱由顺从力矩曲线的昂贵的模制造，并且该拱或其上方的支柱下的张力棒条施加载荷到其上。
[0015]预应力混凝土结构适用于例如工业和商业用的预制大厅中的大跨距的TT梁。这些梁不是最佳的。在测量承载结构的自由跨距的长度和结构的尺寸方面，超轻结构可显著改善性能。
[0016]预应力混凝土结构是实用的，其中预应力缆索的路径顺从载荷的变化。这里，张力区域是最优化的，但压缩区域不是。压缩区域由于预应力的施加而减小，这意味着整个横截面被压缩并且因此不破裂，并且因此有助于刚性和稳定性。但是，压缩区域仍然是自稳定的。在本发明中，稳定性由包围压缩区域的轻质材料提供，并且此外，压缩区域因此由轻质材料保护。
【发明内容】
[0017]这些缺点被根据本发明的具有最优压缩区域的轻重量承载结构消除。
[0018]本发明使得浇注具有压缩区域的最佳形状的轻承载结构成为可能。
[0019]这通过将承载结构重新考虑为包括在软材料中的坚固的框架而获得，其中放置在一个或多个压缩区域中的框架包括合适压缩强度的材料，诸如高强度混凝土，并且这还通过坚固混凝土的芯沿着要浇注的结构中的一个或多个压缩区域设置由本发明实现，该芯由比其强度低的混凝土包围。
[0020]在轻重量承载结构的实施例中，在压缩区域中具有坚固的混凝土的芯的一个或多个浇注压缩区域与张力区域中的加强件结合。
[0021 ] 此外，张力区域中的加强件可以由合适材料构成的诸如绳、线、板、网、纤维、织物、杆或棒条的合适部件提供，该合适材料诸如是钢、碳纤维、玻璃、聚丙烯纤维或者塑料、金属或有机纤维产品。
[0022]在另外实施例中，压缩区域连接在该结构内，以形成更加坚固且/或更加轻的结构。
[0023]因此可以结合一个或多个压缩区域和一个或多个张力区域，以形成结构构件的网格或承载部分。
[0024]还可以将压缩区域与包括张力区域的其他结构构件中的压缩区域连接。
[0025]在另一实施例中，一个或多个压缩区域的横截面朝向与其他压缩或张力区域力交换的点增大。
[0026]由此实现芯的有利实施例，该芯形成压缩区域的和压缩区域之间的有利过渡(减小接触应力)、压缩和张力区域之间的有利过渡(改善锚固)或结构构件或连接部分中的这种区域之间的有利过渡。
[0027]在另外实施例中，一个或多个压缩区域的横截面朝向至少一个端部增大。
[0028]在另外实施例中，压缩区域(例如端部)的增大的横截面被连接在接头或区段中。
[0029]承载结构可通过形成一种通道、沟槽、管道等或使用导管、软管等作为模而制造。
[0030]通道、沟槽、管道、导管、软管等可放置在用于承载结构的模中。
[0031]通道、沟槽、管道、导管、软管等放置在希望集中压缩的地方，例如放置在压缩拱中。
[0032]此后，该模用轻质材料浇注，该轻质材料例如可以是轻集料混凝土。然后，用更坚固的混凝土、例如自密实高强度混凝土浇注出压缩区域。
[0033]坚固混凝土是比轻质材料坚固的任何混凝土并且它可以通过数种不同方法获得，并且本发明不限于获得坚固混凝土的单个方法。作为示例，可以应用高强度的混凝土，并且它可以通过将细粒度颗粒添加到混凝土而获得。此外，可以施加添加剂到坚固混凝土和/或轻质材料，其中超塑化添加剂或材料可用来获得高强度性质和/或改善的可加工性，诸如自密实性质。
[0034]通过浇注出压缩区域，可以给予压缩区域顺从力轨迹的实际形状的最佳形状和布局，并且可以针对挠曲和弯曲稳定压缩区域，使得它们不需要大于必要横截面，从而在不增大的情况下耐受载荷，以便保证挠性刚度。
[0035]这还通过具有最优压缩区域的轻重量承载结构的浇注方法由本发明来实现，其中形成在承载结构中的一个或多个通道、沟槽、管道、导管和/或软管用作用来在轻重量承载结构中模制一个或多个坚固混凝土的芯的模。
[0036]在具有最优压缩区域的轻重量承载结构的另一浇注方法中，其中设置模用来沿着要浇注的结构中的一个或多个压缩区域模制坚固混凝土的模，该芯此后由比坚固混凝土的芯强度低的混凝土包围。
[0037]在本发明的另一实施例中，由坚固的混凝土形成的压缩区域可以在模中被浇注出并且以后运输到要产生较大的承载结构的施工场地。在该场地，坚固的混凝土构件放置在模中，并且此后借助轻质材料生产且浇注出承载结构，由此坚固的混凝土构件完全地或部分地被轻质材料包围。
[0038]本发明可以给予结构支持应用或建筑物结构的外部形状，使得可以施加载荷，并且给出结构可被包括在屋顶和墙中的可能性。
[0039]本发明使得保护压缩区域免受机械撞击成为可能。
[0040]本发明使得保护压缩区域免受火成为可能。对于高强度混凝土来说，火特别是问题，因为由于高强度混凝土制成的散裂结构，已经看到爆炸性散裂和许多严重的损害的危险。今天，散裂是高强度混凝土的应用的主要障碍。本发明可以改为使用普通多孔混凝土，但高强度混凝土将是有利的，并且通过保证混凝土不被加热到超过发生散裂问题的水临界温度374°C，调查研究解决了散裂问题。这通过将高强度混凝土嵌在轻重量承载结构的轻混凝土中而实现，其中轻质材料为承载结构提供热绝缘效果。
[0041]在本发明的实施例中，例如在压缩拱中，通道、软管、管道、导管或沟槽放置在用于承载结构的模中以集中压缩。该模用例如轻集料混凝土的轻质材料浇注出。然后，用合适压缩强度的材料、例如自密实高强度混凝土浇注出压缩区域。
[0042]由此可以最小化用于压缩区域的坚固的且通常重的材料的量，因为轻质材料可以促成:
[0043]-可以给予压缩区域最佳形状和布局；
[0044]-针对便挠曲和弯曲稳定压缩区域；
[0045]-结合压缩区域与包括张力区域(如果有的话)的其他部分；
[0046]-给予该结构支持应用的外部形状；
[0047]-保护压缩区域免受机械撞击；和
[0048]-保护压缩区域免受火。
[0049]用于压缩区域的材料经常比轻质材料重3-5倍且坚固3-10倍。该原理的应用因此可以产生比传统浇注结构轻2-4倍的结构。
[0050]这实现大的跨距和支柱距离。
[0051]压缩和张力区域的位置关于载荷最优微结构直到现在还是难以且通常不可能制造，因为在实际中不能满足所述功能要求，特别对于小尺寸和中等尺寸结构。
[0052]这种技术能够制造应用于建筑物的微结构。
[0053]这种技术能够制造应用于建筑物的高强度混凝土。
[0054]该技术也能够制造高强度混凝土，该高强度混凝土应用于作为混凝土和预应力混凝土结构所知特殊用途的诸如船、驳船的浮动结构、海上结构和浮基。根据本发明的具有压缩区域的最佳形状的轻重量承载结构可方便生产、节省制造和运行资源且改进结构的性能的这种结构的设计。[0055]在本发明的其他实施例中，由坚固混凝土的浇注出的区域代表的压缩区域可在连接其他压缩或张力区域或形成接头或区段的点处设置有较大的横截面。
[0056]结合一个或多个前述实施例，可以添加不同元件到轻混凝土和/或坚固混凝土，以获得合适的浇注纹理或获得一种张力加强件。
[0057]这种元件可以是由合适材料构成的绳、线、板、网、纤维、织物、杆或棒条，该合适材料诸如是、碳纤维、玻璃、聚丙烯纤维、石毛纤维(stone-wool fibres)、或者塑料、金属、陶瓷、瓷器、玻璃、岩石或有机纤维产品。
[0058]显然的是，可以使用其他合适材料，并且本发明不限于使用上述元件。
[0059]比喻性地说，可以将本发明比喻为人或动物的身体，其中坚固的混凝土提供好比是人或动物的骨架的一种骨架，并且轻重量承载结构和张力加强件(如果有的话)是将“骨架”保持在提供最佳的且优美的建筑物结构的适当位置的肌肉和腱。
【专利附图】
【附图说明】
[0060]下面将参考附图描述本发明的实施例，其中:
[0061]图1示出用于具有管道的简单的梁的模，该管道用来浇注作为压缩拱的压缩区域；
[0062]图2示出具有张力加强件和管道的简单的轻重量混凝土梁，该管道用来浇注作为压缩拱的压缩区域；
[0063]图3示出具有张力加强件和作为压缩拱的坚固混凝土的浇注压缩区域的简单的轻重量混凝土梁，其中该梁加载有均匀分布的载荷和反作用力；
[0064]图4示出具有更多浇注压缩拱箍筋和张力加强件的梁；
[0065]图5示出具有集中的中心浇注压缩拱和箍筋和张力加强件的梁；
[0066]图6示出在支柱之间具有梁跨距60m的大厅的布局的示例；
[0067]图7示出如图6以相同比例示出的给出30m的最大跨距宽度的现代元件；
[0068]图8示出在沟槽中具有浇注的坚固压缩拱的根据本发明的实施例的梁的可能形状；并且
[0069]图9示出根据本发明的实施例的悬臂梁的可能外形，沟槽中的浇注压缩拱由管道中具有两个浇注压缩拱的支柱支撑。
【具体实施方式】
[0070]下面详细描述本发明的不同实施例。
[0071]轻重量承载结构I是建筑业中的元件，并且通过最优化承载结构I中的压缩区域2，可以产生具有大的跨度的轻重量承载结构I。
[0072]通过根据浇注压缩区域2的方法中的一种制造轻重量承载结构1，可以提供根据本发明的具有最优压缩区域2的轻重量承载结构I。
[0073]本发明使得浇注具有压缩区域2的最佳形状的轻承载结构I成为可能，其中一类框架的浇注出的形状形成为顺从该结构中的力轨迹的自然形状。
[0074]这通过将承载结构I重新考虑为包括在软材料中的坚固的框架而获得，其中放置在一个或多个压缩区域中的框架包括合适压缩强度的材料，诸如高强度混凝土，并且这还通过坚固混凝土的芯3沿着要浇注的结构I中的一个或多个压缩区域2设置来实现，该芯2由比芯3强度低的混凝土 4包围。
[0075]承载结构I可通过形成一类通道、沟槽、管道等5或使用导管、软管等作为模而制造。
[0076]通道、沟槽、管道、导管、软管等5可放置在用于承载结构的模中。
[0077]通道、沟槽、管道、导管、软管等5放置在希望集中压缩的地方，例如放置在压缩拱5中。
[0078]此后，该模用轻质材料浇注出，该轻质材料例如可以是轻集料混凝土。然后，用更坚固的混凝土，例如自密实高强度混凝土，浇注出压缩区域2。
[0079]因此，可以给予压缩区域2顺从力轨迹的实际形状的最佳形状和布局，并且可以针对挠曲和弯曲稳定压缩区域2，使得它们不需要大于必要横截面，从而在不增大的情况下耐受载荷，以便保证挠性刚度。
[0080]这还通过具有最优压缩区域2的轻重量承载结构I的浇注方法由本发明来实现，其中形成在承载结构I中的一个或多个通道、沟槽、管道、导管和/或软管5用作用来在轻重量承载结构I中模制一个或多个坚固混凝土的芯3的模。
[0081]在具有最优压缩区域2的轻重量承载结构I的另一浇注方法中，其中设置模用来沿着要浇注的结构I中的一个或多个压缩区域2模制坚固混凝土的模3，该芯3此后由比坚固混凝土的芯3强度低的混凝土 4包围。
[0082]在本发明的另一实施例中，由坚固的混凝土芯3形成的压缩区域2可以在模中被浇注出，并且以后运输到要产生较大的承载结构I的施工场地。在该场地，坚固的混凝土构件3放置在模中，并且此后用轻质材料4产生且浇注出承载结构1，由此坚固的混凝土构件3完全地或部分地由轻质材料4包围。
[0083]在本发明的另一实施例中，压缩区域2中的坚固的混凝土与张力区域6中的加强件结合。
[0084]在本发明的另外实施例中，张力区域6中的加强件可由例如合适材料构成的绳、线、板、网、纤维、织物、杆或棒条提供，该合适材料例如是钢、碳纤维、玻璃、聚丙烯纤维或者塑料、金属或有机纤维产品。
[0085]在本发明的另外实施例中，可以结合压缩区域2与其他部分中的压缩区域2并且也可能包括张力区域6 (如果有的话)，以结合一个或多个压缩区域2与一个或多个张力区域6而形成结构构件的网格或承载部分。
[0086]在本发明的另外实施例中，可以通过接头结合压缩或张力区域2、6与其他结构构件中的压缩或张力区域2、6。
[0087]在本发明的另一实施例中，一个或多个压缩区域2的横截面朝向端部或力在压缩区域2之间或压缩和张力区域2、6之间交换的部位增大。由此实现形成压缩区域2的芯3的有利实施例和压缩区域2之间的有利过渡(减小接触应力)、压缩和张力区域2、6之间的有利过渡(改善锚固)或结构构件或连接部分中的这种区域之间的有利过渡。
[0088]在本发明的另一实施例中，压缩区域2的端部在接头或区段中被连接。
[0089]本发明可以给予结构I支持应用或建筑物结构的外部形状，使得载荷可以施加，并且给出结构I可被包括在屋顶和墙中的可能性。[0090]在本发明的实施例中，例如在压缩拱2中，通道、软管、管道、导管或沟槽5放置在用于承载结构I的模中，以集中压缩。该模用例如轻集料混凝土的轻质材料4浇注出。然后，用合适压缩强度的材料、例如自密实高强度混凝土浇注出压缩区域2。
[0091]由于用于压缩区域2的材料经常比轻质材料4重3-5倍且坚固3-10倍。该原理的应用因此可以产生比传统浇注结构轻2-4倍的结构I。
[0092]这实现大的跨距和支柱7的距离。
[0093]图6示出具有大的跨距并且因此与图7中示出的结构相比在支柱7之间具有长的距离的结构的示例，该现有技术结构在此示出根据本发明的一个或多个实施例的轻重量承载结构I获得的跨距的一半长度的跨距。
[0094]在本发明的其他实施例中，由坚固混凝土 3的浇注出的区域代表的压缩区域2可在连接其他压缩或张力区域2、6或形成接头或区段的点处设置有较大的横截面。
[0095]结合一个或多个前述实施例，可以添加不同元件到混凝土以获得合适的浇注纹理或获得一种张力加强件。
[0096]这种元件可以是合适材料构成的绳、线、板、网、纤维、织物、杆或棒条，该合适材料诸如是钢、碳纤维、玻璃、聚丙烯纤维或者塑料、金属或有机纤维产品。
[0097]显然的是，可以使用其他合适材料，并且本发明不限于使用上述元件。
【权利要求】
1.一种轻重量承载结构，适合于被包括在例如屋顶中，并且其包括上混凝土部和下混凝土部，所述上混凝土部由强度较高的混凝土浇注在所述下混凝土部(I)的顶表面上而成，所述下混凝土部由强度较低的混凝土浇注，且所述顶表面包括限定高部(H)的部分，且所述部分具有位于所述高部(H)之间的低部(L)，并且所述上部通过具有从所述高部(H)朝所述低部(L)增加的截面而形成压缩拱。
2.根据权利要求1所述的结构，所述结构具有多个所述高部(H)和位于所述高部(H)之间的所述低部(L)，以限定处于彼此的延伸上的多个所述压缩拱。
3.根据权利要求1或2所述的结构，所述强度较低的混凝土是轻集料混凝土。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的结构，所述上部具有平坦的或基本上平坦的上表面。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的结构，强度较高的所述上混凝土部具有在达到374°C的温度下散裂的倾向。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的结构，所述强度较高的混凝土重3-5倍。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的结构，所述强度较高的混凝土比所述强度较低的混凝土坚固3-10倍。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的结构，所述截面从所述高部(H)均匀地增加。
9.一种制造根据权利要求1至8中任一项所述的结构的方法，包括以下步骤:i)提供模子；ii)制备第一类型的混凝土 ；iii)使用所述模子和所述第一类型的混凝土，浇注所述下混凝土部(I)，所述下混凝土部具有顶表面，该顶表面包括限定所述高部(H)的部分，且所述部分具有位于所述高部(H)之间的低部(L);iv)制备强度较高类型的混凝土，其强度比所述第一类型的混凝土高；以及V)使用所述下混凝土部(I)作为第二模子，通过将所述强度较高类型的混凝土施加于所述顶表面上以浇注所述上部，该上部具有从所述高部(H)朝所述低部(L)增加的截面，从而完成所述结构。
10.根据权利要求9所述的方法，强度较高的所述上混凝土部具有在达到374°C的温度下散裂的倾向。
11.根据权利要求7至8中任一项所述的方法，所述强度较高的混凝土重3-5倍。
12.根据权利要求7至9中任一项所述的方法，所述强度较高的混凝土比所述强度较低的混凝土坚固3-10倍。
13.根据权利要求7至9中任一项所述的方法，所述截面从所述高部(H)均匀地增加。
【文档编号】E04C3/20GK103437486SQ201310221293
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2008年11月21日 优先权日:2007年11月26日
【发明者】克瑞斯蒂安·赫兹 申请人:Abeo股份有限公司