专利名称：建筑板件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种可在现场装配的房屋预制板，该建筑板件可组装成各种用途的自承重房屋。
活动房屋，或称可拆装房屋，已发明多年了，并已应用于诸如住房、畜舍、设备仓库、临时厂房等方面。所用的建筑材料多种多样，本发明系采用纤维增强水泥这种复合材料。过去使用的纤维是石棉纤维，现在已有较安全的代用品，其中包括木质纤维。这种增强材料的特点是价格较低、耐火性能较好、隔热性能较好、维修要求较低(指霉烂方面)，并可用“低技术”的方法和设备制造，特别适于第三世界国家。
但纤维增强水泥预制板的一个问题是抗拉强度差，为了提高强度，就要增加重量。当支承不足时，这种板由于自重而产生挠曲或弯曲，可能在较低的拉力下即发生破坏。过去有时也用钢筋加强。
现有的纤维增强水泥预制板房屋通常皆需外加支承构件，以提高强度，用以支承较重的板材，并防止其由于自重而变形。这种房屋通常需要专用的安装设备，而且由于预制板重量较大，为了将板件运到施工现场，使其应用仅限于有适当交通工具的地区。
现在有些房屋用金属板，特别是不锈钢板。加拿大1004822号专利和美国3874141号专利就是特别适用于金属板制作的建筑预制板。这些专利通过三维结构提高板材强度，通常为有加强肋或褶皱的对称四边形板，沿相邻板边缘上有连接件。该专利的板材用钢板做是较容易的，重量也较轻，现场安装时使用不熟练工也较容易完成。但对第三世界国家来说，钢板价格太高，如用钢板建造这种房屋就不经济了。
本发明减少了现有组合式预制板的缺点和困难，这种板件在有些方面很象上述专利所述的钢板，但材料是纤维增强水泥，而不用钢。这种板的几何形状是根据上述专利钢板重新设计的，以克服增强水泥材料抗拉强度不足的缺点。这种重新设计的板件厚度较薄，强度较相同类型的普通钢板还高，并可用人力在施工现场搬运，而不需专用吊装设备。本发明的这种板件是通过其几何形状来保持强度，并易于用普通的紧固件与相邻板件连接，而不需外加支承结构。因而，这种板件也很容易运到建筑现场，而不需专用的重型运输工具。本发明也可用不熟练工在现场安装，而不需专用的模板或吊装设备。由于板件是用增强水泥复合材料制成，就具有以下一些较理想的特性较好的耐火性能，良好的隔热性能，抗霉烂性能(可大大减少维修费用)，容易制造，不需“高技术”制造方法和设备。
本发明的建筑预制板周边主要是四条直线边，围成一个四边形的板。预制板有一对位置相对的1号角，由互相的相等的1号角度相交的边缘构成，还有一对位置相对的2号角，由互相以相等的2号角度相交的边缘构成。预制板有一条主轴线，通过并等分两个1号角，还有一条次轴线，通过并等分两个2号角。预制板沿主轴线形成一个二面角顶部分，将板分成两个相同的三角形部分，沿主轴线看，这两个三角形部分在二面角顶部分交成一个名义二面角。板每边的边缘部分，至少其中两个边缘部分与相邻板的相同边缘部分能够搭接，以便组装。每个三角形部分的中央部分起拱。中央部分相对于包含两个边缘部分和二面角角顶部分在内的名义平面横向起拱，中央部分与边缘部分之间平滑地过渡。
1号角最好为锐角，2号角为锐角。一块板的三角形部分中央应相对于其名义平面平滑起拱，并与其另一三角形部分在名义平面的同一侧起拱。
本发明的另一种预制板为三角形，用在房屋的特殊位置上，是为了与上述四边形板配套使用需要。一种三角形板用于房屋山墙处，实际上是沿主轴切开的半块四边形板，即沿二面角角顶部切开的半块四边形板，在切开处为一增强边缘以代替切去部分。另一种三角形板用于房屋基础处，实际上是沿次轴线切开的半块四边形板，在沿次轴线处有一加强边缘，作为板的外缘。
下面参看附图进行详细的介绍，除特殊说明并图示以外，还介绍了较好的实施例，以便能够更好地说明该板件的结构。
图1是用本发明的建筑板件组装而成的房屋的简化局部透视图，为明了起见，部分板件单独表示。
图2是第一种拱的立面示意图。
图3是第二种拱的立面示意图。
图4是本发明顶板俯视简图。
图5是顶板纵剖面简图，即图4中的5-5剖面。
图6是顶板横剖面简图，即图4中的6-6剖面。
图7是顶板纵剖面简图，即图4中的7-7剖面。
图8是顶板纵剖面简图，即图4中的8-8剖面，本剖面所在的平面位于图7剖面所在平面外侧。
图9是本发明侧板俯视简图。
图10是侧板纵剖面简图，即图9中的10-10剖面。
图11是本发明山墙板俯视简图。
图12是图11中山墙板侧立面简图。
图13是山墙板横剖面简图，即图11中13-13剖面。
图14是底板俯视简图。
图15是底板纵剖面简图，即图14中的15-15剖面。
图16是图14底板的端面视图。
图17是四块板连接节点处的局部俯视简图。
图18是图17中剖面18-18的局部简图，表示了两块板之间的连接。
参见图1、2、3，其中房屋10是按照本发明制造的几种不同的建筑板件组装而成的。板件主要是三种四边形的边，即顶板12、侧板13和全底板14。还有两种是三角形的板，即半底板15和山墙板16。房屋支承在一对横向隔开、平行置放的基础梁19和20上，基础梁通常为矩形断面，距房屋纵轴线22等距安置。
房屋由两种用上述板件装成的拱组成，根据需要增添这两种拱，即可使房屋纵向无限延长。两种拱沿房屋纵向交替排列成一对，许多对拱即组成一座房屋。第一个拱编号25，第二个拱编号26。参看图1和2，拱25的一半包括一块全底板14，通过下端节点28固定在基础梁19上，上端通过节点29与顶板12连接。从图2可见，拱25的其余一半是相同的，第二块全底板14固定在基础梁20上，第二块顶板12在屋顶节点30处与第一块顶板12连接，节点30位于纵轴线22上。
参看图1和3。第二个拱26的一半包括一块半底板15，在节点32处固定在基础梁19上。一块侧板13在节点33处与板15连接。顶板12在节点34处与板13连接。顶板12位于轴线22上，并对称于轴线22，其另一端与拱26另一半的第二块侧板13连接。第二块相同的半底板15固定在基础梁20上。从图1可见，房屋一端用一对三角形山墙板16，与邻接的拱14的一块顶板12连接，还有一对半底板15(图1中只表示了一块)，这两块半底板延伸到基础梁19和20的外端部。
从图1可见，最后建成的房屋结构很象加拿大1004822号专利和美国3874141号专利的结构。但是，如果仔细观察板件的几何形状，即可发现其不同之处，这是由于两种房屋结构所用材料物理性质不同所必需的。在上述的加拿大和美国专利中，钢板的强度得自板上的褶皱或加强肋，这些褶皱和加强肋可以提高板的刚度。在本发明中，板件使用纤维增强水泥复合材料，这种材料在市场上已为人熟知，其抗拉强度较低。板的几何形状与已获专利的钢板相比做了改变，使水泥复合材料基本避免承受拉力。这种板主要承受压力。而且，为防止挠曲，板件有相同的起拱部分，类似薄壳球面结构部分，装配后产生使板件的大部分受压的效果。
参看图4。顶板12有四个边缘41、42、43和44，围成一个四边形的板。此板有位置相对且一上一下的两个1号角47和448，分别由边缘41、42和43、44相交形成。两对边缘互相倾斜相交，上下交角相等，分别为1号角度49和50。板12还有位置相对的左右2号角55、56，分别由边缘42、43和41、44相交而成，边缘倾斜相交而成的左右2号夹角55、56相等。图中可以看出，1号角49、50为锐角，2号角55、56为钝角，边41、42、43、44等长。因此，此四边形板近似于菱形，各平行对边等长。
板12有一主轴线58，通过并等分1号角49、50，还有一次轴线60，通过并等分2号角55、56。轴线58和60在各自的中点相交，并相互垂直。
沿板的主轴线58为二面角顶部分62，将板分为左右两个相同的三角形部分65、66。从图6可见，沿次轴线58观看，三角形部分65、66在二面角顶部分62处相交形成名义二面角68。角68约为127度，轴线58约260厘米，轴线60约120厘米。
板12边缘41、42、43、44处分别有边缘部分71、72、73、74。板件组装成房屋时，至少其中两个边缘部分连接并固定在相邻板件相同的边缘部分上。因此，边缘部分可能有许多孔，如螺钉或螺栓孔76(图中只表示了少量的孔)，沿边缘部分等距分布，这些孔与相邻板件上同样的孔对准以穿过紧固件，如图18所示。从图18和图6可见，边缘部分有一特殊横断面与相邻板边缘部分搭接。板12的一侧边缘部分71即可和相对一侧的边缘部分72搭接。边缘部分71有内、外侧部分81和82，皆为平直条形，由一条很窄的曲面部分相连。内外侧部分互相倾斜成夹角83。角83约为127度，以轴线85为其分角线。轴线85平行于与主轴线58相交并等分二面角68的轴线86。
二面角顶部分62横断面与边缘部分相同，只是为了装配需要而有些小的改变。二面角顶部分62的左侧部分78为一平直带形，与边缘内侧部分81在同一平面上。板的名义平面88在二面角顶部分62下表面和边缘内侧部分81之间。二面角顶部分62的右侧部分79为同样的平直带形，通过一个窄的曲面部分与左侧部分78连接，以便同样向边缘部分79倾斜。
从图6可见，三角形部分66的中央部分90对板的名义平面88横向起拱，最大拱高91通常在三角形部分66的中心处。三角形部分66的中央部分是从板的名义平面88横向平滑地向外拱起的，与另一个三角形部分65起拱的方向在板的名义平面的同一侧。换句话说，拱起的中央部分90从三角形部分名义平面88起拱的方向与板12的另一三角形部分65起拱的方向相同。
另一(相对的)三角形部分65的中央部分93同样起拱，从三角形部分65的同样的名义平面95在最大拱高94处起拱。这样，在三角形部分66、65上分别有拱起的中央部分90、93，每个拱起的中央部分分别从名义平面88、95横向起拱。平面88由包含三角形部分66的边缘部分71、74和二面角顶部分62的左侧部分78。同样，平面95内包含边缘部分72、73和二面角顶62的右侧部分79。拱起的中央部分90和93与相邻的边缘部分和二面角顶部分光滑衔接，以减少应力集中。从图6可见，边缘内侧部分81与拱起的中央部分光滑衔接，而边缘的外侧部分82有一条较直的边，为板边41。
从图7、8可见，三角形部分65的纵剖面同样是从名义平面88纵向平滑起拱。这样，中央起拱部分是在纵横两个平面之内起拱，近似于薄壳球面部分，其边缘由两个边缘的内侧边缘部分及二面角顶部分近似确定。最大拱高足以保证板件装配后其大部分不受高张拉荷载，而是像拱那样受压缩荷载，这正是纤维增强水泥材料所能承受的。当三角形部分厚度约为4.5毫米，横向尺寸(次轴线60长度的一半)约为60厘米时，最大拱高91或95约为2厘米，此拱高可以改变。
从图6可见，边缘部分71的内侧部分81基本上在名义平面88之内，而边缘部分71的外侧部分82基本上平行于另一个三角形部分65的名义平面95。因此，当相邻板件连接时，一块板的边缘部分可搭接在另一块板的相邻边缘部分上。
如上所述，板12为顶板，由于其在拱中的位置而在结构上与其它板件有所不同。如图4所示，边缘部分71、72、73、74完全包围了板的四周，没有间断。在1号角47处的边缘部分从二面角顶部分62的端部轴向延伸出一个延长部分98。如图5所示，延长部分98对二面角顶部分倾斜，其倾斜方向与三角形部分对角顶部分倾斜的方向相反。换句话说，即延长部分98对二面角顶部分62倾斜成夹角99，其与二面角顶部分的相对位置在左右三角形部分65、66的相反一侧。同样，在角48处的边缘部分73、74形成一个延长部分100，由二面角顶部分62邻近的一端延伸而成，其倾斜方向与三角形部分65、66对二面角顶部分的倾斜方向相反。如图5所示，延长部份100对二面角顶部分62倾斜成一夹角101。延长部分98和100与相邻板件搭接，起到防水作用，与瓦屋面上搭接的作用相同，在图17中将作进一步说明。
在图9至10中，侧板13与顶板12极像，以二面角顶部分116为界分为左右两个三角形部分113、114，二面角顶部分116在板13的主轴线117上。三角形部分113有边缘部分119和120，三角形部分114有同样的边缘部分121和122。侧板13有上、下1号角124、125和左、右2号角1127、128。次轴线118与主轴线117法向相交。板13在以上方面皆与板12相同。
板13与板12之间的主要区别是角124、127、128处的边缘部分。上1号角124处的边缘部分119和121有末端130和131，沿与板的次轴线118平行的直线切平。所以板13没有板12那样的边缘上端延长部分98。这样上1号角被“斜切”或“截断”，以免妨碍相邻板或上板的搭接部分，以改善防水效果。
2号角127处的边缘部分119和120的末端133和134沿平行于板主轴线117的直线在角顶处切平。同样，2号角128处的边缘部分121和122的末端136和137沿平行于板的主轴线的直线在角顶处切平。这样，就消除了边缘部分在次轴线118两端因相交或延伸而产生像板12的角55、56那样的角。2号角127、128被“切平”或“截断”即可避免妨碍相邻板件。
如图所示，下1号角125处的边缘部分120和122形成一个延长部分139，此延长部分从二面角端延伸向下，与二面角顶部分116倾斜夹角140，其方向与三角形部分倾斜方向相反，基本上与板12的1号角48和延长部分100相同。
全底板14基本上与侧板13相同，但其下端延长部分较板13的下端延长部分139更长，这是为了使其搭接在基础梁19、20上的部分更长。如图10所示，全底板14的延长部分141用虚线表示，比侧板延长部分139更长。除这一延长部分的长度增大外，全底板14与侧板13完全相同。
在图11至13中，山墙板16基本上是半块侧板13，是将侧板13沿主轴线117切开，在主轴线117处加一个加宽的突缘，即在二面角顶部分加一个加宽的边。这样，山墙板16就有两条直边144和145，各有一个边缘部分146和147。边缘部分146和147适于固定在相邻的板上，而板的敞开端内缘部分149则形成房屋的敞开端部分。内缘部分149有两个外端部分142、143，与侧边144、145相交，上、下两个交角151、152相等。边144、145以角度154在左侧相交，形成一个中间角148。中间角148处的边缘部分146、147沿平行于内缘部分149的直线在角顶处切平，做法与侧板13相同。边缘部分切断后即可避免妨碍相邻板件。
与前述各种板的三角部分相同，板16也有一个中央起拱部分156，从板的名义平面158横向起拱，最大拱高155。如图13所示，内缘部分149有一个从名义平面158向上延伸的突缘160，其方向与中央部分156起拱方向相同。突缘160用于增强没有支承的板边。延长部分159从下端部143延伸，作为突缘160处内缘部分149和平直带形边缘159的延长部分，相当于板13的延长部分139。显然，板16的作用相当于半块侧板13，不需再加解释。
见图14至16，半底板15近似于侧板13沿次轴线118切开后的上半块，在轴线118处加一加宽突缘，此加宽突缘即板15的底边或内缘部分162。底边部分162包括一个平板部分163和直边突缘164。平板部分163和突缘164与基础梁19(如图15中虚线所示)的顶面和侧面接合。突缘有两个外端部分166和167，二者间距离为169，此距离约等于侧板13次轴线118的长度。两条直线侧边171和172从外端部分166和167以相等的边角173和174对称伸出，在中间角176处相交。这就形成了一个三角形的周边，如图14所示。
在侧边171和172处有边缘部分179和180，至少其中一个边缘部分可与相邻板件搭接、固定。从中间角176至底边部分162中点184，并垂直于底边162是二面角顶部分183。二面角顶部分的两个侧面上分别为1号和2号起拱部分187和188。如图16所示，起拱部分187是从板的名义平面192横向起拱的，名义平面192包含边缘部分179、二面角顶部分183和底边部分162。同样，起拱部分188从板的名义平面190横向起拱，名义平面190包含边缘部分180，二面角顶部分183和底边部分162。
从图11至16可见，两块三角形板件15和16各有一个内缘部分，此内缘部分有一个直边突缘，此直边突缘垂直于边缘部分并有两个外端部分。板15和16各有两条直侧边，从底边突缘外端部分以相等的边角对称延伸，在中间角处相交，形成一个三角形周边。每个板件的侧边上有边缘部分，其中至少一个边缘糠挚捎胂嗔诘慕ㄖ寮罱硬⒐潭āＣ靠槿切伟寮辽儆幸桓鲋醒肫鸸安糠郑用迤矫婧嵯蚱鸸埃迤矫姘啾吆偷妆叩谋咴挡糠帧Ｖ辽僖桓鼋嵌ゴα讲嗟谋咴挡糠智衅剑衅酱ハ喽猿疲谝恢毕呱稀 在图17和18中，正如图17所示，在房屋的典型节点169处，一块顶板12、一块全底板14、两块侧板13.1和13.2相交并固定在一起。板12的角48处的边缘部分73和74搭接在侧板13.2的边缘部分121.1上和侧板13.1的相反但相同的边缘部分119.1上。边缘部分121.1和119.1在板13.2和13.1上的相对位置分别与边缘部分121和119在板13上的位置相同。板13.2的边缘部分122.1和板13.1的相同但相反的边缘部分120.1搭接在全底板14邻接上部的相同的搭接部分199和200上，这两个边缘部分对应于侧板的侧边。切平的边缘部分在板13.1和13.2的2号角之间留下一个间隙203，以免互相妨碍。延长部分100搭接在板13.1、13.2和14上，以防止漏水。
如图18所示，板12的边缘部分73分内缘部分201和外缘部分202。同样，侧板13.2的边缘部分121.1也包括内缘部分204和外缘部分205。内、外缘部分之间的夹角为边缘角83，如图6中已经表示的那样。内缘部分201位于一个平行于外缘部分205的平面内。同样，外缘部分202平行于内缘部分204。相邻边缘部分在垂直平面207处的曲率半径206稍有不同，以形成一个微小间隙208，此间隙须足以防止吸入边缘部分202和204之间的水，通过平面207，穿过边缘部分201和205进入房屋内。边缘部分的曲率半径约为2.5厘米。板厚209约为4.5毫米。
装配时，板12的孔76与板13.2的边缘部分上相同的孔76对准。螺栓213穿过这些孔，套上弹性垫圈214和刚性垫圈216，拧上螺帽217。
这种房屋容易安装，可利用不熟练工，也不需要专用吊装设备或模板等。
在本发明中，基础梁19和20放在平整的垫上，使其互相平行，并保持水平状态。全底板14和半底板15首先用紧固件固定在基础梁上，侧板和顶板依次安装，形成连续的拱。一个拱和相邻的拱完成后，即有足够的强度支承其自身重量。纤维增强水泥板比较脆，拧螺钉时须注意拧紧程度均匀，使板件不会承受过高的弯曲荷载。基础梁可固定在混凝土垫上，或在房屋装配时在基础梁之间浇注混凝土垫。
本发明还可以有许多其它方案，如图中的房屋可以是由两种拱组装而成，一种由四块板装配而成，另一种由三块板和两块半板组装而成。用同样的板件，可用不同数量的板拼装成不同形状的拱，用以安装房屋。板角的角度和二面角的角度可以改变。不论板的数量和板的角度如何，板的各部分中央皆应起拱，以消除板所受的拉应力。
权利要求
1.一种建筑板件，它包括(a)周边，该周边有四条直边，围成一个四边形，四边形有一对相对的1号角，由互相以相等的1号角度相交的边缘构成，还有一对位置相对的2号角，由互相以相等的2号角度相交的边缘构成；(b)一条主轴线，通过并平分1号角，一条次轴线，通过并平分2号角；(c)一个二面角顶部分，位于主轴线上，将板分为相同的两个三角形部分，沿主轴线观看，在二面角顶部分交成一个名义二面角；(d)边缘部分，位于每个边缘处，至少其中两个边缘部分可搭接并固定在相邻板的同样的边缘部分，以便拼装成房屋的板件结构；(e)每个三角形中的中央起拱部分，每个中央部分从包含该三角形部分两边边缘部分和二面角顶部分的名义平面横向起拱，中央部分起拱时与邻接边缘部分平滑过渡。
2.按照权利要求1所述之板件，其特征在于它的1号角度为锐角，它的2号角度为钝角。
3.按照权利要求1所述之板件，其特征在于其三角形部分的中央部分与其相邻三角形部分的中央部分皆从名义平面的同一方向起拱。
4.按照权利要求1所述之板件，其特征在于三角形部分中央部分从名义平面向外平滑起拱，并与相邻三角形部分在名义平面的同一面起拱。
5.按照权利要求1所述之板件，其特征在于每个边缘部分包括内缘部分和外缘部分，以一个边缘角互相倾斜，内缘部分与中央起拱部分之间平滑过渡，外缘部分为一较直的边，或为板的侧边。
6.按照权利要求5所述之板件，其特征在于该板件有第一个和第二个三角形部分，第一个三角形部分的边缘部分的内缘部分在第一个三角形部分的名义平面内，而这一边缘部分的外缘部分平行于第二个三角形部分的名义平面，以便当相邻板件连接时，一块板的边缘部分可搭接在另一块板的相邻边缘部分上。
7.按照权利要求1所述之板件，其特征在于此板为拼装时之顶板，该顶板的边缘部分均匀围绕整块板的四周，1号角处的边缘部分形成一个延长部分，此延长部分从二面角顶部分的邻近端延伸而成，并向与三角形部分倾斜方向相反的方向倾斜。
8.按照权利要求1所述之板件，其特征在于，此板为拼装时之侧板，两个2号角处的边缘部分末端在角顶处沿与板件主轴线平行之直线切断，使相邻两边互相对齐;一个1号角处的边缘部分末端在角顶处沿与板件次轴线平行之直线切断，使相邻两边缘互相对齐;另一个1号角处的边缘部分形成一个延长部分，此延长部分从二面角顶部分邻近端延伸而成，并向与三角形部分倾斜的方向相反的方向倾斜。
9.按照权利要求1所述之板件，其特征在于板件用纤维增强水泥复合材料制成，相邻板之间的二面角名义角度约为127度，此角度是按板的名义平面间的夹角计算的。
10.按照权利要求1所述之板件，其特征在于板件的边缘部分有许多孔，这些孔可与相邻板件上相同的孔对准，使紧固件能够穿过。
11.一种建筑板件，它包括(a)其内缘部分有一平直突缘，突缘有两个外端部分，(b)有两个直侧边缘，从突缘外端部分起，以相等的边角对称延伸，相交于中间角，形成一个三角形周边，(c)每个侧边皆有一个边缘部分，至少其中一个边缘部分可搭接并固定在相邻的板件上，(d)至少有一个起拱的中央部分，此中央部分从包含侧边边缘部分和底边部分的名义平面横向起拱。
12.按照权利要求11所述之板件，其特征在于此板为山墙板，其突缘从名义平面外伸与起拱部分在同一方向。
13.按照权利要求12所述之板件，其特征在于其中间角处的边缘部分在角顶处沿与底边平行的直线切断，使两边能互相对齐。
14.按照权利要求11所述之板件，其特征在于此板为半底板，其内缘部分有一垂直于名义平面的平直部分;有一个二面角顶部分，从底边中点法向延伸，达到中间角，其起拱部分位于二面角顶部分的每一侧，其起拱方向与底边突缘方向相同，在板的名义平面的同一侧。
全文摘要
一种可在现场装配的建筑板件，该板件可组装成各种用途的自承重房屋。板件可以是由四条直线围成的四边形，也可以是三角形结构，该板具有特殊的几何形状，每块板都有起拱部分，每块板的边缘处有互相搭接或连接的结构。该板件通过几何形状来保持强度，易于用普通紧固件与相邻板件连接。板件是由增强水泥复合材料制成。该板件具有厚度薄，强度高，安装制造容易，运输方便，耐火隔热等优点。
文档编号E04B1/32GK1032055SQ88103489
公开日1989年3月29日 申请日期1988年6月11日 优先权日1987年6月12日
发明者诺曼M·斯蒂芬森, 约翰B·麦克雷 申请人:加拿大菱弓形系统公司