专利名称：夹层板踏步梯级的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种踏步梯级，特别是用于体育场馆和其它娱乐场馆的座位梯级。
为了增加体育运动和其它活动的收入，理想的是使可以容纳在一个体育场馆或其它娱乐场馆中的观众的数目达到最大。为此，需要提供附加的座位蹬，这经常导致这样的结构，即其中上碗形结构座的很大一部分悬突于该结构的其它部件之上。相应地，应该使支撑这样的座位的梯级的重量的最小，以减小该支撑结构的尺寸和成本。为减小与体育运动和其它娱乐活动相关的瞬时振动和共振，梯级必须是坚硬的，并具有足够的质量，或者用具有良好阻尼特性的材料制成。
座位梯级的现有设计是由预应力或预浇混凝土或钢制成。已知的梯级部段通常由整体混凝土制成，因为它允许在撑杆之间有长的净跨度(通常为12,200mm)，且可以进行合理的共振控制，这是由于混凝土具有0.2的阻尼系数、良好的防火性和相对低的维护成本。混凝土结构的主要缺点在于，梯级部段很重，例如对于一个两蹬梯级而言就大约是10T，其自重(静载荷)等于加入了由于使用和占用所产生的活动载荷后的设计。因此，需要提供更重的、更强的、更坚硬的和更贵的上部构造和基础构造来支撑这些梯级部段，特别是对于大型悬臂座位部段而言。
为了使自重最小化，并由此减小上部构造和基础构造的成本，这些梯级部段可由折叠钢板构成，这些钢板由中间撑杆和第二钢构架支撑。通常对于这类结构的最大跨度大约为6100mm，自重大约是等同混凝土结构的40％。然而，钢梯级对于声音和振动问题更为敏感，其具有0.1的阻尼系数，并具有与中间撑杆和第二钢构架的制造和装配相关的附加成本。
相应地，本发明的一个目的是提供一种改进的座位梯级，例如它是更轻的、在结构上是更简单的和/或更减振的。
根据本发明，提供了一种踏步式梯级，包括一个具有上金属板和下金属板的夹层结构和一个塑料或聚合体材料的中间层，该中间层粘结到所述金属板上，从而在它们之间传递剪力。
用于构成该踏步式梯级的夹层结构板与可进行厚度比较的钢板相比具有增加的刚性，并避免或减少了设置刚性元件的需要。这导致只用较少的焊接或不用焊接的大大简化的细节，从而既简化了制造，又减少了易受疲劳或腐蚀的面积。可从US专利5,778,813和英国专利申请GB-A-2 337 022中获知夹层板结构的其它适用于本发明的结构。该中间层也可以是一个复合核，如英国专利申请No.9926333.7所述。
优选外上金属板和下金属板具有从2mm到10mm范围内的厚度，中间层具有从10mm到100mm范围内的厚度。为了提供用于座位的空间，梯级的踏步(深度)优选在从600mm到1200mm范围内。梯级的斜度优选在从20°到45°的范围内。外金属板优选是平行的，但不一定是必须平行的。
本发明提供了一种梯级，其具有一个或多个蹬(台阶)，典型地是两个，并通过设置例如长度为6-20m的长净跨度而提供了优于传统结构类型的独特优点，该净跨度是可与预应力混凝土或预浇混凝土比较的，但重量却减轻了大约70％，并提供了较简单的结构，其不需要与相同跨度的全钢梯级相关的辅助钢构件。该塑料或聚合体(例如聚氨酯弹性体)核充当一种天然减振剂，减小振动(用于根据本发明的梯级的阻尼系数可以在0.4和0.5之间)，并提供优良的隔音特性；同时改善了舒适性和安全性。此外，本发明所提供的结构允许在不焊接的条件下使用不相似的金属。因此可以是易受磨损的表面使用便于维护、延长使用寿命并保持其视觉上的吸引性的耐腐不锈钢，内侧表面使用廉价的结构钢，这些结构钢可以通过使用螺栓连接到托架梁上的T轴端部段进行焊接或螺栓连接。这些结构钢可以电镀或涂敷环氧树脂或富锌油漆，以提供适当的耐腐保护。
这些梯级部段可在受控条件制造，以提供具有良好尺寸精度的优质结构部段。用于栏杆、座位和纵向连接密封剂的连接可以与那些用于预应力混凝土或预浇混凝土的连接相似。可以包括入滴水唇部和互锁纵梁，以便于水流出和装配，并限制梯级的水平挠曲。
在本发明的实施例中的集成引导件、互锁且滴水延伸的梯级板以及螺栓连接部简化了梯级的放置和安装。两蹬式梯级通过引导板与下面的部段对齐并螺栓连接到托架梁上。如果两块板中的一块在运输或安装中被偶然拉开，沿引导边缘例如每1000mm设置的附加螺栓可防止粘结脱离。
可选择地是，该夹层板梯级可以被焊接成封闭的，以完全包住塑料核。这会取消对多个复杂可调节的模具来形成一个用于浇注塑料核的封闭件的需要，从而简化了形状部段、例如在碗形结构端部的楔形部段的制造。此外，这种类型的沿边缘没有任何暴露的塑料的部段具有优良的阻燃性，并可被用于体育场馆中那些必须被设计成防火的部分。
根据本发明的梯级可以被设计成满足涉及振动和挠度控制以及板处理的相关耐用性标准和结构限制。踏板和梯级的强度和刚度可通过指定两个不同的核的厚度来调整，以改善特性，同时使成本和重量最小化。所得到的结构是轻质的、坚硬的，通过核本身的阻尼特性提供了比使用坚硬的钢板和卷制部段(辅助的钢构件)或者使用预应力混凝土建造的梯级改善的结构和振动响应特性。
下面将结合对示例性实施例的说明和所附简图进一步说明本发明，附图所示为
图1是一个其中可以使用本发明的座位梯级的体育场馆的平面图；图2是图1的使用了本发明的座位梯级的体育场馆的部分横截面图；图3是根据本发明第一实施例在不焊接条件下构成的座位梯级的立体图；图4是根据本发明第二实施例焊接的座位梯级的端面图；图5是图3的座位梯级的部分横截面图，示出了与上撑杆和一个相邻梯级的连接；图6是一个相似于图4的座位梯级的图5的视图；图7是图3的座位梯级的部分放大立体图，示出了如何将梯级固定到一个撑杆托架上；图8和9是可选择的撑杆托架的立体图；图10是焊接到根据本发明的座位梯级上的图8的安装托架的俯视图11是一个立体图，示出了用于将一个栏杆安装到本发明的座位梯级上的布置形式；图12是一个立体图，示出了用于将一个栏杆安装到本发明的座位梯级上的一种可选择的布置形式；图13是一个立体图，示出了用于将一个座位托架安装到本发明的座位梯级上的布置形式；图14是一个横截面图，示出了两个根据本发明的座位梯级之间的密封布置形式；图15是一个横截面图，示出了两个根据本发明的座位梯级之间的一种可选择的密封布置形式；图16-18以平面图示出了梯级的可选择的形状；和图19是一个根据本发明的梯级的可选择的形状的横截面图。
在这些附图中，相同的部分用相同的参考标号进行标记。
图1示出了一个体育场馆1，其在一侧具有一个直立的看台(上碗形结构)2，该看台包括倾斜的座位部段3。在平面图中，这些座位部段在中场处大致为矩形并向外延展，从而在看台的边缘处为梯形(楔形)。座位部段3通常在下端部具有大约36英尺(大约11m)的宽度，在上或外边缘具有大约40英尺(大约12.5m)的宽度。在图2中示出了通过这样一个座位部段的横截面。从图中可以看出，看台的上碗形结构由一系列安装在撑杆梁5上的座位梯级4构成，该撑杆梁悬撑在该体育场馆的其它部分之上。座位梯级也可以被放置在数个水平高度上，以使最佳观看位置处的座位数目最多。
在图3中以立体形式示出了一个两蹬梯级4，其包括通过第一级高43连接的上踏板41和下踏板42。第二级高44从第一踏板41的后边缘向上伸出，一个唇部45从踏板42的前边缘向下伸出。
该两蹬梯级可以通过两个例如4mm厚的折制的板10、11和一个例如结构聚氨酯弹性体的塑料核12构成，该塑料核在踏板中例如为40mm厚，在级高中例如为20mm厚，如图4所示。一个11m的梯极重量约为3T或在投影水平面积上是大约每平方英尺30磅(大约145kgm-2)。钢部段可由一个单一的卷板构成，该板在折制或卷制成形之前需要进行有限的切割以调整其大小。这些折制后的板被置入具有适当的间隔件(例如剪力螺栓或塑料(弹性体)间隔件)和侧模部段的钢模(模具)中。关闭该模，将聚氨酯弹性体核例如通过一个或多个Puromat PU150高压计量机在大约200-400秒的时间内注入该封闭的空腔中。在注塑完成后开始选择凝胶和凝固剂。该部段可以在一小时内脱模。模(模具)的使用确保相对薄的折制板被适当地放置和支撑，从而实现尺寸精确性。钻制螺栓孔的最终尺寸通过冷切割而定(只对于楔形部段，如果需要的话)，向该结构钢板涂敷环氧树脂涂层以完成该梯级部段。车间制造和精加工确保了一种高质量的结构产品。这些部段可以预制并存储在工地以外，直到需要。在注入核材料之前可以在该结构板上焊接两层板，以降低连接梯级部段和撑杆梁的螺栓连接处的局部承压应力。
该梯级部段包括便于提升、简化就位和安装的细部结构(固定在引导件中的用于对齐的展开边、滴水唇部、堵缝、提升附件)。这些梯级部段是坚硬的，与混凝土部段相比是相对轻的，且易于提升和螺栓就位。根据本发明的梯级部段可以比混凝土梯级更快地竖立起来，因为它们更为坚固，并且如果该部段在安装过程中被误操作，不易于碎裂和断裂。涂敷了纵向连接密封剂，预制不锈钢楼梯部段被栓接就位。座位和扶手的安装可按与那些用于预制混凝土梯级的方法相似的方法完成，例如钻制和用螺栓连接例如Hilti(TM)膨胀或环氧树脂或锚栓。可以按需设置特殊的附件和排水管。
图4是一种可选择结构的端视图，其中梯级4′被焊接成整体包住塑料核。折制上板10′和下板11′以封闭住长边，并提供简单的焊接细部，并使凸边61和凹边62匹配以适于螺栓连接梯级部段，如图6所示。端板100被切割成形，并在两端进行装配和焊接，以封闭该部段。
图5和6示出了第一梯级4-1和第二梯形4-2之间的连接的细节，以及第一梯级4-1或4′-1向撑杆梁5的安装细节。第一梯级4-1、4′-1的第二级高44啮入上一个梯级4-2、4′-2的唇部45中。唇部45具有展开的边47，其作用为滴水唇，对于非焊接结构而言，螺栓46将内板10和外板11以及核12保持在一起，以防止在运输中野蛮操作或安装中错位的情况下的分层。在进行焊接的实施例中，螺栓46′将梯级4′-1的凸端61连接到梯级4′-2的凹端62上。为了将每一个梯级安装到撑杆梁5上，设置了T形托架6。这些托架被螺栓62、61螺栓连接到座位梯级4的级高44、43上以及撑杆梁5上。
图5和6示出了T形托架6在一个座位梯级边缘处的定位，从而两个纵向相邻的梯级被螺栓连接到一个单个的托架6上。如图7所示，在梯级部段就位之前托架6被螺栓连接到撑杆梁5上并作为辅助预制的梯级在安装中就位的对齐引导件。
图8中示出的一个可选择的托架6′具有一个平的前表面63，该前表面被制备用于与级高43、44的背部的焊接；这在图10中进行了表示。在图9中示出的另一个可选择的焊接托架6″包含有一个便于竖起的座位角101。
图11和12示出了用于安装栏杆柱7、7′的可选择的布置形式。如图4中所示，栏杆柱7可通过托架71被焊接或锚接到第一梯级4-1的级高44上，在其连接处附近有水平和垂直相邻的梯级4-2、4-3和4-4。在图12中，栏杆柱7′焊接到一个L形的托架73上，从而栏杆柱7′从梯级4-2的下踏板42向上延伸。托架73延伸越过梯级4-2的边缘，并围绕唇部45弯曲以栓接或锚接到梯级4-1的上级高44上，此外还栓接或锚接连接到梯级4-2的下踏板42上。
图13示出了一个用于安装一个座位托架8的布置形式；该座位托架可被栓接或锚接到梯级4-1的上级高44上。
在图14和15中示出了两个可能的纵向连接密封剂细节50、50′，它们用于防止两个梯级部段的端部之间的渗水。第一种是(图14)使用填缝料50(类似于预应力混凝土梯级)，第二种是(图12)使用弹性膜片51或可用一个双面结构带52粘结到每一个梯级4的外板10上的波纹形弹性不锈钢条，其中该双面结构带将该钢条粘结到4mm的不锈钢板上，就好象是焊接上一样。可以在膜片51粘结到梯级上的部位的顶部设置附加的保护性不锈钢片53。该填缝料或弹性条允许连接处由于因季节温度改变而导致的梯级部段长度变化所产生的膨胀或收缩，并且一旦蹬部段被栓接就位，该填缝料或弹性条是容易安装的。
本发明的两蹬式梯级可以承受临界载荷的组合，其包括下述中的一种或多种自重、0.14kPa(3psf)的座位静载荷、在水平投影面积上均匀分布的或通过座位托架施加的4.8kPa(踏板，100psf)的使用和占用所产生的活动载荷、1.92kPa的风力载荷(吸力或压力)、1.2kPa的雪荷载和具有适当载荷因子的适当栏杆载荷。所有螺栓连接或焊接的连接部都能够符合CAN/CSA S16.1-94钢结构极限状态设计。前三阶主振型最高频度可以限制在1Hz。此外，每一蹬可以被设计成能适应长度上由于+/-40℃(72°F)温度波动所引起的变化。这可以通过在每一端的用于螺栓连接的带余量尺寸的孔来适应长度上由于温度变化所引起的变化而实现。
在本发明的各种变形形式中，折制板被放置在一个带有弹性体间隔件和侧模部段的模(模具)中。该模可以被构造成可适应一侧模部段和两模部段的可变位置，以允许制成宽度变化的或楔形的部段。该模也可以设置固定调节以适应变化的梯级高度和踏板长度。通过拱形的或斜的踏板可以容易地实现排水。可以使用例如跳棋盘图案的型材板将防滑磨损面并入上板10中。
楔形部段(用在相邻撑杆之间所需的斜接边缘处，例如在展开的座位部段中)或者可被制成正确的平面尺寸或者被制成垂直于最长的平面尺寸，并用细齿带锯切割成正确的楔形。
图16-18以平面图的形式示出了梯级的可选择的形状。在图16中所示的梯形110的基本形式在平面图中是矩形的，并具有范围在6-20m的长度L。对于看台的弯曲的或多边形的部段而言，可以使用如图17中所示的梯形平面的梯级111。在这样的梯级中，最大长度L可以6-20m的范围内，但最小长度1略小一些。对于角部段而言，可以使用如图18中所示的三角形平面的梯级112。这样的梯级的最大长度L可以和所需的情况一样小。也可以设置用于特殊目的的更复杂的形状。
图19以模截面形式示出了梯级113的一种可选择的形式。该梯级113在下踏板42的外缘处具有一个直立壁部段114，从而壁部段114、踏板42和级高43构成一个“浴缸”部段。当该部段用在蹬的底部或密封部段时，壁部段114形成一个周向围栏。壁部段114的顶部可以是带角度的或是弯曲的，以防止观众在其上置留物体，例如饮料。材料上金属板10和下金属板11和上述梯级部段的其它金属部分优选由结构钢制成，如上所述，但是在轻质、耐腐蚀或其它具体特性是必需的应用场合中，它们也可以由铝、不锈钢、镀钢或其它结构合金制成。该金属优选具有240Mpa的最小屈服强度和至少10％的伸长率。
中间层(结构塑料核)在使用该构件的环境中最大预料的温度下应该具有至少250Mpa的最小弹性模量E，优选具有275Mpa的最小弹性模量。在民用建筑应用中该温度最高可以是100℃。
该核材料(塑料或聚合物)在最低工作温度下的展延率必须大于金属层的大约为20％的展延率。对于该核材料在最低工作温度下的展延率的一个优选值是50％。该核材料的热系数也必须非常接近于钢的热系数，从而在整个预期工作范围内和在焊接过程中的温度变化不会导致分层。两种材料的热系数可以区分的程度将部分地取决于核材料的弹性，但确信的是该核材料的热膨胀系数可以是金属层的热膨胀系数的大约10倍。可以通过添加填充剂来控制该热膨胀系数。
核和金属层之间的粘结强度在整体工作范围上必须至少是0.5MPa，优选是6Mpa。这优选通过核材料向金属的自然粘结来实现，但也可以使用附加的粘结剂。
该核材料优选是一种聚氨酯弹性体，并可以主要包含有带有异氰酸酯或二异氰酸酯的多元醇(例如聚酯或聚醚)、增链剂和填充剂。如果需要，设置填充剂来降低中间层的热系数，降低其成本，另外控制弹性体的物理特性。也可以包括其它的例如改变机械特性或其它特征(例如粘结性和耐水性或耐油性)的添加剂和阻燃剂。
虽然在上文中说明了本发明的一个实施例，但是应该理解这只是示例性，并不意味着对本发明的限制，该范围在附后的权利要求书中进行了限定。特别是，所给出的尺寸旨在指导性的，并不是规定性的。同样，本发明已通过对一种座位梯级的说明进行了示例，但是应该理解本发明可应用于踏步式结构的其它形式。
权利要求
1.一种踏步式梯级，包括一个具有上金属板和下金属板的夹层结构和一个塑料或聚合体材料的中间层，该中间层粘结到所述金属板上，从而在它们之间传递剪力。
2.按权利要求1所述的踏步式梯级，其中，所述梯级是一个座位梯级。
3.按权利要求2所述的踏步式梯级，还包括用于至少一个座位和/或栏杆的安装细部结构。
4.按上述权利要求1-3中任一项所述的踏步式梯级，其中，所述梯级具有一个从6m到20m的最大长度。
5.按上述权利要求中任一项所述的踏步式梯级，其中，所述踏步式梯级具有一个从600mm到1200mm的楼梯踏步。
6.按上述权利要求中任一项所述的踏步式梯级，其中，所述上金属板和下金属板通过折制或卷制成形各自的平面而构成。
7.按上述权利要求中任一项所述的踏步式梯级，其中，在所述踏步式梯级的踏板中的所述中间层比在级高中的所述中间层厚。
8.按上述权利要求中任一项所述的踏步式梯级，其中，在所述踏步式梯级包括一个或多个大体水平的踏板和一个或多个大体垂直的级高。
9.按权利要求8所述的踏步式梯级，其中，所述级高之一将所述踏板中的一个上踏板的前边缘连接到所述踏板中的一个下踏板的后边缘上，所述第二级高从所述上踏板的后边缘向上延伸，所述下踏板的前边缘具有一个向下伸曲出的唇部。
10.按权利要求9所述的踏步式梯级，其中，所述上金属板和下金属板在所述唇部中是展开的，以容纳一个相同的踏步式梯级的上级高的上边缘。
11.按上述权利要求中任一项所述的踏步式梯级，其中，所述上板由与所述下板不同的金属或合金制成。
12.按权利要求11所述的踏步式梯级，其中，所述上板比所述下板更耐腐蚀。
13.按上述权利要求中任一项所述的踏步式梯级，其中，所述上板比所述下板薄。
14.按上述权利要求中任一项所述的踏步式梯级，其中，所述上板进行了防腐处理，例如富锌油漆喷涂、环氧树脂涂漆或电镀。
15.按上述权利要求中任一项所述的踏步式梯级，其中，所述上板具有从2mm到10mm范围内的厚度，所述下板具有从2mm到10mm范围内的厚度，所述中间层具有从10mm到100mm范围内的厚度。
16.按上述权利要求中任一项所述的踏步式梯级，其中，所述中间层由塑料材料制成，优选是一种致密的弹性体。
17.按上述权利要求1-16中任一项所述的踏步式梯级，其中，所述中间层具有一种形式并包括所述塑料或聚合体材料，所述塑料或聚合体材料占据所述上金属板和下金属板之间的不被所述形式占据的空间。
18.按权利要求17所述的踏步式梯级，其中，所述形式包括泡沫，所述塑料或聚合体材料是弹性体。
19.一种观众看台，其具有至少一种按上述权利要求中任一项所述的踏步式梯级。
全文摘要
一种用于体育场馆的两蹬式座位梯级，包括通过固体弹性体核粘结在一起的上金属板和下金属板。该弹性体核在踏板和级高中具有不同的厚度。下踏板具有一个唇部，在该唇部中上述金属板是展开的以便于与下面的梯级对齐。
文档编号B32B3/02GK1469960SQ0181749
公开日2004年1月21日 申请日期2001年9月13日 优先权日2000年10月17日
发明者S·J·肯尼迪, S J 肯尼迪 申请人:智能工程(巴哈马)有限公司