本发明涉及一种用于覆盖混凝土表面、尤其是隧道的混凝土表面的结构构件。特别地，该结构构件是用于衬在隧道内部的防火结构构件。
背景技术：
已知的用于隧道的防火板被放置在隧道的模架上，之后将混凝土浇筑在所述模架中。防火板被布置成覆盖模架面向隧道内部的侧面，使得在移除模架之后，防火板位于隧道内部上。已表明，特别是当防火板布置成覆盖隧道的顶棚时，混凝土与防火板的粘附对于将防火板稳固地保持至混凝土而言是不充分的。为了将防火板附连至混凝土，大量的螺钉被安装到防火板中，这些螺钉从防火板浇筑有混凝土的侧突出。当混凝土被浇筑且最终凝固时，螺钉被锚固在凝固混凝土中并防止防火板从凝固混凝土脱离。为了确保防火板至混凝土的适当锚固，必须将每平方米多达十个螺钉安装到防火板中。可以想象，对于要被防火板覆盖的典型隧道的巨大表面积而言，螺钉的安装消耗了宝贵的时间和资源。
本发明的目的是提供一种用于覆盖混凝土表面的替代构件，该替代构件可更轻易地相对于混凝土被锚固。
技术实现要素：
根据第一方面，本发明提供了一种用于覆盖混凝土表面、特别是隧道的混凝土表面的结构构件，其中，混凝土表面通过浇筑混凝土形成，其中，结构构件包括板状体，该板状体具有第一侧和与第一侧相反的第二侧，第一侧布置成当混凝土被浇筑时背向混凝土，第二侧布置成在混凝土被浇筑时面向混凝土，其中，结构构件在第二侧处设置有多个锚固构件，用于当混凝土被浇筑时将结构构件锚固至混凝土，其中，每个锚固构件包括位于第二侧中被布置成与混凝土流体连通的开口、相对于第二侧朝向第一侧凹陷的基座、以及在开口与基座之间延伸的周向壁，其中，周向壁限定了用于将混凝土接纳入锚固构件中的容积，其中，每个锚固构件包括至少一个锁定表面，该锁定表面面向所述容积且布置成在混凝土凝固之后止挡混凝土沿法向于第二侧的锚固方向从基座朝向开口的运动。
锚固构件可在浇筑期间接纳混凝土且可将凝固混凝土的一部分在几何形状上封围或锁定在其相应的容积内部，以阻止或止挡凝固混凝土的所述部分沿锚固方向的回缩或运动。该锚固可在混凝土凝固后自动地发生。混凝土本身可提供混凝土与结构构件之间的机械连接。除了结构构件本身之外不需要附加构件来将结构构件锚固至混凝土。因而，根据现有技术的螺钉可被全部免除，从而减少了与锚固结构构件有关的时间和精力。与现有技术的螺钉不同的是，根据本发明的锚固构件在结构构件的第一侧处是不可见的。
在一实施例中，至少一个锁定表面布置成沿与锚固方向相反的抵靠方向抵靠在混凝土上或在混凝土上施加止挡力。通过沿抵靠方向在抵靠混凝土上或在混凝土上施加力，锁定表面可防止混凝土沿相反的锚固方向运动或回缩。
在一实施例中，板状体的至少一部分在至少一个锁定表面与第二侧之间沿锚固方向延伸。板状体的该部分可有效地在几何结构上封围或锁定混凝土沿锚固方向位于板状体的所述部分下方的一部分。
在一实施例中，至少一个锁定表面相对于锚固方向倾斜地延伸。优选地，至少一个锁定表面相对于锚固方向的角度在三十至八十度的范围中、且优选地在四十至七十度的范围中。该角度可改善锚固的质量。锚固可由更大的角度而变得更牢固。
在一实施例中，锁定表面由从开口朝向基座偏向的周向壁的壁部段形成。壁部段可沿抵靠方向面向、保持和/或锚固容积中混凝土的一部分。
在一实施例中，基座大于开口。因而，具有比开口更大尺寸的混凝土可在基座处被收集，该混凝土可在混凝土凝固之后不再沿锚固方向回缩通过开口。
在可易于制造的一实施例中，基座具有与开口相同的几何形状。
在一实施例中，至少一个锁定表面处的容积呈截头圆锥或截头棱锥形式。同样，所述截头圆锥或截头棱锥的基座大于开口。因而，具有比开口更大尺寸的混凝土可在基座处被收集，该混凝土可在混凝土凝固之后不再沿锚固方向回缩通过开口。
在一替代实施例中，基座沿横向于或垂直于锚固方向的方向相对于开口偏置。位于偏置基座处的混凝土的一部分可在混凝土凝固之后不再沿锚固方向回缩通过开口。
在其一实施例中，多个锚固构件中至少两个的基座相对于彼此沿不同方向偏置。两个锚固构件中的一个的基座的不同偏置方向可阻止混凝土以相对于锚固方向与两个锚固构件中的另一个的基座和开口对齐的倾斜角运动。
在一其他替代实施例中，每个锚固构件包括沿锚固方向接连布置的多个锁定表面，其中，每个锁定表面布置成单独地沿与锚固方向相反的抵靠方向抵靠混凝土。通过设置多个锁定表面，可增加与混凝土沿抵靠方向的接触表面，从而增加锚固的质量。
在其一实施例中，多个锁定表面分别通过多个壁部段形成。优选地，每个壁部段从开口朝向基座偏离。因而，这些壁部段可各自单独地有利于锚固质量。
在一实施例中，至少一个锁定表面形成整个周向壁。因而，周向壁可被优化地用作锁定表面，用于保持混凝土。
在一其他替代实施例中，至少一个锁定表面形成沿横向于或垂直于锚固方向的方向延伸的周向壁中的凹部。类似于偏置基座，凹部可收集混凝土，这些混凝土在凝固之后可不再沿锚固方向回缩通过开口。
在其一优选实施例中，凹部与基座隔开。
在一其他替代实施例中，至少一个锁定表面通过突出进入容积中的突出部形成。突出部可独立于周向壁的形状在容积内部或容积内提供或形成锁定表面。
优选地，突出部从周向壁突出，在这种情形中，突出部可形成为在周向壁内部上周向延伸和/或沿锚固方向螺旋延伸的缘部。位于突出部处的锁定表面与基座之间的混凝土可被锁定而防止沿锚固方向回缩。
替代地，突出部从基座突出，在这种情形中，突出部可设置有形成至少一个锁定表面的头部和将头部连接至基座的主体。突出部可完全独立于周向壁形成。同样，位于突出部处的锁定表面与基座之间的混凝土可被锁定而防止沿锚固方向回缩。
在一实施例中，开口和/或基座的几何形状包括圆形、卵形、三角形、正方形、矩形、五边形、六边形或任何其他多边形。任何这些几何形状可适于形成根据本发明的锚固构件的开口和/或基座。
在防火应用中，板状体包括防火材料，优选为用纤维和/或填料增强的不可燃烧的矿物板。防火结构构件可用于保护隧道的混凝土抵抗内部隧道容积中的火。
根据第二方面，本发明提供了一种计算机可读介质，该计算机可读介质具有适于使得3d打印机打印前述结构构件的计算机可执行指令。
通过使用3d打印机，可在结构构件的板状体中形成借助传统制造技术不可能制造的特定锚固构件。此外，可在现场根据需求依隧道的特定需求定制而打印结构构件。
根据第三方面，本发明提供了一种结构、特别是隧道，包括凝固混凝土层，该混凝土层具有混凝土表面和覆盖所述混凝土表面的多个前述结构构件，其中，结构构件通过在相应锚固构件的至少一些容积中延伸的凝固混凝土层的一部分被锚固至凝固混凝土层。
具有所述结构构件的结构可提供如上关于前述实施例所述的一个或多个相同的优势。为了简洁起见，下文中不再重复这些优势。
在该结构的一实施例中，在混凝土凝固之后，结构构件被多个锚固构件中凝固混凝土层的一部分完全地和/或单独地支承。因而，可不通过使用诸如现有技术的螺钉之类的附加工具来将根据本发明的结构构件锚固至隧道的混凝土而构建该结构。
在该结构的一其他实施例中，该结构包括顶棚和侧壁，其中，结构构件被锚固至顶棚和/或侧壁中的混凝土。优选地，锚固方向在顶棚处是竖直或基本竖直的和/或在侧壁处是水平或基本水平的。因而，结构构件可从顶棚处的混凝土悬挂且被混凝土保持至且支承在侧壁处。
根据第四方面，本发明提供了一种借助使用多个前述结构构件覆盖混凝土表面的方法，其中，该方法包括以下步骤：
-将混凝土在多个结构构件的相应第二侧上浇筑入混凝土层中；
-允许混凝土层的一部分进入并充填由多个结构构件中每个的相应锚固构件的周向壁限定的至少一些体积；以及
-允许混凝土在多个锚固构件内凝固；
其中，在混凝土凝固之后，相应锚固构件的锁定表面止挡混凝土沿法向于第二侧的锚固方向从基座朝向开口的运动。
由于除了结构构件本身之外不需要附加构件来将结构构件锚固至混凝土，以下方式构建的隧道可易于构建。因而，根据现有技术的螺钉可被全部免除，从而减少了与锚固结构构件有关的时间和精力。
在一实施例中，在浇筑混凝土之前，该方法包括以下步骤：提供用于接纳混凝土的模架，其中，该方法还包括以下步骤：布置多个结构构件使其相应的第一侧在模架上。因而，结构构件可在混凝土的浇筑之前被放置在其相对于隧道的相应位置中。
在一其他实施例中，该方法包括以下步骤：在混凝土凝固之后移除模架，其中，在混凝土凝固之前，多个结构构件被支承在模架上，且其中，在混凝土凝固之后，多个结构构件被多个锚固构件中凝固混凝土的一部分完全地和/或单独地支承。同样，可不通过使用诸如现有技术的螺钉之类的附加工具来将根据本发明的结构构件锚固至隧道的混凝土而构建隧道。
可能的话，在本说明书中所描述和所示的各种方面和特征可单独地被施加。这些单独的方面，特别是在所附独立权利要求中描述的方面和特征可成为分案申请的主题。
附图说明
将基于示意性附图中示出的示例性实施例来阐明本发明，附图中：
图1示出了具有混凝土层和根据本发明的第一实施例的多个结构构件的隧道的正视图；
图2示出了具有根据图1的结构构件中的一个的混凝土层的一部分的轴测图；
图3和4示出了分别根据线iii－iii和iv－iv的具有和不具有混凝土层的结构构件的剖开的轴测图；
图5－8分别示出了根据本发明的第二、第三、第四和第五实施例的替代结构构件的轴测图；以及
图9－14分别示出了根据本发明的第六、第七、第八、第九、第十和第十一实施例的其他替代结构构件。
具体实施方式
图1示出了具有典型隧道结构的隧道1，该隧道1具有顶棚11和侧壁12、13。在该示例性实施例中，隧道1在顶棚与相应侧壁12、13之间具有倒角部段14、15。隧道1限定了内部隧道空间h。通过将混凝土9浇筑入模架3中并将所述混凝土9凝固入混凝土层2中来构建隧道结构。随后可移除模架3。模架3包括外壁31、32和内壁33，外壁31、32限定背向内部隧道容积h的隧道1的侧壁12、13的侧面，内壁33则限定顶棚11和面朝内部隧道容积h的侧壁12、13的侧面。
如图1中所示，混凝土层2在内部、即混凝土层2的面向内部隧道容积h的混凝土表面20上衬有多个根据本发明的示例性第一实施例的结构构件4。在混凝土9的浇筑之前，多个结构构件4放置在模架3的内壁33上。
在图2中更详细地示出了一个结构构件4。每个结构构件4包括板状体40，该板状体40具有背向混凝土层2的第一侧41以及与第一侧41相反且面向混凝土层2的第二侧42。如图1中所示，结构构件4布置成，当其被浇筑时，其相应第一侧41放置在模架3的内壁33上或与模架3的内壁抵靠，其相应第二侧42面向混凝土9。对于防火应用，板状体40包括防火材料。板状体40例如可为优选地用纤维和/或填料增强的不可燃烧的矿物板。当防火结构构件4被施加至隧道1的内部时，防火结构构件4可在内部隧道容积h着火的情形中减小对隧道1的混凝土层2的结构破坏。
如图2中最佳可见的，每个结构构件4在其第二侧42处设置有多个锚固构件5，用于当混凝土9被浇筑时将相应结构构件4锚固至混凝土9。优选地，结构构件4和/或锚固构件5是可复制的。特别地，锚固构件5对于每个结构构件4是相同的。更优选地，结构构件4的至少两个锚固构件5是等同地成形或相同的。更优选地，结构构件4的所有锚固构件5是等同地成形或相同的。多个锚固构件5在第二侧42的整个表面积上分布。优选地，多个锚固构件5均匀地分布以达到多个结构构件4每平方米设置恒定数量的锚固构件5。更优选地，锚固构件5以可复制的模式设置在每个结构构件4中。最优选地，每个结构构件4包括每平方米至少五个锚固构件5。
在图3和4的剖视图中分别示出了具有和不具有混凝土层2其中一个锚固构件5。每个锚固构件5包括位于第二侧42中的开口51、相对于第二侧42朝向第一侧41凹入的基座52以及在开口51与基座52之间延伸的周向壁53。基座52相对于第二侧42凹入仅一或两厘米的距离，以便在基座52下方留下充足材料来维持板状体40的结构整体性。优选地，基座52相对于第二侧42凹入至少五毫米、优选地至少十毫米的距离。在该示例性的第一实施例中，开口51和基座52两者都具有相同的几何形状：圆。开口51和基座52两者都相对于彼此同轴地延伸。基座52具有比开口51更大的直径，且周向壁53从开口51朝向基座52扩张和/或偏离。优选地，开口51的直径是至少十毫米，更优选地是至少二十毫米，最优选地是至少三十毫米。开口51布置成在混凝土9被浇筑时敞开至混凝土9或与混凝土9流体连通。周向壁53限定了容积v用于接纳并在混凝土9通过锚固构件5的开口51进入锚固构件5时将混凝土9保持在锚固构件5中。
根据本发明的锚固构件5优选地根据预定形状形成。更优选地，锚固构件5的预定形状在布置成控制锚固构件5的计算机辅助制造过程的控制单元中(预)编程，计算机辅助制造过程例如是cnc钻削、cnc铣削或附加的制造。
如图3和4中最佳见到的，每个锚固构件5包括锁定表面6，该锁定表面被布置成，一旦混凝土9凝固或在混凝土9已凝固后，就阻止、限制和/或止挡混凝土9沿法向于或基本法向于第二侧42的锚固方向a从基座52朝向开口51的回缩或运动。锁定表面6面向由相应锚固构件5的周向壁53限定的容积v。在该示例性第一实施例中，锁定表面6由周向壁53限定或为周向壁53。锁定表面6以相对于锚固方向a且从锚固方向a偏离的倾角沿与锚固方向a相反的抵靠方向b优选地以三十至八十度范围中的角度、且更优选地以四十至七十度范围中的角度延伸。锁定表面6布置成沿抵靠方向b接触、抵靠在凝固混凝土9上或在凝固混凝土9上施加止挡力。
如图3的剖视图中所示，板状体40的至少一部分在至少锁定表面6与第二侧42之间沿锚固方向a延伸。因而，锁定表面6在几何结构上将一部分凝固混凝土9封围或锁定在由周向壁53限定的容积v内部，并阻止或止挡一部分凝固混凝土9沿锚固方向a回缩或运动。因而，凝固混凝土9的一部分和与凝固混凝土9通过开口51相关联的混凝土层2在相应的锚固构件5处被保持、固定和/或锚固至结构构件4。类似地，结构构件4通过其相应锚固构件5的至少一些容积v内部的凝固混凝土9的一部分被保持、固定和/或锚固至混凝土层2。
在混凝土9已充分凝固之后，图1中所示的模架3可被移除，之后，结构构件4通过锚固构件5内部的凝固混凝土9的一部分被完全地和/或单独地支承。对于隧道1的顶棚11，锚固方向a是竖直的或基本竖直的，这表示衬于顶棚11的结构构件4相对于所述竖直锚固方向a从顶棚11悬挂且锚固至顶棚11。在隧道1的侧壁12、13处，锚固方向a是水平的或基本水平的，这表示衬于侧壁12、13的结构构件4沿所述水平锚固方向a被保持至侧壁12、13且沿竖直方向被支承在侧壁12、13上。
在该特定实施例中，圆形开口51、圆形基座52和锁定表面6向容积v提供截头圆锥体的形状。在剖视图中，容积v的形状可被看作榫头，从而在锚固构件5处提供凝固混凝土9与结构构件4之间的榫接接头或连接部。对本领域技术人员而言将是显而易见的是，本发明的范围还可涵盖如图5－8和9－14中所示的各种替代实施例所示的许多变型。
除了以下提及的任何区别特征之外，根据图5－8和9－14中的实施例的替代结构构件各自基本上对应于根据本发明的第一实施例的结构构件4。
图5－8示出了根据本发明的多个示例性替代实施例，这些实施例在锚固构件的几何形状方面有所变化。
图5示出了根据本发明的第二实施例的替代结构构件104，其中，锚固构件105设置有正方形开口151、正方形基座152以及在正方形开口151与正方形基座152之间延伸的四边形周向壁153。得到的容积v具有截头棱锥的形式。
图6示出了根据本发明的第三实施例的替代结构构件204，其中，锚固构件205设置有细长和/或矩形开口251、细长和/或矩形基座252以及在细长和/或矩形开口251与细长和/或矩形基座252之间延伸的四边形周向壁253。得到的容积v呈现具有不等侧边的截头棱锥的形式。
图7示出了根据本发明的第四实施例的替代结构构件304，其中，锚固构件305设置有六边形开口351、六边形基座352以及在六边形开口351与六边形基座352之间延伸的六边形周向壁353。得到的容积v具有六边形截面。
图8示出了根据本发明的第五实施例的替代结构构件404，其中，锚固构件405设置有卵形开口451、卵形基座452以及在卵形开口451与卵形基座452之间延伸的卵边形周向壁453。得到的容积v具有卵形截面。
如从前述实施例中将显而易见的，根据本发明的锚固构件可能具有各种不同的几何形状，包括但不限于以下几何形状，包括圆形、卵形、三角形、正方形、矩形、五边形、六边形或任何其他多边形。几何形状可为对称的或非对称的。开口和/或基座还可具有不同的几何形状或其组合。几何形状还可对于具有相同结构构件的不同锚固构件是不同的。
图9－15示出了根据本发明的其他替代实施例，这些实施例在锚锁定表面6的成形、形状和/或定向方面有所变化。
图9示出了根据本发明的第六实施例的替代结构构件504，其中，锚固构件505具有周向壁553，该周向壁553被分成或设置有沿锚固方向a连续布置的多个壁部段554、555、556、557。每个壁部段554、555、556、557从开口551朝向基座552偏离。每个壁部段形成锁定表面561、562、563、564，锁定表面561、562、563、564布置成沿与锚固方向a相反的抵靠方向b单独地抵靠混凝土9。
图10示出了根据本发明的第七实施例的替代结构构件604，其中，锚固构件605具有周向壁653，其中，锁定表面606在周向壁653中形成沿横向于或垂直于锚固方向a的方向延伸的凹部660。在该示例性实施例中，凹部660与基座652隔开。替代地，凹部660可布置在基座652处(未示出)。
图11示出了根据本发明的第八实施例的替代结构构件704，其中，锚固构件705具有基座752，基座752相对于开口751沿横向于或垂直于锚固方向a的方向偏置，从而致使周向壁倾斜地延伸远离开口751并限定同样相对于开口751倾斜延伸的容积v。在该实施例中，锁定表面706通过面向抵靠方向b的周向壁753的倾斜壁部段形成。倾斜度应足以将结构构件704特别是沿倾斜方向保持在凝固混凝土2的一部分上。优选地，如用虚线示出了另一个锚固构件705，多个锚固构件705中的至少两个的基座751相对于其各自开口和/或彼此沿不同方向偏置。以此方式，可阻止结构构件704相对于混凝土层2沿具有倾角方向的运动。
图12示出了根据本发明的第九实施例的替代结构构件804，其中，锚固构件805具有由突出部860形成的锁定表面806，突出部860沿周向壁853的内部周向延伸并突出进入容积v中。在该实施例中，突出部860形成为缘部861，或突出部860是缘部861。突出部860与基座852隔开，使得混凝土9可被锁定在其下方。锁定表面806通过面向抵靠方向b的突出部860的侧部形成。周向壁853可为圆筒形或大致圆筒形。
图13示出了根据本发明的第十实施例的替代结构构件904，其中，锚固构件905具有由突出部960形成的锁定表面906，突出部960在锚固方向a上沿周向壁953的内部螺旋延伸并突出进入容积v中。类似于前述实施例中，突出部960形成为缘部961，或突出部960是缘部961。混凝土9被锁定在螺旋延伸的突出部960的接连螺圈之间或在螺旋延伸的突出部960的螺圈与基座952之间。锁定表面906通过面向抵靠方向b的突出部960的侧部形成。周向壁953可为圆筒形或大致圆筒形。
图14示出了根据本发明的第十一实施例的替代结构构件1004，其中，锚固构件1005具有由突出部1060形成的锁定表面1006，突出部1060从基座1052朝向开口1051直立地和/或沿锚固方向a延伸或突出。突出部1060与周向壁1053隔开和/或不连接至周向壁1053。突出部1060设置有形成锁定表面1006的头部1061和将头部1061连接至基座1052的主体1062。锁定表面1006在面向抵靠方向b的头部1061的侧部处形成。周向壁1053可为圆筒形或大致圆筒形。
一些结构构件、特别是根据后三个实施例的结构构件804、904、4004不能简单地用传统的制造技术制造，但可替代地用诸如3d打印之类的添加增材技术制造。这还可允许定制结构构件的现场打印。因而，申请人还要求保护具有适于使得3d打印机打印根据前述实施例中任一个的结构构件的计算机可执行指令的计算机可读介质，比如电子文档或物理电子载体(未示出)。
要理解到，以上描述被包含以示出优选实施例的操作，而不意于限制本发明的范围。从以上论述中，许多其他变型对本领域技术人员而言将是显而易见的，这些变型仍由本发明的范围所涵盖。
例如，相同的结构构件可用于覆盖另一结构的混凝土表面，例如建筑的顶棚、墙壁或底板。
综上，本发明涉及一种用于隧道的结构构件，一种包括所述结构构件的隧道和一种用于构建所述隧道的方法。结构构件设置有多个锚固构件，这些锚固构件用于当混凝土被浇筑时将结构构件锚固至混凝土，其中，每个锚固构件包括布置成与混凝土流体连通的开口、凹陷的基座、以及在开口与基座之间延伸的周向壁，其中，周向壁限定用于在锚固构件中接纳混凝土的容积，其中，每个锚固构件包括面向所述容积且布置成在混凝土凝固之后止挡混凝土沿锚固方向从基座朝向开口的运动的至少一个锁定表面。