专利名称：具有低热导率的空腹龙骨和螺钉容置凹槽的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于支撑干墙板(drywall panel)的钢龙骨(steel stud)，且具体涉及具有低热导率并按预定间隔形成有凹槽的空腹龙骨(open web stud)，凹槽具有用于容置干墙螺钉的特定形状。
背景技术：
建筑用、尤其是用于架设干墙的钢龙骨，出于许多原因正在代替木龙骨。木头正在变得稀有。木头将翘曲，或者会腐烂，或者受到侵害。木头易燃。而且在许多情况下，只是因为其对于运输而言笨重且庞大而变得不再合适。然而，木头与钢龙骨相比有两个主要优点，即木头具有低热导率，并且木头将容置并保持例如螺钉这样的干墙紧固件。显然，假如用钢龙骨能够解决与木头相比的这两个主要问题，则期望使用钢龙骨来克服木头的各种缺点。另外，由于在安装时，钢龙骨不受室外环境条件的影响，它们能够由回收钢制成而不会损失性能，因此为从其他制品回收的钢提供了良好的出路。在过去，已经对钢龙骨的各种设计提出了许多提议。在许多情况下，钢龙骨被卷成简单的C型截面。这类简单截面具有腹板和两个“腿”或者说侧壁，从而在截面上形成简单的矩形通道。干墙板用干墙螺钉固定到这两个腿。这些简单的C型截面龙骨广泛使用于商用高层建筑中。但它们出于各种原因并不令人满意，大部分原因是公知的。简单的C型截面龙骨或者由较重型的钢制成，而这类钢比所期望的或经济上合算的更重；或者由轻量型的钢制成，而这使得它们过于柔软。在这类龙骨过于薄且柔软的情况下，就变得难以安装螺钉来紧固板。较重型的钢将允许容易地安装螺钉，但是这种钢会传递噪音并且热导率高。并且使用比期望的更多的钢。这可能导致多层建筑物中楼板负载过大。型号越重，原材料的成本越高。可认为较轻型的钢更符合期望，但这种钢却可能难以安装。以这种轻量型C型截面钢为框架的墙的垂直构件和水平构件可能太薄弱和柔软，并且墙可能振动。将垂直龙骨构件紧固到水平通道以制成框架也变得困难起来，因为紧固件(通常是金属板中使用的特殊自攻螺钉)难以牢靠地固定在构件的极薄的钢材中。一般而言，在将干墙紧固到木龙骨的过程中所使用的典型的干墙螺钉不适合用于金属板龙骨，尤其是较轻量型钢的金属板龙骨。金属板的自攻螺钉设计有凿钻尖(chisel drill point)和螺纹杆。这些螺钉将更牢固地保持在金属板中。然而，当使用较轻量型的钢时，钢可能薄到螺钉杆上仅有一个或两个螺纹抓住金属。另一因素是，这种简单C型截面的轻型钢材常常过于柔软而不能让螺钉快速插入。这样就减慢了工人安装干墙板的速度，并最终增大工作的整体成本。平(Plain)C型截面龙骨不适用于架设外墙、或架设墙壁中的热梯度可能显著的墙、或者声音传递成为问题的墙。这种简单截面的龙骨具有高热导率，并在干墙板贴靠在C 型截面龙骨的侧面的情况下能够沿内壁上的线产生被称为“虚影(ghosting) ”的冷凝现象。龙骨可形成有分隔开的开口，以便减小热导率。这种龙骨可被归类为“空腹”筋。 龙骨也可形成有各种凸缘和脊，以使龙骨更加坚固。然而在过去，这种龙骨比平C型截面龙骨更贵，并且尚未发现被广泛接受。显然，形成有复杂的开口、肋和脊的龙骨将比卷制成简单的C型截面的龙骨更贵。因此，如果要使复杂的空腹龙骨比简单的C型截面龙骨更具竞争力的话，其基础必须是，空腹龙骨尽管可能制造成本稍高，但其安装更容易而且更迅速， 并能够由明显更轻型的钢制成，因此比简单的C型截面龙骨使用更少的材料。空腹龙骨也对降低通过墙壁传递的声音、并减轻地基上建筑物的重量有益。对于外墙而言，空腹龙骨将比简单C型截面的龙骨更有吸引力，这是因为外墙的热导率是个问题。空腹龙骨的较低热导率将缓和沿内墙表面形成“虚影”冷凝线的问题，而该问题正是困扰平C型截面龙骨的问题。出于此原因，必须竭尽一切努力将热导率减小至绝对最小值，同时保留相对于C型截面龙骨的其他优点。同样非常期望的是，使用热导率低的空腹龙骨来制造外墙，其中外墙使用薄壳混凝土(thin shell concrete)和钢加固龙骨(stud，支柱)构成的复合式外墙板。这种复合式外墙板相对于实心混凝土外板具有众多优点。显著优点之一是这种复合板将外侧混凝土表面与相对薄的混凝土平板结合，并且另外在该平板的内侧混合用于加固的钢龙骨。较薄的混凝土平板节约了混凝土的成本，而且还减轻了建筑物的地基上的重量。钢加固龙骨从薄混凝土平板的内表面延伸，并供作建筑物内的能够被干墙附接的内龙骨。此外，制造这种轻型钢加固龙骨具有若干优点降低材料的成本，减轻复合板的重量，而且降低每个龙骨的热导率。最后的优点源自以下事实与较重型的龙骨相比，较轻型的钢因质量减少而将只传递热量单位数较少的热量。另一因素源于在空腹龙骨中使用了较轻型的钢。这种龙骨广泛用于支撑干墙板。 墙板通常用螺钉附接到龙骨的腿上。在两个墙板的边缘对边缘对接的情况下，这两个墙板的边缘必须并排放在单个龙骨的一个腿上。腿的宽度可能小于5cm。这样就只给每个墙板的边缘留下一个相对狭窄的支撑部位。螺钉必须经过每个墙板边缘固定到相同的龙骨腿中，以将两个对接墙板的边缘保持在相同的腿上。在利用轻型钢来制造龙骨的情况下，当插入螺钉时，腿就有弯曲或扭转的趋势。这种趋势在空腹龙骨的情况下更为显著，因为此时型号甚至可能比传统C型截面龙骨的型号更小。此趋势能够通过在龙骨中混合各种肋、腹板和凸缘来减轻，此时龙骨尽管型号减轻， 但是刚度增大。针对以上情况，本发明进一步利用了位于每个龙骨的腿中的两个宽螺钉容置凹槽。这些凹槽按预定间隔平行地形成，以利于插入螺钉紧固件。凹槽的宽度大于螺钉尖的宽度，以便帮助螺钉穿透，并且甚至在金属板上的钢因螺钉尖的压力而产生某种扭曲的情况下也允许螺钉钻入金属板。位于两个凹槽之间或旁边的龙骨腿又平又直，以便牢固地支撑板边缘。这些凹槽还有助于在插入螺钉时，在腿中形成管状的凹进部(recess)。这些管状的凹进部为螺钉螺纹提供更安全的啮合。
发明内容
以实现解决这些复杂和矛盾问题为目的，本发明包括一种空腹低热导率钢龙骨， 其具有限定出纵向轴线和腹板平面的腹板；沿腹板的每侧的侧边；穿过腹板形成的主腹板开口，所述开口限定两个平行于腹板轴线的纵向边；在所述主腹板开口之间斜向延伸于所述腹板上的肋；绕所述主腹板开口并沿所述肋、离开腹板弯曲形成的直角式凸缘，并且直角式凸缘具有凸缘延伸部；该凸缘延伸部是沿着沿所述主腹板开口的所述两个纵向边所形成的所述直角式凸缘形成的，该凸缘延伸部被以另一直角弯到与所述腹板平面平行但与所述腹板平面分开的平面，以限定出沿所述腹板纵向延伸的三边平行分开的加固通道；在每个肋的每端，肋开口限定出腹板的用于减少热传递的狭窄的喉部；沿至少一个所述腹板侧边与所述腹板成直角地形成有至少一个龙骨腿；并且在所述至少一个龙骨腿中形成有两个平行的螺钉容置凹槽，所述凹槽在龙骨腿的中心的相对侧上等距地分隔开。本发明还提供一种空腹低热导率钢龙骨，其中所述钢的型号在大约0.88mm与 1. 15mm之间，并且其中与标准C型截面龙骨相比，传热值比常规C型截面龙骨减少80%与 94%之间。本发明还提供一种空腹低热导率钢龙骨，其中所述龙骨包括在所述龙骨的腿上形成的边唇(edge lip)，所述边唇形成小于90°的夹角。本发明还包括一种空腹低热导率钢龙骨，其中所述边唇中形成有锯齿凹槽。本发明还包括一种空腹低热导率钢龙骨；所述肋开口为圆形，并包括由围绕所述肋开口的所述腹板形成的环形凸缘。本发明还包括一种空腹低热导率钢龙骨，其包括在所述腹板中邻近肋开口处或围绕所述肋开口形成的凹部(expression)。本发明还包括一种空腹低热导率钢龙骨，其中所述受限喉部的位置的金属质量与等效的平C型截面龙骨的金属的质量相比，减轻约80%与94%之间。本发明还包括一种空腹低热导率钢龙骨，其包括沿所述腹板形成的嵌入边缘 (embedment edge)，所述嵌入边缘限定有根部、中部、金属部和连续边唇，所述中部具有混凝土流动开口 ；金属部由所述开口冲压而成，向外弯曲正交于所述中部；连续边唇形成于所述中部，相对于所述中部弯曲成直角。代表本发明的特性的各种新颖特征具体在随附的且构成本公开的一部分的权利要求书中指出。为了更好地理解本发明、操作优点和由使用获得的明确目的，应参照解释并描述本发明的优选实施例的附图和描述。
图1是示出本发明的干墙板龙骨的立体图；图2是沿图1中的线2-2剖得的剖视图；图3是类似图2但示出两个干墙板的一部分和附接到龙骨的螺钉紧固件的剖视图；图4是龙骨的一部分的侧视图，示出减少热传递的各种区域；图5、图6、图7、图8和图9是沿图4中的线5_5、线6_6、线7_7、线8_8和线9_9 剖得的剖视图；图10是示出在插入的两个阶段的干墙自攻钉的龙骨的一部分的示意性剖视图；CN 102422069 A
说明书
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图11是用于加固复合混凝土墙板的低热导率龙骨的立体图；图12是图11的龙骨的相对侧的立体图；图13是沿图11中的线13-13剖得的剖视图；图14是另一实施例的侧视图；图15是另一实施例的侧视图；图16是另一实施例的立体图；图17是图16的侧视图；图18是沿图16中的线18-18剖得的剖视图；图19是示出传热路径的平龙骨的示意图；以及图20是对应图19示出的根据本发明的龙骨的传热路径的示意图。
具体实施例方式如上所述，以重量轻并具有低热导率的钢龙骨的形式来说明本发明。该龙骨具有多个特定特征，这些特定特征适合便于按以下说明的方式附接干墙板，并且还以低热导率和低声音传递为其特征，如以下将描述的。图1和图2示出龙骨10，为说明本发明，可将该龙骨大体归结为“空腹龙骨”。龙骨10具有腹板12。腹板12限定出外安装面14和内面16。腹板12形成有两个平行的纵向的腹板凹槽18。两个凹槽18之间是大体呈梯形的主腹板开口 20。开口 20限定纵向的互相平行的长边和短边，以及连接长边和短边的端部的斜边(diagonal side)。在主腹板开口 20之间，肋22斜向延伸于龙骨上。纵向凸缘延伸部M沿每个开口 20的平行边延伸。斜凸缘沈沿每个肋22的每个边延伸。凸缘MJ6相对于腹板12的平面弯曲成直角，以加固龙骨。在凸缘中，通过简单地从腹板留下更多金属来使纵向凸缘延伸部24延伸。这些纵向凸缘延伸部M以另一直角观弯曲，因此它们的边缘部呈L形截面，这些边缘部位于与腹板平行但分开的平面中。通过这种方式，这些凸缘对连同腹板12的相邻部分形成三边的矩形加固通道30 ； 这种通道具有中心部和两个相对的壁，沿每个主腹板开口 20的平行的较长边和较短边延伸，以取得更大的强度。沿每个肋22的每个边，凸缘沈构成大体三角形的峰尖32，以增加强度。肋22的宽度沿其长度变化，大约在其中点处最窄。在每个肋22的每端，具有由环形凸缘36围绕的圆形肋开口 34。圆形肋开口 34限定出两个分开的狭窄的喉部38、40，每个圆形肋开口的每侧上各有一个狭窄的喉部。位于每个肋的每端的喉部38、40以及每个肋的狭窄的中部区域均构成传热限制区或者说热传递屏障。因此，穿过龙骨传递的任何热量仅能通过这些热屏障来传递。参照图5、图6、图7、图8和图9，将看到这些喉部(图4中标识并示出喉部的正视图)的截面。通过龙骨传递的任何热量将不得不经过这些喉部。这种设计有开口、肋、凸缘和通道的龙骨能够由轻型的钢板制造。上述的钢实际上能够是比传统的简单C型截面金属龙骨的型号更轻的型号，这是因为各种凸缘、边缘、通道和开口均有助于使所述龙骨比传统的简单C型截面龙骨更为强固，并具有更好的承重特性。因此将理解，喉部作为传热屏障的功能变得甚至更有效。在给定时间长度内，传热必定依赖于龙骨中的温度梯度和提供传热路径的钢的体积。图5、图6、图7、图8和图9示出各种喉部的截面。这些热屏障包含在给定的位置用于穿过龙骨传热的最小体积的钢。因此，无论龙骨中存在怎样的温度梯度，从龙骨的一边向另一边进行的热传递都必定限制成，任何量值的热都只能在这些(给定的)受限制位置进行传递。从以下对应于各种型号的钢的数字上，能够看出所述龙骨与平的龙骨相比，从龙骨的一边向另一边传热值的减少。
权利要求
1.一种空腹低热导率钢龙骨(10)，具有腹板(12)，限定出纵向轴线和腹板平面、沿所述腹板的每边的侧边以及穿过所述腹板形成的主腹板开口，所述开口限定两个平行于所述腹板轴线的纵向边；肋(22)，在所述主腹板开口之间斜向延伸于所述腹板上；直角式凸缘 (24,26)，绕所述主腹板开口并沿所述肋、离开所述腹板弯曲形成，其特征在于沿着沿所述主腹板开口的所述两个纵向边所形成的所述直角式凸缘，形成有凸缘延伸部04)；所述凸缘延伸部被以另一直角08)弯到与所述腹板平面平行但与所述腹板平面分开的平面，以限定出沿所述腹板纵向延伸的三边的平行的分隔开的加固通道(30)；肋开口(34)，位于每个肋的每端，限定出所述腹板的用于减少热传递的狭窄的喉部；至少一个腹板腿(42)，与所述腹板成直角地沿至少一个所述腹板侧边形成；两个平行的螺钉容置凹槽，形成于所述至少一个龙骨腿中，所述凹槽在所述龙骨腿的中心的相对侧上等距地分隔开；以及平面区域(48)，位于每个所述凹槽的任一侧上，用于在所述平面区域上容置墙板材料。
2.如权利要求1所述的空腹低热导率钢龙骨，其中所述钢的型号在约0.88mm与 1. 15mm之间，其特征还在于，与标准C型截面龙骨相比，传热值降低80 %与94 %之间。
3.如权利要求1所述的空腹低热导率钢龙骨，其特征还在于，所述龙骨包括在所述腹板腿0 上形成的边唇(44)，所述边唇以约90°的夹角形成。
4.如权利要求3所述的空腹低热导率钢龙骨，其特征还在于，所述边唇04)中形成有锯齿凹槽。
5.如权利要求1所述的空腹低热导率钢龙骨，其特征还在于，所述肋开口(34)为圆形， 并包括绕所述肋开口的从所述腹板形成的环形凸缘(36)。
6.如权利要求1所述的空腹低热导率钢龙骨，其特征还在于，所述腹板中邻近所述肋开口处形成有凹部(92)，所述凹部呈大体不规则的三角形。
7.如权利要求1所述的空腹低热导率钢龙骨，其特征还在于，所述腹板中邻近所述肋开口(34)处形成有凹部(94)，所述凹部呈大体线形。
8.如权利要求2所述的空腹低热导率钢龙骨，其特征还在于，所述凹槽06)形成有侧面，由此限定出75°与90°之间的夹角。
9.如权利要求8所述的空腹低热导率钢龙骨，其特征还在于，所述凹槽04)彼此分隔开70mm与105mm之间的距离。
10.如权利要求9所述的空腹低热导率钢龙骨，其特征还在于，沿所述至少一个腹板腿形成有刻痕线(50)，所述刻痕线在所述两个凹槽06)之间等距并限定出所述腿的中线。
11.如权利要求1所述的空腹低热导率钢龙骨，其特征还在于，其中，在给定长度的龙骨中，通过将所述主腹板开口与所述肋开口从所述龙骨中移除的金属，使得在所述受限喉部的位置留下的金属的质量为所述给定长度的龙骨的金属总质量的约16%与21%之间。
12.如权利要求1所述的空腹低热导率钢龙骨，其特征还在于，沿所述腹板形成有嵌入边缘(72)，所述嵌入边缘限定有根部(74)、中部(76)、金属部(80)和连续边唇(82)；所述中部具有混凝土流动开口(78)；所述金属部从所述开口冲压而成，向外弯曲正交于所述中部；所述连续边唇形成于所述中部上，所述边唇相对于所述中部成直角弯曲。
13.如权利要求1所述的空腹低热导率钢龙骨，其特征还在于，在每个肋的每端，肋开口(34)限定出所述腹板的狭窄的喉部(38、40)，以减少热传递；所述至少一个腹板腿02)沿至少一个所述腹板侧边与所述腹板成直角地形成；在所述龙骨中的预定温度梯度下，所述肋和所述喉部传递介于穿过平C型截面龙骨所传递的热量的5%与20%之间的热量。
14.如权利要求13所述的空腹低热导率钢龙骨，其特征还在于，所述钢龙骨由约 0. 88mm与1. 15mm之间的钢形成。
全文摘要
空腹低热导率钢龙骨，具有腹板，限定出纵向轴线和腹板平面、沿腹板每边的侧边、穿过腹板形成且限定两个平行于腹板轴线的纵向边的主腹板开口；肋，在主腹板开口之间斜向延伸于腹板上；直角式凸缘，绕主腹板开口并沿肋、离开腹板弯曲形成，其特征在于，沿着沿主腹板开口的两个纵向边形成的直角式凸缘，形成有凸缘延伸部；凸缘延伸部被以另一直角弯到与腹板平面平行但分开的平面，以限定出沿腹板纵向延伸的三边平行的分隔开的加固通道；在每个肋的每端，肋开口限定出腹板的狭窄喉部以减少热传递；沿至少一个腹板侧边形成与腹板成直角的至少一个龙骨腿，并在至少一个龙骨腿中形成两个平行的螺钉容置凹槽，凹槽在龙骨腿的中心的相对侧等距分隔开。
文档编号F16S3/04GK102422069SQ201080020950
公开日2012年4月18日 申请日期2010年5月12日 优先权日2009年5月13日
发明者埃内斯特·R·博德纳尔 申请人:埃内斯特·R·博德纳尔