自支承和自承载的结构化接合件的制作方法
【专利说明】自支承和自承载的结构化接合件
相关串请的交叉引用
[0001]本申请要求2013年3月15日递交的题为“可拆除自支承/自定位承载的结构化接合件”的美国临时申请N0.61/789，603的优先权，其全部内容通过引用而合并到本申请中。
【背景技术】
[0002]为了简化描述，结构化框架可被分类为固定的、半固定的和临时的。建筑类型将决定结构所满足的建筑规范和规则。固定的结构化框架的示例为永久性建筑物所使用的结构化框架，在这种情况下，建筑物倾向于保持在建造位置并且不被设计为可移动。接合件可被螺栓连接、铆接、焊接或者其结合，附接方法由诸如设计/批准要求、设备和熟练工人的可用性和可及性等因素来决定。半固定结构的示例包括用于临时居住的建筑物，比如用于军事和采矿领域的营帐，当营帐迀移以及在必要时，建筑物需要拆卸并移动。建筑物可被连接为永久性结构，但要具有可被拆卸的能力。对于这一分类，出于运输以及组装、锁定、拆卸的能力并且基于结构被移动、磨损和损耗的频率，还应考虑使建筑接合件的大小合适。临时结构的示例包括脚手架，其结构被设计为易于通过使用标准化的部件、紧固件和组装设备来组装和拆卸。其建筑规范将不同于固定和半固定建筑物所使用的规范。另外，建筑结构部件被设计成具有一定的重量和尺寸以易于在建筑工地进行运输和处理。
[0003]当前，可持续性和“绿色建筑”成为建筑设计的主要驱动力。预制的引入使得结构件能够被更快、更容易地组装并且提高了质量。对具有严格容差控制的工程化部件的使用提供了制造具有最小配合间隙的紧密结构的能力。在工厂环境中生产元件的结果在于为生产反复地配合在一起的部件创造了成本效益。随着对覆盖多设计情形的分析工具的使用，元件将被设计为满足负荷要求，从而大大减少材料。材料浪费的减少以及制造和运输成本的降低非常有助于使产品、建筑结构变得更加环保、经济。
[0004]如其他行业一样，建筑行业正在利用“模块”型建造，其中组件、子组件和部件在到达建筑工地时已被预制。将成品部件递送到建筑工地减少了时间和成本，建筑工地仅需组装，这与在建筑工地现场制造和维修部件相反，建筑工地的可及性、日光和天气可影响建造质量和组装时间。设计基于对设计和制造技术的进步的利用，下面将进一步详细讨论设计和制造技术的进步。
[0005]与其他行业一样，建造行业受益于新技术、制造方法、材料和紧固件/紧固技术的发展。随着新技术的发展，之前由于制造条件限制不可能制造或者无法有效控制成本生产的部件/结构，现在已经能够制造。支持制造方法的新技术进步的示例可在元件的3D(三维)定义的引入中得到见证，其中，图纸定义可由“3D”元件的电子定义来表示，比如初始图形交换规范(IGES)或产品交换标准(STEP，由IS0-10303-21定义)模型数据文件。这些文件包括供应商中立数据(vendor neutral data)，这些供应商中立数据允许在用于设计、分析和制造的不同程序之间进行数字交换。
[0006]诸如SolidWorks和CATIA(列出两款商用产品)之类的程序是用于设计和模拟的工业标准软件的示例。对CATIA(计算机辅助三维交互式应用)进行描述以提供该产品的概览；CATIA是法国公司Dassault Systemes开发的多平台CAD/CAM/CAE商业软件套件。通常被称为3D产品生命周期管理软件套件。CATIA支持产品开发的多个阶段(CAx)，包括概念化、设计(CAD)、制造(CAM)以及工程(CAE)。CATIA利于跨学科协同工程，包括表面和形状设计、机械工程以及设备和系统工程。还提供完成产品定义的工具，包括功能容差以及运动学定义和结构分析。
[0007]CATIA V5当前在汽车和航空工业很常见。3D定义文件可被用来完全定义元件、子组件以及组件，其中，材料、生产工艺、检查和容差要求连同部件的几何定义被一起定义在电子的元件文件或产品文件的备注中。一旦元件被定义，该元件就可被用来定义组件，在组件中，多个元件被放置在一起以形成产品。元件的同一定义可保存为不同形式，所以这些不同的形式能够用于不同的程序。制造设备常用的两种形式为之前描述过的IGES和STEP文件。
[0008]制造业的发展得到自动化机械的支持。用于制造的自动化机械(例如水喷射切割机、激光切割机和机器焊接机)的使用产生了相应的成本效益、质量效益和生产时间效益，安装好这样的机械之后，由于其自监控能力，所以仅需要对该机械进行期间检查。质量控制可被简化为对所生产的部件进行概率抽样以及对用于制造的材料的质量进行检查。另外，如果制造/机械加工工艺具有成本效益，则可将额外的孔或特征添加到元件中，从而使得该元件能够被用于多种配置。减少元件类型和紧固件类型的数量并使用标准截面都支持具有成本效益且高效的制造工艺。在制造业中使用机器人技术是常见的，所制造出的高精度、精密容差的元件使得在制造卡具和夹具的过程中能够对元件进行精确定位，这为机器化焊接做好了准备从而能够以重复的质量来生产元件。
[0009]将技术的进步包括在建筑设计中使得能够对环保、可持续的“绿色”建筑进行改进，这得到了高效制造方法和材料的高效使用的支持。自动化机械可通过其固有的精度和程序来降低浪费等级，该程序例如被用来确定为从标准长度的原材料中产出最多的元件而对元件组合所进行的最有效的切割。
[0010]建筑材料使用上的发展可在用于建造包层(比如用于对结构进行平板化表面处理)的材料中得到见证，在建造包层的情况下，使用易于安装的、能效高的隔热面板来包覆住宅建筑和商用建筑，该隔热面板被安装在诸如预成形钣金和互锁挤压成形件的栏杆系统上。可在现场修改面板，从而避免运输不同类型的、需要保护和追踪的面板。现场修改可包括裁剪面板以适应安装要求或者现场剪切孔从而提供门、窗以及配件，比如太阳能面板。此夕卜，也存在新材料的发展，金属材料、复合材料以及两者的结合，一个示例为结构化复合材料贴合的面板组件。
[0011]例如，紧固系统的发展，诸如“拉铆螺母”的外加螺母安装，其中，螺母被形成在待附接的部件中或螺母载板中，该螺母载板可被附接到要附接的部件上，从而允许单侧安装或允许紧固至闭合截面结构部件，比如管。诸如“流钻”的螺纹成型，其中，螺纹形成在基体元件或螺母“载板”中；以及锁紧器的发展，比如振动垫圈和紧固器系统。
[0012]在建筑部件的设计和制造中，设计和分析工具的进步使得能够在单一或组合荷载应用中，使用力、压力、惯性和温度载荷在静止载荷和疲劳载荷下对设计进行三维模拟。可使用热分析工具以辅助材料选择，从而为建筑物所处环境提供必要的益处。这有益于对结构暴露于极端天气下的影响进行分析。结构和热分析还通过选择最合适的材料来支持“绿色建筑”，通过设计满足载荷要求的结构来使浪费最小化，这通过设计“高效”结构来实现，在该“高效”结构中，承载构件的横截面被设计为与载荷要求相匹配。该类型的设计方式通常应用在航空工业中，其中，机身结构被设计为接近地满足载荷要求，这通常通过创建整个飞机结构的有限元模型(FEM)来实现。诸如MSC Patran (前处理器和后处理器)和MSCNastran的工业标准程序通常被用来进行线性和非线性结构分析。
【附图说明】
[0013]图1A和图1B示出了跨梁在被降低至安装位置之前的等距视图；
[0014]图2A和图2B示出了跨梁处于安装位置的等距视图；
[0015]图3的等距视图示出了用于使结构化构件在水平方向配合的结构化接合件的分解视图；
[0016]图4A的等距视图示出了结构化接合件的保持和/或紧固侧所使用的部件的示例；
[0017]图4B是示出了螺母板组件的等距分解视图；
[0018]图5A和图5B是结构化接合件的侧视图、俯视图、端视图和剖视图。
[0019]图6的等距视图示出了结构化接合件的组装视图；
[0020]图7是管状结构框架的视图，该管状结构框架具有用于垂直、水平和倾斜构件的接合件；
[0021]图8的等距视图示出了可在垂直方向使用的结构化接合件的替代性profile的分解视图；
[0022]图9的等距视图示出了图8中所示的结构化接合件的保持和/或紧固侧所使用的部件的示例；
[0023]图10是被接合的矩形和C形构件的视图；
[0024]图11是被接合的矩形和U形构件的视图；
[0025]图12是被接合的矩形和H形构件的视图；
[0026]图13是被接合的矩形和Z形构件的视图；
[0027]图14是被接合的矩形和T形构件的视图；
[0028]图15是被附接的不同尺寸的结构化构件的视图；以及
[0029]图16是介于两个环形横截面构件之间的结构化接合件的视图。
【发明内容】
[0030]本发明大体上涉及一种建筑结构。更具体地，本发明涉及一种用来连接结构化构件的结构化接合件，该结构化接合件提供载荷转移并使结构化构件、柱和梁之间的连接对准。
[0031]在某些实施例中，结构化接合件，包括:第一结构化构件，在该第一结构化构件的一端处设有第一接触面，所述第一接触面具有二维剖面；第二结构化构件，在该第二结构化构件的一端处设有第二接触面并且该第二结构化构件被定位为邻近所述第一结构化构件的所述第一接触面，所述第二接触面具有与所述第一接触面的二维剖面类似的二维剖面；接合板，该接合板在所述第一接触面处被固定至所述第一结构化构件，并且在所述第二接触面处被可移除地固定至所述第二结构化构件；以及紧固件，该紧固件将所述接合板固定至所述第一结构化构件并将所述接合板可移除地附接至所述第二结构化构件。所述第二构件也可具有提供紧固件保持的、被可移除地附接的螺母载板。
[0032]例如，二维剖面可包括处于接触面上部的凸出部和/或处于接触面下部的凸出部，以使得第一接触面的二维剖面与第二接触面的二维剖面互补和/或当第二结构化构件被定位为邻近第一结构化构件时，第二接触面的二维剖面的一部分倚靠在第一结构化构件的第一接触面的一部分上。
【具体实施方式】
[0033]描述了一种自支承和/自定位承载的结构化接合件。在某些实施例中，通过如下方式来形成结构化接合件(例如，用于形成跨梁):提供第一结构化构件，在该第一结构化构件的一端处设有第一接触面，所述第一接触面具有二维剖面；将第二结构化构件定位为邻近所述第一结构化构件的所述第一接触面，在所述第二结构化构件的一端处设有第二接触面，所述第二接触面具有与所述第一接触面的二维剖面类似的二维剖面，所述第二结构化构件包括接合板，该接合板在所述第一接触面处被固定值所述第一结构化构件；在所述第二接触面处通过将所述接合板紧固至所述第一结构化构件来将该第一结构化构件可移除地固定至所述第二结构化构件。
[0034]下面将描述与结