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首页 / 专利库 / 建筑物 / 建筑物 / 隔离组合的建筑物构架

隔离组合的建筑物构架

阅读:472发布:2021-03-03

IPRDB可以提供隔离组合的建筑物构架专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且一种抵抗地震、暴风级风力负荷、火、昆虫和腐蚀的建筑构架,其包括由方形或矩形钢管构造的周边构架壁。沿着相邻边缘螺栓连接起来的侧壁构架模块、以及沿着相邻边缘螺栓连接起来并且连接至已连接所述侧壁模块的端部的端壁模块形成周边构架壁。对角撑杆根据期望抗风程度的需要构建入选定的侧壁和端壁模块。由各种尺寸管比如2×3英寸矩形钢管制成的用于将房顶支撑于周边壁上的桁架在焊接车间组装并焊接起来,并且预制的桁架和壁模块运输至建筑物位置。多个石头可竖立并紧固起来,并且建筑物构架通过连接至地脚螺栓或板而固定至地基或混凝土地面。,下面是隔离组合的建筑物构架专利的具体信息内容。

1.一种金属构架建筑物,其包括:

多个边缘对边缘地连接,从而为所述建筑物形成周边壁构架的壁模 块;

所述壁模块是由矩形、方形或圆形结构钢管制成的矩形构架,每个壁 模块具有顶部元件、两个竖立管以及底部元件,所述管和元件紧固在所 述模块的四个角部处,从而给所述周边壁提供垂直支撑;

边缘轨道,其在所述壁构架的顶部下方间隔开地连接至所述壁构架, 并且具有突出到所述周边建筑物构架外面的上部和下部凸缘;

在其端部处支撑于所述边缘轨道中的地板托梁;

支撑于所述上部边缘轨道凸缘或横木上的金属甲板;

浇注到所述金属甲板上并且刮平为与所述顶部元件的顶部平齐的混 凝土地板;以及延伸穿过所述周边壁构架的所述顶部元件中的孔以连接相邻混凝土 地板并贯穿整个壁构架提供平面内剪切传递和隔板连续性的钢筋。

2.一种建筑物系统方法,包括:

预制矩形结构钢管的构架模块,所述构架模块具有在工地外制造的在 模块角部处焊接在一起的顶部管、两个竖立侧管以及底部管,并且将所 述模块运输至建筑物工地;

在一些仅具有垂直的直支撑元件而没有对角撑杆元件的所述构架模 块中用垂直的直支撑元件支撑垂直负荷,允许门窗开口的位置不受对角 撑杆限制的结构自由度;

通过结合在其它构架模块中的对角撑杆元件抵抗由于风和地震事件 导致的侧向力;

将所有所述构架模块边缘对边缘地连接起来以形成周边建筑物构架 壁。

3.如权利要求2所述的建筑物系统方法,还包括:

在竖立期间用两个螺栓沿着所述构架模块的所有侧面连接所述构架 模块,并且在需要抵抗侧向力时,在构架交叉处提供另外的螺栓或焊接。

4.一种金属构架建筑物,其包括:

多个边缘对边缘地连接从而为所述建筑物形成周边壁构架的壁模块;

所述壁模块是具有顶部元件、两个竖立管以及底部元件的矩形构架, 所述管和元件在所述模块的四个角部处连接在一起,并且具有用于增强 和加强的内部撑杆;

所述壁构架包括用于内壁的轻型龙骨,以及由连接螺钉连接至所述模 块的外部龙骨,所述连接螺钉将所述龙骨保持至所述壁模块;

定位于所述壁构架和连接至所述构架的所述内部龙骨之间的隔离带, 所述隔离带通过在相邻金属表面之间形成大约1/8″-1/4″的间隔,从而最 小化跨过所述壁构架和所述内部龙骨的金属对金属的热和声音传导;

直接紧固在所述内部和外部龙骨上方的内部和外部装饰。

5.如权利要求4所述的金属构架建筑物,还包括:

边缘轨道,其在所述内部龙骨的上方紧固至所述构架,用于支撑地板 托梁跨过相对壁之间的空间的端部,从而支撑地板。

6.如权利要求4所述的金属构架建筑物,还包括:

隔离衬套,其在所述连接螺钉上提供隔开,防止所述隔离带在所述龙 骨和所述壁构架之间压碎,同时允许螺钉中充分的张力以保持龙骨就位, 并且防止所述连接螺钉和所述龙骨之间的接触。

7.如权利要求6所述的金属构架建筑物,其中:

所述隔离衬套每个包括隔离体和在所述隔离体一端上的凸缘;

所述凸缘处于所述龙骨的外表面上,并且所述螺钉具有抵靠所述凸缘 的头部,并相对于所述凸缘施加压缩力以保持所述龙骨相对于所述隔离 带就位;

所述隔离体延伸穿过所述龙骨中的开口并且防止所述螺钉头在所述 凸缘上的所述压缩力压碎所述龙骨和所述壁构架之间的隔离带。

8.如权利要求7所述的金属构架建筑物,其中:

所述隔离衬套由隔热隔音的聚合物制成,其硬度足以在所述螺钉充分 地张紧以将所述龙骨牢固地保持至所述壁构架时,在不变形之下抵抗由 所述螺钉施加的压缩力,变形会降低由所述隔离带提供的隔绝。

9.如权利要求8所述的金属构架建筑物,还包括:

波纹金属甲板,其连接至所述外部龙骨,用以改进剪切传递以及对极 端风力状况或高冲击力的抵抗。

10.如权利要求4所述的金属构架建筑物,还包括:直接连接至所述构架外表面而没有外部龙骨的波纹金属甲板,用以改 进剪切传递以及对极端风力状况或相对于所述建筑物构架外面作用的高 冲击力的抵抗。

11.一种金属构架建筑物,其包括:

多个边缘对边缘地连接从而为所述建筑物形成周边壁构架的壁模块;

所述壁模块是由向上开口的底部沟槽、向下开口的顶部沟槽、以及大 型的高负荷能力的竖立矩形结构钢管制成的矩形构架,所述竖立管就座 入所述向上开口的底部沟槽和向下开口的顶部沟槽,并且通过焊接或螺 钉紧固件连接至所述沟槽;

所述顶部沟槽每个包括向外延伸的凸缘,所述凸缘用作横木以在沟槽 的顶面下方支撑金属甲板从而支撑浇注的混凝土地板,以使得混凝土地 板能浇注到所述金属甲板上,从而形成所述建筑物的第二层的地板。

12.如权利要求11所述的金属构架建筑物,还包括:高张力紧固件,其将相邻板垂直地连接起来而不会压碎管,所述管将 形成壁板的顶部和底部元件。

13.如权利要求11所述的金属构架建筑物,还包括:焊接至角撑板的对角撑杆,所述角撑板焊接入所述模块的角部。

14.一种金属构架建筑物,其包括:

多个边缘对边缘地连接从而为所述建筑物形成周边壁构架的壁模块;

所述壁模块包括多个部分地由矩形结构钢管制成的矩形构架,每个所 述矩形构架具有顶部元件、在所述模块每端处的竖立管、以及底部元件, 所述管和元件连接在所述模块的四个角部处并且具有用于增强和加强的 内部撑杆;

间隔开地在壁构架的顶部下方连接至所述壁构架并且突出到所述周 边建筑物构架外面的横木;

支撑于所述横木上的金属甲板以及延伸穿过所述周边壁构架的所述 顶部管中的孔以连接相邻地板,并贯穿整个壁构架提供平面内剪切传递 和隔板连续性的钢筋,以使得混凝土地板能与所述建筑物构架的顶部平 齐地浇注,从而在浇注和找平混凝土甲板时允许壁构架的顶部用作刮板, 并且产生与壁构架的顶部平齐的地板。

说明书全文

技术领域

本发明涉及从预制构架模块构造的改进型建筑物构架,以及由这种构 架构造的建筑物,以及更具体地涉及防火和防昆虫的建筑物,其能构建为 多层、防风、防冲击和防地震损坏,并且具有与支撑构架隔离的内壁和外 壁以改进热值和声值。

背景技术

居住房屋和小型商用建筑物的常规建筑实践在过去主要依赖于木材 构架结构,其中建筑物构架在现场由切割为一件件配合的构架木材来构 造。这是劳动力密集的工艺并且要求木匠具有相当的技能以生产具有水平 地板、完全竖直墙壁、方形角部以及铅垂门窗开口的结构。即使在建筑物 构架在所需的细心和技能下构造,其也会由于木材的翘曲而歪斜,特别是 在林场用混合速生树生产的现代低等级木材。
尽管常规木材构架建筑物需要非常少的构造装备,但是其建造成本相 当高。成本的劳动力部分是主要的,部分归因于必须为构造构架的艰苦过 程支付的工资,并且部分归因于很多政府强制的额外成本,比如工人的补 偿和责任保险、社会保障付款、医疗保险费、以及雇主必须给政府做出的 很多报告(host of report)。于是,雇主现在试图利用任何可用的手段来最 小化其劳动力以最小化这些难以承受的成本。
钢构架构造,通常称为“红铁(red iron)”构造,一般用于商用建筑物 上,因为其更大的强度、耐火性和建筑设计灵活性。这种钢构架的零件通 常根据建筑计划按次序切割和钻孔,然后运载至建筑物位置并且借助于可 移动起重机来一件件地装配。建筑物建造得精确并且和需要的一样坚固, 但是成本相对较高,因为昂贵的材料并且需要熟练的人员和昂贵的装备来 装配建筑物。这是通常视为不适合单个家庭住宅建筑物的构造技术,因为 成本很高并且建筑物墙壁比用标准构架构造制造的那些显著要厚,因此标 准的门窗单元不匹配并且必须通过特殊的修整来改变,这样极少会产生期 望的美学外观。
地震损坏日渐成为房主关注的问题,因为已经公开了地震近年来在美 国和海外造成的损坏和生命损失。地震防备故事和建议很多,但是一个仍 未解决的问题在于,过去建造的常规木材构架房屋不是为了承受地震的影 响而建造的,其极端负荷承载能力和其地震后可用性限度都如此。现代建 筑法规试图解决这个问题,但是所需的措施增加了新屋本已很高的成本并 且可能并不能一直提供对地震损坏显著改进的抵抗力,尤其是地震后可用 性。
火灾经常伴随着地震发生,如同1994年灾难性的Kobe地震发生的那 样,并且当然即使与地震无关,火灾也是房屋的主要威胁。当常规房屋发 生火灾时,木材构架助燃火势并且减小了在整个结构被毁坏之前成功灭火 的机会。最近主要的救生进步是火警,其检测火灾并警告居住者已经起火, 使得他们能在房屋燃烧之前逃离,但是仍然期望能延迟大火扩散的房屋本 身防火性的显著改进。
对房屋的另一种主要的灾难性威胁是风。木材构架房屋上的风负荷已 经毁坏了很多房屋,主要是因为房顶一般比较脆弱地连接至墙壁,以使得 由于在房顶上方流动的风的白努利效应(Bemoulli effect)而向上施加于房 顶上的提升力,以及EVE墙体下倾向于将房顶提升离开墙壁的压力,将 房顶从墙壁搬走并且允许风将房顶像大伞一样带走。没有房顶,房屋的墙 壁易于在风负荷下倒塌,彻底毁坏房屋。
木材构架房屋的白蚁和木蚁损坏是一种主要损坏形式,耗费每年以数 百万美元计。尽管昆虫造成的损坏很少是致命的,但是总体上来说实际上 比风和地震的组合效应更广泛,并且这在全国很多地方是一直存在的危 险。
木材构架建筑的这些和其它问题已经使得新建筑物的保险成本,尤其 是多层居住建筑物比如公寓和疗养院建筑,日渐昂贵。
因而,日益需要一种居家建筑物构架设计,其将使得廉价的居家建筑 能高度地承受地震的影响,不会助燃,能承受疾风,对昆虫损坏免疫,并 且能使用标准建筑物部件比如门窗单元。这种建筑物构架概念甚至将更加 有商业价值,如果能用很少的人员在没有重型装备之下短时间内建成建筑 物的话,并且构架能适合于生产当地希望的具有吸引力类型的建筑物。这 种建筑物构架在1999年12月21日授权给Orie Wells的美国专利No. 6,003,280以及2002年10月8日授权给Delton J.Bonds的美国专利No. 6,460,297中公开,这两项专利都转让给本申请的受让人。然而,在这些专 利所示的建筑物构架系统中发现还是期望很多改进以获得改进的设计灵 活性、制造经济性、装配容易性以及改进的结构强度和对负面环境条件的 抵抗力。多层构造具有与构架顶部平齐并且由延伸穿过内壁构架中的孔的 钢筋连接的混凝土地板,或者由托梁连接并支撑所述地板,并且在结构上 将相对的壁连接起来以提供平面内剪切传递和穿过整个墙壁构架的隔板 连续性,以及垂直堆叠且螺栓固定在一起而没有压碎构架元件的构架,将 改进建筑物构架的结构强度,并且与内部龙骨绝缘的构架模块将改进建筑 物内外墙的隔音和隔热。这些和其它改进将使得这两个专利所公开的建筑 物系统更加令人期待。

发明内容

于是,本发明的这些和其它特点由一种改进的建筑物构架实现,其理 想地适合于单层和低多层建筑物,其能在建筑物位置通过将多个已经在位 置外预制的多个单体金属构架模块螺栓连接起来而快速地组装。建筑物的 构架由多个边缘对边缘地连接以形成建筑物构架的周边壁的多种壁模块 制成。壁模块是由方形、圆形或矩形结构钢管制成的单体矩形构架。能使 用数种不同的壁模块设计,其中一种具有焊接在模块四个角部处的顶部 管、两个竖立管以及底部管,并且具有用于增强和加强的内部撑杆。轻型 龙骨用螺钉连接至壁构架的每侧、内部和外部。隔离带定位于壁构架和连 接至构架的内部龙骨之间。隔离带通过在相邻金属表面之间形成大约1/8” 的间隔从而最小化跨过壁构架和内部龙骨的金属对金属的热和声音传导。 内部和外部装饰材料直接紧固在内部和外部龙骨上方。绝缘材料填充于外 部侧板和内部龙骨之间的空间。
边缘轨道能连接至壁构架,在壁构架的顶部下方间隔开,以支撑地板 托梁。边缘轨道是C形沟槽,其顶部和底部凸缘突出到周边建筑物构架外 面。地板托梁的端部在顶部和底部凸缘之间安装入边缘轨道并且由直角支 架连接至边缘轨道,直角支架通过螺钉或焊接连接至边缘轨道和托梁腹 板。地板托梁如此的连接提供了穿过整个壁构架的平面内剪切传递和隔板 连续性。金属甲板支撑于托梁上。钢筋可插入穿过周边壁构架的顶部管中 的孔,以在建筑物的相对壁之间提供另外的张力结合。混凝土地板与建筑 物构架的顶部平齐地浇注在金属甲板上,从而在浇注和找平混凝土甲板时 允许壁构架的顶部用作刮板,并且产生与壁构架的顶部平齐的地板。钢筋 连接相邻的混凝土地板并且提供了穿过整个壁构架的平面内剪切传递和 隔板连续性。
一些壁模块能是由向上开口的底部沟槽、向下开口的顶部沟槽、以及 大型的高负荷能力的竖立矩形结构钢管制成的矩形构架,竖立管座入向上 开口的底部沟槽和向下开口的顶部沟槽,并且通过焊接或螺钉紧固件连接 至沟槽。顶部沟槽每个能包括向内延伸的凸缘,凸缘用做在沟槽的顶面下 方支撑金属甲板的横木从而支撑浇注的混凝土地板,以使得混凝土地板能 浇注到金属甲板上从而形成所述建筑物的第二层或更多层的地板。

附图说明

在阅读以下结合附图对优选实施例的描述之上,本发明及其很多附带 目标和优点将能得到更好的理解,在附图中:
图1是根据本发明制作的两层建筑物构架的一端处的角部的透视图;
图2是从图1所示建筑物构架内侧的横截面正视图;
图3是用于根据本发明制作的建筑物中的顶层建筑物构架壁模块的透 视图;
图3A是图3所示建筑物构架壁模块的小部分的放大视图;
图4是构架模块的一部分的分解透视图,在构架和内部龙骨之间具有 隔离带;
图5是隔离衬套以及在隔离带上方并穿过隔离带钻入紧固至构架的内 部龙骨中的紧固螺钉的剖面图;
图6是通过同时固定位于隔离带上方的构架的沟槽的螺钉,固定到内 部和外部龙骨的隔离衬套;
图6A是图6的圆圈区域的放大剖面图,类似于图5,示出内部龙骨 中的隔离衬套,在隔离带上方紧固至构架,并且示出了隔离衬套的压缩及 其避开作用以防止隔离带的压碎;
图7是用自攻螺钉(Tec Screw)、垫圈和隔离衬套在隔离带上方连接 至壁构架模块的内部龙骨的透视图;
图8是支撑一对地板或房顶工字梁的壁模块的正面图,混凝土地板或 房顶浇注在其上的金属板连接至所述壁模块,并且还示出了延伸穿过构架 顶部中的孔的钢筋,用于连接相邻混凝土地板和提供平面内剪切传递和穿 过整个构架组件的隔板连续性;
图9是根据本发明的壁构架模块的透视图,示出了紧固在底部沟槽和 顶部沟槽中的大矩形竖直管,并且具有用于支撑金属甲板的整体凸缘;
图10和11是与图9所示类似但是连接有内部和外部龙骨的构架模块 的正面图和侧面图;
图11A是图11的圆圈部分的放大剖面图;
图12是用如图10和11所示的壁模块制作的壁模块组件的正面图, 示出了两个垂直相邻模块的垂直连接;
图13是一种壁模块组件的正面图,在模块壁组件的顶部平面上使用 水平钢管而非轨道组件;
图14是壁模块组件从内侧看的透视图,其使用金属甲板以代替外部 衬里,用于抵抗风、冲击和剪切力;
图14A是图14中的区域A的细节图;
图14B是图14中的区域B的细节图;以及
图15是与图14所示模块类似的壁模块组件的透视图,但是从外面看;
图15A是图15中的区域A的细节图;
图15B是图15中的区域B的细节图;
图16是壁模块在连接龙骨之前的正面图,示出了连接的内部X撑杆 以增强焊接入壁模块角部的角撑;以及
图16A是沿着图16中16A-16A线的侧面剖视图。

具体实施方式

现在转向附图,其中相同的附图标记指示相同或相应的部件,并且更 具体地转向图1和2,两层建筑物构架20的一个角部示出为具有周边壁(仅 部分地示出),其顶部边缘将支撑房顶桁架结构(未示出)。周边壁包括两 个端壁22(图1中仅示出其中之一),这两个端壁22在其端部处连接至两 个侧壁26(图1中仅示出其中之一的一部分)的端部。
端壁22和侧壁26由多个壁模块44组装,一种类型的壁模块44在图 3中示出,其在现场外制造并运载至建筑位置,在该处将它们螺栓连接或 焊接起来成为建筑物构架,如图1所示。模块44能在焊接车间由长度不 定的矩形、方形或圆形金属管快速、经济地制作,在精确的90度的角部 处焊接起来以使得组装的建筑物构架在接合起来时是完美地准确的和方 形的。能使用所有尺寸的管,最普通的尺寸是商业上的2″×2″方形钢管或 2″×3″矩形钢管,其壁厚根据建筑物的高度、几何形状和设计负荷能力来 选择。通常屈服强度为大约50KSI并且抗拉强度为大约55KSI,但是地震、 风、雪和漂移力在所有领域内决定工程需要。自然也能使用其它材料,但 是上述材料是最常见规定的,因为它们能以较低的成本从很多来源广泛地 可用,并且根据建筑物高度、设计和负荷承载需要的不同强度需要可具有 各种壁厚和尺寸。钢管的规格和尺寸基于建筑物构架的强度需要来选择并 且通常将在5-18号的范围内。
壁模块44可制作为精确的8英尺方形的标准,尽管如果希望的话对 于不同的建筑物设计能方便地变化尺寸。模块可定尺寸为使用标准的内壁 板,比如通常出售的4′×8′或4′×12′板,因此内部可以在没有壁板的大量切 割下完成。
将注意到,模块44通常并非都相同。如图1和2所示,一些模块44a 具有内部X撑杆43以有助于组装周边壁的剪切刚度。其它模块44b具有 窗口39,还有其它模块44c具有门口41。提供具有不同建筑特点的不同 模块的能力允许根据本发明的建筑物构架的设计具有很大的建筑灵活性。
模块优选地在以大约2°或者优选地在大约1°的误差内,以期望的90° 保持管长度的焊接夹具上焊接起来。在完全焊接接合点之前应当小心地点 焊(tack weld)整个模块以避免组件的热扭曲。GMAW(气体保护金属极 电弧焊)焊接已经发现产生清洁焊缝,其无需去渣并且还最小化了输入接 合点的热。如果对于期望的生产速度而言没有足够的焊接夹具可用,那么 第一模块可在焊接夹具上制作并且其它同样模块可在第一模块的顶部上 模式化地制作。
如图3所示的壁模块44包括上部和底部圈梁元件42u和42b、焊接至 圈梁元件42u和42b的端部的两个竖立端部元件40,并且能包括跨越在端 部元件40之间的焊接的中心纵向圈梁元件45。内部对角线撑杆元件43 连接至模块44的角部以给模块提供隔板刚度(diaphragm stiffness)。
如图3具体地所示,提供了内部X剪切撑杆,其具有焊接至模块构架 44并且在其相对角部之间,或者如图16所示焊接至角部角撑板的45°撑 杆43。由两个竖立端端元件40以及上部和底部圈梁元件42u和42b限定 的对角撑杆43在模块构架44内的内部布置,确保下述的轻型元件能连接 至构架模块44的内侧面和外侧面而无需特殊的切割或其它成本很高的操 作。第三竖立元件46可在对角撑杆43的交叉点处在两个竖立端元件40 之间的中点处焊接至上部和底部圈梁元件42u和42b,用于另外的竖直负 荷承载能力,如果建筑物设计需要这个另外的强度的话。
图3所示的X剪切模块44可用于所有不具有窗口或门口的模块中的 周边壁20(图1)中,以在壁截面的平面中提供强度和刚度,以抵抗在由 风负荷或地震期间侧向摇晃所施加的破坏负荷下朝着平行四边形形状的 偏转。因为本发明能用于高达10层的建筑物中,因此加入剪切撑杆以抵 抗剪切变形以及由于作为悬臂梁而弯曲的挠曲变形,所以这种增强不仅最 小化了对居住者安全性的危险,而且提供在风暴或地震之后建筑物的可用 性。
图1和2所示的典型门窗壁模块44b和44c通常不包括图3所示壁板 中示出的对角剪切撑杆,因为如图2和3所示具有一个或多个X剪切撑杆 模块44a的组装壁构架为整个壁提供了剪切刚度。
轻型元件焊接或拧紧至构架模块44,用于连接外侧壁和内修饰,比如 壁板、面板等。图3所示轻型元件包括内侧龙骨60,以及外部龙骨62。 内侧龙骨60提供轻型金属支撑,内壁板能借助于壁板螺钉等连接于此。 内部金属板元件通常为大约22号,0.034″的量级。外部金属板元件通常为 大约20号,0.040″的量级。这些规格提供期望的刚度并且易于用自钻、自 攻紧固件连接至构架模块的管,同时允许在内壁板和外侧壁的连接期间通 过钻进螺钉而准备穿入。
为了在建筑物构架模块和内壁板之间提高改进的隔热和隔音,隔离带 65定位在构架模块和连接至构架的内部龙骨之间,如图3A和4-7所示。 隔离带65通过在相邻金属表面之间形成大约1/8″-1/4″的间隔,最小化了 跨过壁构架和内部龙骨的金属至金属的热传导和声音传导。隔离带能是在 内部龙骨60和构架模块44之间提供隔热和隔音的任何材料。作用的很好 的一种材料是由American Micro Industries供应的“Econobarrier”。另一种 是由3M供应的4504型。这些通常是由压敏胶粘剂附着至模块构架的大 约3/8″厚的隔离带的2″×4″矩形,在其上方内部龙骨60连接至模块构架。
为了获得最优的隔热和隔音,隔离带65一般为发泡材料。为防止隔 离带在模块构架和内部龙骨60之间被压碎从而导致其隔绝性质降低,隔 离衬套70,如图4-6A所示,能用来提供龙骨60与模块构架的远离,并 且还将内部龙骨60与将龙骨60保持至模块构架的螺钉72隔离开。衬套, 如图4和5所示,是具有环形顶部凸缘的帽型元件74和悬垂圆柱体76, 其由在负荷之下将会变形但是具有足够的刚度以在螺钉72螺旋入模块构 架时,允许螺钉72将龙骨60牢固地保持就位的阻尼热塑材料制成,如图 6和6A所示。
如图5所示,隔离衬套70的悬垂圆柱体76安装穿过龙骨60中的孔 78,并且抵靠隔离带65。螺钉72延伸穿过隔离衬套70中的中心孔80, 并且螺钉72的螺钉头抵靠垫圈82、将隔离衬套压在模块构架上并且使悬 垂圆柱体76如图6A所示变形至龙骨60相对于模块构架被牢固地保持在 隔离位置的程度,以使得隔离带没有被压至其损失绝缘值的点,并且龙骨 60仍然相对于模块构架牢固地保持并且与之间隔开至少大约1/8″。
螺钉72示出为自钻、自攻螺钉,但是其它类型的紧固件也可在材料 细节和劳动经济学需要的情况下使用。还应当注意到,图6所示内部龙骨 60是“锅(skillet)”形龙骨而非更常规的“帽(hat)”形龙骨。也就是说, 其仅具有一个连接凸缘而非更常规的对称双凸缘的“帽”形。锅型龙骨成本 更低、更轻、安装更容易更迅速并且具有从模块构架至壁板的更小导热通 道,但是如果使用环境需要的话,也可使用帽型龙骨。
图1和2所示的下层壁模块44使用与以上结合图3描述的相同的基 本焊管设计。在建筑物将建造为多层时,模块的高度可增大以适应于第二 层或更高层的地板托梁92,如图1和2以及图8、12和13所示。地板托 梁92能呈BCI托梁、C型沟槽(如所示)的形式或任何其它能在设计跨 度上支撑地板负荷的适合形式。它们在端部由一系列已经设计的适合托梁 吊架(未示出)支撑,或者由如图12和13所示焊接至壁模块44的边缘 轨道56支撑。边缘轨道56具有从边缘轨道腹板55朝着由地板托梁92跨 过的空间向外突出的上部和下部凸缘57、58,并且地板托梁92的端部支 撑于下部凸缘58上。另外,一系列托梁连接托架63通过螺钉或焊接连接 至边缘轨道腹板55,并且通过螺钉(如所示)或通过焊接连接至地板托梁 腹板59的端部。托架92在建筑物构架的相对壁之间的硬连接增强地构架 以防止建筑物构架的侧壁和端壁的“油壶(oil can)”隔板弯曲,并且提供 了穿过整个壁构架的平面内剪切传递和隔板连续性。另一种地板托梁支撑 布置是将托架90焊接至模块构架,如图8所示,以及将地板托梁92螺栓 紧固至托架90。
如果要使用混凝土地板,那么金属甲板94能平铺在托梁92上并由其 支撑,并且连接至上部凸缘57的顶部,如图13所示,或者连接至支撑横 木95,支撑横木95在顶部附近焊接至模块构架立杆,如图8所示。如图 13所示,孔96能在周边壁构架的上部构架元件42u中钻出,并且钢筋98 插入穿过孔96。混凝土地板100浇注到金属甲板上,并且上部元件42u 的顶部用作刮板来给混凝土找平。钢筋98在上部构架元件42u的相对侧 上连接相邻的混凝土地板并且提供穿过整个壁构架的平面内剪切传递和 隔板连续性,以使得混凝土地板与壁构架的顶部平齐并且跨过建筑物的整 个地板表面给地板提供结构隔板连接。
用于建筑物构架周边壁并且尤其用于周边构架22、26内和其间的共 用和间隔壁(party and demising wall)的另一种类型构架模块能用图9-12 所示的模块构架110制作,其中构架模块的垂直元件是设置于顶部和底部 开口的沟槽117和118中并连接于其上的大直径方形或矩形管115。构架 模块中垂直管的数量由建筑物设计的负荷承载和跨度能力所决定。如图9 所示,垂直管的数量能少到3个,留下很大的面积没有阻碍用于门窗开口 等。中心水平管120能焊接在垂直管115之间用于支撑以防止在负荷之下 弯曲。
如图12所示,共用和间隔壁22能用将上层地板直接支撑于下一层模 块顶部上的壁模块制作。在图12所示的实施例中,上层地板由浇注在支 撑于托梁92顶部的金属甲板94上的混凝土坯100制作,托梁92在其相 对端部处由直角托架63支撑于连接至垂直管115的边缘轨道56中,直角 托架63连接于边缘轨道56和托梁92之间,也如图13所示。
顶部沟槽117能设有连接有金属甲板94的整体凸缘95,如图12所示。 金属甲板94由连接至凸缘90的托架92支撑,凸缘90紧固于竖直管115, 这类似于图8所示的结构。尽管图12未示出,但孔可水平地钻进穿过垂 直管115的顶部和顶部沟槽117以接收增强钢筋,如为了相同的目的在图 8中所示。
如图12中还示出的,图9所示构架模块设计的另一优点是能将构架 模块垂直地连接起来并且用高张力紧固件将它们紧固,比如图12所示的 螺栓130,而无需注意防止压碎图1-3所示模块的顶部和底部邻接管42u 和42b。
图14-15B所示的建筑物构架模块140使用与图1-3所示相同的矩形 或方形管。模块140具有紧固至顶部和底部模块管42u和42b的内部龙骨 60,龙骨60还紧固至中心纵向圈梁元件45,如果有的话。波纹钢板144 直接连接至模块的外表面,通常使用自钻、自攻螺钉146。钢板144的边 缘能稍微延伸超过竖立端部元件40,因此它们重叠在组装建筑物构架中的 相邻模块上,并且钢板144的接头可敛缝以使得壁更加不会让风吹的雨水 渗透。蒸气阻挡层和外侧板能直接应用至钢板的外表面,因为无论如何完 美的外观是期望的。
钢板144提供了冲击保护以防止风吹的物体穿透,这种情况在可能会 出现龙卷风、飓风和其它破坏性气象事件的地区是很严重的问题。钢板144 还增大了对风吹的雨水渗透的抵抗,从而大大地降低了发霉和霉变损坏的 几率。钢板144给模块和整个建筑物构架壁提供了大大地增大的剪切强度, 并且不再需要图1-3所示X撑杆43,尽管如果需要另外的剪切强度也可 以使用这种X撑杆。
图16和16A所示X撑杆使用在端部切开并且在焊接入模块160角部 的角撑板155上滑动的支撑管150和152。角撑板增强模块的角部并且管 的切口端部能焊接至角撑板以提供较大长度的焊件和非常坚固的连接。这 也是更容易进行的焊接。对角管150之一完全角部至角部地延伸,并且另 一对角管是两件式的,这两个零件的端部之间焊接有带162以完成连接。 这种结构的制造非常快速,容易并且给板提供了高的剪切强度。还提供了 已知的失效模式,弯曲对角撑杆而非是模块立杆、圈梁元件、或角部的失 效,因此建筑物甚至在失效之后仍然可用并且设计能规定有较高程度的可 信度。
本发明因而使得低建筑成本的建筑物能满足多项设计要求而无需主 要的重新设计。在预期暴雪负荷的地区,桁架的螺旋角能增大至任何期望 的角度以增大房顶的负荷承载强度和落雪能力。在易于地震的地区,对角 剪切板带来了更多的负荷分担能力。房顶材料可选择为具有最小的重量以 最小化惯性力,使得房子的移动更类似于刚性单元而非柔性垂直悬臂梁。 这将最小化由于地基和房顶的不同运动而对建筑物造成的损坏,因此建筑 物在地震之后将仍然可用。金属构架建筑物固有地不会遭受白蚁和木工蚁 的攻击,也不会发霉和霉变,并且固有地抵抗火灾。
显然,上述优选实施例的很多变型和变化都是可能的,并且在本说明 书的教导下对本领域技术人员而言是显而易见的。很多功能和优点针对优 选实施例描述,但是在本发明的一些用途中,并非所有这些功能和优点都 是必须的。因此,我预期本发明的使用会比全部所述功能和优点要少。而 且,本发明的数个类型和实施例在这里公开,但是并没有全部具体地要求 权利,尽管这些都由一般性的权利要求所涵盖。尽管如此,我的意图是这 些类型和实施例的每个及其等同概念都涵盖在下述权利要求的范围内并 由其所保护,并不是说由于权利要求没有指定一些任何个别类型而视其为 对公众的贡献。于是,我特别指出,所有这些实施例、类型、变型和变化 及其等同概念都视为在本发明如以下权利要求所限定的精神和范围内。
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