积木式建筑构架及其构筑方法

专利名称:积木式建筑构架及其构筑方法
本发明涉及一种建筑结构，具体地说涉及一种只用很小的力气和人力就能迅速安装的积木式建筑构架。本发明适用于包括民用住宅、工业用房和农用建筑物等建筑场合。
为发展积木式建筑系统已经作出了各种尝试。已有技术中存在的主要问题是最终结构的结构完整性不足。另一个难点是，由于这些构件很难安装且一旦装好后就很难改动，所以公知系统不是真正的积木式系统。
本发明人所知的Ricchini的美国专利4858398中描述了一种预制的积木式建筑构架系统，这种系统存在的问题是由于导槽形构架的嵌板以层叠在其两侧的保护表面围住刚性隔离芯，所以在结构完整性方面存在不足。这种方法具有两个主要问题。首先，在嵌板之间很难实现全天候密封。其次，最终的结构需要用内部桁架来支撑屋顶结构。这两种情况都是不希望出现的。
本发明人还知道Hayman的美国专利5072554中公开了一种由一些借助凸缘和导槽内锁定的嵌板构成的预制积木式仓库建筑物。该发明存在与上述相同的问题，而且其在组装时特别困难。
Blanken在国际专利申请WO29537/94中描述了一些积木式构架系统，其试图提供一种先在制造厂加工若干构件然后将这些预制的构件运送到建筑工地的易于搬运、存放和运输的构件。这种方式虽然达到了预期的目的，但是它们至少在结构的简易性和材料价格方面没有体现出任何特别的优越性。
发明人知道的另一种已有系统公开在LeftminsterPtyLtd.的国际专利申请WO95/02097(PCT/AU94/00335)中。Leftminster系统是以可运输的预制墙壁、地板和屋顶嵌板为基础的。在Leftminster系统中，先设计和制造出特定结构所需的嵌板，然后再将它们运送到安装现场。在现场上把预制板安装到已准备好的地面支撑基座上。Leftninster系统不是积木式的，因为它不是基于标准的成套板。此外，这种系统需要大量的独立部件例如支撑件(桁架)等来支撑屋顶。
虽然Leftminster申请描述了一种比公知金属构架结构有一些改进的预制建筑物系统，但是由于这种系统在现场安装时结构复杂和需要大量的部件，所以它并没有体现出特别的优点。对具有结构完整性的桁架式屋顶结构的需要严重限制了这种系统的通用性和实用性。
通常，已有的建筑技术需要对包括门窗梃、板、加强角片、墙壁和屋顶围梁、螺母和螺栓、桁架、包复层等在内的部件进行复杂排列。建筑者需要花费大量的时间才能把如此多的部件固定到一起。此外，公知的积木式构件通常受到用于增加建筑物强度的特定建筑包复层的限制。而且，一旦安装好，就很难再对结构进行改动。
本发明的目的是提供一种积木式建筑构架，这种构架只需很少部件，并且不需要使用包复层或支撑件就能实现结构完整性。
本发明的另一个目的是提供一种积木式建筑构架，这种构架与已知的系统相比，结构简单和能快速组装或拆卸。
本发明的再一个目的是提供一种积木式建筑构架，这种构架易于进行结构变更。
在一种不必是唯一的但的确是最宽的形式中，本发明属于包括建筑分构架和内连接板的积木式建筑构架；所述的建筑分构架是具有预定形状的开放式结构；所述的建筑分构架以可拆卸的形式连接以形成包含墙壁和屋顶的建筑构架；其中将墙壁分构架以可拆卸的形式连接起来以形成墙壁结构，和通过第一内连接板把屋顶分构架以可拆卸的形式连接到墙壁分构架上，而且通过第二内连接板把在屋脊处相遇的相邻屋顶分构架连到一起从而形成屋顶结构；分构架与分构架以及分构架与内连接板的连接是通过可拆卸的固定装置实现的；和其中在不需要包复层或支撑件的情况下，通过内连接的分构架而形成了完整的建筑构架。
建筑分构架最好包括外部部件和内部部件。外部部件适合作为结构部件，而内部部件提供表面支撑。
屋顶结构可以通过内连接的分构架形成而不需要桁架或支撑件。
积木式建筑构架进一步包括通过内连接的分构架构成的天花板构件。通过将形成墙壁构件和天花板构件的分构架进行内连接便可以达到建筑构架的结构完整性。当具有天花板时，为了建筑构架的结构完整性最好是不采用屋顶结构。
在优选实施例中，建筑分构架由具有高拉伸强度的材料，例如，金属型材、碳纤维梁、合成木材、塑料或其它先进的结构材料构成。
分构架的构成应适应于标准风速。建筑构架能承受的标准风速应达到W70。
建筑分构架适合于制成一些具有标准尺寸和结构的构件。适当地预制一些分构架并将其和所提供预制内连接板一起以坯料的形式保存。
通过第一内连接板将墙壁分构架连接到屋顶分构架上以形成屋檐。
最好是设置能可拆卸地连接一个或多个具有预定形状的建筑分构架以形成组合分构架的第三内连接板。
最好是设置能可拆卸地连接标准分构架以形成组合分构架的第三内连接板。
在优选例中，将建筑分构架内连接成内墙壁结构、天花板结构和地板结构而不需其它建筑部件。
完工的结构适合用任何期望的材料包复而不必考虑包复层的结构特性。
最好是设置用于在其上安装分构架的基座。
在优选实施例中，把积木式建筑构架就地用螺栓固定在厚实的或墩式安装的混凝土基座边缘中。
第二内连接板最好包括屋顶斜度在15°和50°之间的屋脊。
在本发明的另一种形式中，与本发明有关的构筑积木式建筑物的方法包括以下步骤制造多个分构架，所述分构架是开放式结构并具有预定的形状；可拆卸地将相邻墙壁分构架连接成墙壁结构；用第一内连接板可拆卸地将屋顶分构架连接到所说墙壁分构架上；可拆卸地将相邻的屋顶分构架连接成屋顶结构；和可拆卸地将包复层固定到分构架上以形成一个建筑物。
在优选实施例中，可拆卸地把相邻屋顶分构架连接成屋顶结构的步骤包括用第二内连接板把在屋脊处相遇的屋顶分构架可拆卸连接在一起的步骤。
在优选实施例中，该方法进一步包括可拆卸地连接其它分构架以形成内墙结构、地板结构或天花板结构的步骤。
该方法可以进一步包括用第三内连接板可拆卸地把分构架与分构架相连接以形成较大结构的步骤。
在本发明的另一种形式中，与本发明相关的扩大积木式建筑物的方法包括以下步骤从积木式建筑构架上拆下包复层；从相邻的分构架和内连接板上卸下一个或多个分构架；连接其它分构架使现有的分构架变为加长的积木式建筑构架；把拆下的分构架重新接上；和把包复层固定到已完成扩展的积木式建筑物上。
本发明的积木式建筑构架可以提供一种建筑系统，该建筑系统可以不需要支撑屋顶结构的内部桁架就能建造具有不同形状的复杂建筑物。这意味着可以不对建筑构架基础作任何改变就可建造多层建筑物。该特征克服了现有技术尤其是Ricchini和Leftminster的专利中存在的问题。而且，本发明的组合特性还可以毫无困难地将诸如防风雨的辅助建筑构件安装在建筑物上，从而克服了Ricchini的专利中存在的问题之一。此外，本发明的积木式建筑构架特别易于搬运、存放和运输，从而克服了Hayman和DeBlanken的专利中存在的问题。与现有技术不同，本发明提供了容易组合、并能提供不同结构的多用途且简单的建筑构架。
为了更好地理解本发明，下面将参照
本发明的优选实施例，其中图1是标准墙壁分构架的示意图；图2表示形成分构架的方法；图3是带有门和窗间隔的标准墙壁构架的示意图；图4是标准屋顶分构架的示意图；图5是卸掉与各标准分构架结合的构件后的立体图；
图6是屋檐板的示意图；图7是屋脊板的示意图；图8是加长板的示意图；图9是分构架组件的局部切开图；图10表示常规的基座结构；图11(a)、(b)、(c)和(d)是说明结构拆卸方法的多个视图；图12是住宅的积木式建筑构架的分解图；图13是一个变换的可拆卸结构的立体图；图14是拆下了图13中的屋脊板后的示意图；和图15是用图表表示的结构数据。
在附图中，用相同的参考标号表示相同的部件。为了简化说明，以下的说明将以‘C’形状的钢制导槽式部件构成的分构架为例进行说明。把相邻的部件焊接成分构架。虽然优选实施例给出了具体尺寸的钢制导槽式部件，但是很显然，根据所需的承载能力，也可以使用其它尺寸或其它材料。也可以用等同的手段例如螺栓或冲压来代替焊接，以便组装分构架。参照图1，其示出的一种典型的墙壁分构架包括由用标号1表示的1.9毫米厚和用标号2表示的1.0毫米厚的150毫米导槽式型材构成的外部部件。用表面向内呈‘C’形的导槽式型材构成分构架。内部部件是1.5毫米厚的100毫米型材。如图2所示，导槽式型材在对缝4处焊接。外部部件1、2通过形成门式构架起到结构构件的作用，而且当其构成在混凝土座、墩或桩上时能够产生很强的保持作用。内部部件通常作为包复层以类似的方式支撑门窗梃、围梁、桁条、压条、端墙、窗门的直棂和底梁。
图1中的墙壁分构架构成3000毫米宽×3000毫米高的标准尺寸。为了便于各种结构的安装，将分构架制成标准宽度为600毫米、900毫米、1500毫米、2400毫米、2700毫米和3000毫米，标准高度为2400毫米、2700毫米和3000毫米的标准件。对于特殊的结构其尺寸也可以制成1/2或1/4的尺寸。
建筑构架的积木式特性允许将分构架的坯料和内连接板预制成预定形状。这样便可以把建筑所需的分构架和内连接板直接从仓库送到工地，这与已有技术的有目的产生完全不同。这种设计的优点还在于能在积木式建筑构架中获得很好的垂直和方方正正的效果，这是因为构件是按工业标准用预定形状的预制坯料构成的。
本发明人已经发现只需要三种基本的分构架类型，它们是a.C10015分构架，其包括外部部件，该部件的厚度为1.5毫米，长度为100毫米且具有C形截面的导槽；内部部件，该部件厚度为1.5毫米，长度为100毫米，并具有C形截面的导槽；b.C15015分构架，其包括外部部件，该部件的厚度为1.5毫米，长度为150毫米且具有C形截面的导槽；内部部件，该部件厚度为1.5毫米，长度为150毫米，并具有C形截面的导槽；c.C15019P分构架，其包括外部部件，该部件的厚度为1.9毫米，长度为150毫米且具有C形截面的导槽；内部部件，该部件厚度为1.5毫米，长度为150毫米，并具有C形截面的导槽；图3中示出了带有门间隔和窗间隔的3000毫米宽×3000毫米高的分构架。如同图1中的整个墙壁构架一样，分构架的外部部件5是厚度为1.5毫米(或相对更高的风速为1.9毫米)的150毫米导槽截面，该部件还带有其它一些未详细描述的部件。
屋顶分构架是以与墙壁分构架相同的方式构成的。图4中示出了一种3000毫米×3000毫米的屋顶分构架。该构架是用1.5毫米厚(或1.9毫米)的150毫米C形导槽截面件构成的。
建筑物6是由图5中示出的一些标准分构架构成的。该建筑物用两个相同的设计有车库门间隔的分构架7制成。门分构架8和窗分构架9构成了建筑物的一侧。其它侧面(未示出)采用与图1相同的标准分构架。四个相同的屋顶分构架10形成了屋顶。用分构架11填充山墙便完成了积木式建筑物的构架。
通过如图6所示的屋檐板12把墙壁分构架可拆卸地连接到相邻的屋顶分构架上。对于上述的分构架而言，屋檐板可以用5毫米厚且臂13的长度为700毫米的双合金制作。定位突块14有助于板在组装时的定位。为了便于固定，在屋檐板上预先钻有一些螺栓孔15等。
通过图7中所示的屋脊板16把在屋脊处相遇的屋顶分构架可拆卸地连接在一起。屋脊板也可以用5毫米厚的双合金制造，而且在其中带有一些螺栓孔17等。对于图5中所示的积木式建筑构架而言，屋脊板具有400毫米的臂18和688毫米的中心区19。屋脊板是用加强板20构成的。
对于较大的建筑物，可以用图8所示的加长板21将相邻的分构架方便地连接起来以形成较大的屋顶或较高的建筑物。
图9中示出了墙壁分构架、屋顶分构架、屋檐板、加长板和屋顶板的组装。图中示出的屋脊板22与在屋脊处相遇的屋顶分构架23、24相连接。相邻的屋顶分构架例如25可以彼此相连。在图中所示的例子中，屋顶的每一侧都是两个分构架的长度，因此需要使用加长板26将屋顶分构架27、28、29和30连接起来。屋顶分构架27和28延伸到墙壁分构架31和32之外以形成屋檐。用屋檐板33将分构架27、28、31、32连接起来(在图中将屋顶分构架27切短到露出了屋檐板33)。
虽然双合金内连接板提供了高强度的结构，但并不是在任何情况下都需要这种合金。如果只需承受较小的风速(wind code rating)，则可用低碳钢作为内连接板。
在例如墙壁构架31和屋檐板33的顶部通过螺栓可以容易地将天花板构架34加到积木式建筑构架上。
用M12 8.8/S UNO螺栓将所有屋顶分构架、墙壁分构架和内连接板螺合在一起。通过拆掉螺栓可容易地将图9中的装配拆开。在某些情况下可以采用其它固定方式，例如，自攻式螺纹固定和焊接等。
如图10所示，积木式建筑构架通常安装在具有M12浇注孔35a的混凝土基座35上。把在拐角处相遇的的墙壁构架31和32如图9所示螺合到混凝土基座上并且彼此螺合在一起。
图11表示一个库房的积木式建筑构架的组装方法。浇注带有浇注孔的混凝土基座。如图11(a)所示，先把墙角处的墙壁分构架螺合到一起并将其螺合到混凝土基座上。然后如图11(b)所示，将其余的墙壁构架螺合到混凝土基座上。在这个阶段可以方便地将屋檐板螺合到位。将第一屋顶构架安装到位并且用图11(c)中所示的支撑物或用山墙填充物(图5中所示的11)支撑最高点。将屋顶分构架螺合到屋檐板上。把屋脊板螺合到连接两个屋顶构架的位置以形成图11(d)所示的状态。将其它的屋顶构架螺合到位以形成完整的积木式建筑物构架。
以上描述了构成库房的一种方法。对于其它结构，建筑的方法应有所改变。例如，可以在安装屋顶分构架之前在组装好的墙壁上安装天花板。此外，可以分别组装屋顶并用升降机将其提升到位。在不首先浇注基座的情况下可以把库房直接构筑在地上。
由于每个分构架的重量较轻，所以图11中所示的安装积木式建筑构架的的步骤可以由两个人来完成，不过用三个或更多个人来操作会更容易些。
本发明并不限于图5和图11的简单结构。还可以是图12的分解视图中所示的那种住宅建筑。图12中清楚地示出了多种不同的墙壁分构架，例如36和37。天花板构架38也已布置成天花板。其中不需要天花板压条。图中所示的屋顶分构架39布置成房子的屋顶。不需要屋顶桁架或屋顶压条。
本发明人已经发现该屋顶结构对建筑构架不要求其结构完整性。天花板分构架具有足够的结构稳定性，从而使由墙壁分构架和天花板分构架形成的结构能满足相应的建筑标准。这样便可构筑灵活的结构和有利于建筑多层结构。此外，在不影响强度或其它结构的风阻力的情况下屋顶几乎可以是任何形状。
很显然，可以用任何所需形式的包复层40来复盖积木式建筑构架并完成房屋的建造。常用的屋顶包复层可以是常规的Orb0.42BMT。常用的墙壁包复层可以是木材、纤维板或镶块。
很显然，图12中示出的结构很容易组装和加长或重新定位。开花板构架具有足够的承载能力从而能形成其它楼层的地板。要形成另外的楼层只需要卸下螺栓和去掉屋檐板即可。将加长板螺合到位，提起或移去屋顶，并把附加的分构架螺合到位。然后把屋檐板螺合到位从而把屋顶分构架连接到新的墙壁分构架上。
同样，可以使结构横向加长。卸下墙壁或部分墙壁，组装附加的墙壁构架以使结构扩大。按上述方式组装天花板分构架和屋顶分构架。
本发明在形成非传统形状的结构方面具有极好的效果。图13中的八角形库房41通常是以中心立柱的形式构成的。而如果利用本文所述的积木式建筑构架，则不必用中心立柱即可构成该库房。用图13中所示的常规屋脊板42连接八个屋顶分构架43。用与上述相同的方式把屋顶分构架43连接到墙壁分构架上。
图15用图表示出了各种用上述三个基本分构架构成的库房结构数据。表中示出了要得到理想强度(kNm)所需的材料组合和示范性的库房尺寸。立柱44适用于C15019P/2(两个相邻的外部部件)分构架和5毫米双合金360内连接板。立柱45适用于C15019P分构架和5毫米双合金360内连接板。立柱46适用于C15015分构架和5毫米双合金360内连接板。立柱47适用于C15015分构架和5毫米低碳钢内连接板。
例如，按W55C风速构成的一个6米宽×3米高的库房需要C15015分构架和5毫米双合金360内连接板(立柱46)或更好的内连接板。同样也可为其它结构例如民用住宅制作其它表格。通常，用C10015分构架作为墙壁，用C10015或C15015分构架作为天花板和用C15015或C15019P分构架作为屋顶。
对熟悉建筑结构领域的技术人员来说很明显，上述积木式建筑构架显示出了许多优点。刚性开放式构架结构能够使包复材料在很宽的范围内得到利用，这在以前是不可能做到的。通过传统的方式可以将包复层装到构架上。
由于分构架的标准范围是预制的，所以在改进测量公差和增加质量保证方面极具优越性。
利用同样的积木式系统可以构成具有风力等级的结构，所述风力等级从最低风速为W28N(N1)到最高风速为W70C(C4)。
由于所需的部件数量很少和分构架的重量很轻，所以非专业人员和专业建筑者能够在很短的时间内将建筑物安装完毕。实际上，已经发现，按照本发明的积木式系统能够使构架的安装时间至少减少50％。这样便减小了气候的影响并减少了锁定和完成整个项目的时间。
此外，可以通过简单地拆下螺栓和移去屋顶板以及屋檐板，并将附加的墙壁板和内连接板固定到现有墙壁板的顶部，然后重新装上屋檐板和屋顶板即可在日后增加建筑物的高度。
该系统还适用于各种形状，例如，六角形和八角形的建筑物的设计和构筑，而且在这些例子里，屋顶构架板一般为三角形或其它形状。
虽然在整个说明书中对本发明的优选实施例进行了解释，但是本发明并不限于任何一个实施例或对特征的归纳。
权利要求
1.一种由建筑分构架和内连接板构成的积木式建筑构架；所述的建筑分构架是具有预定形状的开放式结构并且以可拆卸的形式连接以形成包含墙壁和屋顶的建筑构架；其中将墙壁分构架以可拆卸的形式连接起来以形成墙壁构件，和通过第一内连接板把屋顶分构架以可拆卸的形式连接到墙壁分构架上，而且通过第二内连接板把在屋脊处相遇的相邻屋顶分构架连到一起从而形成屋顶结构；分构架与分构架以及分构架与内连接板的连接是通过可拆卸的固定装置实现的；和所说积木式建筑构架可构成多种形状；和其中在不需要包复层或支撑件的情况下，通过内连接的分构架而形成了完整的建筑构架。
2.按照权利要求
1所述的积木式建筑构架，其中建筑分构架包括外部部件和内部部件。
3.按照权利要求
2所述的积木式建筑构架，其中外部部件提供了结构的完整性，而内部部件构成包复层支撑。
4.按照权利要求
1所述的积木式建筑构架，其中屋顶结构可以通过内连接的分构架形成而不需要桁架或支撑件。
5.按照权利要求
1所述的积木式建筑构架，进一步包括通过内连接的分构架构成的天花板构件。
6.按照权利要求
5所述的积木式建筑构架，其中通过形成墙壁结构和天花板结构的内连接分构架便可以达到建筑构架的结构完整性。
7.按照权利要求
1所述的积木式建筑构架，其中建筑分构架由具有高拉伸强度的材料构成，这些材料选自包含金属型材、碳纤维梁、合成木材、和塑料的一组材料。
8.按照权利要求
1所述的积木式建筑构架，其中建筑分构架的预定形状包括一些标准尺寸和形状。
9.按照权利要求
8所述的积木式建筑构架，其中分构架和内连接板是预制的。
10.按照权利要求
1所述的积木式建筑构架，其中通过第一内连接板将墙壁分构架连接到屋顶分构架上以形成屋檐。
11.按照权利要求
1所述的积木式建筑构架，进一步包括可拆卸地连接一个或多个具有预定形状的建筑分构架以形成组合分构架的第三内连接板。
12.按照权利要求
1所述的积木式建筑构架，进一步包括可拆卸地连接标准分构架以形成组合分构架的第三内连接板。
13.按照权利要求
1所述的积木式建筑构架，其中在没有附加结构部件的情况下内连接建筑分构架以形成内墙壁结构、天花板结构和地板结构。
14.按照权利要求
1所述的积木式建筑构架，进一步包括用于在其上安装分构架的基座。
15.按照权利要求
14所述的积木式建筑构架，其中所述基座是具有浇注孔的混凝土基座。
16.按照权利要求
15所述的积木式建筑构架，其中混凝土基座是边缘加厚的或设有墩。
17.构筑由分构架和内连接板构成的积木式建筑物的方法包括以下步骤预制包含墙壁分构架和屋顶分构架的多个建筑分构架，所述分构架是开放式结构并具有预定的形状；用可拆卸装置将相邻墙壁分构架可拆卸地连接成墙壁结构；用第一内连接板和可拆卸固定装置将屋顶分构架可拆卸地连接到所说墙壁分构架上；用可拆卸固定装置将相邻的屋顶分构架可拆卸地连接起来并且通过第二内连接板和可拆卸的固定装置把在屋脊处相遇的相邻屋顶分构架连到一起从而形成屋顶结构，所说屋顶结构不需要桁架部件即可达到结构的完整性；和可拆卸地将包复层固定到屋顶结构和墙壁结构上以形成一个积木式建筑物。
18.按照权利要求
17所述的方法，其中可拆卸地把相邻屋顶分构架连接成屋顶结构的步骤包括用第二内连接板把在屋脊处相遇的屋顶分构架可拆卸连接在一起的步骤。
19.按照权利要求
17所述的方法，进一步包括可拆卸地将其它墙壁分构架连接到墙壁结构上以形成内墙结构的步骤。
20.按照权利要求
17所述的方法，进一步包括预制地板分构架和可拆卸地连接地板分构架以形成内部地板结构的步骤。
21.按照权利要求
17所述的方法，进一步包括预天花板分构架和可拆卸地连接天花板分构架以形成天花板结构的步骤，所述天花板分构架可拆卸地连接到墙壁分构架上。
22.按照权利要求
17所述的方法，进一步包括用第三内连接板可拆卸地把分构架与分构架相连接以形成较大结构的步骤。
23.改变由分构架和内连接板构成的积木式建筑物的方法包括以下步骤从积木式建筑构架上拆下包复层；通过移去可拆卸固定装置从相邻的分构架和一个或多个内连接板上卸下一个或多个分构架；将其它分构架连接到现有的分构架和一个或多个内连接板上以便扩大或改变积木式建筑构架；用可拆卸固定装置把拆下的分构架和内连接板重新接上；和固定包复层以完成重新构筑的积木式建筑物。
专利摘要
积木式建筑物构架包括建筑分构架和内连接板。分构架具有开放式结构并制成标准尺寸以减少构筑建筑物所需的部件数量。内连接板有三种设计即，屋檐板( 22)；屋脊板(33)和墙壁板(21)。积木式建筑构架可以容易地扩大到两层或更多层。用同样的构架能形成墙壁、地板、天花板和房顶。
文档编号E04B2/56GKCN1077944SQ96193707
公开日2002年1月16日 申请日期1996年5月1日
发明者格哈德·施毛泽, 迪安·马萨姆 申请人:格哈德·施毛泽导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan