專利名稱：隔離組合的建筑物構(gòu)架的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及從預(yù)制構(gòu)架模塊構(gòu)造的改進(jìn)型建筑物構(gòu)架，以及由這種構(gòu) 架構(gòu)造的建筑物，以及更具體地涉及防火和防昆蟲的建筑物，其能構(gòu)建為 多層、防風(fēng)、防沖擊和防地震損壞，并且具有與支撐構(gòu)架隔離的內(nèi)壁和外 壁以改進(jìn)熱值和聲值。
背景技術(shù)：
居住房屋和小型商用建筑物的常規(guī)建筑實(shí)踐在過(guò)去主要依賴于木材 構(gòu)架結(jié)構(gòu)，其中建筑物構(gòu)架在現(xiàn)場(chǎng)由切割為 一件件配合的構(gòu)架木材來(lái)構(gòu) 造。這是勞動(dòng)力密集的工藝并且要求木匠具有相當(dāng)?shù)募寄芤陨a(chǎn)具有水平 地板、完全豎直墻壁、方形角部以及鉛垂門窗開口的結(jié)構(gòu)。即使在建筑物 構(gòu)架在所需的細(xì)心和技能下構(gòu)造，其也會(huì)由于木材的翹曲而歪斜，特別是 在林場(chǎng)用混合速生樹生產(chǎn)的現(xiàn)代低等級(jí)木材。
盡管常規(guī)木材構(gòu)架建筑物需要非常少的構(gòu)造裝備，但是其建造成本相 當(dāng)高。成本的勞動(dòng)力部分是主要的，部分歸因于必須為構(gòu)造構(gòu)架的艱苦過(guò) 程支付的工資，并且部分歸因于很多政府強(qiáng)制的額外成本，比如工人的補(bǔ) 償和責(zé)任保險(xiǎn)、社會(huì)保障付款、醫(yī)療保險(xiǎn)費(fèi)、以及雇主必須給政府做出的
很多報(bào)告(host of report )。于是，雇主現(xiàn)在試圖利用任何可用的手段來(lái)最小化其勞動(dòng)力以最小化這些難以承受的成本。
鋼構(gòu)架構(gòu)造，通常稱為"紅鐵(red iron)"構(gòu)造， 一般用于商用建筑物 上，因?yàn)槠涓蟮膹?qiáng)度、耐火性和建筑設(shè)計(jì)靈活性。這種鋼構(gòu)架的零件通 常根據(jù)建筑計(jì)劃按次序切割和鉆孔，然后運(yùn)載至建筑物位置并且借助于可 移動(dòng)起重機(jī)來(lái)一件件地裝配。建筑物建造得精確并且和需要的一樣堅(jiān)固， 但是成本相對(duì)較高，因?yàn)榘嘿F的材料并且需要熟練的人員和昂貴的裝備來(lái) 裝配建筑物。這是通常視為不適合單個(gè)家庭住宅建筑物的構(gòu)造技術(shù)，因?yàn)?成本很高并且建筑物墻壁比用標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)架構(gòu)造制造的那些顯著要厚，因此標(biāo) 準(zhǔn)的門窗單元不匹配并且必須通過(guò)特殊的修整來(lái)改變，這樣極少會(huì)產(chǎn)生期 望的美學(xué)外觀。
地震損壞日漸成為房主關(guān)注的問(wèn)題，因?yàn)橐呀?jīng)公開了地震近年來(lái)在美 國(guó)和海外造成的損壞和生命損失。地震防備故事和建議很多，但是一個(gè)仍 未解決的問(wèn)題在于，過(guò)去建造的常規(guī)木材構(gòu)架房屋不是為了承受地震的影 響而建造的，其極端負(fù)荷承載能力和其地震后可用性P艮度都如此。現(xiàn)代建 筑法規(guī)試圖解決這個(gè)問(wèn)題，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對(duì)地震損壞顯著改進(jìn)的抵抗力，尤其是地震后可用 性。
火災(zāi)經(jīng)常伴隨著地震發(fā)生，如同1994年災(zāi)難性的Kobe地震發(fā)生的那 樣，并且當(dāng)然即使與地震無(wú)關(guān)，火災(zāi)也是房屋的主要威脅。當(dāng)常規(guī)房屋發(fā) 生火災(zāi)時(shí)，木材構(gòu)架助燃火勢(shì)并且減小了在整個(gè)結(jié)構(gòu)被毀壞之前成功滅火 的機(jī)會(huì)。最近主要的救生進(jìn)步是火警，其檢測(cè)火災(zāi)并警告居住者已經(jīng)起火， 使得他們能在房屋燃燒之前逃離，但是仍然期望能延遲大火擴(kuò)散的房屋身防火性的顯著改進(jìn)。
對(duì)房屋的另 一種主要的災(zāi)難性威脅是風(fēng)。木材構(gòu)架房屋上的風(fēng)負(fù)荷已 經(jīng)毀壞了很多房屋，主要是因?yàn)榉宽斠话惚容^脆弱地連接至墻壁，以使得
由于在房頂上方流動(dòng)的風(fēng)的白努利效應(yīng)(Bernoulli effect)而向上施加于房 頂上的提升力，以及EVE墻體下傾向于將房頂提升離開墻壁的壓力，將 房頂從墻壁搬走并且允許風(fēng)將房頂像大傘一樣帶走。沒(méi)有房頂，房屋的墻 壁易于在風(fēng)負(fù)荷下倒塌，徹底毀壞房屋。
木材構(gòu)架房屋的白蟻和木蚊損壞是一種主要損壞形式，耗費(fèi)每年以數(shù) 百萬(wàn)美元計(jì)。盡管昆蟲造成的損壞很少是致命的，但是總體上來(lái)說(shuō)實(shí)際上 比風(fēng)和地震的組合效應(yīng)更廣泛，并且這在全國(guó)很多地方是一直存在的危 險(xiǎn)。
木材構(gòu)架建筑的這些和其它問(wèn)題已經(jīng)使得新建筑物的保險(xiǎn)成本，尤其 是多層居住建筑物比如公寓和療養(yǎng)院建筑，日漸昂貴。
因而，日益需要一種居家建筑物構(gòu)架設(shè)計(jì)，其將使得廉價(jià)的居家建筑 能高度地承受地震的影響，不會(huì)助燃，能承受疾風(fēng)，對(duì)昆蟲損壞免疫，并 且能使用標(biāo)準(zhǔn)建筑物部件比如門窗單元。這種建筑物構(gòu)架概念甚至將更加 有商業(yè)價(jià)值，如果能用很少的人員在沒(méi)有重型裝備之下短時(shí)間內(nèi)建成建筑 物的話，并且構(gòu)架能適合于生產(chǎn)當(dāng)?shù)叵Ｍ木哂形︻愋偷慕ㄖ?。這 種建筑物構(gòu)架在1999年12月21日授權(quán)給Orie Wells的美國(guó)專利No. 6,003,280以及2002年10月8日授權(quán)給Delton J. Bonds的美國(guó)專利No. 6,460,297中公開，這兩項(xiàng)專利都轉(zhuǎn)讓給本申請(qǐng)的受讓人。然而，在這些專 利所示的建筑物構(gòu)架系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)還是期望很多改進(jìn)以獲得改進(jìn)的設(shè)計(jì)靈
9活性、制造經(jīng)濟(jì)性、裝配容易性以及改進(jìn)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和對(duì)負(fù)面環(huán)境條件的 抵抗力。多層構(gòu)造具有與構(gòu)架頂部平齊并且由延伸穿過(guò)內(nèi)壁構(gòu)架中的孔的 鋼筋連接的混凝土地板，或者由托梁連接并支撐所述地板，并且在結(jié)構(gòu)上 將相對(duì)的壁連接起來(lái)以提供平面內(nèi)剪切傳遞和穿過(guò)整個(gè)墻壁構(gòu)架的隔板 連續(xù)性，以及垂直堆疊且螺栓固定在一起而沒(méi)有壓碎構(gòu)架元件的構(gòu)架，將 改進(jìn)建筑物構(gòu)架的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，并且與內(nèi)部龍骨絕緣的構(gòu)架模塊將改進(jìn)建筑 物內(nèi)外墻的隔音和隔熱。這些和其它改進(jìn)將使得這兩個(gè)專利所公開的建筑 物系統(tǒng)更加令人期待。

發(fā)明內(nèi)容
于是，本發(fā)明的這些和其它特點(diǎn)由一種改進(jìn)的建筑物構(gòu)架實(shí)現(xiàn)，其理 想地適合于單層和低多層建筑物，其能在建筑物位置通過(guò)將多個(gè)已經(jīng)在位 置外預(yù)制的多個(gè)單體金屬構(gòu)架模塊螺栓連接起來(lái)而快速地組裝。建筑物的 構(gòu)架由多個(gè)邊緣對(duì)邊緣地連接以形成建筑物構(gòu)架的周邊壁的多種壁模塊 制成。壁^t塊是由方形、圓形或矩形結(jié)構(gòu)鋼管制成的單體矩形構(gòu)架。能使 用數(shù)種不同的壁模塊設(shè)計(jì)，其中 一種具有焊接在模塊四個(gè)角部處的頂部 管、兩個(gè)豎立管以及底部管，并且具有用于增強(qiáng)和加強(qiáng)的內(nèi)部撐桿。輕型 龍骨用螺釘連接至壁構(gòu)架的每側(cè)、內(nèi)部和外部。隔離帶定位于壁構(gòu)架和連
接至構(gòu)架的內(nèi)部龍骨之間。隔離帶通過(guò)在相鄰金屬表面之間形成大約1/8" 的間隔從而最小化跨過(guò)壁構(gòu)架和內(nèi)部龍骨的金屬對(duì)金屬的熱和聲音傳導(dǎo)。 內(nèi)部和外部裝飾材料直接緊固在內(nèi)部和外部龍骨上方。絕緣材料填充于外 部側(cè)板和內(nèi)部龍骨之間的空間。邊緣軌道能連接至壁構(gòu)架，在壁構(gòu)架的頂部下方間隔開，以支撐地板托梁。邊緣軌道是C形溝槽，其頂部和底部凸緣突出到周邊建筑物構(gòu)架外面。地板托梁的端部在頂部和底部凸緣之間安裝入邊緣軌道并且由直角支架連接至邊緣軌道，直角支架通過(guò)螺釘或焊接連接至邊緣軌道和托梁腹板。地板托梁如此的連接提供了穿過(guò)整個(gè)壁構(gòu)架的平面內(nèi)剪切傳遞和隔板連續(xù)性。金屬曱板支撐于托梁上。鋼筋可插入穿過(guò)周邊壁構(gòu)架的頂部管中的孔，以在建筑物的相對(duì)壁之間提供另外的張力結(jié)合。混凝土地板與建筑物構(gòu)架的頂部平齊地澆注在金屬曱板上，從而在澆注和找平混凝土?xí)醢鍟r(shí)允許壁構(gòu)架的頂部用作刮^1，并且產(chǎn)生與壁構(gòu)架的頂部平齊的地板。鋼筋連接相鄰的混凝土地板并且提供了穿過(guò)整個(gè)壁構(gòu)架的平面內(nèi)剪切傳遞和隔板連續(xù)性。
一些壁模塊能是由向上開口的底部溝槽、向下開口的頂部溝槽、以及大型的高負(fù)荷能力的豎立矩形結(jié)構(gòu)鋼管制成的矩形構(gòu)架，豎立管座入向上開口的底部溝槽和向下開口的頂部溝槽，并且通過(guò)焊接或螺釘緊固件連接至溝槽。頂部溝槽每個(gè)能包括向內(nèi)延伸的凸緣，凸緣用啦文在溝槽的頂面下方支撐金屬甲板的橫木從而支撐澆注的混凝土地板，以使得混凝土地板能澆注到金屬曱板上從而形成所述建筑物的第二層或更多層的地板。


在閱讀以下結(jié)合附圖對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的描述之上，本發(fā)明及其很多附帶
目標(biāo)和優(yōu)點(diǎn)將能得到更好的理解，在附圖中
圖1是根據(jù)本發(fā)明制作的兩層建筑物構(gòu)架的一端處的角部的透視圖；圖2是從圖1所示建筑物構(gòu)架內(nèi)側(cè)的橫截面正視圖； 圖3是用于根據(jù)本發(fā)明制作的建筑物中的頂層建筑物構(gòu)架壁模塊的透 視圖3A是圖3所示建筑物構(gòu)架壁模塊的小部分的放大視圖； 圖4是構(gòu)架^^塊的一部分的分解透視圖，在構(gòu)架和內(nèi)部龍骨之間具有 隔離帶；
圖5是隔離襯套以及在隔離帶上方并穿過(guò)隔離帶鉆入緊固至構(gòu)架的內(nèi) 部龍骨中的緊固螺釘?shù)钠拭鎴D6是通過(guò)同時(shí)固定位于隔離帶上方的構(gòu)架的溝槽的螺釘，固定到內(nèi) 部和外部龍骨的隔離襯套；
圖6A是圖6的圓圈區(qū)域的放大剖面圖，類似于圖5,示出內(nèi)部龍骨 中的隔離襯套，在隔離帶上方緊固至構(gòu)架，并且示出了隔離襯套的壓縮及 其避開作用以防止隔離帶的壓碎；
圖7是用自攻螺釘(Tec Screw)、墊圈和隔離襯套在隔離帶上方連接 至壁構(gòu)架模塊的內(nèi)部龍骨的透視圖8是支撐一對(duì)地板或房頂工字梁的壁模塊的正面圖，混凝土地板或 房頂澆注在其上的金屬板連接至所述壁模塊，并且還示出了延伸穿過(guò)構(gòu)架 頂部中的孔的鋼筋，用于連接相鄰混凝土地板和提供平面內(nèi)剪切傳遞和穿 過(guò)整個(gè)構(gòu)架組件的隔板連續(xù)性；
圖9是根據(jù)本發(fā)明的壁構(gòu)架模塊的透視圖，示出了緊固在底部溝槽和 頂部溝槽中的大矩形豎直管，并且具有用于支撐金屬甲板的整體凸緣；
圖10和ll是與圖9所示類似但是連接有內(nèi)部和外部龍骨的構(gòu)架模塊的正面圖和側(cè)面圖IIA是圖11的圓圈部分的放大剖面圖12是用如圖10和11所示的壁模塊制作的壁模塊組件的正面圖， 示出了兩個(gè)垂直相鄰模塊的垂直連接；
圖13是一種壁模塊組件的正面圖，在模塊壁組件的頂部平面上使用 水平鋼管而非4i道組件；
圖14是壁模塊組件從內(nèi)側(cè)看的透視圖，其使用金屬曱板以代替外部 襯里，用于抵抗風(fēng)、沖擊和剪切力；
圖14A是圖14中的區(qū)域A的細(xì)節(jié)圖14B是圖14中的區(qū)域B的細(xì)節(jié)圖；以及
圖15是與圖14所示模塊類似的壁模塊組件的透視圖，但是從外面看； 圖15A是圖15中的區(qū)域A的細(xì)節(jié)圖； 圖15B是圖15中的區(qū)域B的細(xì)節(jié)圖16是壁模塊在連接龍骨之前的正面圖，示出了連接的內(nèi)部X撐桿 以增強(qiáng)焊接入壁模塊角部的角撐；以及
圖16A是沿著圖16中16A-16A線的側(cè)面剖視圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在轉(zhuǎn)向附圖，其中相同的附圖標(biāo)記指示相同或相應(yīng)的部件，并且更 具體地轉(zhuǎn)向圖1和2,兩層建筑物構(gòu)架20的一個(gè)角部示出為具有周邊壁(僅 部分地示出)，其頂部邊緣將支撐房頂桁架結(jié)構(gòu)(未示出)。周邊壁包括兩 個(gè)端壁22(圖1中僅示出其中之一)，這兩個(gè)端壁22在其端部處連接至兩個(gè)側(cè)壁26 (圖1中僅示出其中之一的一部分)的端部。
端壁22和側(cè)壁26由多個(gè)壁模塊44組裝， 一種類型的壁模塊44在圖 3中示出，其在現(xiàn)場(chǎng)外制造并運(yùn)載至建筑位置，在該處將它們螺栓連接或 焊接起來(lái)成為建筑物構(gòu)架，如圖l所示。模塊44能在焊接車間由長(zhǎng)度不 定的矩形、方形或圓形金屬管快速、經(jīng)濟(jì)地制作，在精確的90度的角部 處焊接起來(lái)以使得組裝的建筑物構(gòu)架在接合起來(lái)時(shí)是完美地準(zhǔn)確的和方 形的。能使用所有尺寸的管，最普通的尺寸是商業(yè)上的2"x2"方形鋼管或 2"x3"矩形鋼管，其壁厚根據(jù)建筑物的高度、幾何形狀和設(shè)計(jì)負(fù)荷能力來(lái) 選擇。通常屈服強(qiáng)度為大約50KSI并且抗拉強(qiáng)度為大約55KSI，但是地震、 風(fēng)、雪和漂移力在所有領(lǐng)域內(nèi)決定工程需要。自然也能使用其它材料，但 是上述材料是最常見(jiàn)規(guī)定的，因?yàn)樗鼈兡芤暂^低的成本從很多來(lái)源廣泛地 可用，并且根據(jù)建筑物高度、設(shè)計(jì)和負(fù)荷承載需要的不同強(qiáng)度需要可具有 各種壁厚和尺寸。鋼管的規(guī)格和尺寸基于建筑物構(gòu)架的強(qiáng)度需要來(lái)選擇并 且通常將在5-18號(hào)的范圍內(nèi)。
壁模塊44可制作為精確的8英尺方形的標(biāo)準(zhǔn)，盡管如果希望的話對(duì) 于不同的建筑物設(shè)計(jì)能方便地變化尺寸。模塊可定尺寸為使用標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)壁 板，比如通常出售的4'x8'或4'xl2'板，因此內(nèi)部可以在沒(méi)有壁板的大量切 割下完成。
將注意到，模塊44通常并非都相同。如圖l和2所示， 一些模塊44a 具有內(nèi)部X撐桿43以有助于組裝周邊壁的剪切剛度。其它模塊44b具有 窗口 39,還有其它模塊44c具有門口 41。提供具有不同建筑特點(diǎn)的不同 模塊的能力允許根據(jù)本發(fā)明的建筑物構(gòu)架的設(shè)計(jì)具有很大的建筑靈活性。
14模塊優(yōu)選地在以大約2。或者優(yōu)選地在大約1。的誤差內(nèi)，以期望的90° 保持管長(zhǎng)度的焊接夾具上焊接起來(lái)。在完全焊接接合點(diǎn)之前應(yīng)當(dāng)小心地點(diǎn) 焊(tackweld)整個(gè)模塊以避免組件的熱扭曲。GMAW (氣體保護(hù)金屬極 電弧焊)焊接已經(jīng)發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生清潔焊縫，其無(wú)需去渣并且還最小化了輸入接 合點(diǎn)的熱。如果對(duì)于期望的生產(chǎn)速度而言沒(méi)有足夠的焊接夾具可用，那么 第一模塊可在焊接夾具上制作并且其它同樣模塊可在第一模塊的頂部上 模式化地制作。
如圖3所示的壁模塊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的端部的兩個(gè)豎立端部元件40,并且能包括跨越在端 部元件40之間的焊接的中心縱向圈梁元件45。內(nèi)部對(duì)角線撐桿元件43 連接至模塊44的角部以給模塊提供隔板剛度(diaphragm stiffoess )。
如圖3具體地所示，提供了內(nèi)部X剪切撐桿，其具有焊接至模塊構(gòu)架 44并且在其相對(duì)角部之間，或者如圖16所示焊接至角部角撐板的45°撐 桿43。由兩個(gè)豎立端端元件40以及上部和底部圈梁元件42u和42b限定 的對(duì)角撐桿43在模塊構(gòu)架44內(nèi)的內(nèi)部布置，確保下述的輕型元件能連接 至構(gòu)架^f莫塊44的內(nèi)側(cè)面和外側(cè)面而無(wú)需特殊的切割或其它成^f艮高的操 作。第三豎立元件46可在對(duì)角撐桿43的交叉點(diǎn)處在兩個(gè)豎立端元件40 之間的中點(diǎn)處焊接至上部和底部圈梁元件42u和42b，用于另外的豎直負(fù) 荷承載能力，如果建筑物設(shè)計(jì)需要這個(gè)另外的強(qiáng)度的話。
圖3所示的X剪切模塊44可用于所有不具有窗口或門口的模塊中的 周邊壁20(圖1)中，以在壁截面的平面中提供強(qiáng)度和剛度，以抵抗在由 風(fēng)負(fù)荷或地震期間側(cè)向搖晃所施加的破壞負(fù)荷下朝著平行四邊形形狀的偏轉(zhuǎn)。因?yàn)楸景l(fā)明能用于高達(dá)10層的建筑物中，因此加入剪切撐桿以抵 抗剪切變形以及由于作為懸臂梁而彎曲的撓曲變形，所以這種增強(qiáng)不僅最 小化了對(duì)居住者安全性的危險(xiǎn)，而且提供在風(fēng)暴或地震之后建筑物的可用性。
圖l和2所示的典型門窗壁模塊44b和44c通常不包括圖3所示壁板 中示出的對(duì)角剪切撐桿，因?yàn)槿鐖D2和3所示具有一個(gè)或多個(gè)X剪切撐桿 模塊44a的組裝壁構(gòu)架為整個(gè)壁提供了剪切剛度。
輕型元件焊接或擰緊至構(gòu)架模塊44，用于連接外側(cè)壁和內(nèi)修飾，比如 壁板、面板等。圖3所示輕型元件包括內(nèi)側(cè)龍骨60,以及外部龍骨62。 內(nèi)側(cè)龍骨60提供輕型金屬支撐，內(nèi)壁板能借助于壁板螺釘?shù)冗B接于此。 內(nèi)部金屬板元件通常為大約22號(hào)，0.034"的量級(jí)。外部金屬板元件通常為 大約20號(hào)，0.040"的量級(jí)。這些規(guī)格提供期望的剛度并且易于用自鉆、自 攻緊固件連接至構(gòu)架模塊的管，同時(shí)允許在內(nèi)壁板和外側(cè)壁的連接期間通 過(guò)鉆進(jìn)螺釘而準(zhǔn)備穿入。
為了在建筑物構(gòu)架模塊和內(nèi)壁板之間提高改進(jìn)的隔熱和隔音，隔離帶 65定位在構(gòu)架模塊和連接至構(gòu)架的內(nèi)部龍骨之間，如圖3A和4-7所示。 隔離帶65通過(guò)在相鄰金屬表面之間形成大約1/8"-1/4"的間隔，最小化了 跨過(guò)壁構(gòu)架和內(nèi)部龍骨的金屬至金屬的熱傳導(dǎo)和聲音傳導(dǎo)。隔離帶能是在 內(nèi)部龍骨60和構(gòu)架模塊44之間提供隔熱和隔音的任何材料。作用的很好 的一種才才泮+是由American Micro Industries供應(yīng)的"Econobarrier"。 另 一種 是由3M供應(yīng)的4504型。這些通常是由壓敏膠粘劑附著至模塊構(gòu)架的大 約3/8"厚的隔離帶的2"x4"矩形，在其上方內(nèi)部龍骨60連接至模塊構(gòu)架。為了獲得最優(yōu)的隔熱和隔音，隔離帶65 —般為發(fā)泡材料。為防止隔 離帶在模塊構(gòu)架和內(nèi)部龍骨60之間被壓碎從而導(dǎo)致其隔絕性質(zhì)降低，隔 離襯套70,如圖4-6A所示，能用來(lái)提供龍骨60與模塊構(gòu)架的遠(yuǎn)離，并 且還將內(nèi)部龍骨60與將龍骨60保持至模塊構(gòu)架的螺釘72隔離開。襯套， 如圖4和5所示，是具有環(huán)形頂部凸緣的帽型元件74和懸垂圓柱體76， 其由在負(fù)荷之下將會(huì)變形但是具有足夠的剛度以在螺釘72螺旋入模塊構(gòu) 架時(shí)，允許螺釘72將龍骨60牢固地保持就位的阻尼熱塑材料制成，如圖 6禾口 6A所示。
如圖5所示，隔離襯套70的懸垂圓柱體76安裝穿過(guò)龍骨60中的孔 78,并且抵靠隔離帶65。螺釘72延伸穿過(guò)隔離襯套70中的中心孔80， 并且螺釘72的螺釘頭抵靠墊圏82、將隔離村套壓在模塊構(gòu)架上并且使懸 垂圓柱體76如圖6A所示變形至龍骨60相對(duì)于模塊構(gòu)架被牢固地保持在 隔離位置的程度，以使得隔離帶沒(méi)有被壓至其損失絕緣值的點(diǎn)，并且龍骨 60仍然相對(duì)于模塊構(gòu)架牢固地保持并且與之間隔開至少大約1/8"。
螺釘72示出為自鉆、自攻螺釘，但是其它類型的緊固件也可在材料 細(xì)節(jié)和勞動(dòng)經(jīng)濟(jì)學(xué)需要的情況下使用。還應(yīng)當(dāng)注意到，圖6所示內(nèi)部龍骨 60是"鍋(skillet)"形龍骨而非更常規(guī)的"帽(hat)"形龍骨。也就是說(shuō)， 其僅具有一個(gè)連接凸緣而非更常規(guī)的對(duì)稱雙凸緣的"帽"形。鍋型龍骨成本 更低、更輕、安裝更容易更迅速并且具有從模塊構(gòu)架至壁板的更小導(dǎo)熱通 道，但是如果使用環(huán)境需要的話，也可使用帽型龍骨。
圖1和2所示的下層壁模塊44使用與以上結(jié)合圖3描述的相同的基 本焊管設(shè)計(jì)。在建筑物將建造為多層時(shí)，模塊的高度可增大以適應(yīng)于第二
17，如圖1和2以及圖8、 12和13所示。地板托 梁92能呈BCI托梁、C型溝槽(如所示)的形式或任何其它能在設(shè)計(jì)跨 度上支撐地板負(fù)荷的適合形式。它們?cè)诙瞬坑梢幌盗幸呀?jīng)設(shè)計(jì)的適合托梁 吊架(未示出)支撐，或者由如圖12和13所示焊接至壁模塊44的邊緣 軌道56支撐。邊緣軌道56具有從邊緣軌道腹板55朝著由地板托梁92跨 過(guò)的空間向外突出的上部和下部凸緣57、 58，并且地板托梁92的端部支 撐于下部凸緣58上。另外， 一系列托梁連接托架63通過(guò)螺釘或焊接連接 至邊緣軌道腹板55,并且通過(guò)螺釘(如所示)或通過(guò)焊接連接至地板托梁 腹板59的端部。托架92在建筑物構(gòu)架的相對(duì)壁之間的硬連接增強(qiáng)地構(gòu)架 以防止建筑物構(gòu)架的側(cè)壁和端壁的"油壺(oil can)"隔板彎曲，并且提供 了穿過(guò)整個(gè)壁構(gòu)架的平面內(nèi)剪切傳遞和隔板連續(xù)性。另 一種地板托梁支撐 布置是將托架90焊接至模塊構(gòu)架，如圖8所示，以及將地板托梁92螺栓 緊固至托架卯。
如果要使用混凝土地板，那么金屬曱板94能平鋪在托梁92上并由其 支撐，并且連接至上部凸緣57的頂部，如圖13所示，或者連接至支撐橫 木95，支撐橫木95在頂部附近焊接至模塊構(gòu)架立桿，如圖8所示。如圖 13所示，孔96能在周邊壁構(gòu)架的上部構(gòu)架元件42u中鉆出，并且鋼筋98 插入穿過(guò)孔96。混凝土地板100澆注到金屬曱板上，并且上部元件42u 的頂部用作刮板來(lái)給混凝土找平。鋼筋98在上部構(gòu)架元件42u的相對(duì)側(cè) 上連接相鄰的混凝土地板并且提供穿過(guò)整個(gè)壁構(gòu)架的平面內(nèi)剪切傳遞和 隔板連續(xù)性，以使得混凝土地板與壁構(gòu)架的頂部平齊并且跨過(guò)建筑物的整 個(gè)地板表面給地板提供結(jié)構(gòu)隔板連接。用于建筑物構(gòu)架周邊壁并且尤其用于周邊構(gòu)架22、 26內(nèi)和其間的共 用和間隔壁(party and demising wall)的另 一種類型構(gòu)架模塊能用圖9-12 所示的模塊構(gòu)架110制作，其中構(gòu)架模塊的垂直元件是設(shè)置于頂部和底部 開口的溝槽117和118中并連接于其上的大直徑方形或矩形管115。構(gòu)架 模塊中垂直管的數(shù)量由建筑物設(shè)計(jì)的負(fù)荷承載和跨度能力所決定。如圖9 所示，垂直管的數(shù)量能少到3個(gè)，留下很大的面積沒(méi)有阻礙用于門窗開口 等。中心水平管120能焊接在垂直管115之間用于支撐以防止在負(fù)荷之下 彎曲。
如圖12所示，共用和間隔壁22能用將上層地板直接支撐于下一層模 塊頂部上的壁模塊制作。在圖12所示的實(shí)施例中，上層地板由澆注在支 撐于托梁92頂部的金屬曱板94上的混凝土坯100制作，托梁92在其相 對(duì)端部處由直角托架63支撐于連接至垂直管115的邊緣軌道56中，直角 托架63連接于邊緣軌道56和托梁92之間，也如圖13所示。
頂部溝槽117能設(shè)有連接有金屬曱板94的整體凸緣95 ，如圖12所示。 金屬曱板94由連接至凸緣90的托架92支撐，凸緣90緊固于豎直管115, 這類似于圖8所示的結(jié)構(gòu)。盡管圖12未示出，但孔可水平地鉆進(jìn)穿過(guò)垂 直管115的頂部和頂部溝槽117以接收增強(qiáng)鋼筋，如為了相同的目的在圖 8中所示。
如圖12中還示出的，圖9所示構(gòu)架模塊設(shè)計(jì)的另一優(yōu)點(diǎn)是能將構(gòu)架 模塊垂直地連接起來(lái)并且用高張力緊固件將它們緊固，比如圖12所示的 螺栓130,而無(wú)需注意防止壓碎圖1-3所示模塊的頂部和底部鄰接管42u 和42b。圖14-15B所示的建筑物構(gòu)架模塊140使用與圖1-3所示相同的矩形 或方形管。模塊140具有緊固至頂部和底部模塊管42u和42b的內(nèi)部龍骨 60,龍骨60還緊固至中心縱向圈梁元件45,如果有的話。波紋鋼板144 直接連接至模塊的外表面，通常使用自鉆、自攻螺釘146。鋼板144的邊 緣能稍微延伸超過(guò)豎立端部元件40,因此它們重疊在組裝建筑物構(gòu)架中的 相鄰才莫塊上，并且鋼板144的接頭可斂縫以使得壁更加不會(huì)讓風(fēng)吹的雨水 滲透。蒸氣阻擋層和外側(cè)板能直接應(yīng)用至鋼板的外表面，因?yàn)闊o(wú)論如何完 美的外觀是期望的。
鋼板144提供了沖擊保護(hù)以防止風(fēng)吹的物體穿透，這種情況在可能會(huì) 出現(xiàn)龍巻風(fēng)、颶風(fēng)和其它破壞性氣象事件的地區(qū)是很嚴(yán)重的問(wèn)題。鋼板144 還增大了對(duì)風(fēng)吹的雨水滲透的抵抗，從而大大地降低了發(fā)霉和霉變損壞的 幾率。鋼板144給模塊和整個(gè)建筑物構(gòu)架壁提供了大大地增大的剪切強(qiáng)度， 并且不再需要圖l-3所示X撐桿43,盡管如果需要另外的剪切強(qiáng)度也可 以使用這種X撐桿。
圖16和16A所示X撐桿使用在端部切開并且在焊接入才莫塊160角部 的角撐板155上滑動(dòng)的支撐管150和152。角撐板增強(qiáng)^^莫塊的角部并且管 的切口端部能焊接至角撐板以提供較大長(zhǎng)度的焊件和非常堅(jiān)固的連接。這 也是更容易進(jìn)行的焊接。對(duì)角管150之一完全角部至角部地延伸，并且另 一對(duì)角管是兩件式的，這兩個(gè)零件的端部之間焊接有帶162以完成連接。 這種結(jié)構(gòu)的制造非?？焖?，容易并且給板提供了高的剪切強(qiáng)度。還提供了 已知的失效模式，彎曲對(duì)角撐桿而非是模塊立桿、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設(shè)計(jì)能規(guī)定有較高程度的可信度。
本發(fā)明因而使得低建筑成本的建筑物能滿足多項(xiàng)設(shè)計(jì)要求而無(wú)需主 要的重新設(shè)計(jì)。在預(yù)期暴雪負(fù)荷的地區(qū)，桁架的螺旋角能增大至任何期望 的角度以增大房頂?shù)呢?fù)荷承載強(qiáng)度和落雪能力。在易于地震的地區(qū)，對(duì)角 剪切板帶來(lái)了更多的負(fù)荷分擔(dān)能力。房頂材料可選擇為具有最小的重量以 最小化慣性力，使得房子的移動(dòng)更類似于剛性單元而非柔性垂直懸臂梁。 這將最小化由于地基和房頂?shù)牟煌\(yùn)動(dòng)而對(duì)建筑物造成的損壞，因此建筑 物在地震之后將仍然可用。金屬構(gòu)架建筑物固有地不會(huì)遭受白蟻和木工蟻 的攻擊，也不會(huì)發(fā)霉和霉變，并且固有地抵抗火災(zāi)。
顯然，上述優(yōu)選實(shí)施例的^f艮多變型和變化都是可能的，并且在本說(shuō)明 書的教導(dǎo)下對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見(jiàn)的。很多功能和優(yōu)點(diǎn)針對(duì)優(yōu) 選實(shí)施例描述，但是在本發(fā)明的一些用途中，并非所有這些功能和優(yōu)點(diǎn)都 是必須的。因此，我預(yù)期本發(fā)明的使用會(huì)比全部所述功能和優(yōu)點(diǎn)要少。而 且，本發(fā)明的數(shù)個(gè)類型和實(shí)施例在這里公開，但是并沒(méi)有全部具體地要求 權(quán)利，盡管這些都由一般性的權(quán)利要求所涵蓋。盡管如此，我的意圖是這 些類型和實(shí)施例的每個(gè)及其等同概念都涵蓋在下述權(quán)利要求的范圍內(nèi)并 由其所保護(hù)，并不是說(shuō)由于權(quán)利要求沒(méi)有指定一些任何個(gè)別類型而視其為 對(duì)公眾的貢獻(xiàn)。于是，我特別指出，所有這些實(shí)施例、類型、變型和變化 及其等同概念都視為在本發(fā)明如以下權(quán)利要求所限定的精神和范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種金屬構(gòu)架建筑物，其包括多個(gè)邊緣對(duì)邊緣地連接，從而為所述建筑物形成周邊壁構(gòu)架的壁模塊；所述壁模塊是由矩形、方形或圓形結(jié)構(gòu)鋼管制成的矩形構(gòu)架，每個(gè)壁模塊具有頂部元件、兩個(gè)豎立管以及底部元件，所述管和元件緊固在所述模塊的四個(gè)角部處，從而給所述周邊壁提供垂直支撐；邊緣軌道，其在所述壁構(gòu)架的頂部下方間隔開地連接至所述壁構(gòu)架，并且具有突出到所述周邊建筑物構(gòu)架外面的上部和下部凸緣；在其端部處支撐于所述邊緣軌道中的地板托梁；支撐于所述上部邊緣軌道凸緣或橫木上的金屬甲板；澆注到所述金屬甲板上并且刮平為與所述頂部元件的頂部平齊的混凝土地板；以及延伸穿過(guò)所述周邊壁構(gòu)架的所述頂部元件中的孔以連接相鄰混凝土地板并貫穿整個(gè)壁構(gòu)架提供平面內(nèi)剪切傳遞和隔板連續(xù)性的鋼筋。
2. —種建筑物系統(tǒng)方法，包括預(yù)制矩形結(jié)構(gòu)鋼管的構(gòu)架模塊，所述構(gòu)架模塊具有在工地外制造的在 模塊角部處焊接在一起的頂部管、兩個(gè)豎立側(cè)管以及底部管，并且將所 述^t塊運(yùn)輸至建筑物工地；在一些僅具有垂直的直支撐元件而沒(méi)有對(duì)角撐桿元件的所述構(gòu)架模塊中用垂直的直支撐元件支撐垂直負(fù)荷，允許門窗開口的位置不受對(duì)角 撐桿限制的結(jié)構(gòu)自由度；通過(guò)結(jié)合在其它構(gòu)架模塊中的對(duì)角撐桿元件抵抗由于風(fēng)和地震事件 導(dǎo)致的側(cè)向力；將所有所述構(gòu)架模塊邊緣對(duì)邊緣地連接起來(lái)以形成周邊建筑物構(gòu)架壁。
3. 如權(quán)利要求2所述的建筑物系統(tǒng)方法，還包括在豎立期間用兩個(gè)螺栓沿著所述構(gòu)架模塊的所有側(cè)面連接所述構(gòu)架 模塊，并且在需要抵抗側(cè)向力時(shí)，在構(gòu)架交叉處提供另外的螺栓或焊接。
4. 一種金屬構(gòu)架建筑物，其包括多個(gè)邊緣對(duì)邊緣地連接從而為所述建筑物形成周邊壁構(gòu)架的壁模塊；所述壁模塊是具有頂部元件、兩個(gè)豎立管以及底部元件的矩形構(gòu)架， 所述管和元件在所述模塊的四個(gè)角部處連接在一起，并且具有用于增強(qiáng) 和加強(qiáng)的內(nèi)部撐桿；所述壁構(gòu)架包括用于內(nèi)壁的輕型龍骨，以及由連接螺釘連接至所述模 塊的外部龍骨，所述連接螺釘將所述龍骨保持至所述壁模塊；定位于所述壁構(gòu)架和連接至所述構(gòu)架的所述內(nèi)部龍骨之間的隔離帶， 所述隔離帶通過(guò)在相鄰金屬表面之間形成大約1/8"-1/4"的間隔，從而最 小化跨過(guò)所述壁構(gòu)架和所述內(nèi)部龍骨的金屬對(duì)金屬的熱和聲音傳導(dǎo)；直接緊固在所述內(nèi)部和外部龍骨上方的內(nèi)部和外部裝飾。
5. 如權(quán)利要求4所述的金屬構(gòu)架建筑物，還包括邊緣軌道，其在所述內(nèi)部龍骨的上方緊固至所述構(gòu)架，用于支撐地板 托梁跨過(guò)相對(duì)壁之間的空間的端部，從而支撐地板。
6. 如權(quán)利要求4所述的金屬構(gòu)架建筑物，還包括隔離襯套，其在所述連接螺釘上提供隔開，防止所述隔離帶在所述龍 骨和所述壁構(gòu)架之間壓碎，同時(shí)允許螺釘中充分的張力以保持龍骨就位， 并且防止所述連接螺釘和所述龍骨之間的接觸。
7. 如權(quán)利要求6所述的金屬構(gòu)架建筑物，其中所述隔離襯套每個(gè)包括隔離體和在所述隔離體一端上的凸緣； 所述凸緣處于所述龍骨的外表面上，并且所述螺釘具有抵靠所述凸緣的頭部，并相對(duì)于所述凸緣施加壓縮力以保持所述龍骨相對(duì)于所述隔離帶就位；所述隔離體延伸穿過(guò)所述龍骨中的開口并且防止所述螺釘頭在所述 凸緣上的所述壓縮力壓碎所述龍骨和所述壁構(gòu)架之間的隔離帶。
8. 如權(quán)利要求7所述的金屬構(gòu)架建筑物，其中所述隔離襯套由隔熱隔音的聚合物制成，其硬度足以在所述螺釘充分 地張緊以將所述龍骨牢固地保持至所述壁構(gòu)架時(shí)，在不變形之下抵抗由 所迷螺釘施加的壓縮力，變形會(huì)降低由所述隔離帶提供的隔絕。
9. 如權(quán)利要求8所述的金屬構(gòu)架建筑物，還包括 波紋金屬曱板，其連接至所述外部龍骨，用以改進(jìn)剪切傳遞以及對(duì)極端風(fēng)力狀況或高沖擊力的抵抗。
10. 如權(quán)利要求4所述的金屬構(gòu)架建筑物，還包括 直接連接至所述構(gòu)架外表面而沒(méi)有外部龍骨的波紋金屬曱板，用以改進(jìn)剪切傳遞以及對(duì)極端風(fēng)力狀況或相對(duì)于所述建筑物構(gòu)架外面作用的高 沖擊力的^i元。
11. 一種金屬構(gòu)架建筑物，其包括多個(gè)邊緣對(duì)邊緣地連接從而為所述建筑物形成周邊壁構(gòu)架的壁模塊； 所述壁模塊是由向上開口的底部溝槽、向下開口的頂部溝槽、以及大 型的高負(fù)荷能力的豎立矩形結(jié)構(gòu)鋼管制成的矩形構(gòu)架，所述豎立管就座 入所述向上開口的底部溝槽和向下開口的頂部溝槽，并且通過(guò)焊接或螺 釘緊固件連接至所述溝槽；所述頂部溝槽每個(gè)包括向外延伸的凸緣，所述凸緣用作橫木以在溝槽 的頂面下方支撐金屬曱板從而支撐澆注的混凝土地板，以使得混凝土地 板能澆注到所述金屬曱板上，從而形成所述建筑物的第二層的地板。
12. 如權(quán)利要求11所述的金屬構(gòu)架建筑物，還包括 高張力緊固件，其將相鄰板垂直地連接起來(lái)而不會(huì)壓碎管，所述管將形成壁板的頂部和底部元件。
13. 如權(quán)利要求11所述的金屬構(gòu)架建筑物，還包括焊接至角撐板的對(duì)角撐桿，所述角撐板焊接入所述模塊的角部。
14. 一種金屬構(gòu)架建筑物，其包括多個(gè)邊緣對(duì)邊緣地連接從而為所述建筑物形成周邊壁構(gòu)架的壁模塊； 所述壁模塊包括多個(gè)部分地由矩形結(jié)構(gòu)鋼管制成的矩形構(gòu)架，每個(gè)所 述矩形構(gòu)架具有頂部元件、在所述模塊每端處的豎立管、以及底部元件， 所述管和元件連接在所述模塊的四個(gè)角部處并且具有用于增強(qiáng)和加強(qiáng)的 內(nèi)部撐桿；間隔開地在壁構(gòu)架的頂部下方連接至所述壁構(gòu)架并且突出到所述周 邊建筑物構(gòu)架外面的橫木；支撐于所述橫木上的金屬曱板以及延伸穿過(guò)所述周邊壁構(gòu)架的所述 頂部管中的孔以連接相鄰地板，并貫穿整個(gè)壁構(gòu)架提供平面內(nèi)剪切傳遞 和隔板連續(xù)性的鋼筋，以使得混凝土地板能與所述建筑物構(gòu)架的頂部平 齊地澆注，從而在澆注和找平混凝土?xí)醢鍟r(shí)允許壁構(gòu)架的頂部用作刮板， 并且產(chǎn)生與壁構(gòu)架的頂部平齊的地板。
全文摘要
一種抵抗地震、暴風(fēng)級(jí)風(fēng)力負(fù)荷、火、昆蟲和腐蝕的建筑構(gòu)架，其包括由方形或矩形鋼管構(gòu)造的周邊構(gòu)架壁。沿著相鄰邊緣螺栓連接起來(lái)的側(cè)壁構(gòu)架模塊、以及沿著相鄰邊緣螺栓連接起來(lái)并且連接至已連接所述側(cè)壁模塊的端部的端壁模塊形成周邊構(gòu)架壁。對(duì)角撐桿根據(jù)期望抗風(fēng)程度的需要構(gòu)建入選定的側(cè)壁和端壁模塊。由各種尺寸管比如2×3英寸矩形鋼管制成的用于將房頂支撐于周邊壁上的桁架在焊接車間組裝并焊接起來(lái)，并且預(yù)制的桁架和壁模塊運(yùn)輸至建筑物位置。多個(gè)石頭可豎立并緊固起來(lái)，并且建筑物構(gòu)架通過(guò)連接至地腳螺栓或板而固定至地基或混凝土地面。
文檔編號(hào)E04H12/00GK101680237SQ200880009610
公開日2010年3月24日 申請(qǐng)日期2008年2月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月16日
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