專利名稱：用于建筑物構建的面板化結構系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本公開涉及一種面板化的模塊系統(tǒng)，用于構建和組裝建筑物。
背景技術：
建筑物的結構必須承受物理力或位移，而沒 有倒塌的危險或者沒有服務性或功能的損失。建筑物上的應カ由建筑物的結構承受。五層和高度少于五層的建筑物典型地使用“承重壁”結構系統(tǒng)來控制靜荷載和活荷載垂直力。通過均勻傳播所述壁上的荷載，以及通過從上方地板逐步向下到下方地板(即地板到地板)增加框架或框架結構的尺寸和密度，將結構的屋頂、地板和壁上的垂直カ從屋頂垂直傳送至壁進而傳送至地基。對于天花板和地板跨距(span),使用祐1架來支承天花板和地板上的荷載并將這些荷載傳遞至壁和柱子。在沒有垂直承重構件的情況下，例如在窗戶和門開ロ處，使用橫梁將荷載傳遞至柱子或壁。在高于五層的建筑物中，在壁具有支承垂直荷載的有限能力的情況下，使用呈大橫梁和柱子形式的混凝土和/或結構鋼框架來支承該結構。通過支撐件來控制和傳遞作用于建筑物上的側向カ(例如，風カ和地震力)。ー種在建筑物(典型的5層或少于五層)中構建剪カ墻(breaced wall line)的常用方法是使用結構包板(structural sheathing)來創(chuàng)建壁線(wall line)中的支撐板。一種更傳統(tǒng)的方法是貫穿壁線使用嵌入式對角支撐件，但是這種方法對于具有用于門、窗戶等的多個開ロ的建筑物是不可行的。在高于五層的建筑物中的側向カ是通過以下構件控制和傳遞的重型鋼嵌入式支撐件或重型鋼和/或混凝土面板；以及結構芯構件，諸如混凝土或磚石樓梯塔以及電梯間。對面板化的模塊系統(tǒng)具有需求，其用于構建和組裝建筑物而無需依賴混凝土和/或結構鋼框架、重型鋼嵌入式支撐件以及重型鋼和/或混凝土面板。


圖I圖示了在水平桁架面板中作為框架構件使用的立柱；圖2圖示了在水平桁架面板中作為框架構件使用的軌道；圖3和圖3. I圖示了 V型支撐水平桁架面板；圖4、圖4. I和圖4. 2圖示了各種空腹型水平桁架面板；圖5圖示了用于附接至水平桁架面板的桁架；圖6圖示了用于使水平桁架面板彼此附接的結構柱組件；圖7和圖8顯示了將如圖3、圖3. I、圖4、圖4. I和圖4. 2顯示的水平桁架面板附接至圖6的結構柱組件的方式；圖9顯示了在単元化桁架構造系統(tǒng)(UTCS)壁線中具有空腹型和V型支撐水平桁架面板的単元化水平桁架面板壁線；圖10圖示了圖5的桁架；圖11顯示了圖6的祐1架/立柱掛件(hangar)；圖12圖示了圖6的結構柱組件的一部分；圖13圖示了連接至水平桁架面板的桁架；圖14圖示了桁架連接至水平桁架面板以形成創(chuàng)建壁線的UTCS空腹型跨距組件；圖15圖示了由UTCS結構的多層地板組件形成的UTCS建筑物段； 圖16顯示了圖6的結構柱組件在建筑物中的對齊；圖17圖示了這個建筑物的段的地板至地板段的三維視圖和ニ維視圖；以及圖18顯示了カ向圖6的結構柱組件的傳遞。
具體實施例方式此處公開的單元化桁架構造系統(tǒng)(UTCS)是ー種基于標準化結構面板的、用于單層或多層建筑物的獨特的、新穎的和創(chuàng)新的結構系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用有限數(shù)量的配置經獨特構造的輕量型金屬框架式垂直壁面板(水平桁架面板)、輕量型金屬地板和天花板桁架、正方形或長方形冷軋鋼管(結構柱)；以及獨特的連接板和夾子。在設計以及構造建筑物結構的常規(guī)方法中，采用了許多不同組件(壁、柱子、橫梁、支撐件、將它們緊固在一起的捆扎件(strapping)以及緊固件)來控制垂直活荷載力和靜荷載カ以及側向力，與這種常規(guī)方法不同，UTCS利用有限數(shù)量的獨特設計的標準化水平桁架面板來控制這些力，其中標準化水平桁架面板用結構柱和桁架組裝而成。構件的這種獨特的組裝有效地支承并將來自壁、地板、天花板和屋頂?shù)拇怪眰认颔珎鬟f至UTCS的冗余的密集的柱系統(tǒng)。因此，柱會吸收這些垂直側向力，以使UTCS不是垂直承重壁結構系統(tǒng)，并且消除了對作為建筑物的結構系統(tǒng)的一部分的“熱成型”結構鋼(重型鋼或“紅鐵(red iron)”)和混凝土的需求。UTCS框架構件由專門設計的計算機化的滾軋成型機制成。這些機器用冷軋鋼(統(tǒng)稱為“成卷帶鋼”)來制造框架立柱或構件。每個立柱被切割成一定尺寸；被預鉆孔以用于緊固用螺絲，其中埋頭錐孔在組件螺絲頭區(qū)域；被預穿孔以用于雕鏤機械、電氣和管道(“MEP”)組件以及粗糙插件(rough-ins);被預穿孔以用于穿過垂直以及水平支撐件；并且被預加標以用于組裝。機器從CAD文件讀取立柱的規(guī)格。取決于建筑物高度和規(guī)范要求，UTCS中所使用的水平桁架面板和桁架是用由輕量型鋼(諸如18到14量型鋼)軋制形成的框架構件來構造的。在水平桁架面板中使用了兩個框架構件輪廓(profile)，圖I圖示了立柱10，圖2圖示了軌道12。立柱10和軌道12均由輕量型鋼軋制而成，諸如18到14量型鋼。立柱10和軌道12中的每個包括如圖I圖示所形成的腹板14、凸緣16和唇緣18。凸緣16從腹板14的相對側以大致直角沿相同方向延伸，唇緣18從凸緣16的端部向內延イ申，以使唇緣18平行于腹板14。立柱10和軌道12的不同主要在干，軌道12的凸緣16稍微高于立柱10的凸緣16，以及軌道12的腹板14稍微寬于立柱10的腹板14。這些相對尺寸允許立柱10滑入或通過軌道12而無需壓縮立柱12的凸緣16，壓縮會影響它的結構性能。
UTCS采用有限數(shù)量(諸如兩個)的水平桁架面板的配置。這些水平桁架面板是UTCS的結構壁構件。如果僅使用兩個這樣的配置，則它們是(a)圖3或圖3. I所示的包含“V”形狀的支撐件(“V型支撐件”)的V型支撐水平桁架面板20/22，以及(b)圖4所示的不包含V型支撐件的空腹型水平桁架面板24。在UTCS結構中，空腹型水平桁架面板24通常使用在建 筑物的具有大開ロ的任何區(qū)域(窗戶、門、傳遞ロ等)?？?腹型水平桁架面板24構造為支承以及傳遞來自附接至或鄰近建筑物內的每個面板的地板和天花板組件的垂直活荷載力(例如，居住者)和靜荷載力(例如，干式墻、MEP組件，絕緣等)(“局部力”)。V型支撐水平桁架面板20/22構造為支承作用于該結構上的垂直局部力以及側向力(例如，風カ和地震力)。如圖3所示，V型支撐水平桁架面板20具有頂部軌道26和底部軌道28。頂部軌道.26的內側是連續(xù)水平支撐件，連續(xù)水平支撐件包括背靠背(腹板(web)對腹板)的軌道30、.32，(稱為雙水平支撐)，軌道30、32通過緊固件34 (諸如螺栓或螺絲)錨固至V型支撐水平桁架面板20的兩側處的側立柱36、38。頂部軌道26和底部軌道28還通過緊固件34錨定至側立柱36和立柱38。由軌道30、32構成的連續(xù)水平支撐件與頂部軌道26之間的區(qū)域包含由立柱制成的垂直成角度腹板件(webbing)40。圖3中的這個支撐區(qū)域用作V型支撐水平桁架面板20內的桁架附接區(qū)域42以用于附接下文描述的桁架106，并且支承以及將施加在V型支撐水平桁架面板20上的力傳遞至結構柱(在下文描述)，并且附接至V型支撐水平桁架面板20的側立柱36和立柱38。V型支撐水平桁架面板20還具有兩個內側立柱44和立柱46以及中央立柱48，它們通過緊固件34錨固至頂部和底部軌道26和28以及錨固至軌道30和32。側立柱36和.38穿過腹板14的端部中的、以及軌道30和32的唇緣18中的端部切ロ 50，以使立柱36和.38的凸緣16抵接軌道26、28、34和36的端部處的凸緣16。圖2示出了這些端部切ロ 50。緊固件34位于這些抵接區(qū)域。類似地，內側立柱44和46和中央立柱48穿過腹板14的、以及軌道30和32的唇緣18的內部切ロ 52，以使立柱36和38的凸緣16的外部以及中央立柱100的外部抵接軌道26、28、34和36的凸緣16的內部。圖2也示出了這些內部切ロ.52。緊固件34位于這些抵接區(qū)域。這五個垂直立柱36、38、44、46和48例如可以以中心隔開距離24"。內側立柱44和46和中央立柱48穿過軌道30和32的點是鉸鏈連接(B卩，單個緊固件允許用于旋轉)。V型支撐水平桁架面板20的立柱還用來支承干式墻、導管、線路、管道組件等。V型支撐水平桁架面板20還包含連續(xù)V型支撐件。這個V型支撐件在它的設計和構造上是獨特的。V型支撐件的兩條支腿是V型支撐立柱54和56，V型支撐立柱54和56諸如圖I所示的立柱10。V型支撐立柱54通過緊固件34錨固至側立柱36且剛好位于軌道30和軌道32之下并且錨固至底部軌道28，并且穿過內側立柱44的腹板14中的內部切ロ 58。圖I示出了這個內部切ロ 58。V型支撐立柱54的腹板14抵接立柱36和44以及軌道28中的每個的一個凸緣16。正如示出的，這些抵接區(qū)域容納緊固件34。類似地，V型支撐立柱56通過緊固件34錨固至側立柱38且剛好位于軌道30和軌道32之下并且錨固至底部軌道28，并且穿過內側立柱46中的內部切ロ 58。V型支撐立柱56的腹板14抵接立柱38和46以及軌道28中的每個的一個凸緣16。正如示出的，這些抵接區(qū)域容納緊固件34。將V型支撐立柱54和56附接至立柱36和38以及附接至軌道28需要V型支撐立柱54和56的端部是有角度的，如圖3所示。這些有角度端部允許使用多個緊固件34來將V型支撐立柱54和56錨固至對應的側立柱36和38。V型支撐立柱54和56定位為它們的腹板垂直于V型支撐水平桁架面板20的立柱36、44、48和38的腹板。而且，V型支撐立柱54和56從緊靠著軌道32和34的下方穿過內側立柱44和46連續(xù)延伸至位于底部軌道28的大致中部處的“V”的頂點。由頂點板60和額外的緊固件34利于V型支撐件的頂點處的連接，頂點板60和額外的緊固件34將V型支撐立柱54和56以及中央立柱48互相連接。板60、底部軌道28和立柱48和V型支撐立柱54和56通過下方的三個緊固件互相連接，如圖3所示。內側立柱46還通過緊固件34附接至頂部軌道26以及在內側立柱46穿過軌道30和32中的內部切ロ 52的點處附接至軌道30和32。頂點板60可以由諸如18至14量型冷軋鋼的材料形成。
V型支撐立柱54和56與側立柱36和立柱38的以及與中央立柱48的和與軌道28的連接是剛性連接，并且可改善V型支撐水平桁架面板20的側向結構性能。這些連接可利于將作用于V型支撐水平桁架面板20上的大部分側向カ傳遞至系統(tǒng)的結構柱(下面進ー步詳細討論)。V型支撐水平桁架面板20還包含提供水平支撐件的軌道62。軌道62位于例如由V型支撐立柱54和56形成的V型支撐件的中部。軌道62具有端部切ロ 50以收納內側立柱44和46，具有內部切ロ 52以收納中央立柱48，并且通過緊固件34錨固至內側立柱44和46以及錨固至中央立柱48。軌道62有助于V型支撐水平桁架面板20的側向カ結構性倉^:。V型支撐水平桁架面板20可以包含其他用于諸如干式墻、陳列拒、扶手桿等建筑物組件所必須的支撐件以及背村。V型支撐水平桁架面板20既用作內部結構壁(活動壁(demising structure wall)以及分隔壁(partition structure wall))又用作外部結構壁。V型支撐水平桁架面板20/22可以還收納窗戶以及傳遞ロ，盡管如從附圖中看到的空間是有限的。圖3. I的V型支撐水平桁架面板22與圖3的V型支撐水平桁架面板20具有相同的構造，除了形成圖3的V型支撐件的一半的V型支撐立柱54被兩個立柱64和66替換，立柱64和66的唇緣18相互抵接，并且形成圖3的V型支撐件的另一半的V型支撐立柱56被兩個立柱68和70替換，立柱68和70可以相互抵接或者也可以不相互抵接。因而，立柱64、66、68和70形成用于圖3. I的V型支撐水平桁架面板22的雙V型支撐件以提供額外強度。 如圖4所示，空腹型水平桁架面板24具有頂部軌道80以及底部軌道82。頂部軌道80的內側是連續(xù)水平支撐件，連續(xù)水平支撐件包括背靠背(腹板對腹板)的軌道84和86，(稱為雙水平支撐)，軌道84和86通過緊固件34 (諸如螺栓或螺絲)錨定至在空腹型水平桁架面板24的兩側處的側立柱88和側立柱90。頂部軌道80和底部軌道82還通過緊固件34錨定至側立柱88和側立柱90。由軌道84和軌道86構成的連續(xù)水平支撐件與頂部軌道80之間的區(qū)域包含由立柱制成的垂直成角度腹板件92。圖4中的這個支撐區(qū)域用作空腹型水平桁架面 板24的結構桁架94，并且支承以及將施加在空腹型水平桁架面板24的カ傳遞至結構柱，結構柱下文描述并且附接至空腹型水平桁架面板24的側立柱88和側立柱90中的每個?？崭剐退借旒苊姘?4還具有兩個內側立柱96和98以及中央立柱100，它們通過緊固件34錨定至頂部以及底部軌道80和82以及錨固至軌道84和86。側立柱88和側立柱90穿過腹板14的端部中的以及軌道84和86的唇緣18中的端部切ロ 50，以使側立柱88和側立柱90的凸緣16抵接軌道80、82、84和86的端部處的凸緣16。圖2中顯示了這些端部切ロ 50。緊固件34位于這些抵接區(qū)域。類似地，內側立柱96和98和中央立柱100穿過腹板14的、以及軌道84和86的唇緣18的內部切ロ 52，以使立柱96和98的以及中央立柱100的凸緣16抵接于軌道80、82、84和86的凸緣16。圖2也示出了這些內部切ロ 52。緊固件34位于這些抵接區(qū)域。這五個垂直立柱88、90、96、98和100例如可以以中心隔開24"。內側立柱96和98和中央立柱100穿過軌道84和軌道86的點是鉸鏈連接(SP，單個緊固件允許用于旋轉)。空腹型水平桁架面板24的立柱還用來支承干式墻、導管、線路、管道組件等?？崭剐退借旒苊姘?4還包含執(zhí)行水平支撐的軌道102。軌道102位于例如軌道82和軌道86之間的中部。水平支撐軌道102包括用于側立柱88和側立柱90穿過的端部切ロ 50，具有用于內側立柱96和98和中央立柱100穿過的三個內部切ロ 52，并且通過緊固件34錨定至側立柱88和90、內側立柱44和46以及中央立柱48。立柱88、90、96、98和100的凸緣16抵接軌道102的凸緣16。緊固件34應用于這些抵接區(qū)域?？崭剐退借旒苊姘?4構造為處理垂直局部力?？崭剐退借旒苊姘?4設計為容納窗戶、門以及傳遞ロ?？崭剐退借旒苊姘?4例如可以是20'寬或更小。圖4. I以及4. 2圖示了空腹型水平桁架面板具有用于窗戶、門以及傳遞ロ的ー個或多個開ロ。圖4. I圖示了典型的雕鏤開ロ 104，MEP組件可以穿過該雕鏤開ロ。這些雕鏤孔104也可以形成在V型支撐水平桁架面板20和22中。圖4.2圖示了具有用于門的開ロ的若干空腹型水平桁架面板?？崭剐退借旒苊姘?4可以包含其他用于諸如窗戶、門、傳遞ロ、干式墻、陳列拒、扶手桿等建筑物組件所必須的支撐件以及背村?？崭剐退借旒苊姘?4既用作內部結構壁(活動壁和分隔壁)又用作外部結構壁。上述水平桁架面板足夠高以適應建筑物的地板到天花板區(qū)域，以及適應桁架的附接，諸如圖5中所示的桁架106。桁架106附接至桁架附接區(qū)域42，并且包括頂部立柱108以及底部立柱110，頂部立柱108以及底部立柱110通過由立柱制成的成角度腹板件112互相連接，以使成角度腹板件112通過緊固件34附接至頂部和底部立柱108以及110。通過使用桁架/立柱掛件116和緊固件34，將桁架106附接至水平桁架面板114的桁架附接區(qū)域42。盡管水平桁架面板114示出為V型支撐水平桁架面板20/22，但是水平桁架面板114能夠是此處描述的任何水平桁架面板。下面將結合圖11更充分討論桁架/立柱掛件116。桁架掛件116可以由諸如18至14量型冷軋鋼的材料形成。在圖10中還示出了桁架106。在UTCS中使用的桁架由立柱10制成。這些桁架具有頂部和底部立柱108和110以及中間成角度腹板件112。桁架106不具有連接它們的頂部和底部弦桿108和110的側腹板或端部腹板。桁架106可以由輕量型鋼形成，諸如18到14量型鋼。桁架106的量型以及長度取決于應用以及地板跨距的寬度會變化。圖6圖示了結構柱組件130，其包括結構柱132，頂部板134以及底部板136焊接至結構柱132的頂部以及底部，使得頂部板134覆蓋結構柱132的頂部，底部板136覆蓋結構柱132的底部。結構柱132例如可以是有四個側面的，可以是中空的，以及其壁厚度可以取決于建筑物高度和規(guī)范要求而變化。頂部板134和底部板136在圖6中示出的為沿水平方向是線性的，并且用在兩個壁側對側相連時以便共享ー個共同線性水平軸線。然而，當兩個壁在拐角處相連 時，頂部板134和底部板136可以是“L”形板，以使兩個壁的水平軸線相互垂直。一個或多個螺栓138適當?shù)馗浇又?諸如通過焊接或澆鑄)頂部板134。螺栓138呈直角地延伸遠離頂部板134。底部板136的每個端部具有穿過其中的孔140。因此，第一結構柱132能夠垂直地堆疊在第二結構柱132上，以使第二結構柱132的頂部板134的螺栓138穿過第一結構柱132的底部板136的孔140。螺母于是可以應用于第二結構柱132的頂部板的螺栓138，以及被擰緊從而使第一和第二結構柱132垂直地相互緊固。頂部板和底部板134和136稍微寬于用于水平桁架面板20/22/24的軌道12，并且其厚度取決于建筑物高度和規(guī)范要求而變化。由螺栓138以及孔140提供的穿過-螺栓方式允許結構柱132彼此垂直連接并且允許結構柱132連接至建筑物內的其他組件(屋頂、地基、車庫等)。結構柱132利用立柱10的立柱段142而連接至水平桁架面板20/22/24。立柱段142焊接或以其他方式適當?shù)鼐o固至結構柱132的頂部以及底部。立柱段144通過焊接或適當?shù)木o固件緊固至結構柱130的大約中部，以使其腹板14面向外。該立柱段144是“隔離(hold-off)”以保持水平桁架面板的立柱36、38、88和90不被偏斜。聯(lián)接板(諸如154)可以在這個位置使用或也可以不在這個位置使用。結構柱132的材料例如是冷軋鋼。結構柱132可以是中空的，以及其壁厚度取決于應用和規(guī)范而變化。板134和板136以及桁架掛件144和146的材料例如可以是18至14量型冷軋鋼。圖7和圖8顯示了將水平桁架面板諸如水平桁架面板20、22和24附接至結構柱組件130的方式。當使用四個桁架掛件聯(lián)接板150將結構柱組件130附接至水平桁架面板20/22/24時會創(chuàng)建單元化水平桁架面板，聯(lián)接板150具有用于附接桁架106的立柱插入突起(下面將進ー步討論)以及兩個扁平聯(lián)接板154，它們三個均通過緊固件34附接至水平桁架面板20/22/24的側立柱36和38和立柱段142。圖7所示的立柱段144用作“隔離(hold-off)”立柱36和38，使得這些立柱不會偏斜穿過側立柱36和38與結構柱132之間的空間。聯(lián)接板(諸如154)可以在這個位置使用或也可以不在這個位置使用。在UTCS結構中，通過使用結構柱組件130將許多(取決于壁長度)水平桁架面板附接至一起，來組裝一段壁或一段壁。空腹型水平桁架面板24被用作存在大開ロ的建筑物(如窗戶、門以及傳遞ロ)中的(ー個或多個)壁段。V型支撐水平桁架面板22/22用作大體貫穿結構的剩余部分的(ー個或多個)壁段，以便提供結構的密實的側向支承。圖9顯示了水平桁架面板壁線在UTCS壁線中具有空腹型以及V型支撐水平桁架面板24以及20/22。如上所述，桁架106利用桁架/立柱掛件116和位于內側立柱44和46以及中央立柱48處的緊固件34而附接至水平桁架面板20/22/24。桁架/立柱掛件116在圖11中示出，并且包括立柱插入突起152，立柱插入突起152被容納在桁架106的頂部立柱108內，如圖5所示，并且當翻轉180度后(如圖5和圖8所示)，立柱插入突起152被容納在桁架106的底部立柱110內。桁架/立柱掛件116還包括L形凸緣172，L形凸緣172用于將桁架/立柱掛件緊固至頂部軌道26，以及當翻轉后緊固至水平桁架面板的水平支撐件30和32。通過將桁架106的頂部立柱108的端部插入到插入突起152中并且通過緊固件34緊固，以及通過緊固件34將L形凸緣172連接至頂部軌道26的腹板14以及凸緣16，以及通過緊固件34將桁架掛件116的突片176連接至立柱108的頂部凸緣16，來將桁架106連接至水平桁架面板20/22/24。通過將桁架/立柱掛件116翻轉180度，將桁架106的底部立柱110的端部插入到插入突起152并且通過緊固件34緊固，通過緊固件34將L形凸緣172連接至軌道30和32的腹板14以及通過緊固件34將突片176連接至立柱110的底部凸緣16，來連接桁架106的底部立柱110。
利用聯(lián)接板150上的插入突起152還將桁架106附接在每個結構柱132處。桁架106的頂部立柱108的端部插在聯(lián)接板150的插入突起152上，并且用緊固件34緊固至立柱108的腹板14。突片176通過緊固件緊固至立柱108的頂部凸緣16。利用將立柱110的端部插在旋轉了 180度的聯(lián)接板150的插入突起152上，來連接桁架106的底部立柱110。緊固件34用于將插入突起152連接至立柱110的腹板14。突片176利用緊固件附接至立柱110的底部凸緣16。圖13圖示了桁架106連接至水平桁架面板20/22/24。圖14圖示了桁架106連接至形成UTCS空腹型跨距組件的水平桁架面板20/22/24，其中水平桁架面板20/22/24用桁架106組裝以創(chuàng)建壁線。桁架106支承地板以及天花板組件。以這個方式將桁架106附接至水平桁架面板可將桁架106并入水平桁架面板20/22/24中，消除了當壁組件安置在地板上時或者天花板組件安置壁頂部時存在的“鉸接點”。這種連接使桁架106以及水平桁架面板20/22/24聯(lián)接，從而具有能夠使整個壁以及地板系統(tǒng)一起用作“桁架”的效果。這個配置利于將地板、天花板和水平桁架面板20/22/24上的カ傳遞至它們所附接的結構柱組件130。因此，垂直側向カ不會在水平桁架面板間垂直傳遞。當副地板以及干式墻并入建筑物中時，整個系統(tǒng)用作“隔板(diaphragm)”。圖15圖示了 UTCS建筑物段，其形成為UTCS結構的多個地板的組件。在UTCS建筑物或者結構中，水平桁架面板20/22/2布置為使得一個地板上的結構柱組件130與該地板下方、直至地基的、結構柱組件130等垂直對準。圖16顯示了結構柱組件的這種對齊。圖16還圖示了在UTCS結構中的結構柱組件130的密度。圖17圖示了這個組件的地板間接合的三維視圖和ニ維視圖。顯示了水平桁架面板20/22/24不彼此接觸或彼此承重，正如在典型的“承重壁”以及鋼和混凝土結構中典型的。UTCS結構的一個地板上的水平桁架面板不承載來自其上方地板的荷載。而是該荷載被傳遞至結構柱組件130并且由結構柱組件130承載。結構的每個“地板”或者立面(elevation)可抑制并將其垂直的活荷載力和靜荷載カ傳遞至結構柱組件130,在此處這些力被抑制并垂直傳遞至建筑物的地基。V型支撐水平桁架面板20/22抑制并將作用于建筑物上的側向カ傳遞至結構中的冗余結構柱組件130。在圖18中圖示了力的這種傳遞。圖18的放大部分還圖示了面板不是彼此垂直地承重，并且カ(箭頭)不會從一個面板垂直傳遞至另ー個面板。反而是，垂直側向力被側向傳遞至結構柱組件130。通過系統(tǒng)的獨特設計和組裝可利于這種類型的荷載傳遞。水平桁架面板20/22/24和桁架106均用作單元化桁架系統(tǒng)。UTCS可以采用水平桁架面板，水平桁架面板具有從20'到2'的變化寬度，最常見的是V型支撐水平桁架面板20/22測量為8'以及4'。這些面板導致結構內的顯著冗余的結構柱組件130。每個空腹型水平桁架面板24用作支承以及減輕僅鄰近于它們所附接的結構柱組件130的這些垂直局部力。V型支撐水平桁架面板20/22用作支承作用于結構上的垂直局部力以及側向力。因為水平 桁架面板20/22/24傳遞垂直側向カ的這種獨特的方式以及系統(tǒng)中冗余的結構柱組件130，所以無需地板間配置不同的面板。僅是軌道12、立柱10和V型支撐件的寬度和量型取決于建筑物高度和規(guī)范要求而變化。使UTCS建筑物內的空間分開的內部非結構分割壁由輕量型鋼(典型的24至28量型)構成，以及典型地呈類型I和類型II鋼框架結構。UTCS在控制建筑物上的垂直側向カ方面是極其高效的。利用UTCS，會消除建造承重壁結構或重的結構芯的需要，與傳統(tǒng)的構筑實踐相比，這可以極大地降低成本。UTCS還可節(jié)約時間，因為建筑物的結構是由有限數(shù)量的預組裝面板建構的。這還顯著地降低了構造建筑物結構的成本。UTCS是獨特的和創(chuàng)新的。它能被建造在幾乎任何地基系統(tǒng)上，包括板坯(slabs)、結構停車場、零售建筑物和商業(yè)建筑物。UTCS采用了架框技術，該技術是基于系統(tǒng)建造的面板化構建方法。UTCS使用面板化建筑物技術和創(chuàng)新的設計從而顯著地降低了建筑物的設計、材料、架設的成本。UTCS技術和構造是ー種組裝單層或多層建筑物的新穎的結構系統(tǒng)和方法。本發(fā)明的某些修改在上面已經討論過。例如，盡管本發(fā)明特別有益于構建和組裝建筑物而無需依賴混凝土和/或結構鋼框架、重型鋼嵌入式支撐件以及重型鋼和/或混凝土面板，但是它還能應用于具有混凝土和/或結構鋼框架、重型鋼嵌入式支撐件以及重型鋼和/或混凝土面板的建筑物。對于在本發(fā)明的領域中實踐的人來說還可以進行其他修改。因此，本發(fā)明的描述僅僅應視為是說明性的，其目的是教導本領域技術人員實施本發(fā)明的最佳方式。細節(jié)是可以變化的，而實質上不會背離本發(fā)明的精神，并且保留所有落入附隨權利要求范圍內的修改的排他性使用。
權利要求
1.一種建筑物段，包括 第一結構柱，具有頂部連接器和底部連接器； 第二結構柱，具有頂部連接器和底部連接器，其中所述第一結構柱的所述頂部連接器連接至所述第二結構柱的所述底部連接器，使得所述第一結構柱和第二結構柱垂直對齊； 第一壁面板，附接至所述第一結構柱；以及， 第二壁面板，附接至所述第二結構柱，以使所述第一壁面板和第二壁面板垂直對齊，以及使所述第一壁面板和第二壁面板之間具有間距，使得荷載通過所述第一結構柱和第二結構柱傳遞而不是在所述第一壁面板和第二壁面板之間垂直傳遞。
2.根據(jù)權利要求I所述的建筑物段，其中所述第一結構柱和第二結構柱中的每個的所述底部連接器包括底部連接器板，所述底部連接器板具有延伸穿過其的至少ー個孔，其中所述第一結構柱和第二結構柱中的每個的所述頂部連接器包括頂部連接器板，所述頂部連接器板具有從其向上伸出的至少ー個螺栓或螺絲，以及其中所述第二結構柱的所述底部連接器板的孔收納所述第一結構柱的所述頂部連接器板的所述螺栓或螺絲以用于將所述第一結構柱和第二結構柱緊固至一起。
3.根據(jù)權利要求2所述的建筑物段，進ー步包括第一立柱段和第二立柱段以及第ー附接板和第二附接板，其中所述第一立柱段附接至所述第一結構柱，其中所述第二立柱段附接至所述第二結構柱，其中所述第一附接板將所述第一壁面板的側面緊固至所述第一立柱段，以及其中所述第二附接板將所述第二壁面板的側面緊固至所述第二立柱段。
4.根據(jù)權利要求3所述的建筑物段，其中所述第一立柱段和第二立柱段中的每個包括腹板、第一凸緣和第二凸緣以及第一唇緣和第二唇緣，其中所述第一凸緣和第二凸緣與所述腹板大致呈直角且在所述腹板的相對側沿相同方向延伸，以及其中所述第一唇緣和第二唇緣從所述第一凸緣和第二凸緣的端部向內延伸以使所述第一唇緣和第二唇緣平行于所述腹板。
5.根據(jù)權利要求3所述的建筑物段，進ー步包括 第三壁面板，附接至所述第一結構柱； 第四壁面板，附接至所述第二結構柱，以使所述第三壁面板和第四壁面板垂直對齊，并且使間距存在于所述第三壁面板和第四壁面板之間，使得荷載傳遞通過所述第一和第二結構柱，而不是所述第三壁面板和第四壁面板之間傳遞； 以及第三立柱段和第四立柱段，其中所述第三立柱段附接至所述第一結構柱，其中所述第四立柱段附接至所述第二結構柱，其中所述第一附接板將所述第三壁面板的側面緊固至所述第一立柱段，以及其中所述第二附接板將所述第四壁面板的側面緊固至所述第二立柱段。
6.ー種用于建筑物的桁架面板包括 第一水平伸長構件、第二水平伸長構件、第三水平伸長構件和第四水平伸長構件； 第一垂直伸長構件和第二垂直伸長構件，它們緊固至所述第一水平伸長構件、第二水平伸長構件、第三水平伸長構件和第四水平伸長構件，以使所述第一水平伸長構件和第四水平伸長構件分別形成所述桁架面板的頂部和底部，以使所述第一垂直伸長構件和第二垂直伸長構件分別形成所述桁架面板的側面，以使所述第一水平伸長構件、第二水平伸長構件限定所述桁架面板的桁架附接區(qū)域，并且以使所述第二水平伸長構件和第三水平伸長構件形成所述桁架面板的雙水平支撐件；以及， 成角度的腹板件，緊固至所述第一垂直伸長構件和第二垂直伸長構件之間的所述第一水平伸長構件和第二水平伸長構件以創(chuàng)建所述桁架附接區(qū)域的面板桁架。
7.根據(jù)權利要求6所述的桁架面板，其中所述第一伸長構件、第二伸長構件、第三伸長構件和第四伸長構件包括對應的第一軌道、第二軌道、第三軌道和第四軌道，其中所述第一軌道、第二軌道、第三軌道和第四軌道中的每個包括軌道腹板、第一軌道凸緣和第二軌道凸緣以及第ー軌道唇緣和第二軌道唇緣，其中所述第一軌道凸緣和第二軌道凸緣與所述軌道腹板大致呈直角且在所述軌道腹板的相對側沿相同方向延伸，以及其中所述第一軌道唇緣和第二軌道唇緣從所述第一軌道凸緣和第二軌道凸緣的端部向內延伸，以使所述第一軌道唇緣和第二軌道唇緣平行于所述軌道腹板； 以及進ー步其中所述第一垂直伸長構件和第二垂直伸長構件包括對應的第一立柱和第二立柱，其中所述第一立柱和第二立柱中的每個包括立柱腹板、第一立柱凸緣和第二立柱凸緣以及第一立柱唇緣和第二立柱唇緣，其中所述第一立柱凸緣和第二立柱凸緣與所述立柱腹板大致呈直角且在所述立柱腹板的相對側沿相同方向延伸，其中所述第一立柱唇緣和第二立柱唇緣從所述第一立柱凸緣和第二立柱凸緣的端部向內延伸，以使所述第一立柱唇緣和第二立柱唇緣平行于所述立柱腹板，以及其中所述軌道腹板寬于所述立柱腹板，使得所述第一立柱和第二立柱能夠安裝在所述第一軌道、第二軌道、第三軌道和第四軌道內。
8.根據(jù)權利要求7所述的桁架面板，其中所述第一軌道、第二軌道、第三軌道和第四軌道中的每個以及所述第一立柱和第二立柱中的每個由輕量型鋼構成，包括18至14量型鋼。
9.根據(jù)權利要求6所述的桁架面板，其中所述壁進一歩包括緊固至所述第一水平伸長構件、第二水平伸長構件、第三水平伸長構件和第四水平伸長構件的第三垂直伸長構件、第四垂直伸長構件和第五垂直伸長構件，，以使所述第四垂直伸長構件大致居中于所述第一垂直伸長構件和第二垂直伸長構件之間，以使所述第三垂直伸長構件在所述第一垂直伸長構件和第四垂直伸長構件之間。以及以使所述第五垂直伸長構件在所述第四垂直伸長構件和第二垂直伸長構件之間。
10.根據(jù)權利要求9所述的桁架面板，其中所述第一伸長構件、第二伸長構件、第三伸長構件和第四伸長構件包括對應的第一軌道、第二軌道、第三軌道和第四軌道，其中所述第ー軌道、第二軌道、第三軌道和第四軌道中的每個包括軌道腹板、第一軌道凸緣和第二軌道凸緣以及第ー軌道唇緣和第二軌道唇緣，其中所述第一軌道凸緣和第二軌道凸緣與所述軌道腹板大致呈直角且在所述軌道腹板的相對側沿相同方向延伸，以及其中所述第一軌道唇緣和第二軌道唇緣從所述第一軌道凸緣和第二軌道凸緣的端部向內延伸，以使所述第一軌道唇緣和第二軌道唇緣平行于所述軌道腹板； 以及進一歩其中所述第一垂直伸長構件、第二垂直伸長構件、第三垂直伸長構件、第四垂直伸長構件和第五垂直伸長構件包括對應的第一立柱、第二立柱、第三立柱、第四立柱和第五立柱，其中所述第一立柱、第二立柱、第三立柱、第四立柱和第五立柱中的每個包括立柱腹板、第一立柱凸緣和第二立柱凸緣以及第一立柱唇緣和第二立柱唇緣，其中所述第一立柱凸緣和第二立柱凸緣與所述立柱腹板大致呈直角且在所述立柱腹板的相對側沿相同方向延伸，其中所述第一立柱唇緣和第二立柱唇緣從所述第一立柱凸緣和第二立柱凸緣的端部向內延伸，以使所述第一立柱唇緣和第二立柱唇緣平行于所述立柱腹板，以及其中所述軌道腹板寬于所述立柱腹板，使得所述第一立柱、第二立柱、第三立柱、第四立柱和第五立柱能夠安裝在所述第一軌道、第二軌道、第三軌道和第四軌道內。
11.根據(jù)權利要求10所述的桁架面板，其中所述第一軌道、第二軌道、第三軌道和第四軌道中的每個以及所述第一立柱、第二立柱、第三立柱、第四立柱和第五立柱中的每個由輕量型鋼構成，包括18至14量型鋼。
12.根據(jù)權利要求9所述的桁架面板，進ー步包括 第一支撐構件，緊固至第一垂直伸長構件和第三垂直伸長構件以及緊固至所述第四水平伸長構件；以及 第二支撐構件，緊固至第二垂直伸長構件和第五垂直伸長構件以及緊固至所述第四水平伸長構件，其中所述第一支撐構件和第二支撐構件形成用于所述桁架面板的V型支撐件。
13.根據(jù)權利要求12所述的桁架面板，進ー步包括第三支撐構件，在所述第三垂直伸長構件和第五垂直伸長構件之間并且緊固至所述第三垂直伸長構件、第四垂直伸長構件和第五垂直伸長構件。
14.根據(jù)權利要求6所述的桁架面板，進ー步包括 第一桁架掛件，緊固至所述第一水平伸長構件，其中所述第一桁架掛件配置為緊固至天花板或地板桁架；以及， 第二桁架掛件，緊固至所述第三水平伸長構件和第二水平伸長構件中的至少ー個，其中所述第二桁架掛件配置為緊固至所述天花板或地板桁架。
15.根據(jù)權利要求14所述的桁架面板，其中所述天花板或地板桁架包括 第一水平桁架構件，緊固至所述第一桁架掛件； 第二水平桁架構件，緊固至所述第二桁架掛件；以及， 多個成角度構件，緊固至所述第一水平桁架構件和所述第二水平桁架構件。
16.根據(jù)權利要求15所述的桁架面板，其中所述第一和水平構件中的每個以及每個成角度構件包括具有立柱腹板的立柱、第一立柱凸緣和第二立柱凸緣以及第一立柱唇緣和第ニ立柱唇緣，其中所述第一立柱凸緣和第二立柱凸緣與所述立柱腹板大致直角并在其相對側沿相同方向延伸，以及其中所述第一立柱唇緣和第二立柱唇緣從所述第一立柱凸緣和第ニ立柱凸緣的端部向內延伸以使所述第一立柱唇緣和第二立柱唇緣平行于所述立柱腹板。
17.根據(jù)權利要求6所述的桁架面板，其中所述第一水平伸長構件、第二水平伸長構件、第三水平伸長構件和第四水平伸長構件中的每個以及所述第一垂直伸長構件和第二垂直伸長構件中的姆個由輕量型鋼構成，包括18至14量型鋼。
18.ー種用于建筑物的面板，包括 第一水平伸長構件、第二水平伸長構件、第三水平伸長構件和第四水平伸長構件； 第一垂直伸長構件和第二垂直伸長構件，緊固至所述第一水平伸長構件、第二水平伸長構件、第三水平伸長構件和第四水平伸長構件，以使所述第一水平伸長構件和第四水平伸長構件分別形成所述面板的頂部和底部，以使所述第一垂直伸長構件和第二垂直伸長構件分別形成所述面板的側面，以及以使所述第二水平伸長構件和第三水平伸長構件形成所述面板的雙水平支撐件；以及， 其中所述水平和垂直伸長構件中至少ー個包括立柱，其中所述水平和垂直伸長構件中至少另ー個包括軌道，其中所述軌道包括軌道腹板以及第ー軌道凸緣和第二軌道凸緣，其中所述第一軌道凸緣和第二軌道凸緣與所述軌道腹板大致呈直角且在所述軌道腹板的相對側沿相同方向延伸，其中所述立柱包括立柱腹板以及第一立柱凸緣和第二立柱凸緣，其中所述第一立柱凸緣和第二立柱凸緣與所述立柱腹板大致呈直角且在所述立柱腹板的相對側沿相同方向延伸，以及其中所述軌道腹板寬于所述立柱腹板，使得所述立柱能夠安裝在所述軌道內。
19.根據(jù)權利要求18所述的面板，其中所述軌道進ー步包括第一軌道唇緣和第二軌道唇緣，其中所述第一軌道唇緣和第二軌道唇緣從所述第一軌道凸緣和第二軌道凸緣的端部向內延伸，以使所述第一軌道唇緣和第二軌道唇緣平行于所述軌道腹板，其中所述立柱進一歩包括第一軌道唇緣和第二立柱唇緣，以及其中所述第一軌道唇緣和第二立柱唇緣從所述第一軌道凸緣和第二立柱凸緣的端部向內延伸，以使所述第一立柱唇緣和第二立柱唇緣平行于所述立柱腹板。
20.根據(jù)權利要求18所述的面板，其中軌道和立柱中的每個由輕量型鋼構成，包括18至14量型鋼。
21.根據(jù)權利要求18所述的面板，其中所述壁進一歩包括第三垂直伸長構件、第四垂直伸長構件和第五垂直伸長構件，緊固至所述第一水平伸長構件、第二水平伸長構件、第三水平伸長構件和第四水平伸長構件，以使所述第四垂直伸長構件大致居中于所述第一垂直伸長構件和第二垂直伸長構件之間，以使所述第三垂直伸長構件在所述第一垂直伸長構件和第四垂直伸長構件之間，以及以使所述第五垂直伸長構件在所述第四垂直伸長構件和第ニ垂直伸長構件之間。
22.根據(jù)權利要求21所述的面板，進ー步包括 第一支撐構件，緊固至所述第一垂直伸長構件和第三垂直伸長構件以及緊固至所述第四水平伸長構件；以及， 第二支撐構件，緊固至所述第二垂直伸長構件和第五垂直伸長構件以及緊固至所述第四水平伸長構件，其中所述第一支撐構件和第二支撐構件形成用于桁架面板的V型支撐件。
23.根據(jù)權利要求22所述的面板，進ー步包括第三支撐構件，其在所述第三垂直伸長構件和第五垂直伸長構件之間并且緊固至所述第三垂直伸長構件、第四垂直伸長構件和第五垂直伸長構件。
24.ー種構建建筑物的方法，包括 將第一壁面板緊固至第一結構柱； 將第二結構柱垂直地緊固至所述第一結構柱；以及， 將第二壁面板緊固至所述第二結構柱，使得所述第二壁面板在所述第一壁面板的垂直上方，使得間距存在于所述第一壁面板和第二壁面板之間，并且使得所述壁面板上的垂直側向カ從所述第一壁面板和第二壁面板傳遞至所述第一結構柱和第二結構柱，而不在所述第一壁面板和第二壁面板之間垂直傳遞。
25.根據(jù)權利要求24所述的方法，進ー步包括 將第三壁面板緊固至所述第一結構柱；以及， 將第四壁面板緊固至所述第二結構柱，使得所述第四壁面板在所述第三壁面板的垂直上方，使得間距存在于所述第三壁面板和第四壁面板之間，并且使得所述壁面板上的垂直側向カ從所述第三壁面板和第四壁面板傳遞至所述第一結構柱和第二結構柱，而不在所述第一壁面板和第二壁面板之間傳遞。
26.根據(jù)權利要求24所述的方法，進ー步包括 將第一桁架緊固至所述第一壁面板，使得所述第一桁架支承至少部分地由所述第一壁面板限定的第一空間的天花板以及至少部分地由所述第二壁面板部分地限定的第二空間的地板；以及， 將第二桁架緊固至所述第二壁面板，使得所述第二桁架支承包括所述第二空間的天花板以及在所述第二空間上方的第三空間的地板。
27.根據(jù)權利要求24所述的方法，進ー步包括 將第三結構柱垂直地緊固至所述第二結構柱； 將第三壁面板緊固至所述第二壁面板的垂直上方的所述第三結構柱； 將第四結構柱垂直地緊固至所述第三結構柱； 將第四壁面板緊固至所述第三壁面板的垂直上方的所述第四結構柱； 將第五結構柱垂直地緊固至所述第四結構柱； 將第五壁面板緊固至所述第四壁面板的垂直上方的所述第五結構柱； 將第六結構柱垂直地緊固至所述第五結構柱；以及， 將第六壁面板緊固至所述第五壁面板的垂直上方的所述第六結構柱； 其中所述第一壁面板、第二壁面板、第三壁面板、第四壁面板、第五壁面板和第六壁面板上的垂直側向カ從所述第一壁面板、第二壁面板、第三壁面板、第四壁面板、第五壁面板和第六壁面板傳遞至所述第一結構柱、第二結構柱、第三結構柱、第四結構柱、第五結構柱和第六結構柱，而不在所述第一壁面板、第二壁面板、第三壁面板、第四壁面板、第五壁面板和第六壁面板之間傳遞。
28.根據(jù)權利要求27所述的方法，其中所有的壁面板包括由量型鋼制成的立柱，包括18至14量型鋼。
29.根據(jù)權利要求28所述的方法，其中每個所述立柱包括立柱腹板、第一立柱凸緣和第二立柱凸緣以及第一立柱唇緣和第二立柱唇緣，其中所述第一立柱凸緣和第二立柱凸緣與所述立柱腹板大致呈直角且在所述立柱腹板的相對側沿相同方向延伸，其中所述第一立柱唇緣和第二立柱唇緣從所述第一立柱凸緣和第二立柱凸緣的端部向內延伸，以使所述第一立柱唇緣和第二立柱唇緣平行于所述立柱腹板。
30.ー種構建建筑物的方法，包括 將第一単元化壁面板緊固至第二単元化壁面板，其中所述第一単元化壁面板包括第一壁面板以及第ー結構柱，并且其中所述第二単元化壁面板包括第二壁面板以及第ニ結構柱； 將第三単元化壁面板緊固至第四単元化壁面板，其中所述第三単元化壁面板包括第三壁面板以及第三結構柱，并且其中所述第四単元化壁面板包括第四壁面板以及第四結構柱， 將所述第三結構柱垂直緊固至所述第一結構柱，使得所述第三壁面板位于所述第一壁面板的垂直上方，并且使得所述第一壁面板和第三壁面板之間有間距；以及將所述第四結構柱垂直緊固至所述第二結構柱，使得所述第四壁面板位于所述第二壁面板的垂直上方，并且使得所述第二壁面板和第三壁面板之間有間距；以及使得所述壁面板上的垂直側向カ從所述壁面板傳遞至所述結構柱，而不是在所述壁面板之間垂直傳遞。
31.根據(jù)權利要求30所述的方法，進ー步包括 將第一桁架緊固至所述第一壁面板和第二壁面板，使得所述第一桁架支承至少部分地由所述第一壁面板和第二壁面板限定的第一空間的天花板以及至少部分地由所述第三壁面板和第四壁面板的第二空間的地板；以及， 將第二桁架緊固至所述第三壁面板和第四壁面板，使得所述第二桁架支承所述第二空間的天花板以及所述第二空間上方的第三空間的地板。
32.根據(jù)權利要求30所述的方法，其中所有的壁面板包括由量型鋼制成的立柱，包括18至14量型鋼。
33.根據(jù)權利要求32所述的方法，其中每個所述立柱包括立柱腹板，第一立柱凸緣和第二立柱凸緣以及第一立柱唇緣和第二立柱唇緣，其中所述第一立柱凸緣和第二立柱凸緣與所述立柱腹板大致呈直角且在所述立柱腹板的相對側沿相同方向延伸，其中所述第一立柱唇緣和第二立柱唇緣從所述第一立柱凸緣和第二立柱凸緣的端部向內延伸以使所述第一立柱唇緣和第二立柱唇緣平行于所述立柱腹板。
全文摘要
結構柱彼此垂直地緊固。壁面板可以緊固至結構柱，使得荷載通過結構柱傳遞而不是在壁面板之間垂直傳遞。
文檔編號E04B1/18GK102713099SQ201080061886
公開日2012年10月3日 申請日期2010年12月9日 優(yōu)先權日2009年12月18日
發(fā)明者約翰·路易斯·萬克爾, 邁克爾·J·拉斯托斯基 申請人:帕特克有限公司