夾層板踏步梯級的製作方法

2023-07-09 06:07:36

專利名稱：夾層板踏步梯級的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種踏步梯級，特別是用於體育場館和其它娛樂場館的座位梯級。
為了增加體育運動和其它活動的收入，理想的是使可以容納在一個體育場館或其它娛樂場館中的觀眾的數目達到最大。為此，需要提供附加的座位蹬，這經常導致這樣的結構，即其中上碗形結構座的很大一部分懸突於該結構的其它部件之上。相應地，應該使支撐這樣的座位的梯級的重量的最小，以減小該支撐結構的尺寸和成本。為減小與體育運動和其它娛樂活動相關的瞬時振動和共振，梯級必須是堅硬的，並具有足夠的質量，或者用具有良好阻尼特性的材料製成。
座位梯級的現有設計是由預應力或預澆混凝土或鋼製成。已知的梯級部段通常由整體混凝土製成，因為它允許在撐杆之間有長的淨跨度(通常為12,200mm)，且可以進行合理的共振控制，這是由於混凝土具有0.2的阻尼係數、良好的防火性和相對低的維護成本。混凝土結構的主要缺點在於，梯級部段很重，例如對於一個兩蹬梯級而言就大約是10T，其自重(靜載荷)等於加入了由於使用和佔用所產生的活動載荷後的設計。因此，需要提供更重的、更強的、更堅硬的和更貴的上部構造和基礎構造來支撐這些梯級部段，特別是對於大型懸臂座位部段而言。
為了使自重最小化，並由此減小上部構造和基礎構造的成本，這些梯級部段可由摺疊鋼板構成，這些鋼板由中間撐杆和第二鋼構架支撐。通常對於這類結構的最大跨度大約為6100mm，自重大約是等同混凝土結構的40％。然而，鋼梯級對於聲音和振動問題更為敏感，其具有0.1的阻尼係數，並具有與中間撐杆和第二鋼構架的製造和裝配相關的附加成本。
相應地，本發明的一個目的是提供一種改進的座位梯級，例如它是更輕的、在結構上是更簡單的和/或更減振的。
根據本發明，提供了一種踏步式梯級，包括一個具有上金屬板和下金屬板的夾層結構和一個塑料或聚合體材料的中間層，該中間層粘結到所述金屬板上，從而在它們之間傳遞剪力。
用於構成該踏步式梯級的夾層結構板與可進行厚度比較的鋼板相比具有增加的剛性，並避免或減少了設置剛性元件的需要。這導致只用較少的焊接或不用焊接的大大簡化的細節，從而既簡化了製造，又減少了易受疲勞或腐蝕的面積。可從US專利5,778,813和英國專利申請GB-A-2 337 022中獲知夾層板結構的其它適用於本發明的結構。該中間層也可以是一個複合核，如英國專利申請No.9926333.7所述。
優選外上金屬板和下金屬板具有從2mm到10mm範圍內的厚度，中間層具有從10mm到100mm範圍內的厚度。為了提供用於座位的空間，梯級的踏步(深度)優選在從600mm到1200mm範圍內。梯級的斜度優選在從20°到45°的範圍內。外金屬板優選是平行的，但不一定是必須平行的。
本發明提供了一種梯級，其具有一個或多個蹬(臺階)，典型地是兩個，並通過設置例如長度為6-20m的長淨跨度而提供了優於傳統結構類型的獨特優點，該淨跨度是可與預應力混凝土或預澆混凝土比較的，但重量卻減輕了大約70％，並提供了較簡單的結構，其不需要與相同跨度的全鋼梯級相關的輔助鋼構件。該塑料或聚合體(例如聚氨酯彈性體)核充當一種天然減振劑，減小振動(用於根據本發明的梯級的阻尼係數可以在0.4和0.5之間)，並提供優良的隔音特性；同時改善了舒適性和安全性。此外，本發明所提供的結構允許在不焊接的條件下使用不相似的金屬。因此可以是易受磨損的表面使用便於維護、延長使用壽命並保持其視覺上的吸引性的耐腐不鏽鋼，內側表面使用廉價的結構鋼，這些結構鋼可以通過使用螺栓連接到託架梁上的T軸端部段進行焊接或螺栓連接。這些結構鋼可以電鍍或塗敷環氧樹脂或富鋅油漆，以提供適當的耐腐保護。
這些梯級部段可在受控條件製造，以提供具有良好尺寸精度的優質結構部段。用於欄杆、座位和縱向連接密封劑的連接可以與那些用於預應力混凝土或預澆混凝土的連接相似。可以包括入滴水唇部和互鎖縱梁，以便於水流出和裝配，並限制梯級的水平撓曲。
在本發明的實施例中的集成引導件、互鎖且滴水延伸的梯級板以及螺栓連接部簡化了梯級的放置和安裝。兩蹬式梯級通過引導板與下面的部段對齊並螺栓連接到託架梁上。如果兩塊板中的一塊在運輸或安裝中被偶然拉開，沿引導邊緣例如每1000mm設置的附加螺栓可防止粘結脫離。
可選擇地是，該夾層板梯級可以被焊接成封閉的，以完全包住塑料核。這會取消對多個複雜可調節的模具來形成一個用於澆注塑料核的封閉件的需要，從而簡化了形狀部段、例如在碗形結構端部的楔形部段的製造。此外，這種類型的沿邊緣沒有任何暴露的塑料的部段具有優良的阻燃性，並可被用於體育場館中那些必須被設計成防火的部分。
根據本發明的梯級可以被設計成滿足涉及振動和撓度控制以及板處理的相關耐用性標準和結構限制。踏板和梯級的強度和剛度可通過指定兩個不同的核的厚度來調整，以改善特性，同時使成本和重量最小化。所得到的結構是輕質的、堅硬的，通過核本身的阻尼特性提供了比使用堅硬的鋼板和卷制部段(輔助的鋼構件)或者使用預應力混凝土建造的梯級改善的結構和振動響應特性。
下面將結合對示例性實施例的說明和所附簡圖進一步說明本發明，附圖所示為

圖1是一個其中可以使用本發明的座位梯級的體育場館的平面圖；圖2是圖1的使用了本發明的座位梯級的體育場館的部分橫截面圖；圖3是根據本發明第一實施例在不焊接條件下構成的座位梯級的立體圖；圖4是根據本發明第二實施例焊接的座位梯級的端面圖；圖5是圖3的座位梯級的部分橫截面圖，示出了與上撐杆和一個相鄰梯級的連接；圖6是一個相似於圖4的座位梯級的圖5的視圖；圖7是圖3的座位梯級的部分放大立體圖，示出了如何將梯級固定到一個撐杆託架上；圖8和9是可選擇的撐杆託架的立體圖；圖10是焊接到根據本發明的座位梯級上的圖8的安裝託架的俯視圖11是一個立體圖，示出了用於將一個欄杆安裝到本發明的座位梯級上的布置形式；圖12是一個立體圖，示出了用於將一個欄杆安裝到本發明的座位梯級上的一種可選擇的布置形式；圖13是一個立體圖，示出了用於將一個座位託架安裝到本發明的座位梯級上的布置形式；圖14是一個橫截面圖，示出了兩個根據本發明的座位梯級之間的密封布置形式；圖15是一個橫截面圖，示出了兩個根據本發明的座位梯級之間的一種可選擇的密封布置形式；圖16-18以平面圖示出了梯級的可選擇的形狀；和圖19是一個根據本發明的梯級的可選擇的形狀的橫截面圖。
在這些附圖中，相同的部分用相同的參考標號進行標記。
圖1示出了一個體育場館1，其在一側具有一個直立的看臺(上碗形結構)2，該看臺包括傾斜的座位部段3。在平面圖中，這些座位部段在中場處大致為矩形並向外延展，從而在看臺的邊緣處為梯形(楔形)。座位部段3通常在下端部具有大約36英尺(大約11m)的寬度，在上或外邊緣具有大約40英尺(大約12.5m)的寬度。在圖2中示出了通過這樣一個座位部段的橫截面。從圖中可以看出，看臺的上碗形結構由一系列安裝在撐杆梁5上的座位梯級4構成，該撐杆梁懸撐在該體育場館的其它部分之上。座位梯級也可以被放置在數個水平高度上，以使最佳觀看位置處的座位數目最多。
在圖3中以立體形式示出了一個兩蹬梯級4，其包括通過第一級高43連接的上踏板41和下踏板42。第二級高44從第一踏板41的後邊緣向上伸出，一個唇部45從踏板42的前邊緣向下伸出。
該兩蹬梯級可以通過兩個例如4mm厚的折制的板10、11和一個例如結構聚氨酯彈性體的塑料核12構成，該塑料核在踏板中例如為40mm厚，在級高中例如為20mm厚，如圖4所示。一個11m的梯極重量約為3T或在投影水平面積上是大約每平方英尺30磅(大約145kgm-2)。鋼部段可由一個單一的卷板構成，該板在折制或卷製成形之前需要進行有限的切割以調整其大小。這些折制後的板被置入具有適當的間隔件(例如剪力螺栓或塑料(彈性體)間隔件)和側模部段的鋼模(模具)中。關閉該模，將聚氨酯彈性體核例如通過一個或多個Puromat PU150高壓計量機在大約200-400秒的時間內注入該封閉的空腔中。在注塑完成後開始選擇凝膠和凝固劑。該部段可以在一小時內脫模。模(模具)的使用確保相對薄的折制板被適當地放置和支撐，從而實現尺寸精確性。鑽制螺栓孔的最終尺寸通過冷切割而定(只對於楔形部段，如果需要的話)，向該結構鋼板塗敷環氧樹脂塗層以完成該梯級部段。車間製造和精加工確保了一種高質量的結構產品。這些部段可以預製並存儲在工地以外，直到需要。在注入核材料之前可以在該結構板上焊接兩層板，以降低連接梯級部段和撐杆梁的螺栓連接處的局部承壓應力。
該梯級部段包括便於提升、簡化就位和安裝的細部結構(固定在引導件中的用於對齊的展開邊、滴水唇部、堵縫、提升附件)。這些梯級部段是堅硬的，與混凝土部段相比是相對輕的，且易於提升和螺栓就位。根據本發明的梯級部段可以比混凝土梯級更快地豎立起來，因為它們更為堅固，並且如果該部段在安裝過程中被誤操作，不易於碎裂和斷裂。塗敷了縱向連接密封劑，預製不鏽鋼樓梯部段被栓接就位。座位和扶手的安裝可按與那些用於預製混凝土梯級的方法相似的方法完成，例如鑽制和用螺栓連接例如Hilti(TM)膨脹或環氧樹脂或錨栓。可以按需設置特殊的附件和排水管。
圖4是一種可選擇結構的端視圖，其中梯級4′被焊接成整體包住塑料核。折制上板10′和下板11′以封閉住長邊，並提供簡單的焊接細部，並使凸邊61和凹邊62匹配以適於螺栓連接梯級部段，如圖6所示。端板100被切割成形，並在兩端進行裝配和焊接，以封閉該部段。
圖5和6示出了第一梯級4-1和第二梯形4-2之間的連接的細節，以及第一梯級4-1或4′-1向撐杆梁5的安裝細節。第一梯級4-1、4′-1的第二級高44齧入上一個梯級4-2、4′-2的唇部45中。唇部45具有展開的邊47，其作用為滴水唇，對於非焊接結構而言，螺栓46將內板10和外板11以及核12保持在一起，以防止在運輸中野蠻操作或安裝中錯位的情況下的分層。在進行焊接的實施例中，螺栓46′將梯級4′-1的凸端61連接到梯級4′-2的凹端62上。為了將每一個梯級安裝到撐杆梁5上，設置了T形託架6。這些託架被螺栓62、61螺栓連接到座位梯級4的級高44、43上以及撐杆梁5上。
圖5和6示出了T形託架6在一個座位梯級邊緣處的定位，從而兩個縱向相鄰的梯級被螺栓連接到一個單個的託架6上。如圖7所示，在梯級部段就位之前託架6被螺栓連接到撐杆梁5上並作為輔助預製的梯級在安裝中就位的對齊引導件。
圖8中示出的一個可選擇的託架6′具有一個平的前表面63，該前表面被製備用於與級高43、44的背部的焊接；這在圖10中進行了表示。在圖9中示出的另一個可選擇的焊接託架6″包含有一個便於豎起的座位角101。
圖11和12示出了用於安裝欄杆柱7、7′的可選擇的布置形式。如圖4中所示，欄杆柱7可通過託架71被焊接或錨接到第一梯級4-1的級高44上，在其連接處附近有水平和垂直相鄰的梯級4-2、4-3和4-4。在圖12中，欄杆柱7′焊接到一個L形的託架73上，從而欄杆柱7′從梯級4-2的下踏板42向上延伸。託架73延伸越過梯級4-2的邊緣，並圍繞唇部45彎曲以栓接或錨接到梯級4-1的上級高44上，此外還栓接或錨接連接到梯級4-2的下踏板42上。
圖13示出了一個用於安裝一個座位託架8的布置形式；該座位託架可被栓接或錨接到梯級4-1的上級高44上。
在圖14和15中示出了兩個可能的縱向連接密封劑細節50、50′，它們用於防止兩個梯級部段的端部之間的滲水。第一種是(圖14)使用填縫料50(類似於預應力混凝土梯級)，第二種是(圖12)使用彈性膜片51或可用一個雙面結構帶52粘結到每一個梯級4的外板10上的波紋形彈性不鏽鋼條，其中該雙面結構帶將該鋼條粘結到4mm的不鏽鋼板上，就好象是焊接上一樣。可以在膜片51粘結到梯級上的部位的頂部設置附加的保護性不鏽鋼片53。該填縫料或彈性條允許連接處由於因季節溫度改變而導致的梯級部段長度變化所產生的膨脹或收縮，並且一旦蹬部段被栓接就位，該填縫料或彈性條是容易安裝的。
本發明的兩蹬式梯級可以承受臨界載荷的組合，其包括下述中的一種或多種自重、0.14kPa(3psf)的座位靜載荷、在水平投影面積上均勻分布的或通過座位託架施加的4.8kPa(踏板，100psf)的使用和佔用所產生的活動載荷、1.92kPa的風力載荷(吸力或壓力)、1.2kPa的雪荷載和具有適當載荷因子的適當欄杆載荷。所有螺栓連接或焊接的連接部都能夠符合CAN/CSA S16.1-94鋼結構極限狀態設計。前三階主振型最高頻度可以限制在1Hz。此外，每一蹬可以被設計成能適應長度上由於+/-40℃(72°F)溫度波動所引起的變化。這可以通過在每一端的用於螺栓連接的帶餘量尺寸的孔來適應長度上由於溫度變化所引起的變化而實現。
在本發明的各種變形形式中，折制板被放置在一個帶有彈性體間隔件和側模部段的模(模具)中。該模可以被構造成可適應一側模部段和兩模部段的可變位置，以允許製成寬度變化的或楔形的部段。該模也可以設置固定調節以適應變化的梯級高度和踏板長度。通過拱形的或斜的踏板可以容易地實現排水。可以使用例如跳棋盤圖案的型材板將防滑磨損面併入上板10中。
楔形部段(用在相鄰撐杆之間所需的斜接邊緣處，例如在展開的座位部段中)或者可被製成正確的平面尺寸或者被製成垂直於最長的平面尺寸，並用細齒帶鋸切割成正確的楔形。
圖16-18以平面圖的形式示出了梯級的可選擇的形狀。在圖16中所示的梯形110的基本形式在平面圖中是矩形的，並具有範圍在6-20m的長度L。對於看臺的彎曲的或多邊形的部段而言，可以使用如圖17中所示的梯形平面的梯級111。在這樣的梯級中，最大長度L可以6-20m的範圍內，但最小長度1略小一些。對於角部段而言，可以使用如圖18中所示的三角形平面的梯級112。這樣的梯級的最大長度L可以和所需的情況一樣小。也可以設置用於特殊目的的更複雜的形狀。
圖19以模截面形式示出了梯級113的一種可選擇的形式。該梯級113在下踏板42的外緣處具有一個直立壁部段114，從而壁部段114、踏板42和級高43構成一個「浴缸」部段。當該部段用在蹬的底部或密封部段時，壁部段114形成一個周向圍欄。壁部段114的頂部可以是帶角度的或是彎曲的，以防止觀眾在其上置留物體，例如飲料。材料上金屬板10和下金屬板11和上述梯級部段的其它金屬部分優選由結構鋼製成，如上所述，但是在輕質、耐腐蝕或其它具體特性是必需的應用場合中，它們也可以由鋁、不鏽鋼、鍍鋼或其它結構合金製成。該金屬優選具有240Mpa的最小屈服強度和至少10％的伸長率。
中間層(結構塑料核)在使用該構件的環境中最大預料的溫度下應該具有至少250Mpa的最小彈性模量E，優選具有275Mpa的最小彈性模量。在民用建築應用中該溫度最高可以是100℃。
該核材料(塑料或聚合物)在最低工作溫度下的展延率必須大於金屬層的大約為20％的展延率。對於該核材料在最低工作溫度下的展延率的一個優選值是50％。該核材料的熱係數也必須非常接近於鋼的熱係數，從而在整個預期工作範圍內和在焊接過程中的溫度變化不會導致分層。兩種材料的熱係數可以區分的程度將部分地取決於核材料的彈性，但確信的是該核材料的熱膨脹係數可以是金屬層的熱膨脹係數的大約10倍。可以通過添加填充劑來控制該熱膨脹係數。
核和金屬層之間的粘結強度在整體工作範圍上必須至少是0.5MPa，優選是6Mpa。這優選通過核材料向金屬的自然粘結來實現，但也可以使用附加的粘結劑。
該核材料優選是一種聚氨酯彈性體，並可以主要包含有帶有異氰酸酯或二異氰酸酯的多元醇(例如聚酯或聚醚)、增鏈劑和填充劑。如果需要，設置填充劑來降低中間層的熱係數，降低其成本，另外控制彈性體的物理特性。也可以包括其它的例如改變機械特性或其它特徵(例如粘結性和耐水性或耐油性)的添加劑和阻燃劑。
雖然在上文中說明了本發明的一個實施例，但是應該理解這只是示例性，並不意味著對本發明的限制，該範圍在附後的權利要求書中進行了限定。特別是，所給出的尺寸旨在指導性的，並不是規定性的。同樣，本發明已通過對一種座位梯級的說明進行了示例，但是應該理解本發明可應用於踏步式結構的其它形式。
權利要求
1.一種踏步式梯級，包括一個具有上金屬板和下金屬板的夾層結構和一個塑料或聚合體材料的中間層，該中間層粘結到所述金屬板上，從而在它們之間傳遞剪力。
2.按權利要求1所述的踏步式梯級，其中，所述梯級是一個座位梯級。
3.按權利要求2所述的踏步式梯級，還包括用於至少一個座位和/或欄杆的安裝細部結構。
4.按上述權利要求1-3中任一項所述的踏步式梯級，其中，所述梯級具有一個從6m到20m的最大長度。
5.按上述權利要求中任一項所述的踏步式梯級，其中，所述踏步式梯級具有一個從600mm到1200mm的樓梯踏步。
6.按上述權利要求中任一項所述的踏步式梯級，其中，所述上金屬板和下金屬板通過折制或卷製成形各自的平面而構成。
7.按上述權利要求中任一項所述的踏步式梯級，其中，在所述踏步式梯級的踏板中的所述中間層比在級高中的所述中間層厚。
8.按上述權利要求中任一項所述的踏步式梯級，其中，在所述踏步式梯級包括一個或多個大體水平的踏板和一個或多個大體垂直的級高。
9.按權利要求8所述的踏步式梯級，其中，所述級高之一將所述踏板中的一個上踏板的前邊緣連接到所述踏板中的一個下踏板的後邊緣上，所述第二級高從所述上踏板的後邊緣向上延伸，所述下踏板的前邊緣具有一個向下伸曲出的唇部。
10.按權利要求9所述的踏步式梯級，其中，所述上金屬板和下金屬板在所述唇部中是展開的，以容納一個相同的踏步式梯級的上級高的上邊緣。
11.按上述權利要求中任一項所述的踏步式梯級，其中，所述上板由與所述下板不同的金屬或合金製成。
12.按權利要求11所述的踏步式梯級，其中，所述上板比所述下板更耐腐蝕。
13.按上述權利要求中任一項所述的踏步式梯級，其中，所述上板比所述下板薄。
14.按上述權利要求中任一項所述的踏步式梯級，其中，所述上板進行了防腐處理，例如富鋅油漆噴塗、環氧樹脂塗漆或電鍍。
15.按上述權利要求中任一項所述的踏步式梯級，其中，所述上板具有從2mm到10mm範圍內的厚度，所述下板具有從2mm到10mm範圍內的厚度，所述中間層具有從10mm到100mm範圍內的厚度。
16.按上述權利要求中任一項所述的踏步式梯級，其中，所述中間層由塑料材料製成，優選是一種緻密的彈性體。
17.按上述權利要求1-16中任一項所述的踏步式梯級，其中，所述中間層具有一種形式並包括所述塑料或聚合體材料，所述塑料或聚合體材料佔據所述上金屬板和下金屬板之間的不被所述形式佔據的空間。
18.按權利要求17所述的踏步式梯級，其中，所述形式包括泡沫，所述塑料或聚合體材料是彈性體。
19.一種觀眾看臺，其具有至少一種按上述權利要求中任一項所述的踏步式梯級。
全文摘要
一種用於體育場館的兩蹬式座位梯級，包括通過固體彈性體核粘結在一起的上金屬板和下金屬板。該彈性體核在踏板和級高中具有不同的厚度。下踏板具有一個唇部，在該唇部中上述金屬板是展開的以便於與下面的梯級對齊。
文檔編號B32B3/02GK1469960SQ0181749
公開日2004年1月21日 申請日期2001年9月13日 優先權日2000年10月17日
發明者S·J·甘迺迪, S J 甘迺迪 申請人:智能工程(巴哈馬)有限公司