結構模塊的製作方法

2023-11-03 07:27:17 1

專利名稱：結構模塊的製作方法
技術領域：
本發明涉及具有互補形狀的表面以限制相對運動的結構或建築模塊。
背景技術：
在建築中使用傳統的磚和砂漿結構顯示出了一些眾所周知的缺陷。這些缺陷包括需要技術工人以獲得平整、方正的目的；在結構建起應有速度上的缺陷，例如，砂漿固化速度的要求；以及由於磚和砂漿之間硬度的差異導致結構的壓力負載承載能力的缺陷。在最近幾年預製混凝土板的使用已經變得越來越普遍，試圖改善一些上述缺陷。這些預製混凝土板的使用有其自身的缺陷，包括在調整所述板到特定位置的困難，以及在板的移動和安裝過程中對機械設備的需求。在一些申請中，作為傳統磚和砂漿結構的替代物，互鎖的建築模塊已經被使用。在專利號為3888060的美國專利中所示的海娜磚的例子。海娜磚是在相鄰磚塊之間具有互鎖的榫槽設計的突起物。可以得到的是一邊具有突起物且在相對的一邊具有相應的凹部的建築模塊。在專利號為41124961的美國專利中示出了哈貝格磚的例子。這種類型的磚具有互補的上、下表面，在下表面上的突起物位於在上表面上的凹陷部內。互鎖建築模塊的優點是在很大程度上它們是自我定位的，並且不需要砂漿，因此允許由非技術工人快速建造建築物。在塊料鋪路中的使用互鎖模塊也是公知的。傳統的鋪砌方法依賴於相鄰鋪磚之間的摩擦接觸以防止鋪砌路面在負載作用下的運動。這種有效性依賴於許多因素，包括鋪設材料的形狀、鋪設模式以及連接砂和墊層砂的性能。這些因素很難量化，因而很難控制。試圖改善這些問題，互鎖模塊系統，例如在專利號為US6988847中所描述的，已經作為鋪砌模塊所使用。上述所有的互鎖模塊系統被設計來適應特定的建築目的。認為可取的是創造一種結構模塊設計，其都能夠用於建築和鋪路，以及其他應用。本發明旨在滿足這一願望。本發明利用拓撲互鎖的原理，其中相鄰模塊的表面具有互補的形狀。這一原理的例子可以在專利號為GB1533980的專利中發現，其中提出了具有遵循正弦曲線的側面的建築模塊。這個設計重要的缺陷是，除非相鄰模塊完全對齊的，明顯的應力集中發生在所產生的點或線加載點。這個設計還需要製造時高精度。鑑於現有技術中的困難，本發明提出了可供選擇的結構模塊設計。

發明內容
根據本發明的一個方面，提供一種具有第一端和第二端的結構模塊；每個第一端和第二端都具有多個基本上平的支撐表面，至少兩個支撐表面是成鈍角相對設置的，其中第一模塊的第一端的連接部分在形狀上與第二模塊的第二端的連接部分是互補的，並且模塊的第一端包括至少一個最遠離第二端的最外側的支撐表面和至少一個最靠近第二端的最內側的支撐表面，最外側的和最內側的支撐表面是鄰近第一端的外周。優選地，模塊的長度是寬度的二倍，且當第一模塊相對於第二模塊偏移模塊長度的一半時，連接部分可以相互連接。可以理解為，在這種設置中連接部分基本上是正方形，並且模塊的每一端具有兩個並排的連接部分。進一步優選地，每個連接部分是關於對角線對稱的，這樣第一模塊可以垂直於第二模塊設置，並且連接部分相互連接。在本發明優選地實施例中，一些支撐表面是基本垂直於模塊的側壁的。當側壁是垂直的時候，這些支撐表面是水平的，水平支撐表面可以位於兩個高度，傾斜的支撐表面在不同高度的水平表面之間延伸。可以理解為，當側壁是垂直的，並且第一端位於模塊頂部的時候，最高的水平支撐表面是最外側的支撐表面，最低的水平支撐表面是最內側的支撐表面。優選地，每個連接部分具有兩個最高的水平支撐表面位於連接部分的斜對角處；兩個最低的水平支撐表面位於連接部分的其他的角處。水平支撐表面可以均是正方形的，且邊長大約等於模塊寬度的四分之一。優選地，每個連接部分具有一點，在該點處至少四個支撐表面相交。這個點可以位於中心，並且可以代表拐點。相鄰的連接部分優選地反映模塊的中間，這樣位於沿著模塊端中間的支撐表面在兩個連接部分之間基本上是連續的。優選地，模塊是關於位於第一端和第二端之間的中間的對稱面對稱的，並垂直於側壁。


通過本發明的結構模塊涉及的優選實施例便於進一步地描述本發明。其他的實施例也是可能的，因此以下討論的特殊性不應理解為取代本發明前面描述的通用性。在附圖中:圖1是根據本發明所述的結構模塊的透視圖；圖2是圖1的結構模塊的俯視圖；圖3是用圖1的模塊建造的建築物的牆角的透視圖；圖4是用圖1的模塊建造的柱形物的一部分的透視圖；圖5 Ca)是用圖1的模塊做鋪砌面的一部分的透視圖；圖5 (b)是用圖1的模塊做可供選擇的鋪砌面的透視圖；圖6是根據本發明所述的可供選擇的結構模塊的透視圖；圖7是根據本發明所述的進一步可供選擇的結構模塊的透視圖；圖8是用圖7的結構模塊構成的雙葉牆的一部分的透視圖；圖9是用圖7的結構模塊構成的空心牆的一部分的透視圖；圖10是根據本發明類似的原理構成的結構模塊的透視圖。
具體實施例方式參照附圖，如圖1所示，結構模塊10具有第一端12、第二端14、兩個第一側壁16和兩個第二側壁18。當模塊10保持在圖1中的位置時，第一和第二側壁16、18都是垂直的，平的表面。第一側壁16是第二側壁18寬度的兩倍，這意味著，如果水平橫截面通過模塊10的中心，結果將是長度是寬度的兩倍的矩形。第一端12有多個支撐表面，包括水平的支撐表面和將在下面更詳細的描述的傾斜的支撐表面。傾斜的支撐表面均相對於水平的支撐表面成鈍角。在某些情況下傾斜的支撐表面之間也會相對於彼此成鈍角。為了描述的目的，第一端12可以被分成兩個連接部分20，通過繪製一條平行於第二側壁18的假想的分界線22，並從中間通過第一側壁16。當俯視時，每一個連接部分20都是正方形。每個連接部分20都有四個水平的支撐表面:第一個高的水平支撐表面24位於第一端12的外側角處；第二個高的水平支撐表面26，其位於連接部分20斜對角處，其沿著分界線22，並與第一個高的水平支撐表面24位於相同的高度；第一個低的水平支撐表面28位於第一端12的其他的外側角；以及第二個低的水平支撐表面30位於第一個低的水平支撐表面28的斜對角處，並與第一個低的水平支撐表面28位於相同的高度。四個水平支撐表面的每一個都是正方形，並且邊長等於模塊10寬度的四分之一。高的水平支撐表面24、26可以被描述為第一端12的最外側的支撐表面。低的水平支撐表面28、30可以被描述為第一端12的最內側的支撐表面。每一個最外側和最內側的支撐表面都位於第一端12的邊緣31。每一個連接部分20都有四個平的傾斜支撐表面。當俯視時，如圖2所示，這些表面中的每一個都是在連接部分20內被對角線所限定的四分之一範圍內。第一個傾斜表面32位於由第一個高的水平支撐表面24和第二個低的水平支撐表面30所限定的四分之一範圍內。第一個高的水平支撐表面24和第一個傾斜支撐表面32之間的夾角α是水平支撐表面之間高度差Ah的函數，tan(180° - α ) = Λh/(w/2)，其中w是模塊10的寬度。第二個傾斜表面34位於由第一個高的水平支撐表面24和第一個低的水平支撐表面28所限定的四分之一範圍內。第三個傾斜表面36位於由第二個高的水平支撐表面26和第一個低的水平支撐表面28所限定的四分之一範圍內。第四個傾斜表面38位於由第二個高的水平支撐表面26和第二個低的水平支撐表面30所限定的四分之一範圍內。相鄰的傾斜支撐表面沿高的水平支撐表面24、26之間的對角線形成峰線33，且沿低的水平支撐表面28、30之間的對角線形成谷線35。連接部分20的中心37是拐點。兩個連接部分20的支撐表面是以分界線22鏡像設置的。兩個連接部分20各自的第二個高的水平支撐表面26是相連續的，各自的第二個低的水平支撐表面30和各自的第四個傾斜表面38也是同樣相連續的。第二端14的形成與第一端12相同，這樣如果模塊IO被顛倒，它也會是同樣的。在第二端14上高的和低的支撐表面的設置是這樣的以使得模塊10的第一側壁16均是關於兩條對稱線:垂直線(與分界線22對齊)和對稱水平線對稱的。也就是說，如果模塊的平均高度是h，在高的水平支撐表面24、26之下的模塊的高度的是h+Ah，而在的低的水平支撐表面28、30之下的模塊的高度是h- Ah0
因此，模塊10的第一端12與模塊10的第二端14在形狀上不是互補的。另一方面，模塊10的第一端12的每個連接部分20與模塊10的第二端14的連接部分的另一個在形狀上是互補的。也就是說，當偏移模塊10長度的一半時，模塊10的第一端12與第二端14是互補的。顯然模塊10是關於水平對稱平面對稱的。在結構中這種設置的效用在圖3中可以看到，其顯示出用結構模塊10建造的建築物40的牆角。可以看到模塊10通過使每個單個模塊10偏移其一半長度的連續的過程，產生完全互鎖結構。此外，可以看出，每個嚙合部分都是關於它的每條對角線對稱的，當相對旋轉90°時，第一端12和第二端14各自的連接部分20是互補的。因此，圖3中所示的牆角不需要其他類型的模塊。其他有用的設置是顯而易見的。圖4顯示了完全由互鎖模塊10建造的柱形物42。圖5 Ca)和圖5(b)顯示了兩個用互鎖模塊10鋪砌路面的可能設置。可以理解的是，當正確構建時每一個支撐表面將接觸另一個模塊的支撐表面，使負荷跨越分布在模塊的端部。在相鄰模塊沒有正確對齊的位置，不是所有的支撐表面都將在一個可以轉移負荷位置的。然而，由於使用平的表面，不管怎樣，至少一對表面是相互接觸的，並能夠在整個接觸表面區域分布負荷。相比之下，對於彎曲的拓撲表面，未對準一般會導致集中負荷。本發明的其他實施例提供進一步的優點。圖6顯示了可供選擇的結構模塊50，為了有助於建造物，相鄰的支撐表面之間的邊緣被打磨呈圓形。圖7顯示了進一步可供選擇的結構模塊60，具有沿著每個傾斜支撐表面中間延伸、其內可以容納水平鋼筋6 6的水平凹槽62，和通過每個連接部分20中心的垂直插槽64，穿過垂直插槽64可以容納垂直鋼筋68。這個樣本允許用結構模塊建造更加堅固的結構。例子包括如圖8中的雙葉牆70和如圖9中的空心牆80。圖1-9所示的結構模塊是更一般類型的模塊的具體例子。這樣的模塊，其特徵在於具有根據方程式限定的上表面:
Ziixl y) = ΔΗφ(χ)φ(γ) + K和根據方程式限定的下表面:
Z2 {x, y) — !ιφ(χ + α)φ — h其中，h是在它的中線之上的模塊的平均高度；Ah是模塊的最高高度與平均高度之差；a是模塊的寬(所以2a是模塊的長，Vi )是滿足對稱性、周期性和邊界線的條件的任
意函數:
pix) = φ(—χ) ； φ{χ) = φ(χ + 2α)； φ(0) = I； φ(α) = —I; φ%0) = φ!(α) = 0.
通過這些術語的表示，圖1中模塊的上表面限定如下:ζ (X，y) =h+ Ah 由於 O^x^0.25a，O ^ y ^ 0.25a; 1.75a ^ x ^ 2a, 0 ^ y ^ 0.25a;且 0.75a ^ x ^ 1.25a，0.75a ^ y ^ a;
z (x，y) =h- Ah 由於 O^x^0.25a，0.75a ^ y ^ a; 1.75a ^ x ^ 2a, 0.75a ^ y ^a;且 0.75a ^ x ^ 1.25a，O ^ y ^ 0.25a;ix vj = 4Δ/ι(05^ x) + h 由於 0.25a ^ x ^ 0.75a，O ^ y ^ 0.5a, x ^ y, x ^ a-y;z{xfy) = 4ΑΗ^-γ^.+ Η 由於 0.25a ^ X ^ 0.75a，0.5a ^ y ^ a, x ^ y, x ^ a-y;z(x,y) = 4Ahi0'Saa 力 + 辦由於 ο.25a ^ y ^ 0.75a，0 ^ x ^ 0.5a, x ^ y, x ^ a-y;z{x}y) =4Ak(y °'5a' + h 由於0.25a^y^0.75a，0.5a^ x^ 1.5a, x ^ y, x ^ a-y, x ^ y+a，X < za-y;z{x,y) = Mh(x-^Sa) + ft 由於 1.25a ^ x ^ 1.75a，0 ^ y ^ 0.5a，x ^ y+a, x ^ za-y;z(xfy) = 4M(1.5:—+ &由於 1.25a ^ x ^ 1.75a，0.5a ^ y ^ a, x ^ y+a, x ^ za-y;z(x,y) = 4Ak(0Sa~y) + /i由於 0.25a ^ y ^ 0.75a，1.5a ^ x ^ 2a, x ^ y+a, x ^ 2a-y;圖10顯示了可供選擇的結構模塊90，其運用了根據方程式限定的曲面:
權利要求
1.結構模塊，具有第一端和第二端；每個第一端和第二端都具有多個基本平的支撐表面，支撐表面中至少兩個是成鈍角相對設置的，其中第一模塊的第一端的連接部分與第二模塊的第二端的連接部分在形狀上是互補的，並且模塊的第一端包括至少一個最遠離第二端的最外側的支撐表面和至少一個最靠近第二端的最內側的支撐表面，最外側和最內側的支撐表面均是鄰近第一端的邊緣。
2.如權利要求1所述的結構模塊，其中模塊的長度是寬度的二倍，當第一模塊相對於第二模塊偏移模塊長度的一半時，連接部分可以相互嚙合。
3.如權利要求1或2所述的結構模塊，其中每個連接部分是以對角線對稱的，這樣第一模塊可以垂直於第二模塊設置，並且連接部分相互連接。
4.如上述任一項權利要求所述的結構模塊，其中相鄰的連接部分關於模塊的中間映射，這樣位於沿著模塊端的中間的支撐表面在兩個連接部分之間基本上是連續的。
5.如上述任一項權利要求所述的結構模塊，其中一些支撐表面是基本上垂直於模塊的側壁的，當側壁垂直時支撐表面是水平的。
6.如權利要求5所述的結構模塊，其中水平支撐表面是位於兩個高度，傾斜的支撐表面在不同高度的水平表面之間延伸。
7.如權利要求6所述的結構模塊，其中每個連接部分具有兩個最高的水平支撐表面作為最外側的支撐表面，位於連接部分的斜對角處；和兩個最低的水平支撐表面作為最內側的支撐表面，位於連接部分的其他的角處。
8.如權利要求5-7任一項所述的結構模塊，其中水平支撐表面是正方形，並且邊長大約等於模塊寬度的四分之一。
9.如上述任一項權利要求所述的結構模塊，其中連接部分具有交點，在交點處至少四個支撐表面相交。
10.如權利要求9所述的結構模塊，其中交點是拐點。
11.如上述任一項權利要求所述的結構模塊，其中模塊是關於第一端和第二端之間中間的對稱面對稱的。
全文摘要
一種互鎖的結構模塊具有相對的端，每個端均具有多個基本上平的支撐表面。平的表面包括與成鈍角的表面結合的垂直的表面。模塊被設置為與其他模塊在幾個不同組合中是互補的。
文檔編號E04B2/02GK103201439SQ201180047412
公開日2013年7月10日 申請日期2011年9月30日 優先權日2010年10月1日
發明者戴維德·何森·泰·尤恩, 翰·川·克昊, 阿卡迪·維克特洛維奇·戴斯肯, 帕斯特馬克·愛麗娜, 朱瑞·薩卡羅維斯特·伊斯特 申請人:泰特洛克股份有限公司