專利名稱：結構元件及制造該元件的方法
技術領域：
本發明涉及結構元件、包括所述元件的建筑物及制造該元件的方法。
背景技術：
幾乎所有用在許多不同場合的建筑結構比如建筑物都包括用作墻、頂或類似物的一些類型的結構元件。存在為此目的而采用的許多不同類型的預制造的結構且通常這些結構都具有一些嚴重的問題。首先，這些結構都具有質量問題，因為它們不能滿足關于公差和外觀的要求，這是因為最終的墻元件的尺寸以及表面狀況有很大不同。其次，所有這些預制造的元件相對于其尺寸來說都是重的，這使得元件的運輸和在框架結構中的安裝復雜、耗時且最終
是昂貴的。因此，需要一種具有需要的質量并且能夠在期望的公差內以合理的成本制造的預制造的結構元件。發明概述在獨立權利要求1中限定的本發明滿足上述需要。用于建筑結構的結構元件具有基本上相互平行延伸的至少第一側和第二側。該元件包括連續板；連續隔離層，其具有與板基本上相同的尺寸，所述隔離層與板對齊并結合到板的一側；高性能混凝土的第一承載梁和第二承載梁，其沿所述第一側和第二側延伸；高性能混凝土的至少一個長形承載元件，其在所述第一承載梁和第二承載梁之間橫向地延伸；其中所述長形承載元件以及所述第一承載梁和第二承載梁在隔離層的背離板的一側的溝槽中延伸，所述承載元件以及第一承載梁和第二承載梁與板隔開。根據本發明的元件提供一種能夠被預制造成期望的公差的非常堅固且輕的元件。 這是可能的，因為承載元件與第一承載梁和第二承載梁相結合提供了期望的結構強度，而這能減少板中材料的量。根據本發明的元件的一個基本特征是在承載元件中使用高性能混凝土。高性能混凝土與常規的普通的混凝土的不同之處在于高性能混凝土具有較高的壓縮強度。高性能混凝土的壓縮強度超過80MPa。而且，混凝土漿的水/混凝土比例應小于0.39。該比例確保水的量相對于混凝土的量足夠低以達到期望的強度。指定的高性能混凝土具有許多有優勢的性能，比如在固化期間幾乎不收縮，不隨時間的推移發生蠕變等。在混凝土固化期間幾乎不發生收縮的事實對于確保元件的高質量和窄公差來說非常重要。根據本發明的元件能在分離的工廠中預制造以減少在結構工作位置必須完成的工作的量，這節省時間。而且，該元件降低元件重量，這也將對建筑物成本具有積極的影響， 因為重量減小將使得減小建筑框架和許多與其相關的結構中的增強物和材料的量成為可能。這些方面與元件的運輸和操縱成本的減少相組合將最終大大地降低建筑成本。
在結構元件的一個實施方式中，連續板由高性能混凝土、膠合板、塑料或石膏制成。通過選擇板材料和表面性能，板能被預制造成較高的程度且減少另外必須完成來達到元件的期望外觀和公差的工作。在結構元件的一個實施方式中，板具有至少5mm的厚度，且優選地超過10mm。為了能夠以合理的成本制造該元件且達到期望的元件強度，板必須是至少5mm。然而，如果板能夠承受載荷，則厚度必須被增加到高達約60mm。在結構元件的一個實施方式中，溝槽具有至少30mm的深度和至少IOmm的寬度。該實施方式確保承載元件具有期望的強度且能夠以合理的成本制造。在結構元件的一個實施方式中，承載元件由用非金屬纖維增強的高性能混凝土制成。纖維增強混凝土的使用提供給非常容易制造的承載元件足夠的強度。在結構元件的一個實施方式中，承載元件和/或承載梁包括至少一個長形鐵加強桿。鐵加強桿是一種確保元件具有期望的結構強度的可靠解決方案。在結構元件的一個實施方式中，隔離層由微孔塑料制成。該材料具有相對較低的成本且提供對于板的強的附著。此外，在微孔塑料中形成溝槽是相當容易的。在結構元件的一個實施方式中，隔離層包括多于一層的隔離材料層且一個層由微孔塑料制成。隔離層可包括多層不同的隔離材料以便使元件適合用在有變化需要的不同結構內。比如，元件可制造為具有高的隔熱或隔聲性能。然而，元件仍包括一層微孔塑料以便于溝槽的形成以及承載元件在溝槽中的筑造。在結構元件的一個實施方式中，在隔離層的相對于連續板的相對側上布置了第二連續板。元件的該實施方式提供一種使預制造更加成為可能的元件，因為元件的相對側也被加工有也有助于減少需要的建筑時間的期望表面。在結構元件的一個實施方式中，第二板由高性能混凝土制成且與承載元件和承載梁整體形成。該實施方式提供關于元件重量具有非常高的強度的元件。在結構元件的一個實施方式中，元件包括一個或多個開口。該實施方式是非常有利的，因為元件可以被預制造有用于比如窗的開口。在結構元件的一個實施方式中，元件包括平行于承載元件延伸的一個或多個承載柱。柱由增強型高性能混凝土形成以便能夠比承載元件承受高的載荷。該結構元件能比如用在建筑物中，其中所述元件用作墻或頂。如果結構元件用作外墻，則板優選地轉為面向內，且如果板在頂中使用，則板優選地定位成面向外。結構元件是具有低重量的混凝土建筑物的建筑的一個重要構件。本發明還涉及制造根據上述任一實施方式的結構元件的方法。該方法包括以下步驟a.在水平放置的模具中定位板，或筑造板；b.在板的上表面上布置具有預制造的溝槽的隔離層；c.將高性能混凝土注入溝槽或多個溝槽，以筑造長形承載元件；d.使高性能混凝土固化；以及e.從模具中取出元件。所要求保護的方法提供一種預制根據本發明的結構元件的非常有效的方法。該方法確保能在生產廠內有效地制造的高質量的最終產品。
在該方法的一個實施方式中，該方法還包括進一步提供高性能混凝土并且在混凝土開始固化之前在隔離層的頂部筑造第二板的步驟。如果在元件的兩側都需要連續板時， 該實施方式是有優勢的。在該方法的一個實施方式中，該方法還包括在添加混凝土之前在溝槽內布置至少一個加強桿的步驟。元件和制造所述元件的方法的不同的實施方式當然能被組合而不偏離本發明的范圍。而且，本發明的優點和細節將在詳述中認識到。附圖簡述本發明的不同實施方式在附圖中示出，在附圖中
圖1、2和3示出隔離層的不同實施方式的橫截面圖。圖4示出隔離層的垂直橫截面。圖5示出用在墻元件中的隔離層的前視圖。圖6示出圖5中的墻元件的水平橫截面圖。圖7示出結構元件的第二實施方式的水平橫截面圖。圖8示出預期包括承載柱的隔離層和板的水平橫截面圖。圖9、10和11示出穿過結構墻元件的不同的垂直橫截面。圖12示出安裝在建筑框架中的結構墻元件的示意圖。圖13示出根據本發明的結構元件的又一實施方式。詳述現將首先參考圖6詳細描述根據本發明的結構元件10的第一實施方式。圖6示出穿過結構元件的第一實施方式的水平橫截面。元件10包括連續板11、隔離層12、多個長形承載元件13、承載柱14和開口封閉物15。板11優選地具有基本上恒定的厚度，但是也可以被設計成在元件的不同部分內具有不同的厚度，以便節省板上的載荷被限制的區域的材料和重量。板厚度以及板的材料由元件上預期的載荷和元件的預期用途決定。板厚度應優選地保持盡可能小，以減小板中重的且昂貴的材料的量以及結構元件的總體重量。板材料可以比如為鋼筋混凝土、膠合板等，取決于元件的預期用途。在圖1-3中更詳細示出的隔離層12被與板11對齊并結合到板11的一側。隔離層可以比如通過粘合劑而結合到板，粘合劑提供足夠強度的結合度以將隔離層維持在關于板的指定位置。為了方便將隔離層結合到板，隔離層12的接觸表面16可以具有不同的結構。隔離層由一層組成或由選擇成給結構元件提供關于比如隔熱或聲的特定性能的多個不同的層組成。隔離層可以由多種不同的材料或者類似微孔塑料的材料的組合制成。 微孔塑料相比許多其他材料的一些優勢在于，微孔塑料能夠產生溝槽，稍后將以簡單的方式來解釋該溝槽。在隔離層的相對側，圖6，在隔離層12中布置了溝槽17。溝槽17預期用來形成承載元件13，且基本上是直的，并在同一縱向方向彼此跨過隔離層的表面延伸預定的距離，如圖5所示。溝槽17與板11隔開并且不完全穿過隔離層12延伸到板11的表面。在溝槽17中，設置了承載元件13以便提供結構元件10的期望的結構強度。在圖5的實施方式中，承載元件13在垂直方向延伸以支撐建筑物中存在的垂直載荷并提供給元件所期望的穩定性以便使其能夠承受來自比如風的載荷。然而，承載元件還能布置成在水平方向延伸以產生格柵形支撐框架并且進一步提高結構元件的強度。溝槽17的寬度和深度選擇成確保承載元件13，以及因此也確保結構元件10將具有期望的強度。溝槽中的長形承載元件17由高性能混凝土制成。為了確保承載元件的期望的強度，承載元件優選地設置有至少一個加強桿，未顯示，其在溝槽內延伸。為了便于結構元件10的安裝工作，只要溝槽的其余區域能提供期望的元件強度， 能將電纜引導穿過隔離層12中的溝槽17。圖5揭示了由本發明的結構元件形成的結構墻元件19的隔離層。墻元件具有大體矩形的形狀，具有在水平方向延伸的第一側21和第二側22。承載元件17在垂直方向延伸，與墻元件19的第一側21和第二側22基本上成橫向。在圖7中，結構元件20的第二實施方式被示出。該實施方式與之前的實施方式的不同之處在于該元件包括置于隔離層12的相對側上的第二板23。結構元件的該實施方式提供了在中間隔離層的兩側上具有連續層的元件。在圖6和7所述的實施方式10、20中，示出了承載柱14。承載柱的橫截面積比長形承載元件的橫截面大以便能夠承載較大的載荷。承載柱14布置成與第一板11接觸，這同與板隔開地布置在隔離層的相對側上的承載元件形成不同。承載柱14通過分開隔離層12并在隔離層的相鄰定位的兩部分之間產生間隙M 來制成，如圖8所示。在將混凝土倒入模具以筑造柱之前在該間隙內設置加強桿。該柱在使用時在垂直方向設置在建筑物內，以作為建筑物框架中的一個部件起輔助作用。柱14優選地具有比隔離層12略小的寬度且因此不完全延伸到隔離層的表面。為了不對結構元件的隔熱產生負面影響，用隔離材料25填充隔離層的表面和柱之間的空間。為避免混凝土滲入板11的表面和隔離層之間，可以在間隙M的下部設置U形金屬型材26。在圖9、10和11中，示出了穿過結構元件20的垂直橫截面。在這些圖中，示出了在水平方向沿元件10的頂側21和頂側22延伸的第一承載梁27和第二承載梁觀。這些梁連接到承載元件13，如圖10所示，以便提供圍繞結構元件10的剛性框架。該框架對于提供能夠在安裝在建筑物框架中之前運輸和操縱元件所需的期望的元件強度來說非常重要。額外的溝槽四沿隔離層12的第一側和第二側的邊緣延伸以便與模具結合來形成第一承載梁 27和第二承載梁28。而且，結構元件在邊緣周圍被設計成與結構元件預期安裝的框架相匹配。能以許多不同的方式完成每個元件的最終固定，取決于建筑物和元件的特定用途和設計。本結構元件10、20通過包括以下步驟的所要求保護的方法來制造a.在水平放置的模具中定位板11，或筑造板11 ；b.在板11的上表面上布置具有預制造的溝槽17的隔離層12 ；c.將高性能混凝土注入溝槽17、24、四或多個溝槽17、對、29，以筑造長形承載元件17和承載梁27、28 ；d.使高性能混凝土固化；以及e.從模具取出元件10、20。該制造結構元件的方法使得能夠以有效的方式、以合理的成本來預制造元件，因
7為承載元件17和梁27J8在一個步驟中通過將混凝土注入模具而形成，其中隔離層12，與外部模具組合，用來形成元件的支撐結構。在包含第二板23的板的實施方式中，該第二板23優選地通過利用所要求保護的方法且在步驟c.將較大量的高性能混凝土注入模具使得混凝土填充隔離層12中的溝槽 17,27,28并且整個隔離層由混凝土覆蓋來形成，從而在隔離層頂部形成第二板23。如圖5中看到的，結構元件可以設置有用于窗和門的開口。為避免隔離層在開口中露出，這能通過所要求保護的方法來防止。這通過設計模具使得在模具的定位在指定開口的區域的邊緣的表面和隔離層之間形成小的凹部來防止。這意味著，在混凝土被加入隔離層的溝槽中的同一步驟中，隔離層的邊緣將由高性能混凝土覆蓋。在圖12中，示意性地揭示了結構墻元件以方便理解本發明的結構元件的使用。在圖13中，示出了根據本發明的結構元件30的又一實施方式。該元件此外包括被分成兩個不同層31、32的隔離層，而且第二隔離層33被定位在板的背離隔離層的一側。 該第二隔離層33提供給元件高的聲阻尼性能。盡管在此描述了本發明的一些目前優選的實施方式，但是應理解這些實施方式能以任何合適的方式組合而不偏離本發明的范圍。本發明不限于所公開的實施方式，而是涵蓋并包括由所附權利要求包含的任何和全部修改和變化。
權利要求
1.用于建筑結構的結構元件(10；20 ；30)，所述元件具有基本上相互平行延伸的至少第一側和第二側(22)，所述元件包括連續板(11)；連續隔離層(12)，其具有與所述板基本上相同的尺寸，所述隔離層與所述板對齊并被結合到所述板的一側；高性能混凝土的第一承載梁(XT)和第二承載梁( )，其沿所述第一側和所述第二側延伸；高性能混凝土的至少一個長形承載元件(13)，其在所述第一承載梁和所述第二承載梁之間橫向地延伸；其中所述長形承載元件以及所述第一承載梁和所述第二承載梁在所述隔離層的背離所述板的一側中的溝槽(17，29)中延伸，所述承載元件以及所述第一承載梁和所述第二承載梁與所述板隔開。
2.根據權利要求1或2所述的結構元件(10；20 ；30)，其中所述連續板(11)由高性能混凝土、膠合板、塑料或石膏制成。
3.根據權利要求1、2或3所述的結構元件(10；20 ；30)，其中所述板(11)具有至少5mm 的厚度，且優選地具有至少IOmm的厚度。
4.根據前述權利要求中任一項所述的結構元件(10；20 ；30)，其中所述溝槽(17)具有至少30mm的深度和至少IOmm的寬度。
5.根據前述權利要求中任一項所述的結構元件(10；20 ；30)，其中所述承載元件(13) 和/或所述承載梁07，觀)由用非金屬纖維增強的高性能混凝土制成。
6.根據權利要求1-4中任一項所述的結構元件(10；20 ；30)，其中所述承載元件(13) 和/或所述承載梁(27，28)包括至少一個長形鐵加強桿。
7.根據前述權利要求中任一項所述的結構元件(10；20 ；30)，其中所述隔離層(12)由微孔塑料制成。
8.根據權利要求1-6中任一項所述的結構元件(30)，其中所述隔離層包括多于一層的隔離材料的層(31,3 且一個層由微孔塑料制成。
9.根據前述權利要求中任一項所述的結構元件OO;30)，其中在所述隔離層的相對于所述連續板(11)的相對側上布置了第二連續板03)。
10.根據權利要求9所述的結構元件QO；30)，其中所述第二板03)由高性能混凝土制成且與所述承載元件和所述承載梁整體形成。
11.根據前述權利要求中任一項所述的結構元件(10；20 ；30)，其中所述元件包括一個或多個開口。
12.根據前述權利要求中任一項所述的結構元件(10；20 ；30)，其中所述元件包括平行于所述承載元件延伸的一個或多個承載柱(14)。
13.一種建筑物，包括根據權利要求1-12中任一項所述的至少一個結構元件(10 ；20 ； 30)，其中所述元件用作墻或頂。
14.制造結構元件(10；20 ；30)的方法，用于制造根據權利要求1-12中任一項所述的結構元件(10 ；20 ；30)，所述方法包括以下步驟a.在水平放置的模具中定位板(11)，或筑造板(11)；b.在所述板的上表面上布置具有預制造的溝槽(17二4，29)的隔離層(12)；c.將高性能混凝土注入所述溝槽(17二4，29)或多個溝槽，以筑造長形承載元件和第一承載梁和第二承載梁；d.使所述高性能混凝土固化；以及e.從所述模具中取出所述元件。
15.根據權利要求14所述的制造結構元件QO；30)的方法，還包括進一步提供高性能混凝土并且在所述混凝土開始固化之前在所述隔離層的頂部筑造第二板的步驟。
16.根據權利要求14或15所述的制造結構元件(10；20 ；30)的方法，還包括在添加所述混凝土之前在所述溝槽內布置至少一個加強桿的步驟。
全文摘要
本發明涉及用于建筑結構的結構元件(10；20；30)。該元件具有基本上相互平行延伸的至少第一側(21)和第二側(22)并包括連續板(11)；連續隔離層(12)，其具有與板基本上相同的尺寸，所述隔離層與板對齊并結合到板的一側；高性能混凝土的第一承載梁(27)和第二承載梁(28)，其沿所述第一側和第二側延伸；高性能混凝土的至少一個長形承載元件(13)，其在所述第一承載梁和第二承載梁之間延伸；其中所述長形承載元件以及所述第一承載梁和第二承載梁在隔離層的背離板的一側的溝槽(17，29，24)中延伸，所述承載元件以及第一承載梁和第二承載梁與板隔開。
文檔編號E04C2/04GK102356202SQ201080009683
公開日2012年2月15日 申請日期2010年3月1日 優先權日2009年2月27日
發明者羅杰·埃里克森 申請人:吉溫特有限公司, 羅杰·埃里克森