專利名稱：結(jié)構(gòu)模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有互補(bǔ)形狀的表面以限制相對運(yùn)動的結(jié)構(gòu)或建筑模塊。
背景技術(shù)：
在建筑中使用傳統(tǒng)的磚和砂漿結(jié)構(gòu)顯示出了一些眾所周知的缺陷。這些缺陷包括需要技術(shù)工人以獲得平整、方正的目的；在結(jié)構(gòu)建起應(yīng)有速度上的缺陷，例如，砂漿固化速度的要求；以及由于磚和砂漿之間硬度的差異導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的壓力負(fù)載承載能力的缺陷。在最近幾年預(yù)制混凝土板的使用已經(jīng)變得越來越普遍，試圖改善一些上述缺陷。這些預(yù)制混凝土板的使用有其自身的缺陷，包括在調(diào)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(jī)械設(shè)備的需求。在一些申請中，作為傳統(tǒng)磚和砂漿結(jié)構(gòu)的替代物，互鎖的建筑模塊已經(jīng)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(shè)計(jì)的突起物?？梢缘玫降氖且贿吘哂型黄鹞锴以谙鄬Φ囊贿吘哂邢鄳?yīng)的凹部的建筑模塊。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(bǔ)的上、下表面，在下表面上的突起物位于在上表面上的凹陷部內(nèi)?；ユi建筑模塊的優(yōu)點(diǎn)是在很大程度上它們是自我定位的，并且不需要砂漿，因此允許由非技術(shù)工人快速建造建筑物。在塊料鋪路中的使用互鎖模塊也是公知的。傳統(tǒng)的鋪砌方法依賴于相鄰鋪磚之間的摩擦接觸以防止鋪砌路面在負(fù)載作用下的運(yùn)動。這種有效性依賴于許多因素，包括鋪設(shè)材料的形狀、鋪設(shè)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(tǒng)，例如在專利號為US6988847中所描述的，已經(jīng)作為鋪砌模塊所使用。上述所有的互鎖模塊系統(tǒng)被設(shè)計(jì)來適應(yīng)特定的建筑目的。認(rèn)為可取的是創(chuàng)造一種結(jié)構(gòu)模塊設(shè)計(jì)，其都能夠用于建筑和鋪路，以及其他應(yīng)用。本發(fā)明旨在滿足這一愿望。本發(fā)明利用拓?fù)浠ユi的原理，其中相鄰模塊的表面具有互補(bǔ)的形狀。這一原理的例子可以在專利號為GB1533980的專利中發(fā)現(xiàn)，其中提出了具有遵循正弦曲線的側(cè)面的建筑模塊。這個設(shè)計(jì)重要的缺陷是，除非相鄰模塊完全對齊的，明顯的應(yīng)力集中發(fā)生在所產(chǎn)生的點(diǎn)或線加載點(diǎn)。這個設(shè)計(jì)還需要制造時高精度。鑒于現(xiàn)有技術(shù)中的困難，本發(fā)明提出了可供選擇的結(jié)構(gòu)模塊設(shè)計(jì)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種具有第一端和第二端的結(jié)構(gòu)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(shè)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(bǔ)的，并且模塊的第一端包括至少一個最遠(yuǎn)離第二端的最外側(cè)的支撐表面和至少一個最靠近第二端的最內(nèi)側(cè)的支撐表面，最外側(cè)的和最內(nèi)側(cè)的支撐表面是鄰近第一端的外周。優(yōu)選地，模塊的長度是寬度的二倍，且當(dāng)?shù)谝荒K相對于第二模塊偏移模塊長度的一半時，連接部分可以相互連接?？梢岳斫鉃?，在這種設(shè)置中連接部分基本上是正方形，并且模塊的每一端具有兩個并排的連接部分。進(jìn)一步優(yōu)選地，每個連接部分是關(guān)于對角線對稱的，這樣第一模塊可以垂直于第二模塊設(shè)置，并且連接部分相互連接。在本發(fā)明優(yōu)選地實(shí)施例中，一些支撐表面是基本垂直于模塊的側(cè)壁的。當(dāng)側(cè)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于兩個高度，傾斜的支撐表面在不同高度的水平表面之間延伸?？梢岳斫鉃?，當(dāng)側(cè)壁是垂直的，并且第一端位于模塊頂部的時候，最高的水平支撐表面是最外側(cè)的支撐表面，最低的水平支撐表面是最內(nèi)側(cè)的支撐表面。優(yōu)選地，每個連接部分具有兩個最高的水平支撐表面位于連接部分的斜對角處；兩個最低的水平支撐表面位于連接部分的其他的角處。水平支撐表面可以均是正方形的，且邊長大約等于模塊寬度的四分之一。優(yōu)選地，每個連接部分具有一點(diǎn)，在該點(diǎn)處至少四個支撐表面相交。這個點(diǎn)可以位于中心，并且可以代表拐點(diǎn)。相鄰的連接部分優(yōu)選地反映模塊的中間，這樣位于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(xù)的。優(yōu)選地，模塊是關(guān)于位于第一端和第二端之間的中間的對稱面對稱的，并垂直于側(cè)壁。


通過本發(fā)明的結(jié)構(gòu)模塊涉及的優(yōu)選實(shí)施例便于進(jìn)一步地描述本發(fā)明。其他的實(shí)施例也是可能的，因此以下討論的特殊性不應(yīng)理解為取代本發(fā)明前面描述的通用性。在附圖中:圖1是根據(jù)本發(fā)明所述的結(jié)構(gòu)模塊的透視圖；圖2是圖1的結(jié)構(gòu)模塊的俯視圖；圖3是用圖1的模塊建造的建筑物的墻角的透視圖；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(jù)本發(fā)明所述的可供選擇的結(jié)構(gòu)模塊的透視圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明所述的進(jìn)一步可供選擇的結(jié)構(gòu)模塊的透視圖；圖8是用圖7的結(jié)構(gòu)模塊構(gòu)成的雙葉墻的一部分的透視圖；圖9是用圖7的結(jié)構(gòu)模塊構(gòu)成的空心墻的一部分的透視圖；圖10是根據(jù)本發(fā)明類似的原理構(gòu)成的結(jié)構(gòu)模塊的透視圖。
具體實(shí)施例方式參照附圖，如圖1所示，結(jié)構(gòu)模塊10具有第一端12、第二端14、兩個第一側(cè)壁16和兩個第二側(cè)壁18。當(dāng)模塊10保持在圖1中的位置時，第一和第二側(cè)壁16、18都是垂直的，平的表面。第一側(cè)壁16是第二側(cè)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(jié)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(xì)的描述的傾斜的支撐表面。傾斜的支撐表面均相對于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于彼此成鈍角。為了描述的目的，第一端12可以被分成兩個連接部分20，通過繪制一條平行于第二側(cè)壁18的假想的分界線22，并從中間通過第一側(cè)壁16。當(dāng)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位于第一端12的外側(cè)角處；第二個高的水平支撐表面26，其位于連接部分20斜對角處，其沿著分界線22，并與第一個高的水平支撐表面24位于相同的高度；第一個低的水平支撐表面28位于第一端12的其他的外側(cè)角；以及第二個低的水平支撐表面30位于第一個低的水平支撐表面28的斜對角處，并與第一個低的水平支撐表面28位于相同的高度。四個水平支撐表面的每一個都是正方形，并且邊長等于模塊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(cè)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(nèi)側(cè)的支撐表面。每一個最外側(cè)和最內(nèi)側(cè)的支撐表面都位于第一端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(dāng)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(nèi)被對角線所限定的四分之一范圍內(nèi)。第一個傾斜表面32位于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所限定的四分之一范圍內(nèi)。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A(yù)h的函數(shù)，tan(180° - α ) = Λh/(w/2)，其中w是模塊10的寬度。第二個傾斜表面34位于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所限定的四分之一范圍內(nèi)。第三個傾斜表面36位于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所限定的四分之一范圍內(nèi)。第四個傾斜表面38位于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所限定的四分之一范圍內(nèi)。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(diǎn)。兩個連接部分20的支撐表面是以分界線22鏡像設(shè)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(xù)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(xù)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(shè)置是這樣的以使得模塊10的第一側(cè)壁16均是關(guān)于兩條對稱線: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(bǔ)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(bǔ)的。也就是說，當(dāng)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(bǔ)的。顯然模塊10是關(guān)于水平對稱平面對稱的。在結(jié)構(gòu)中這種設(shè)置的效用在圖3中可以看到，其顯示出用結(jié)構(gòu)模塊10建造的建筑物40的墻角?？梢钥吹侥K10通過使每個單個模塊10偏移其一半長度的連續(xù)的過程，產(chǎn)生完全互鎖結(jié)構(gòu)。此外，可以看出，每個嚙合部分都是關(guān)于它的每條對角線對稱的，當(dāng)相對旋轉(zhuǎn)90°時，第一端12和第二端14各自的連接部分20是互補(bǔ)的。因此，圖3中所示的墻角不需要其他類型的模塊。其他有用的設(shè)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(shè)置?？梢岳斫獾氖牵?dāng)正確構(gòu)建時每一個支撐表面將接觸另一個模塊的支撐表面，使負(fù)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(zhuǎn)移負(fù)荷位置的。然而，由于使用平的表面，不管怎樣，至少一對表面是相互接觸的，并能夠在整個接觸表面區(qū)域分布負(fù)荷。相比之下，對于彎曲的拓?fù)浔砻?，未對?zhǔn)一般會導(dǎo)致集中負(fù)荷。本發(fā)明的其他實(shí)施例提供進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)。圖6顯示了可供選擇的結(jié)構(gòu)模塊50，為了有助于建造物，相鄰的支撐表面之間的邊緣被打磨呈圓形。圖7顯示了進(jìn)一步可供選擇的結(jié)構(gòu)模塊60，具有沿著每個傾斜支撐表面中間延伸、其內(nèi)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(jié)構(gòu)模塊建造更加堅(jiān)固的結(jié)構(gòu)。例子包括如圖8中的雙葉墻70和如圖9中的空心墻80。圖1-9所示的結(jié)構(gòu)模塊是更一般類型的模塊的具體例子。這樣的模塊，其特征在于具有根據(jù)方程式限定的上表面:
Ziixl y) = ΔΗφ(χ)φ(γ) + K和根據(jù)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(shù):
pix) = φ(—χ) ； φ{(diào)χ) = φ(χ + 2α)； φ(0) = I； φ(α) = —I; φ%0) = φ!(α) = 0.
通過這些術(shù)語的表示，圖1中模塊的上表面限定如下:ζ (X，y) =h+ Ah 由于 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 由于 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 由于 0.25a ^ x ^ 0.75a，O ^ y ^ 0.5a, x ^ y, x ^ a-y;z{xfy) = 4ΑΗ^-γ^.+ Η 由于 0.25a ^ X ^ 0.75a，0.5a ^ y ^ a, x ^ y, x ^ a-y;z(x,y) = 4Ahi0'Saa 力 + 辦由于 ο.25a ^ y ^ 0.75a，0 ^ x ^ 0.5a, x ^ y, x ^ a-y;z{x}y) =4Ak(y °'5a' + h 由于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 由于 1.25a ^ x ^ 1.75a，0 ^ y ^ 0.5a，x ^ y+a, x ^ za-y;z(xfy) = 4M(1.5:—+ &由于 1.25a ^ x ^ 1.75a，0.5a ^ y ^ a, x ^ y+a, x ^ za-y;z(x,y) = 4Ak(0Sa~y) + /i由于 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(jié)構(gòu)模塊90，其運(yùn)用了根據(jù)方程式限定的曲面:
權(quán)利要求
1.結(jié)構(gòu)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(shè)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(bǔ)的，并且模塊的第一端包括至少一個最遠(yuǎn)離第二端的最外側(cè)的支撐表面和至少一個最靠近第二端的最內(nèi)側(cè)的支撐表面，最外側(cè)和最內(nèi)側(cè)的支撐表面均是鄰近第一端的邊緣。
2.如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)模塊，其中模塊的長度是寬度的二倍，當(dāng)?shù)谝荒K相對于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(quán)利要求1或2所述的結(jié)構(gòu)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于第二模塊設(shè)置，并且連接部分相互連接。
4.如上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的結(jié)構(gòu)模塊，其中相鄰的連接部分關(guān)于模塊的中間映射，這樣位于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(xù)的。
5.如上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的結(jié)構(gòu)模塊，其中一些支撐表面是基本上垂直于模塊的側(cè)壁的，當(dāng)側(cè)壁垂直時支撐表面是水平的。
6.如權(quán)利要求5所述的結(jié)構(gòu)模塊，其中水平支撐表面是位于兩個高度，傾斜的支撐表面在不同高度的水平表面之間延伸。
7.如權(quán)利要求6所述的結(jié)構(gòu)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(cè)的支撐表面，位于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(nèi)側(cè)的支撐表面，位于連接部分的其他的角處。
8.如權(quán)利要求5-7任一項(xiàng)所述的結(jié)構(gòu)模塊，其中水平支撐表面是正方形，并且邊長大約等于模塊寬度的四分之一。
9.如上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的結(jié)構(gòu)模塊，其中連接部分具有交點(diǎn)，在交點(diǎn)處至少四個支撐表面相交。
10.如權(quán)利要求9所述的結(jié)構(gòu)模塊，其中交點(diǎn)是拐點(diǎn)。
11.如上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的結(jié)構(gòu)模塊，其中模塊是關(guān)于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(jié)構(gòu)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(jié)合的垂直的表面。模塊被設(shè)置為與其他模塊在幾個不同組合中是互補(bǔ)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(yōu)先權(quán)日2010年10月1日
發(fā)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