使用標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)構(gòu)構(gòu)件的方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】使用標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)構(gòu)構(gòu)件的方法和系統(tǒng)
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請要求于2012年12月19日提交的題為“使用標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)構(gòu)構(gòu)件的方法和系統(tǒng)(METHOD AND SYSTEM OF USING STANDARDIZED STRUCTURAL COMPONENTS)，，的第 13/719，561號美國非臨時(shí)申請的優(yōu)先權(quán)，該美國非臨時(shí)申請是于2010年12月9日提交的題為“用于建筑結(jié)構(gòu)的預(yù)制結(jié)構(gòu)系統(tǒng)(PANELIZED STRUCTURAL SYSTEM FOR BUILDING CONSTRUCT1N) ”的第12/964，380號美國非臨時(shí)申請的部分繼續(xù)申請并要求其優(yōu)先權(quán)，該第12/964，380號美國非臨時(shí)申請要求于2009年12月18日提交的第61/288，011號美國臨時(shí)申請的優(yōu)先權(quán)，兩個(gè)美國非臨時(shí)申請均通過引用整體地并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本公開涉及使用屏化和模塊化的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)構(gòu)造和組裝建筑物的方法和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0004]建筑物的結(jié)構(gòu)必須承受物理力或位移，而沒有倒塌的危險(xiǎn)或者服務(wù)性或功能的損失。在建筑物上的壓力由建筑物的結(jié)構(gòu)承受。
[0005]五層和高度少于五層的建筑物典型地使用“承重壁”結(jié)構(gòu)系統(tǒng)來控制靜荷載豎直力和活荷載豎直力。通過均勻傳播壁上的荷載，以及通過增加從上方地面逐步向下到下方地面(即地面到地面)的框架或框架結(jié)構(gòu)的尺寸和密度，將結(jié)構(gòu)的屋頂、地面和壁上的豎直力從屋頂豎直傳遞至壁進(jìn)而傳送至地基。對于天花板和地面跨距(span)，使用桁架來支承天花板和地面上的荷載并將這些荷載傳遞至壁和柱。
[0006]在沒有豎直承重元件的情況下，例如在窗戶和門開口處，使用橫梁將荷載傳遞至柱或壁。在高于五層的建筑物中，壁支承豎直荷載的能力有限，使用以大橫梁和柱形式的混凝土和/或結(jié)構(gòu)鋼框架來支承該結(jié)構(gòu)。
[0007]通過支撐件來控制和傳遞作用于建筑物上的側(cè)向力(例如，風(fēng)力和地震力)。一種在建筑物(典型的是5層或少于5層)中構(gòu)建剪力墻(breaced wall line)的常用方法是使用結(jié)構(gòu)板(structural sheathing)來創(chuàng)建壁線(wall line)中的支撐板。一種更傳統(tǒng)的方法是使用貫穿壁線的嵌入式對角支撐件，但是這種方法對于具有用于門、窗等的許多開口的建筑物是不可行的。在高于五層的建筑物中的側(cè)向力是通過以下構(gòu)件控制和傳遞的:重型嵌入式鋼支撐件或重型鋼和/或混凝土板；以及結(jié)構(gòu)芯元件，諸如混凝土或磚石樓梯塔以及電梯間。
[0008]需要屏化和模塊化的系統(tǒng)以用于構(gòu)建和組裝建筑物而無需依賴混凝土和/或結(jié)構(gòu)鋼框架、重型嵌入式鋼支撐件以及重型鋼和/或混凝土板。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本文公開的方法和系統(tǒng)提供生成描述建筑物的建筑布局的建筑圖，其中建筑物的一個(gè)或多個(gè)壁指定為標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)構(gòu)壁；將標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)構(gòu)壁中的每個(gè)自動定位至幾何網(wǎng)格；以及使用計(jì)算機(jī)將多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)構(gòu)構(gòu)件的一個(gè)或多個(gè)映射(或“定位”)至幾何網(wǎng)格的坐標(biāo)，其中多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)構(gòu)構(gòu)件包括標(biāo)準(zhǔn)化的板、標(biāo)準(zhǔn)化的柱，以及標(biāo)準(zhǔn)化的桁架。
[0010]在一些實(shí)施方式中，制造品作為計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品提供。計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的一個(gè)實(shí)施方式提供由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可讀的并且編碼有計(jì)算機(jī)程序的計(jì)算機(jī)程序存儲介質(zhì)。計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的另一個(gè)實(shí)施方式可提供于計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)信號中，該計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)信號通過計(jì)算系統(tǒng)加載于載波中并且編碼有計(jì)算機(jī)程序。
[0011]在本文中還描述和列舉了其它實(shí)施方式。
【附圖說明】
[0012]圖1示出了在水平桁架板中作為框架構(gòu)件使用的立柱；
[0013]圖2示出了在水平桁架板中作為框架構(gòu)件使用的軌道；
[0014]圖3和圖3.1示出了 V型支撐水平桁架板；
[0015]圖4、圖4.1和圖4.2示出了各種開口水平桁架板；
[0016]圖5示出了用于附接至水平桁架板的桁架；
[0017]圖6示出了用于將水平桁架板彼此附接的結(jié)構(gòu)柱組件；
[0018]圖7和圖8示出了將諸如圖3、圖3.1、圖4、圖4.1和圖4.2中所示的水平桁架板附接至圖6中的結(jié)構(gòu)柱組件的方式；
[0019]圖9示出了在統(tǒng)一桁架建筑系統(tǒng)(UTCS)壁線中具有開口和V型支撐水平桁架板的統(tǒng)一水平桁架板壁線；
[0020]圖10示出了圖5的桁架；
[0021]圖11示出了圖6的桁架掛桿/立柱掛桿；
[0022]圖12示出了圖6的結(jié)構(gòu)柱組件的一部分；
[0023]圖13示出了連接至水平桁架板的桁架；
[0024]圖14示出了連接至水平桁架板以形成創(chuàng)建壁線的UTCS開口跨距組件的桁架；
[0025]圖15示出了形成為多層UTCS結(jié)構(gòu)的組件的UTCS建筑物段；
[0026]圖16示出了圖6的結(jié)構(gòu)柱組件在建筑物中的對齊；
[0027]圖17示出了這個(gè)建筑物的一段的層到層部分的三維視圖和二維視圖；
[0028]圖18示出了向圖6的結(jié)構(gòu)柱組件的力的傳遞；
[0029]圖19示出了使用標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)構(gòu)構(gòu)件的系統(tǒng)的示例性框圖；
[0030]圖20示出了使用標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)構(gòu)構(gòu)件的系統(tǒng)的可替代的示例性框圖；
[0031]圖21示出了使用標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)構(gòu)構(gòu)件的方法的示例性流程圖；
[0032]圖22示出了由本文公開的系統(tǒng)生成的結(jié)構(gòu)板名稱的示例；
[0033]圖23示出了使用專用代碼追蹤建筑構(gòu)造過程的方法的示例性流程圖；
[0034]圖24示出了使用機(jī)器控制文件控制標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)構(gòu)構(gòu)件的制造的方法的示例性流程圖；
[0035]圖25不出了本文公開的方法和系統(tǒng)使用的不例性幾何網(wǎng)格；
[0036]圖26示出了沿網(wǎng)格線具有各種標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)構(gòu)構(gòu)件的幾何網(wǎng)格的示例性平面視圖；
[0037]圖27示出了使用各種標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)構(gòu)構(gòu)件的建筑物結(jié)構(gòu)的示例性正視圖；
[0038]圖28示出了使用各種標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)構(gòu)構(gòu)件生成的結(jié)構(gòu)的三維視圖；以及
[0039]圖29示出了可用于實(shí)現(xiàn)本文描述的方法和系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)構(gòu)件的示例性計(jì)算系統(tǒng)。
【具體實(shí)施方式】
[0040]本文公開的統(tǒng)一桁架建筑系統(tǒng)(UTCS)是基于標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)構(gòu)板的、用于單層和多層建筑物的唯一的、新的和創(chuàng)新的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。系統(tǒng)采用有限數(shù)量的配置，該有限數(shù)量的配置是唯一設(shè)計(jì)的輕型金屬框架的豎直壁板(水平桁架板)、輕型金屬地面桁架和天花板桁架、冷乳正方形或矩形鋼管(結(jié)構(gòu)柱)，以及唯一的連接板和夾子的配置。
[0041]不同于采用許多不同的組件(壁、柱、橫梁、支撐件、套帶，以及將它們緊固在一起的緊固件)以控制豎直活荷載力和豎直靜荷載力的設(shè)計(jì)與構(gòu)建建筑物結(jié)構(gòu)的常規(guī)方法，UTCS通過有限數(shù)量的唯一設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化的水平桁架板控制這些力，其中這些水平桁架板與結(jié)構(gòu)柱和桁架組裝。元件的這種唯一的組裝有效地支承豎直力和側(cè)向力并將其從壁、地面、天花板以及屋頂傳遞至UTCS的冗余和密集的柱系統(tǒng)。因此，柱吸收這些豎直力和側(cè)向力以使得UTCS不是豎直承重壁結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，并且消除了對作為建筑物的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的一部分的“熱成形”結(jié)構(gòu)鋼(重型鋼或“紅鐵”)和混凝土的需求。
[0042]UTCS框架構(gòu)件由專門設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)化輥乳成型機(jī)制造。這些機(jī)器用通常稱為“卷帶鋼”的冷乳鋼制造框架立柱或構(gòu)件。每個(gè)立柱切削到一定尺寸，預(yù)鉆孔以用于緊固螺釘(在組件螺釘頭部區(qū)域具有埋頭孔)，預(yù)沖壓以雕鏤機(jī)械的、電氣的以及管道的(“MEP”)組件和布線，預(yù)沖壓以用于穿過豎直和水平支撐件，以及標(biāo)注以用于組裝。機(jī)器從CAD文件讀取立柱規(guī)格。
[0043]UTCS中使用的水平桁架板和桁架使用由輕型鋼乳制形成的框架構(gòu)件構(gòu)造，該輕型鋼例如18號至14號鋼(取決于建筑物高度和規(guī)范要求)。具有在水平桁架板中使用的兩種輪廓的框架構(gòu)件，即，圖1中示出的立柱10和圖2中示出的軌道12。立柱10和軌道12均由輕型鋼(諸如18號至14型鋼)乳制。
[0044]立柱10和軌道12中的每個(gè)包括如圖1中所示形成的腹板14、凸緣16和唇部18。凸緣16沿相同的方向延伸，該方向與腹板14的對側(cè)大致成直角，而唇部18從凸緣16的端部向內(nèi)延伸以使唇部18平行于腹板14。立柱10和軌道12的不同主要在于軌道12的凸緣16稍微高于立柱10的凸緣16，并且軌道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滑入或穿過軌道12而無需壓縮立柱12的凸緣16，這種壓縮會影響其結(jié)構(gòu)性能。
[0045]UTCS采用有限數(shù)量(諸如兩個(gè))配置的水平桁架板。這些水平桁架板為UTCS的結(jié)構(gòu)壁元件。如果只使用兩個(gè)這樣的配置，那么它們是(a)圖3或圖3.1所示的包含“V”形的支撐件(“V型支撐件”)的V型支撐水平桁架板20/22，以及(b)圖4所示的不包含V型支撐件的開口水平桁架板24。
[0046]在UTCS結(jié)構(gòu)中，開口水平桁架板24通常用于具有大的開口(窗、門、遞物口等)的建筑的任何區(qū)域中。開口水平桁架板24是設(shè)計(jì)用于支承并傳遞來自地面組件和天花板組件的豎直活(例如居住者)荷載力和豎直靜(例如干式墻、MEP組件、隔層等)荷載力(局部力)，該地面組件和天花板組件在建筑物內(nèi)附接至或近似附接至每個(gè)板。V型支撐水平桁架板20/22是設(shè)計(jì)用于支承作用在結(jié)構(gòu)上的豎直局部力和側(cè)向力(例如風(fēng)和地震)。
[0047]如圖3中所示，V型支撐水平桁架板20具有頂部軌道26和底部軌道28。頂部軌道26的內(nèi)側(cè)是包括背靠背(腹板靠腹板)的軌道30和32的連續(xù)水平支撐件，(稱為雙水平支撐件)，其中軌道30和32由緊固件34 (諸如螺栓或螺釘)固定至V型水平桁架板20的側(cè)面的側(cè)立柱36和38。頂部軌道26和底部軌道28也由緊固件34固定至側(cè)立柱36和38。由軌道30和32構(gòu)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豎直成角度的腹板40。圖3中的這個(gè)支撐區(qū)域用作V型支撐水平桁架板20內(nèi)的桁架附接區(qū)域42以用于附接下文討論的桁架106，圖3中的這個(gè)支撐區(qū)域還支承施加于V型支撐水平桁架板20上的力并將其傳遞至以下討論的結(jié)構(gòu)柱，該結(jié)構(gòu)柱附接至V型支撐水平桁架板20的側(cè)柱36和38中的每個(gè)。
[0048]V型支撐水平桁架板20還具有二個(gè)內(nèi)側(cè)立柱44和46以及中央立柱48，該內(nèi)側(cè)柱44和46以及中央柱48由緊固件34固定至頂部軌道26、底部軌道28、軌道30以及軌道32。側(cè)立柱36和38穿過腹板14的端部中的端部切口 50以及軌道30和32的唇部18中的端部切口 50，以使得立柱36和38的凸緣16抵靠軌道26、28、34和36的端部處的凸緣
16。這些端部切口 50在圖2中示出。緊固件34處于這些抵靠區(qū)域。類似地，內(nèi)側(cè)立柱44和46以及中央立柱48穿過腹板14的內(nèi)部切口 52以及軌道30和32的唇部18，以使得立柱36和38的以及中央立柱100的凸緣16的外部