CN101965254B - 生产中空、棱柱形、模块化的钢筋混凝土构件的方法和装置以及由此获得的构件 - Google Patents

Abstract

用于生产具有矩形截面的模块化的、中空的、棱柱形的、整体性钢筋混凝土构件的方法，所述方法包括以下步骤：在两个水平布置的模板结构中混凝土浇筑所述构件的侧壁；执行所述模板结构的旋转，以使它们竖直地布置在第三模板的每一侧，其中所述第三模板是水平的；然后混凝土浇筑所述地板；在所述侧壁之间放置模板，以用于天花板的混凝土浇筑；以及取出所述模块化构件，从而实现高度的整体性，在所述方法中所有的混凝土浇筑都在水平方向上进行，并且通过对所获得构件的测量实现精确控制。

Description

生产中空、棱柱形、模块化的钢筋混凝土构件的方法和装置以及由此获得的构件

技术领域

本发明涉及一种用于生产整体性结构构件的方法，以及涉及一种用于执行上述方法的装置(installation)，所述装置在优化生产时间和成本的同时，允许具有对高结构强度的轻型模块化结构构件的优化公差控制的大批量生产。

背景技术

本领域内已知的是大批量生产用于建筑可堆叠式住宅的具有矩形截面的中空的、棱柱形的、整体性钢筋混凝土结构构件，这使得可用工厂制造的构件来构造建筑。

“整体性结构构件(Monolithic construction element)”意味着一种从组成其的材料的角度来看是均质的构件。在这方面，可以设想几种程度的整体性，在所述构件中实现的均质性(homogeneity)越大，则整体性的程度越高。

这种整体性将会与更大的结构强度相关联，因为整体性越大，构件具有的接合部将越少，并且总体上脆弱点越少。

在其专利ES 2285877中，在模块化结构构件生产的特定行业(sector)中具有经验的申请人，描述了一种用于生产模块化构件的方法，在该方法中使用四块预制的钢筋混凝土板，所述预制的钢筋混凝土板将组成四个壁——侧面、底部和顶部，其中后两个还分别被称为预制构件的“地板(floor slab)”和“天花板(ceiling slab)”。更具体地，该专利要求保护一个优选的实施方案，其中预制的模块化构件通过将上述的四个壁附接至两个钢框架来获得。尽管在该专利中未提及，所述四块板使用本行业中已知的方法来制造，即通过在水平台上模筑(formworki g)来制造，为此可使用自密实混凝土(self-compacting concrete)。在水平台上进行混凝土浇筑对于使如此获得的板得到最大均质性是重要的，因为水泥不需要移动很大距离，并且所述方法还避免了由于竖直降落而引起的离析(disintegration)。自密实混凝土意味着一种具有流动性特征的混凝土。

然而，尽管在所述的这种技术中，每个板都是均质的且都可具有高强度，但是这样获得的产品并不是整体性的，因为在边缘处的所有接合部(joint)都在所述板已被制成之后而构成。类似地，尽管借助于所述框架已给出关于稳定性和一致性的满意结果，但是也确实包含了在各种板已凝结之后再构成的接合部，且因此从总体的整体性的观点来说不是最优的，因为整体的刚性(rigidity)主要集中在所述框架内。

另外，已经存在待被获得的构件能够相对地整体生产的方法。最普通的是在所述过程期间，在具有所述构件的最终的棱柱形形状的固定的模板(fixed formwork)中铸造或者混凝土浇筑。因此，所述混凝土浇筑将不可避免地在竖直平面内进行，因为所述模板的壁被竖直地安装，并且由于混凝土必须移动相当大的距离，这将会引起所述混凝土的离析。

当目标是获得具有薄壁的增强构件时，所述最后一个劣势会更严重，因为用于液体混凝土的通道截面(passage section)被减小，并且还会碰到已布置在模板中的钢筋，由此除了使得组成最终产品的材料有可能缺乏均质性以外，还很有可能在该最终产品中形成气孔/蜂窝状结构。当最终产品的尺寸增加时，显然会导致这种劣势更为严重。

固定的模板的另一劣势是：在允许进行凝结的位置，取出组成所述模板的模具(mould)——特别是内部模具——的困难度。

另一解决方案是使用一个旋转模板，该旋转模板通过旋转包含所述模板的筒(drum)而允许在各个壁的水平面上连续模筑。然而，尽管这一解决方案确实允许实现高度的整体性，但其仍存在以下劣势：

-该设备是复杂的，因为它需要一个在旋转中能够驱动大质量的很大的结构。因此，这就构成了对于所获得的构件的最大尺寸的明显限制。

-仅可以获得具有单一尺寸的构件，使得该方法从产品的角度来说不是非常通用的，除非采用额外的模具或者填充物。

-尽管它确实允许构件的大批量生产，但是一个构件的总生产时间是用于所述构件的四个壁中的每一个所需的最小凝结时间的大约4倍。

-当所述构件需要肋(rib)时——由于使之更轻量化的原因而对于任何可堆叠模块化***是一种必要情况，存在脱模(stripping)的问题(模板的移除)。在这方面，提出了利用增加的模具，一旦工件(piece)从所述筒中取出，则这些增加的模具即被移除。但这一解决方案涉及在辅助构件、加工时间方面增加成本以及引起公差问题，因为另外的步骤和辅助构件不可避免地会引起定位误差。

其它相关的发明在以下文本中公开：WO 9513172A1，其涉及“生产预浇制混凝土单元的方法(Method of manufacturing precastconcrete units)”；US 4207042A，其涉及“浇铸机和架设机(Castingand erecting machine)”；以及SU 1717368A1，其涉及“用于生产单块体积产品的设备(Plant for manufacturing monolithvolumetric products)”

应注意，在生产过程中所描述的公差和测量的控制是有限的，因为就一切情况而论，有许多移动部件和生产步骤。这就明显地限制了由可应用的模块化构件进行堆叠而建造的建筑可具有的楼层的最大数目。因此，在本领域的这一部分中，以下内容并非显而易见：可使用这样一种方法，该方法允许模块化结构构件——诸如所描述的那些待获得的构件——具有高度的整体性，且可以在优化时间内大批量生产，且具有严格的公差控制。

发明内容

利用本发明的方法和装置，申请人提出一种对于所述劣势的解决方案，同时又提供了以下所述额外的优势和特征。

本发明的用于生产具有矩形截面的中空的、棱柱形的、整体性的、模块化钢筋混凝土构件的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

a)在两个水平布置的模板中混凝土浇筑所述模块化构件的侧壁；

b)在所述侧壁充分凝结后，执行所述模板结构的旋转，使得它们在第三模板的每一侧竖直地布置，其中所述第三模板是水平的；以及

c)在所述第三模板上混凝土浇筑所述构件的地板；

d)在所述侧壁之间放置模板，使该模板维持在合适的高度，以用于混凝土浇筑所述构件的天花板；

e)混凝土浇筑所述构件的天花板；以及

f)当凝结达到所允许的程度时，从第三模板处取出所述模块化构件。

利用这种方法，实现了提出的目标，也即：

-实现了高度的整体性，因为在构成地板和天花板的模板的同时，所述侧壁部分地凝结，这允许在壁和板之间实现牢固附接的一致的接合部。这种整体性在于所有的四个接合部几乎在同一时刻形成这一事实，因为步骤c)和d)的持续时间相对于所述板随后的凝结时间来说是可忽略的，由此该持续时间相对于所述板与所述侧壁形成的接合部的随后的凝结时间也是可忽略的。

-实现了一种方法，其中所有的混凝土浇筑操作都是在水平面上进行的，从而使得混凝土的移动最小化，防止了离析，使其能够达到所有的点，并且由此实现所获得的产品的相当大的均质性。这也允许了待获得的壁的小厚度，即使不管是否存在增强结构。

-通过对所获得的构件的测量实现精确地控制，因为在模筑过程中唯一的移动是所述侧壁绕一个固定轴线旋转。这就允许了获得具有精确尺寸的构件，而这对确保构件的大堆叠强度和相应于压力(stresses)的高度可预测性来说是一个必要的特征。

因此，所述的方法实现了一种其构成材料显著均质性的构件，并且该构件非常强固(robust)、狭长(slender)以及具有优化的公差控制。

所有这些特征使得所述构件特别适合于通过这些构件的堆叠而用于建筑的构造，因为：

-它们的狭长度确保了每一个构件具有最小化的重量。

-它们的强固性使得所述构件的结构强度能够被保证，这些构件的结构强度结合它们最小化的重量，从而能够制造高达六层或者甚至更多层的建筑。

-对所述构件的测量的控制是实现高结构强度的另一重要特征，因为它有助于防止在所述构件的相对布置中的失调(maladjustment)，并且因此避免了由于进一步的层数增加而引起的失调的累积。

-此外，相对于现有技术，为了获得一个整体性的构件，进行了较少的移动并且也是最小限度的移动。这一事实以及所述方法的自动化，降低了在操纵负载中存在的工作风险。

优选地，在完成所述地板的混凝土浇筑之后立即进行所述天花板的混凝土浇筑，使得上部的和下部接合部在相同的时间凝结，从而允许所述产品具有很大的均质性。

有利地，在步骤b)之后，为了重新开始另一构件的生产，所述侧壁的模板结构又一次被水平地布置，使得它们可用于开始生产另一构件。这就允许所述装置的使用被优化且生产时间被减少。

本发明还涉及一种能够实施所述方法的装置，更具体地，涉及一种用于生产具有矩形截面的中空的、棱柱形的、整体性的钢筋混凝土模块化构件的装置，该装置包括两个用于混凝土浇筑侧壁的模板结构、一个用于混凝土浇筑地板的模板以及另一个用于混凝土浇筑天花板的模板，该装置的特征在于：所述用于混凝土浇筑侧壁的模板结构中的每一个都绕一个水平轴线以这种方式被铰接，即这些模板可从一个水平的混凝土浇筑位置旋转到一个竖直位置，由此构成所述模块化构件的地板的模板，所述装置还包括一个移动的结构，该移动的结构支撑沿垂直于被旋转到竖直位置的两个模板结构所在的平面的方向被***的用于混凝土浇筑天花板的模板。

这种装置能够对制造公差进行精确控制，因为在制造过程中仅有三个移动部件：两个侧面模板结构的旋转和天花板模板的移位***。

上述旋转运动明显地将所述构件带至其自身内部的最终位置，为此在本发明的方法中，在侧壁(模板)旋转之后的步骤是混凝土浇筑地板。为此，同样明显的是：在所述旋转之后，所述侧壁的模板的边缘与所述地板模板的侧面边缘相重合，这也将称为底部平台。

同样地，在多个步骤中都允许脱模，尤其允许侧壁在它们部分凝结时进行脱模，但仅允许侧壁的部分凝结在达到允许该构件被竖直地放置而不变形的必要程度时进行脱模。这种部分凝结是指允许将与地板和天花板接触的接合部与所述地板和天花板一起凝结。

更优选地，所述侧壁的模板结构包括一个被侧面凸缘(flange)限制的底部平台，且其特征在于：位于所述轴线附近的侧面凸缘与所述平台铰接，使得所述侧面模板结构可通过旋转被拉动。在模筑期间，这些凸缘是模板的一部分，并且在构件的旋转之后，进一步成为所述构件的竖直支撑。因此，为了能够移除所述侧面模板结构，有必要使得这些侧面凸缘在旋转作用下可从所述侧面模板的主表面拆卸。

此外，这种铰接使得第二侧面凸缘的放置能够垂直于所述凸缘被布置，从而可以构成随后构件的侧壁的模板。

更有利地，水平铰接轴线是水平可移动的，使得所述装置能够获得不同宽度的构件。类似地，所获得的构件的长度可被调整。

最后，本发明涉及通过所描述的方法和装置获得的具有矩形截面的中空的、棱柱形的、整体性的钢筋混凝土构件。

附图说明

为了更好地理解所有已描述的内容，随附了一些附图，这些附图仅通过非限制性的实施例示意性地示出了使用本发明的装置的本发明的方法的实施方案的一个实例。这些附图以截面图方式通过组成该装置的主要构件的布置示出了该方法的连续步骤，“以截面图的方式”意味着该预制构件的纵向轴线垂直于该纸张的平面。更具体地：

-图1.a示出了在最初时刻侧壁的模板结构和地板的模板结构的相对布置。

-图1.b示出了混凝土浇筑(concreting)所述侧壁的步骤的结束。

-图1.c示出了一旦所述侧壁已被充分凝结以防止其变形超出最终产品可接受的最大公差的范围时，将所述侧壁升起至竖直状态的步骤的一个时刻。

-图1.d示出了在旋转运动结束时，所述构件的相对布置。

-图1.e示出了混凝土浇筑所述构件的地板的步骤的结束。

-图1.f示出了所述侧壁的模板(formwork)的下降移动。

-图1.g示出了一旦侧面的模板结构回至水平位置以及一旦天花板的模板已被放置定位时的所述装置。

-图1.h示出了一旦所述构件的天花板已被模筑以及一旦随后的构件的侧壁已被模筑时的所述装置。

-图1.i示出了如下情况的所述装置：一旦所述模板已被移除以及随后所述构件充分凝结，则开始将所述构件从该装置中移除。

具体实施方式

根据一个优选的实施方案，本发明的方法的目标是用于生产具有矩形截面的中空的、棱柱形的、整体性模块化的钢筋混凝土构件1，该方法包括下述步骤：

在第一步骤——该步骤的开始和结束分别在图1.a和图1.b中示出——在水平布置的两个模板结构3中实施所述构件的侧壁2的混凝土浇筑(模筑)，由此从材料的均质性的视点来看能够保证优化的混凝土浇筑。这种水平的混凝土浇筑能够获得高达约50mm且具有大机械强度的壁，因而使得它们非常薄且具有最小化的重量，这种特征使得能够通过所获得的所述模块化构件实现多层堆叠。

根据本发明的一个优选实施方案，所述装置的旋转轴线18是可水平移动的，由此允许所述装置可被用于制造具有不同尺寸——尤其是具有不同宽度——的模块。在这种情况下，为了改变地板模板5的宽度，允许放置额外的模板构件。

在侧壁2已充分凝结后，对所述侧壁的模板结构施加一个旋转4(图1.c)，以将其带至图1.d所示的竖直位置。充分凝结在本质上意味着允许实施上述旋转而不使所述构件变形的一种凝结程度。

必须强调的是：所实施的90°旋转将所述侧壁带至它们在所述构件1中的相对的最终位置(definitive relative position)，使得所述壁将不再需要进一步的运动，直至所述构件被完成。

如刚刚已经提示的，由于所述旋转将侧壁带至其在该构件中的最终位置，所述侧壁2的下端连同底部5一起组成了地板6的模板。图1.e示出了所述地板的模板的浇筑混凝土过程的结束，在壁2已完全凝结之前进行上述浇筑混凝土过程，使得地板6和壁2之间的接合肋(joining rib)7的凝结在那些点处实现紧密接合。这种紧密接合对所述构件实现整体性的贡献很大。

一旦已实施所述地板的混凝土浇筑，或者甚至在此之前当凝结达到所允许的程度时，侧壁的模板结构可被移至它们的水平位置(图1.f)，使得沿其侧面留下被脱模的所述构件，并且因此使所述侧壁的模板结构能准备好用作另一构件的侧壁的模板。

然而，如在本发明所设置的，仅在侧隔板11(也称作凸缘)已经首先在旋转作用下从侧面模板结构2分离(detach)的情况下，这种脱模旋转是可能的。这些凸缘的附接和分离可借助于销***(asystemof pins)来实施，例如，所述销沿侧面模板2和所述凸缘11之间的铰接轴线分别地被***或抽出。因此，应理解，侧面模板结构和所述凸缘的尺寸，以及这些构件在该装置内的定位，都是特别关键的，因为它们将对控制所获得的构件的尺寸公差具有很大贡献。

还应注意，所述侧面凸缘具有双重功能。一方面，该侧面凸缘组成所述侧壁模板的部分周界表面；另一方面，当所述模板(所述壁)被竖直放置时，该侧面凸缘用于支撑所述壁。

所述天花板的模板7接着沿纵向方向——即，沿垂直于纸张平面的方向——被***，由一个移动的结构8支撑，接着被升起至用于天花板10的混凝土浇筑9的适合位置，如图1.h所示。

应强调，本发明的一个优势是它允许对所有模板结构的使用进行优化。

实际上，由图1.g可理解，侧面模板结构3已经是空闲的，可用于对待被生产的下一个构件的侧壁2进行混凝土浇筑。

然而，由于为了实施朝向水平位置的旋转12，必然已分离所述模板的侧面凸缘，因此该装置可借助于上述销***引入另一组凸缘13，这组凸缘13大致垂直于凸缘14布置，此时所述凸缘14提供所述支撑功能，如图1.g所示。

返回至图1.h，借助于这些新的凸缘，待被生产的下一个构件的侧壁16的混凝土浇筑15已经可以被执行。

最后，如图1.i所示，在凝结程度足以允许所述构件1被抬起或***作以用于其转移17后，该构件1从所述装置中被移除，以进行随后的生产阶段，使得中心的平台是空闲的，以使所述侧面模板结构旋转立起，由此返回至在图1.b中所描述的步骤。

Claims (7)

1.用于生产具有矩形截面的模块化的中空的、棱柱形的、整体性的钢筋混凝土构件(1)的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

a)在两个水平布置的模板结构(3)中混凝土浇筑所述模块化构件的侧壁(2)；

b)当所述侧壁(2)充分凝结后，执行所述模板结构的旋转，使得它们在第三模板(5)的每一侧竖直地布置，其中该第三模板(5)是水平的；

c)在所述第三模板(5)上混凝土浇筑所述构件(1)的地板(6)；

d)在所述侧壁(2)之间放置模板(7)，使该模板(7)维持在合适的高度，以用于混凝土浇筑所述构件(1)的天花板(10)；

e)混凝土浇筑所述构件(1)的天花板(10)；以及

f)当凝结到所允许的程度时，取出所述模块化构件(1)。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在完成地板(6)的混凝土浇筑之后立即执行天花板(10)的混凝土浇筑。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在步骤b)之后，所述侧壁(2)的模板结构(3)被又一次地水平布置，以重新开始另一构件的生产。

4.用于生产具有矩形截面的中空的、棱柱形的、整体性钢筋混凝土的模块化构件（1）的装置，该装置包括两个用于混凝土浇筑侧壁(2)的模板结构(3)、一个用于混凝土浇筑地板的模板(5)以及另一个用于混凝土浇筑天花板(10)的模板(7)，其特征在于：用于混凝土浇筑侧壁(2)的模板结构(3)绕一个水平轴线(18)以这种方式被铰接，即这些模板结构(3)可从一个水平的混凝土浇筑位置旋转到一个竖直位置，由此构成所述模块化构件(1)的地板(6)的模板，所述装置还包括一个移动的结构(8)，该移动的结构支撑沿垂直于被旋转到竖直位置的两个模板结构(3)所在的平面的方向被***的用于混凝土浇筑天花板的模板(7)。

5.根据权利要求4所述的装置，其中所述侧壁(3)的模板结构包括一个被侧面凸缘限制的底部平台，其特征在于：位于所述轴线(18)附近的侧面凸缘(11)与所述平台铰接。 

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：所述铰接使得第二侧面凸缘(13)的放置能够垂直于所述凸缘(11)来布置。

7.根据权利要求4所述的装置，其特征在于：所述水平铰接和旋转轴线(18)是水平地可移动的。 

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