[0002] 本申请要求在美国
专利商标局于2009年8月23日提交的第12/583,607号、2009年10月14日提交的第12/587,851号和2009年12月22日提交的第12/655,032号在前申请的权益。
[0004] 本发明涉及具有
支撑钢框架和将混凝土表面连接到钢框架的装置的
轻质混凝土板。
[0005] 2.相关技术描述
[0006] 以下专利限定了本领域的现状：
[0007] Schilger的美国专利第4,602,467号描述了具有附接到混凝土平板的支撑钢框架的建筑板。将钢框架连接到混凝土平板(concrete slab)的附接机构是立柱部件(stud member)的一部分。立柱部件一侧的翼缘以各种形状被
冲压和
修改，旨在当其整侧被嵌入混凝土平板中时用作锚固件。由于立柱的翼缘嵌入混凝土中，板被认为是复合板，其中混凝土层和钢框架两者在支撑
载荷方面均承担了重要的
角色。
[0008] Schilger的美国专利第4,885,884号描述了具有附接到混凝土平板的支撑钢框架的建筑板。将钢框架连接到混凝土平板的附接机构是立柱部件的一部分。此板的附接装置不是像其在前技术美国专利第4,602,467号一样延伸立柱部件的一整侧的一个长
型材。反而，多个连接装置是在C型立柱的翼缘中间断地冲压且弯曲的部分。冲压且弯曲的部分可以是平行于立柱部件延伸并伸入混凝土平板中的L型、V型和T型型材，用作连接装置。
[0009] Ruiz的美国专利第6,151,858号具有与Schilger的美国专利第4,885,884号中类似的概念。Ruiz的立柱翼缘中间断地冲压且弯曲的部分具有不同的形状和弯曲方向。Ruiz的突出L型窄于Schilger的突出L型且不同地弯曲。像Schilger的突出部分一样，Ruiz的冲压键是连接装置，该连接装置为立柱部件的一部分。
[0010] Bodnar的美国专利第4,909,007号具有与Schilger的美国专利第4,602,467号中类似的概念。C型立柱的一整侧被冲压且弯曲成一个L型翼缘，形成要嵌入混凝土平板中的一个长整体的附接装置。Bodnar技术中的不同在于嵌入的L型连接翼缘中的开口和立柱
腹板区域中的大开口。嵌入的连接翼缘中的开口被要求使得材料能够流过并在局部区域中形成较强的混凝土。立柱腹板中的大开口意在限制从一侧到另一侧的热传导，由此减小立柱腹板中的热路径或钢区域。
[0011] 存在与所有提到技术相关的三个主要问题：首先是其将需要专
门设计的机器以产生具有整体连接机构的此特殊立柱；其次是其低劣的热性能；以及第三是建筑规范技术指标的满足。通常，为生产此修改的立柱的工程专用机器的成本是昂贵的且禁止的。Ruiz和Schilger墙板的热性能由于立柱翼缘和外部混凝土平板之间直接的材料
接触而是低劣的。金属具有高的
温度传导性且来自外部混凝土的热量正好流过立柱的金属材料到达立柱翼缘内部。虽然Bodnar的打开腹板立柱在减小立柱腹板中的热传导方面是一种改进，但是在立柱腹板中产生开口的机器的成本由于其复杂工艺而是昂贵的且禁止的。Bodnar的打开腹板立柱是一种改进，但是其钢框架
中底部和顶部的
导轨仍然具有实心腹板，因此板在板的这些区域中仍具有低劣的热性能。在承载应用中，Bodnar和Schilger的墙板在国家和世界的很多部分将不满足当前国际的建筑规范技术指标。在其设计中，混凝土平板和钢框架之间的复合作用知之甚少。在规范技术指标中不存在指南以
覆盖此板的结构。假设所有独特的复合板被测试且被证明具有结构性能，其数据的提交且将其在规范技术指标中特定化可能是非常长且昂贵的过程。所有独特复合板的广泛采用是非常不可能的，这是因为制定规范技术指标的目的是包含结构的类型而不是包含所有特定的产品。之前技术忽略了这三个主要的问题。本发明被开发以克服所有
现有技术中固有的这些主要问题。
[0012] 发明概述
[0013] 本发明是关于板结构及组成板结构的独特构件。轻质混凝土板包括薄混凝土平板、标准立柱框架、任选的隔离带和具有突出头部的新颖锚固
铆钉，标准立柱框架可以是被很好地研究的承载或无承载的，任选的隔离带用于增加在外墙应用中的热性能，锚固铆钉作为优选的混凝土到框架的连接装置。其他任选的混凝土到框架的连接装置可以是普通
盲铆钉和弯曲钢
支架的组合，其用作将混凝土平板连接到金属框架的具有弹性封盖的混凝土锚固件或螺钉。
[0014] 支撑框架中的标准钢立柱通过普通滚轧成形机或自动滚轧成形机制造，其中在立柱翼缘中冲压有铆钉或螺钉孔。任选的隔离带为1/8″到1″厚的具有粘结背衬的
挤压泡沫带。隔离泡沫可以由不同的材料制成以具有需要的隔离性能。一些
刚度是优选的，用于在
制造过程期间简化处理。隔离带可具有将与立柱翼缘中的孔对齐的标记或预冲压孔，用于简化安装。当不使用隔离带时，在混凝土和钢框架之间保持1/8″到1″的空气间隔将在混凝土和钢框架之间形成足够的热中断。具有突出头部的锚固铆钉是将混凝土平板连接到支撑钢框架的优选连接装置。钢立柱框架在框架的内侧中可具有钢剪切撑杆，以满足如建筑规范技术指标所特定化的剪切载荷需求。
[0016] 图1阐示具有其构件的本发明的基本结构。
[0017] 图2阐示具有突出头部的锚固铆钉，作为将混凝土平板连接到钢框架的连接装置。
[0018] 图3阐示图2所示锚固铆钉的剖面。
[0019] 图4阐示具有其构件的图1所示
外墙板的剖面。
[0020] 图5阐示内板的剖面，其中隔离带不是必须的。
[0021] 图6阐示内板的剖面，其中具有弹性套筒的夯实头部螺钉是连接装置。
[0022] 图7阐示锚固盲铆钉的另一设计，其中铆钉主体包括两个普通盲铆钉主体，其中的两个普通盲铆钉主体在相对端与头部紧紧地装配在一起以有效地形成突出的
铆钉头部。
[0023] 图8阐示锚固盲铆钉的另一设计，其中铆钉主体包括紧紧地装配在普通盲铆钉主体上的切槽的销或套筒，并且其中铆钉主体的切槽的销或套筒部分是突出的铆钉头部。
[0024] 图9阐示盲铆钉的另一设计，其中铆钉主体成形为像具有圆顶头部的递升圆筒一样，并且其中铆钉主体的较厚部分是突出的铆钉头部。
[0025] 图10阐示与普通盲铆钉结合使用以将混凝土连接到钢框架的另一连接装置类型：弯曲的钢支架在中心具有用于普通铆钉以将其紧固到框架结构的孔并具有被成形以将其自身锚固在混凝土中的弯曲端部。
[0026] 图11阐示另一形式的突出头部的盲铆钉，具有与之前形式相同的功能但是具有稍微不同的设计。
[0027] 图12阐示具有与之前形式相同功能的突出头部的盲铆钉的又一实施方式。
[0028] 图13阐示具有与之前形式相同功能的突出头部铆钉设计的又一实施方式。
[0029] 发明详述
[0030] 图1很好地阐示了本发明的实施方式。混凝土板(1)包括：具有预冲压孔(21)的标准钢立柱框架(20)，孔(21)用于每个标准C型立柱(22)中的混凝土到立柱的连接件；具有钢网增强物的薄普通混凝土平板或者具有大量微
纤维的非常薄ECC(工程用
水泥基
复合材料)混凝土，作为主要增强物(10)；在外墙应用中由具有高隔离性能的各种可挤压材料制成的任选的隔离带(30)；当需要承载时在框架(20)内侧中的任选的钢剪切撑杆(23)；
以及特殊的工程用锚固铆钉(40)，作为将混凝土平板(10)连接到钢框架(20)的钢立柱(22)的优选连接装置。
[0031] 钢框架(20)中重规钢和尺寸的标准成型立柱(22)以及钢剪切撑杆(23)的使用将允许板容易满足建筑规范的技术指标，并且不需要专门的机器或额外的机械以修改立柱翼缘。此系统的实施在开始时将需要很少的资本，并且由于标准C型立柱的使用，其上市能
力将会更高。在承载应用中，钢剪切撑杆(30)能增加额外的支撑。另外，在使用中，标准立柱框架系统还具有另一主要的优点：现在可以使用最新的省工技术，像来自FRAMECAD集团(新西兰的公司)的自动滚轧成形技术以减小立柱框架的制造成本。优选的钢框架制造工艺可能需要能将立柱和导轨两者切割成需要尺寸的自动滚轧成形机，以及在每个立柱中用于铆钉(40)的穿孔。当应用此技术时，工艺的复杂性和劳力成本被极大地减小。
[0032] 隔离带(30)被设计以限制立柱翼缘区域中的热传导性。其具有立柱翼缘的宽度、1/16″到1″之间的厚度、由各种隔离材料制成、具有粘结背衬、并且具有足够的刚度以当板被提升或移动时抵抗混凝土平板的重力。在外部应用中，此隔离带将极大地增加板的热性能。优选的带(30)可以是挤压的刚性泡沫并且在带表面上具有预冲压孔或标记以用于使连接铆钉(40)穿过。该隔离带(30)是任选的构件，这是因为在制造过程期间，墙板(1)在钢框架(10)和混凝土(20)之间可浇筑有空气间隙，且随后在建筑工地或工厂处可填充有喷雾泡沫，其将像隔离带(30)一样具有类似的效果。
[0033] 在实施的板中优选的混凝土到钢的连接装置是具有突出头部的工程专用锚固铆钉(40)。突出的铆钉头部能具有用作混凝土锚固机构的很多设计和形状。图2阐示盲铆钉类型(40)的锚固铆钉的一种可能形式。在此形式中，盲铆钉(40)具有被有效地成型以用作混凝土中锚固件的突出且修改的铆钉头部。图3显示铆钉头部上的任选的铆钉封盖(43)。突出的铆钉头部可具有允许其用作硬化混凝土中的锚固件的各种形状。最简单的铆钉头部形状是如图3和4中所示的锥体形状。铆钉封盖(43)由各种热塑料或弹性材料例如
硅树脂或
橡胶制成。钢锚固件中各种热塑料封盖的使用是帮助减小钢
腐蚀并减小钢本体和混凝土之间热传导性的常规实践。如果铆钉头部(41)由
不锈钢制成且混凝土平板(10)在标准混凝土中被钢网增强物充分地约束，则保护性封盖(43)可能是不必要的。然而，当混凝土平板(10)由ECC(工程用
水泥基复合材料)混凝土制成且只具有作为主要增强方式的微纤维时，混凝土材料的较高
干燥收缩率将导致混凝土平板(10)收缩和轻微地移动。弹性铆钉封盖(43)是必要的以允许混凝土平板或板(10)移动并减小混凝土平板(10)的任何内部
应力。如果收缩的混凝土平板(10)被约束，则内部应力将使混凝土平板(10)开裂。在所有类型的混凝土锚固件中，弹性封盖的此使用是新颖的且必要的以减小混凝土平板(10)的内部应力。锚固铆钉是优选的连接装置，因为其具有极大的
抗拉强度或保持强度，且其易于且更快地安装。图7、8、9、11和12阐示了可用作连接件的另一锚固铆钉的设计。图7阐示一种形式的突出头部的盲铆钉(60)，其中突出的铆钉头部包括两个普通的盲铆钉本体(61和62)，其中较小的主铆钉本体(61)紧紧地装配在较大的铆钉本体(62)内部。图8阐示另一种形式的突出头部的盲铆钉(70)。该形式的铆钉本体包括长的普通铆钉本体(61)和紧紧地装配在铆钉本体(61)上的简单切槽的销或套筒(71)。图9阐示另一种形式的突出头部的盲铆钉(80)，其中圆形的铆钉本体(81)成形为像递升圆筒一样。铆钉本体(81)的较厚部分是从钢框架表面延伸的突出头部。图11和12阐示其他形式的突出头部的盲铆钉(100、110、120和130)。图11阐示三种突出头部的盲铆钉设计(100、110和120)，其中这三种设计的突出铆钉头部是盲铆钉的突出心杆。正常地，盲铆钉的心杆不伸过基底(22)的平面；但是在此设计中，突出心杆可具有提供铆钉混凝土锚固能力的各种形状。第一盲铆钉设计(100)包括普通盲铆钉本体(101)和突出心杆(102)，其中突出心杆(102)具有用作锚固机构的成形部分(103)和在心杆(102)的突出部分中远端的心杆断点(104)。第二盲铆钉设计(110)类似于第一盲铆钉设计(100)，但是没有心杆断点。此铆钉将需要定制的
铆钉枪，其将只拉动心杆(103)并将其释放就位。第三盲铆钉设计(120)类似于第二盲铆钉设计(110)，除了铆钉本体是普通铆钉
螺母(121)且心杆(122)具有螺接到铆钉螺母(121)的
螺纹端。图12阐示又一种形式的突出头部的盲铆钉(130)。在此盲铆钉设计(130)中，突出头部为突出铆钉本体(131)和突出心杆(132)两者。突出心杆(132)在铆钉本体(131)外部超过用作锚固机构的心杆柄中的成形部分(133)具有断点。具有突出头部的盲铆钉设计在领域应用中是非常灵活的。在工厂制造中，具有成形突出头部的实心或半中空铆钉设计可以被使用且是更加经济的。图13阐示具有成形突出头部(142)的实心铆钉(140A)设计和半中空铆钉(140B)的示例，其也可用作混凝土表面(10)和钢立柱(22)之间的连接装置。与其中简单的铆钉枪被用于将其紧固到钢立柱的盲铆钉不同，实心铆钉(140A)和半中空铆钉(140B)两者将需要使铆钉穿过立柱(22)中预冲压孔及之后平坦在立柱翼缘后面铆钉的插入部分(141A和141B)的定制机械。使用实心铆钉(140A)和半中空铆钉(140B)形式的优点是其比起盲铆钉形式具有较低的制造成本。
[0034] 本申请中公开的混凝土到框架连接的又一任选方式是弯曲钢锚固支架(91和92)，弯曲钢锚固支架(91和92)具有在其中心的用于使普通铆钉将其紧固到框架结构的孔并具有被成形以将其自身锚固在混凝土中的弯曲端。如图10中所示，弯曲钢锚固支架(91和92)被用于和普通铆钉(93)连合以将其自身紧固到钢立柱(22)。钢锚固支架的端部可具有有助于将其锚固到混凝土的不同形状。
[0035] 在连接装置的保持强度不是关键性的且混凝土平板(10)具有轻微收缩运动的情形下，具有弹性封盖(51)的修改的头部螺钉(50)可像图6中所示一样使用。
