专利名称：铝塑复合材料轻型结构建筑物及其地震隔离装置的制造和应用的制作方法从古到今，凡是蓋房都离不开泥、灰、砖、瓦、沙、石和木材，发展到近代，随着钢材和水泥的出现，建筑行业进入了 “楼房时代”，由钢筋混凝土制作的空心预制板组成的“楼层间隔板”以及由沙泥砌成的“砖石结构墙体”成为建筑物结构主体，这些材料的共同特点是:坚硬、体重、无韧性、多脆性，当大级别的地震发生时，对来不及逃离的人，多数被当场砸死，侥幸活下来却因被破碎空心预制板和破碎墙体笼罩着、阻隔着、埋压着，无法自救，也来不及被救援，最终被困死或在余震中被砸死，文川大地震大多数罹难者是死于这种情况。现今，为了增强建筑物(特别是高层建筑物)的抗震能力，取消了空心预制板，对建筑物构架和楼层间隔板进行钢筋混凝土的“整体浇涛”，这是一种靠水泥、钢材、砖石、沙泥堆积起来的“重型结构”建筑物，其地震设防标准为“8级”，也就是说一但发生超8级毁灭性大地震仍将束手无策，并且更不利于被救援。翻看现况，矿山开采、钢铁冶煉、水泥制造、砖瓦烧制、木材砍伐都与建筑行业紧密相关，而制造传统的建筑材料需要大量消耗各种资源、大量耗费能源、引发大量温室排放，其生产过程和建筑过程对人类的生存环境造成极大地破坏，因此，建筑行业的传统建筑模式是重污染、重排放、重耗能、重度环境破坏的罪魁祸首，不管从抗震减灾角度还是从节能减排角度，取代传统建筑材料是当务之急。
铝塑复合材料是为取代传统建筑材料而研发的，其中的夹铝板用来制作地板层面板、天蓬层面板、内外各墙体面板以及取代木质地板和磁砖，排管用来作为楼层间隔板中的地板层主体，该复合材料具有坚固、体轻、富有韧性、抗拉能力强、保温隔热、具有很高的抗冲撞能力和具有非常优良的阻燃性能。一.轻型结构建筑物的建造方法和“减重”的应用机理。一个建筑物的负载重心和自身的应力交汇中心都集中在底层，而地震中，源自於地心所发生的弹性变形和水平变形以及因此而产生的剪切力和破坏应力也反应在底层，当来自于各方面的破坏应力之“和”，超过该建筑物底层所能够承受的“极限”时，则建筑物垮塌。在这里我们将建筑物所能够承受的极限称为A量，建筑物负载重心和应力交汇中心称为B量，地震所引发的剪切力和破坏应力称为C量；当B+C < A时，则建筑物安然，当B+C >A时，则建筑物垮塌；当A、C量不变B量增大时则建筑物垮塌，B量减小时则建筑物安然；如果A、B量不变C量增大或减小其后果与前述相同，因此，在防震减灾工作中，我们所作的一切，就是为了将B量和C量大幅度累减，以却保建筑物安然无恙。在本专利中，“减重”是第一要素，在重型结构的建筑物中，真正对建筑物构成负载，使B量居高不下的因素是:与建筑物构架浇注在一起其厚度在120 200mm的钢筋混凝土楼层间隔板、厚度在200 400mm的水泥砖石结构墙体、墙体各表面和天蓬及地板表面其厚度在20 40mm的水泥沙灰墙皮和磁砖，正是使用这些体重、脆硬、酥散的建筑材料使建筑物“头重脚轻”，在地震发生时成为杀人凶手。本专利除了钢筋混凝土建筑物构架被以相应幅度“瘦身”后仍被采用外，其余各项均由铝塑复合材料和轻质保温材料所取代，其减重方法如下:1.楼层间隔板的建造方法:楼层间隔板(如图5)由“地板层”(如图5-3)和“天蓬层”(如图5-5)两部分组成，地板层的主体是直径120 125mm的排管，该管管壁厚度为12.5 15mm，其中“增强体铝带”厚度为0.6 1mm，为了增强排管的径向支撑能力，需通过模具将排管挤压成椭圆形(如图5-4)。椭圆形排管依次摆放在墙体梁的“凸块”(如图1-7)和“托梁”上(如图1-9)，各排管之间留有15 25mm的“间隙”(如图6_6)，该间隙有三个作用:一是安装“紧固装置”(如图6-5) ;二是安装“吊顶螺栓”(如图5-1);三是通过该间隙向天蓬层浇注流体轻质保温材料，并对间隙自身进行浇注。因为楼层间隔板不仅起拱托作用，还凭借其自身的抗拉能力，增强建筑物的整体性和抵抗破坏应力的能力，因此，楼层间隔板必须坚固在建筑物构架上，专利设计了专用的“紧固装置”，用来将排管牢固地固定在墙体梁凸块和托梁上。紧固装置主体是“菱角”形金属铸件(如图3-4)，埋在墙体梁凸块或托梁上的螺杆(如图3-5)，通过菱角形主体中间部位的“通孔”与“螺帽”配合，压迫菱角形主体对排管进行挤压，并迫使菱角形主体背面周边不高于3_的“三角形凸起”(如图4-3)钳入排管基体中，为防止排管受到挤压时发生变形，在紧固装置底部安放等腰梯形金属底坐(如图3-3)，其弧面周边亦有不高于3_的三角形凸起，用来钳入排管基体中。“天蓬层面板”(如图1-8)则以墙体梁凸块底面和托梁底面为依托进行安装，各板间采用“槽口榫”辅以“锁扣”和胶粘剂连接，周边以“榫卯连接法”辅以胶粘剂与“墙体面板”(如图1-12)连接。在向天蓬层和排管间隙进行保温材料浇注后，在其未干涸之前即开始安装具有两层增强体的“地板层面板”，(如图1-2)，各板之间仍采用槽口榫并辅以锁扣和胶粘剂进行连接，周边仍采用榫卯连接法与墙体面板进行连接。为了强化地板层和天蓬层的整体性，依照排管间隙在需要的位置安装“吊顶螺栓”(如图1-10)，使地板层和天棚层形成一个整体，地震中，它们共同应对建筑物所承受的破坏应力。2.墙体的建造方法:用夹铝板与轻质保温材料综合配置构成建筑物墙体。传统建筑模式中的墙体起三个作用:一是支撑作用，二是保护作用，三是安装门窗；本专利建筑物墙体只起两个作用:一是保护作用，二是安装门窗。在设计上，可根据各地区气温差别，将墙体厚度设定在120 250mm之间，墙体面板板间连接方法和各边角连接方法如前述。墙体主体由轻质保温材料浇注而成(如图1-4)，为了取得更好的保温效果，浇注时，可在外墙体中间部位安放一块塑料泡沫板，形成复合保温墙体。因为用夹铝板作为墙体面板，使该墙体具有很强的抗冲撞能力，地震发生时能够抵御人员和家具因滑动而产生的冲撞。夹铝板还可以作成各种颜色、各种花纹，按需要切割成各种规格，用胶沾法进行安装，以取代木质地板和磁砖。3.为了强化建筑物构架抵抗破坏应力的能力，在外墙体和主要内墙体内设置了“三角形斜撑”(如图2-5);由于建筑物的应力交汇中心在底层，为了抑制其在地震或强风暴中发生的水平方向“扭动”现象，在一至三层的天蓬层框架内设置“三角形水平斜撑”(如图 6-8)。4.铝塑复合材料和轻质保温材料的防火性能和保温隔热性能:(I)轻质保温材料的阻燃性能非常优良(以ASA轻质保温材料为例)，在1500 DC时，持续烘烤I 2分钟仅表面出现微伤，在IOOmm厚的ASA保温板下面进行500 □ C持续加热，上面仍能保持常温。(2)铝塑复合材料的难燃级别为BI级，作为建材，这一阻燃性能远远不够，为此，本专利对铝塑复合材料基体的基料配比进行了调整:氢氧化铝是一种适用於塑料、阻燃效果最好、价格最便易的阻燃剂，其受热达220 □ C时，开始吸热并释放出大量水蒸气，该水蒸气能够复蓋火焰或使火焰窒息，并且无毒、无腐蚀性、对人体无害，当受热达300 □ C时，则变为“一水软铝石”，在夹铝板表面形成菱形或六角形并具有玻璃光泽的结晶层，隔绝火焰向内里入侵。在应用中，可将氢氧化铝进行颗粒加工，对铝塑复合材料表层基体的基料按40 50%、内层按15 20%添加。(3)铝塑复合材料和轻质保温材料的保温隔热性能非常优良，冬季因室内热量散发不出去而大量减少取暖费用的投入，夏季因太阳幅射热被阻隔在室外而大量降低制冷费用。二.将地震波消耗于无形的隔离地震理念和地震隔离装置的制造。我们在对“减重的应用机理”的叙述中，将地震波传递的剪切力和破坏应力誉为C量，隔离地震理念的实质就是为了使C量大幅度累减乃至消失。用轻质材料建造的轻型结构建筑物，在地震发生时能大幅度降低C量，减小地震造成的破坏，这种建筑物轻易不会发生垮塌，万一发生垮塌，这些轻质材料也不会置人至死，而且便于自救和被救援，但是，这不是我们的最终目标。此前，国内外已经有用“橡胶隔震支座”作为地震隔离装置的先例，但，它存在缺小弹性余量和弹性恢复功能的缺点，而且易龟裂、易损坏，应对大幅度“水平变形”和“弹性变形”能力很差，不足以御防大级别毁灭性地震。地震波的反应形式毫无规律可言，时而弹性变形，时而水平变形，而且各种变形的振动周期和振动幅度随时出现突变，令人防不胜防。为了实现将地震波消耗于无形的目标，本专利通过具有巨大支撑能力的压缩弹簧式“弹性复合墩”来保持地震隔离装置的弹性余量和弹性恢复功能，还通过特制的“倒立摆式万向脚轮”将水平变形的直线或曲线运动转变为原地旋转运动，详情如下:1.一个由钢筋混凝土制作的巨大“托盘”，将建在托盘上的建筑物与托盘形成一个整体，在托盘下面安装地震隔离装置，这是我们的基本套路。为了表述方便，以下以2000X2000mm的面积作为“一个核算单位”，每个核算单位安装一个地震隔离装置。地震隔离装置的主体是一个直径为1700mm的压缩弹簧式弹性复合墩(如图8-6)，弹性复合墩的基体是橡胶或柔质塑料，增强体是大规格压缩弹簧，该弹簧的直径为1500mm，此后，其半径每缩减100 150mm设置一个弹簧,直到缩减至剩余100 150mm为至,如此形成一个“弹簧组合”。各弹簧均由“压块”固定在直径为2000mm的“上、下连接圆盘”上，上连接圆盘(如图8-5)的中心位置设置一个50 IOOmm的圆孔，由此孔进行基料浇注，在周边的适当部位设置几个通气孔，以备浇注基料时排气之用；在下连接圆盘周边(如图8-7)，设置若干个带凸沿的万向脚轮“主轴通孔”(如图9-2)，以备安装万向脚轮之用。因为大规格压缩弹簧的制作，在技术上可能有困难，故可以在原直径范围内，设置若干个“小直径弹簧组合”，并对各小直径弹簧组合分别进行基体复合(如图10-3)，其弹性功能和支撑能力不减，但，稳定性稍差。2.本专利还设计了 “不设置万向脚轮的地震隔离装置”(如图11)，该装置与前述的弹性复合墩结构相同，其下连接圆盘(如图11-7)直接紧固在与地基浇注在一起的“钢筋混凝土圆墩”(如图11-9)的“下固定圆盘上”(如图11-8)。这种地震隔离装置制造技术简单，而且可以降低造价，但是，应对毁灭性特大地震的能力不足，建议:地处地震带地区用前者，其它地区可用后者。3.在建筑物周边的挡土墙上，安装了 “压缩弹簧式弹性止推器”(如图7-3)，地震中，该止推器能驱使建筑物保持原位，在强风暴发生时，能起缓冲作用。图1:外墙体、内墙体、楼层间隔板纵向竖断面示意图。1.铝塑复合管排管(地板层主体)；2.双层增强体塑料夹铝复合板(地板层面板)；3.内墙体；4.外墙体；5.外墙体梁；6.内墙体梁；7.墙体梁的凸块；8.单层增强体塑料夹铝复合板(天蓬层面板)；9.托梁；10.吊顶螺栓；11.天棚层主体；12.墙体面板。图2:外墙局部构架示意图。1.圆弧面承重立柱；2.外墙梁；3.窗口；4.窗架支柱；5.三角形斜撑；6.外墙梁断面图；7.圆弧面承重立柱断面图。图3:铝塑复合管排管紧固装置示意图。1.地板层面板；2.铝塑复合管排管；3.紧固装置底坐；4.菱角形紧固装置主体；5.紧固装置螺杆；6.排管间保温材料剖面；7.墙体梁凸块。图4:菱角形紧固装置主体背面示意图。1.紧固装置螺杆通孔；2.菱角形主体；3.钳入铝塑复合管基体中的三角形凸起；4.菱角形主体A-A断面；5.菱角形主体B-B断面。图5:楼层间隔板及吊顶螺栓横向竖断面示意图。1.吊顶螺栓；2.地板层面板；3.地板层；4.铝塑复合管排管(地板层主体)；5.天蓬层；6.天蓬层面板。图6:楼层间隔板横向顶视断面示意图。1.内墙体断面；2.天蓬层；3.外墙体断面；4.铝塑复合管排管；5.排管紧固装置；6.排管间间隙；7.墙体梁凸块和托梁；8.天蓬层框架的三角形水平斜撑。图7:建筑物与地震隔离装置的总体布局示意图。1.建筑物；2.软体防水帘；3.压缩弹簧式弹性止推器；4.挡土墙；5.压缩弹簧式弹性复合墩(地震隔离装置主体)；6.倒立摆式万向脚轮；7.钢板平台；8.建筑物托盘；9.检修通道。图8:地震隔离装置(每个核算单位)总成示意图。1.建筑物托盘；2.压缩弹簧式弹性复合墩增强体；3.万向脚轮主轴；4.钢板平台；5.弹性复合墩上连接圆盘；6.弹性复合墩;7.弹性复合墩下连接圆盘；8.万向脚轮。图9:弹性复合墩下连接圆盘顶视示意图。1.下连接圆盘；2.带凸沿的万向脚轮主轴通孔；3.
弹性复合墩基体外沿；4.弹性复合墩增强体压缩弹簧组合。图10:小直径弹性复合墩组合。1.下连接圆盘；2.带凸沿的万向脚轮主轴通孔；3.小直径弹性复合墩基体外沿；4.小直径弹性复合墩增强体压缩弹簧组合。图11:不设置万向脚轮的地震隔离装置示意图。1.建筑物托盘；2.上固定圆盘；
3.上连接圆盘；4.弹性复合墩增强体压缩弹簧组合；5.弹性复合墩基体；6.固定螺丝；
7.下连接圆盘；8.下固定圆盘；9.钢筋混凝土圆墩。图12:塑料夹铝复合板全自动生产线示意图。1.铝带放卷装置；2.铝带输入装置(该装置下辊为主动辊)；3.输胶泵；4.喷头；5.浸胶池；6.涂胶辊；7.吹风机；8.冷确导辊；9.上层基料挤出机；10.下层基料挤出机；11.挤出机头；12.整形辊；13.共挤出模头；
14.复合压力辊；15.牵引压花辊(该装置下辊为主动辊)；16.移动切割装置；17.冷确水槽；18.切边机；19.打印机；20.包装机；21.入库；22.电脑控制台。图13:用全自动生产线制造塑料夹铝复合板的生产工艺流程。1.铝带放卷；2.焊接；3.输入；4.浸胶；5.冷确；6.备料；7.混合加热；8.挤出下层基料；9.备料；10.混合加热；11.挤出上层基料；12.挤出料流；13.整形；14.共挤出；15.压合；16.牵引压花；
17.切割；18.水冷；19.切边；20.打印；21.包装入库。图14:新建筑模式的建筑工艺流程。1.建造地基及挡土墙；2.焊接并安装钢板平台；3.安放地震隔离装置；4.建造钢筋混凝土建筑物托盘；5.建造建筑物构架；6.由第一层开始往上逐层安装地板层排管、地板层面板、墙体面板、天蓬层面板、浇注天蓬层和墙体的保温材料、楼梯和楼梯间的处理；7.安装建筑物顶蓋；8.安装门窗、水电气设施、厨房设施、卫生间设施；9.外墙面板表面和地板层面板表面处理。10.外墙表面统一着色。实施方案1.轻型结构建筑物的建造:夹铝板由“塑料夹铝复合板全自动生产线”(如图12)制造，其“生产工艺流程”按图13执行，大口径铝塑复合管由德中合营的“铝塑复合管全自动生产线”制造。在本专利中，夹铝板是主要组成部分，是一项全新技术，夹铝板的制造方法以及制造夹铝板设备的研制，是必须首先要考虑的。在我国，某些塑机研究所或塑机制造企业，有这个生产能力和技术能力，但，这里有几个要点需说明:(I)夹铝板全自动生产线一但启动需24小时连续运转，为此，在一卷铝带用完转换另一卷时需将两卷铝带的接头进行焊接，所以在图13-1和图13-3两道工序之间增加了“焊接”工序(如图13-2)，该工序由“对接式”焊机来完成，焊机安装在轨道上，在需要焊接的时候则与铝带同步运行，在运行中进行焊接，该焊机焊接速度快，能焊接高厚度的铝带。(2)从挤出机挤出上、下层基料与浸胶铝带一起经挤出机头挤出开始，则形成“料流”，料流经过整形辊(如图12-12)进入共挤出模头(如图12-13)直至共挤出模头出口这一过程，最容易引起基料集堆和破碎，影响夹铝板的复合性能和强度，为此，设计时需作到:一是制定合理的上、下层基料的挤出厚度，制定合理的整形辊、共挤出模头入口、共挤出模头出口的料流厚度落差以及制定合理的共挤出模头出口、复合压力辊(如图12-14)、牵引压花辊(如图12-15)的料流厚度落差；二是对共挤出模头出口的唇部进行倒圆角，以防止该位置因剪切应力过高造成基体破裂或暗伤；三是制定合理的“料流运行速度”；四是制定合理的“基料加热温度”。(3)移动切割装置(如图12-16)为“龙门式”，该切割装置安放在生产线床体下面的轨道上，在需要的时候由“开关”下指令与料流同步运行并实施切割程序之后回归原位。(4)新型建筑材料的应用必然引发建筑模式的更新换代，也必然引发“建筑工艺流程”的改变，本专利制定了新建筑工艺流程(如图14)，供建筑施工时参照。(5) “榫卯”和“槽口”的加工设备可参考木工机械来设计。(6)流体轻质保温材料需选择“冷凝式”的。(7)在浇注钢筋混凝土建筑物构架的过程中，对各安装夹铝板面板的表面，必须严格按照水平线和垂直线操作，并保持表面光滑平整。2.地震隔离装置制造过程中的要点:(I)每组地震隔离装置承载重量的核定和核算方法以及万向脚轮承载重量的确定和调整方法按如下程序进行:一是确定承载托盘(如图7-8)的面积和厚度；二是根据每组地震隔离装置所需面积和宽度在600 IOOOmm之间的“组间通道”(如图7-9)，核算出承载托盘可容纳的组数；三是根据包括承载托盘在内的建筑物整体重量和负重评估之“和”被除以组数得出的每组地震隔离装置需承载的重量；四是根据前述所核算的重量，设计压缩弹簧规格、高度和压缩行程；五是用每组地震隔离装置需承载的重量被除以中型万向脚轮可承载的重量(300 500kg)得出每组地震隔离装置需要安装万向脚轮的数量；六是根据此数量在下连接圆盘上设计带突沿的“万向脚轮主轴通孔”(如图9-2)。(2)本专利选用特制的倒立摆式万向脚轮(如图8-8)可以应对任何方向的直线或曲线的水平变形。在地基的表面，安装覆蓋全地基的“钢板平台”(如图8-4)，该平台有两个作用，一是为万向脚轮提供自由滚动的平台，二是在地基发生小幅度开裂时，可确保地震隔离装置正常运行。(3)在地震隔离装置处于载荷平衡的静止状态时，其“载荷承力重心”所处位置在弹性复合墩最大弹性变形量的1/2处，如果该位置出现偏差，可通过增减压缩弹簧数量、高度和规格进行调整。(4)地震隔离装置的实施需首先建一个“安装调试”和“震级测试”平台，用一组或两组地震隔离装置，按前述所核算的每组地震隔离装置需承载的重量对其进行负重，检验载荷承力重心所处的位置，并进行调整；通过震级测试，一方面检验万向脚灵活性和可靠性，另一方面检验抗震级别并进行修改。


本发明的宗旨是通过建造轻型结构建筑物，达到节能减排和抗震减灾目的。用铝塑复合材料与钢筋混凝土构架、轻质保温材料综合配置，大部分取代钢材水泥砖瓦砂石，将建筑物整体重量降低1/2以上，并根据这一特点制定了新建筑工艺流程。铝塑复合材料包括塑料夹铝复合板和大口径铝塑复合管，前者由塑料夹铝复合板全自动生产线制造，后者由铝塑复合管全自动生产线制造。通过特制紧固装置强化楼层间隔板的抗拉性能，科学运用三角斜撑强化建筑物整体性，以敌御来自于任何方向的强大破坏应力。铝塑复合材料不仅自身拒燃，还可凭借自身功能使火种熄灭。为将地震波消耗於无形，在大幅减重前堤下研制了地震隔离装置，上部分是具有优良弹性功能和弹性恢复功能的压缩弹簧式弹性复合墩，下部分是将直线运动转变为旋转运动的特制万向脚轮，化解弹性变形和水平变形。