用于建筑设计的板材 优先权
本申请要求于2001年8月31日申请的美国临时申请60/316,355的优先权，其题目为“用于建筑设计的板材”。美国临时申请60/316,355包括附录的全部内容，在此结合作为参考。
版权通告
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【发明背景】
本发明涉及用于建筑设计中的板材，诸如用于外部的建筑板材，用于内部分隔的板材，或者用于限定隔离空间以及墙壁或天花板建筑板材。更具体地说，本发明涉及用于建筑设计中的板材，该板材包括在其内部具有分布空隙的结构孔板或者基板。
在建筑设计中存在有各种各样的板材设计。例如，用于单元(modular)和高层建筑物的外部建筑板材就有代表性地结合了在固体表面原材料中的设计因素，所述固体表面原材料诸如混凝土、金属、玻璃、石材或者石膏。在诸如窗户或者门的建筑板材的各种制品中，可以包含例如洞(hole)的穿孔(perforation)，所述穿孔、洞也可以包括在调节机械或者电气系统中。然而，为了使完成后的结构的总体功能表现得以最佳化，例如，能耐受风、雨，以及为了提高强度，一般认为有必要减少穿孔的数量，或者减少使穿孔外露的设计元素。诸如作为内部分隔件或者空间分隔件的内部板材，为了减少轮廓空间之间的声音和光的传播，其具有穿孔的数量是受限制的。
在一些应用中，在用于声音的吸收和漫射的板材中，或者用于装饰的板材中，有目的地结合以穿孔或者或使穿孔外露的设计元素。这种建筑板材的例子可在美国专利2,280,631，4,207,964，4,122,915，6,004,652，和6,319,572中得到，这些文件在此结合作为参考。然而，在这些专利中出现的穿孔的建筑板材，其通常包括的穿孔或者设计单元以诸如栅格板形式的明显非随机的方式均匀地排列，因此很难使板材具有如自然地生成一般的理想效果。
发明概述
本发明提出了用于建筑设计中的板材的结构孔板(structural web)或基板(matrix)，其具有以非均匀分布的、且优选是由明显为不规则的构图所构成的多个空隙，一些空隙通向、或者开口朝向板材的至少一个外表面，这一些空隙也可以在它们自身之间互相连通，从而使板材具有被穿孔的外观。本发明还提出了该孔板或基板的制造方法。明显为不规则的构图一般是指这样一种空隙的布置，其中对于观察者来说，不容易看见如在其它设计中出现的网格状图样的设计要素的重复。明显为不规则的构图可以包括这样一种布置，其中空隙实际上是随机分布的，以及这样一种布置，其中空隙的不规则分布是依照例如数学运算法则构造的非均匀分布。可选择地，空隙之间也可以互相连通，从而产生出极其复杂的构图。
结合有依照本发明的结构孔板的板材可以包含以各种各样的方式，各种各样的形状构造的空隙，该空隙诸如可以具有大体呈球形的形状，或者其它连续的弯曲形状，例如椭圆形，或者空隙具有基本上平的表面，诸如矩形，立方形，以及其它的多面体形状，或者弯曲的和基本上是平的表面的组合，诸如圆锥形，圆柱形以及抛物线形状。空隙可以是恒定的和/或不同的尺寸，可以或者贯穿内部和板材的表面，或者在板材的局部分布。和板材的一个外表面连通的空隙可以不必直接或者间接地与相反的板材表面连通、其中该间接的连通亦即和另一个也和相反的板材表面连通的空隙连通，从而使光和声音的传播最小化。可选择地，或者附加地，空隙可以布置为或者直接地、或者间接地与相反的表面连通。空隙可以具有各种不同的尺寸，以使得诸如光和声音的传播或者气流具有所需的程度。
依照本发明的结构孔板和板材可以不用依靠支承物或者依附建筑板材或者分隔件，如遮盖所有东西的墙壁或者天花板，或者墙壁或者天花板的局部，或者在建筑板材中使用其它的方式。板材也可以被结合到可重置或可移动的隔离物系统中，例如在系统的隔离物中通过安装天花板轨迹悬挂结构孔板和板材，从而提供弹性的、功能性的、以及美观的隔离物或者间隔物系统。依照本发明的板材另外也可以作为建筑结构构件来使用，诸如墙壁，天花板，横梁或者柱子，也能对板材进行堆栈或者其它构造以用作搁架，阁楼，桌子等等。这样的板材可以具有足够的刚性，无需其它的支承，作为建筑元件使用，或者它们可以与诸如框架、钢梁、或者其它类型的支承结构系统的建筑元件进行组合。依照本发明的板材可以用作对诸如挂在衣架上的服装等的悬挂物件进行支承，也可以用作对其它用于展示的物品的支承。
依照本发明的板材的外部形状可以改变，以适应所需的应用。设计者在选择所有的形状时可以被提供很宽的范围。例如板材可以是矩形、椭圆形，或者其它的形状，或者源于他们的意图、或者源于设计者的创造力所规定或者建议的形状。当设计者对揭示的本发明熟悉后，依照本发明的板材的合适的外形将不会是具有本领域常识的设计者的障碍。
由于它们极其新颖的构造，依照本发明的板材提供了许多独特的优点。当支承或者悬挂板材时，使至少一个穿孔表面在垂直方向上充分定向时，它们就可以被用来支承悬挂物或者装配物体，使得诸如衣架上的衣服，照明灯，图片等等，在那里进行合适的系附。当它们由合适的有色的、反射的、或者半透明的原材料制成时，它们可被用来提供独特和高美感的声音和光的变化。板材的形状和结构，以及用于制造时的原材料选择，都可以被用于调整和校正声音的反射，例如，通过利用板材的消声性质来减少或者消除声音的反射。
可以利用任何合适的制造方法以制造结合有依照本发明的结构孔板的板材。可以从固体板材或者片状材料中对板材进行切割，研磨，铸造，挖空，或者其它的加工。例如使用多轴的研磨机械，可以用手工或者用机械加工研磨的(mill)、铸造的、挖空的板材。也可以通过放置小球或者气球状物到模子中对板材进行浇铸，所述模子具有矩形或者其它所需的所有板材的形状，并且放置合适的原材料，所述原材料例如树脂能够设定或者固化成合适的刚性结构，模子内部包括球或者气球状物。合适的刚性结构通常是指用于特定使用的合适的硬度。例如，可以通过使用诸如混凝土的材料，而获得具有合适的刚性、能作为建筑结构部件使用的所需的板材结构。可选择地，或者附加地，通过在板材内部结合各种各样的建筑结构部件或者部分，例如在里面浇铸或者放置金属线或者丝网，框架，支架等等，可以改变或者增强结构的硬度和相应的强度。在放进模具的原材设定或者固化后，在浇铸步骤中使用的气球状物或球被或者破坏性地、或者非破坏性地取出。
在一些实例中，可以提供具有空隙的板材，该空隙分布在预先设定的位置或构图处，并且在例如板材亦即孔板的边缘具有互补的形状，从而在板材的边缘部分存在的空隙可以没有明显接缝地接合。空隙以不均匀的形式或者明显随机的布置方式设置时，也可以保持无接缝的外观。这有利于使邻接的板材得到单个的、无明显接缝的板材或者孔板外观。“邻接”通常是指组装板材，从而使一个板材的外表面接触另一个板材的外表面。“邻接”因此包括堆栈或者装配板材而得到一体板材的外观。这可以通过例如使用标准的模制或者自动的原材料铸形机器，诸如计算机程序控制的研磨机器，而得以实现。
依照本发明的板材可以用具有合适性能的任何原材料按照要求进行制造，所述原材料的特性非限定性地包括：强度，耐久性，抗腐蚀性，以及在一些应用中的透明度和声音的反射或吸收能力。内部系统的设计者一旦熟悉了本发明揭示的内容，这些很容易理解。例如，利用聚合体或者塑胶，诸如聚酯树脂，聚亚安酯(PU)、包括PU树脂(PUR)(F18)、PUR树脂，硅橡胶等等，可以制造有弹性的和高耐用的板材。由于这些原材料对颜色、透明度、声音和光的反射、或者吸收特性方面提供了宽的选择范围，同时还具有作为内部或者外部部分或者板材的足够的刚性和强度，应用这些原材料是很有利的。类似地，可以通过选择合适的原材料和覆盖层来调节防火性能。板材也可以由诸如金属、木材和石膏的非聚合体制成。通过使用合适的添加剂、色度、以及油漆，可以制造或者强化具有任何所需的色彩以及表面纹理的透明和/或半透明的板材。对于不透明板材的着色而言，模制、浸渍、或喷涂都将十分有效。
通过控制总体形状，亦即单独板材的长度、宽度和高度，以及控制其中的空隙的特性，诸如空隙的尺寸，以及被空隙占据的板材的体积与标称体积的百分比，可以使板材的强度和稳定性及其声或光反射特性适于特定的应用。标称体积通常是指板材的总体积，包括空隙的体积。类似地，可以通过将板材合并在一起以获得网效应(net effect)，或者通过选择具有合适的强度和弹性特性的原材料，以获得理想的特性，诸如强度。原材料强度、或者声/光反射或者吸收的特性的选择是容易理解的，并且依照本发明的板材比较适合使用这些原材料。
附图的详细描述
图1示出依照本发明的一个优选实施方案的立体图。
图2a示出依照本发明的可选择的实施方案板材的部分横截面示意图，该板材包含有多个结构孔板。
图2b示出依照本发明的可选择的实施方案板材的立体图，该板材包含有多个结构孔板。
图3示出依照本发明的另一个实施方案的板材的立体图，该板材具有集中在板材局部区域的空隙。
图4a示出依照本发明的另一个实施方案板材的部分横截面示意图，其中的空隙不与相反的外表面相连通。
图4b示出依照本发明的另一个实施方案板材的部分横截面的示意图，其中空隙与相反的外表面相连通。
图5示出本发明优选实施方案的大体呈球形的空隙的斜向视图。
优选实施方案的详细描述
参照图1，依照本发明在建筑设计中使用的板材100包括结构孔板101，该结构孔板具有多个空隙102。空隙102可以和至少板材的一个外表面103连通，而且该空隙可以具有各种各样的尺寸和形状，例如所描述的大致的球形。在优选施实例中，可以不均匀地布置空隙，或者空隙可以以明显不规则的构图在孔板101中布置，从而得到与海绵类似的穿孔表面。或者，空隙102也可以互相连通，例如在104处那样。依照本发明的板材和结构孔板可以包括不限定数量的空隙结构以获得理想的设计效果。例如可以布置在板材的一个或者多个局部部位中，或者它们也可以这样布置：空隙和单个的表面连通，而不与相反的表面连通。类似地，空隙也可以这样布置：空隙或者直接地、或者间接地和相反的表面连通。例如当空隙直接和相反的表面连通时，空隙的尺寸超出板材的厚度，而当间接连通时，单个空隙和一个表面连通，同时也和与相对表面连通着的孔相连通。
固体的含量，亦即，构成孔板101的材料的体积与板材的标称体积的比率百分数，可以例如从将近100％到任意低的数值之间的很宽范围内变化，其中该标称体积也就是包括构成孔板的材料的体积以及空隙的体积的本发明的板材的体积。或者，本发明的板材可以通过空隙的体积与标称的板材的体积的比值来描述。例如，相对开放的板材可以具有大约25％的固体含量，或者可选择地以具有的空隙描述出该板材，该空隙大约占有全部标称板材体积的75％。
固体含量的低限通常取决于板材中所用的材料，以及该板材被支承和使用的方式，诸如用作建筑构造中的结构元件，或用于支承物体的重量，该类物体诸如挂在衣架上且从空隙向下悬垂的衣物，或者放在由本发明的板材制成的架子或者桌子上的物体。对于一些使用的结构，使用的固体体积为25％甚至更低。低限并不是固定的；它可以根据生产板材的原材料的改变而改变。例如在特定的使用中，用于铝的结构板材的固体体积的低限比由硅橡胶制成的结构板材的低限要小。
在优选实施方案中，依照本发明板材的空隙的尺寸包括各种尺寸的大体呈球形的空隙，该尺寸至少具有下列尺寸中的一个：大约0.25英寸到大约4.5英寸的平均直径，并且具有大约50cc到大约650cc的体积。单个的大体球形或者椭圆形的空隙的平均直径可以视为在三维参照系统中表达的空隙的若干特定直径的算术平均值。具有这种构型的板材具有容易被看见的空隙，并且用于装饰以及分隔空间。该结构也用于支承货品，例如在服装零售场所悬挂衣服。该结构有利于板材的使用，所述板材用于悬挂货物商品，例如衣架上的衣服，从而可以降低用户的手指、衣服以及其它物件被空隙绊住的可能性。另外，施加到与板材表面连通的空隙边缘的倒角或者其它钝角进一步地防止磨损和割伤物体，例如衣服和手指。在优选实施方案中，在服装零售设施的板材中可使用大于1/32英寸的半径的倒角。
参照图2a，板材具有与一个或者多个板材的表面相连通的空隙，并且大于空隙的直径的一半的深度可以被制成多个结构孔板，该结构孔板互相相邻布置，亦即多层结构，可以生产出单个的整压板材。这种制造板材的方法有利于使用模制，从而不必进行底切操作。
在多层结构的优选实施方案中，依照本发明的板材200包括多层结构孔板201，202和203，还包括具有直径205和深度206的空隙102。空隙204的深度可以表示为厚度207和厚度208以及空隙部分210深度209之和。可以对网201，202和203进行研磨、模制或者其它的加工，不使例如底切成为必需的操作，并且对网在外表面211进行互相之间的粘附或者其它的固定，从而制成表面无缝的板材200，而不会在层间的接缝出现明显的间断面，该板材具有其深度206超过它的直径205的一半的空隙204。空隙102进一步包括在外部暴露的边缘部分上的倾斜面，以防止接触到边缘的用户或者物件被绊住或割伤。
参照图2b，可以用末端相邻的多个孔板构成大的板材，从而形成单个的无明显接缝的板材，在接缝处没有明显的间断。这便于载运板材以及移动板材通过门，进入电梯，上下楼梯等等。在多层结构的可选择实施方案中，板材250包括在外表面或者边缘216相邻的结构孔板213和214，以形成单个的无明显接缝的板材。
参照图3，依照本发明可选择的实施方案的板材300包括结构孔板101，所述结构孔板具有多个设置于板材300的局部或者集中部分的空隙102。
可以将空隙布置在各种变化的构造中。例如可以这样布置空隙，使空隙与一个外表面连通在一起，而不与相反的表面连通。参照图4a，板材具有结构孔板101，该结构孔板布置有空隙401，空隙401与单个外表面402相连通，而不与相反的外表面连通。类似地，空隙的布置也可以使空隙或者直接或者间接地与相反的表面相连通。参照图4b，空隙404直接与外表面402和外表面403相连通，外表面403与外表面402朝向相反。空隙可以间接地和相反的表面连通，例如，空隙405和外表面403连通，也与和外表面402相连通的空隙406相连通，另外，空隙408和409分别与外表面402和403相连通，而且均与空隙407相连通。
参照图5，通过对在三维参照系统的各维度上的特定直径进行平均，可以得到大体呈球形或者椭圆形的空隙的平均直径。例如，空隙501的平均直径501是直径502，503，504的算术平均值。
以上描述的实施方案仅为示例，并非用以限制本发明。那些对于本领域熟练的技术人员而言可以很容易地认识到的对本发明进行的各种修改和变化，均不脱离本发明的实质和范围。因而，本发明不受所附权利要求之外的任何限制。