專利名稱：可居住的空間框架的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及建筑物；更特別地，但并不是排他地，本發(fā)明涉及包括可居住模塊 的空間框架。
背景技術(shù)：
空間框架用于不同建筑應(yīng)用如大跨度屋頂已有幾十年?？臻g框架通常為輕質(zhì)的、 堅(jiān)硬的、不昂貴的和堅(jiān)固的建筑部件。它們通常與可選技術(shù)相比需要更少的建筑材料，因?yàn)?它們由桁架式互鎖支柱制成。通過(guò)在每個(gè)支柱中僅使用拉伸和壓縮負(fù)荷，可抵抗空間框架 中的彎曲力矩。與空間框架相比，傳統(tǒng)的直線結(jié)構(gòu)通常基于六面體幾何形狀，并且這種傳統(tǒng)結(jié)構(gòu) 的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性需要橫向支撐如扶壁、橫拉條、剪力墻和/或堅(jiān)硬抗力矩接頭。這些傳統(tǒng)結(jié)構(gòu) 已經(jīng)從包括柱子和橫梁支撐的史前建筑進(jìn)化為現(xiàn)代的高層鋼結(jié)構(gòu)。但是，隨著這種結(jié)構(gòu)的 高度增加，涉及一般工程和涉及特定特征如抗震的懸臂地基和彎曲以吸收橫向力的延展性 框架的成本也不成比例地增加。因此資金、環(huán)境和空間考慮有時(shí)使得這種結(jié)構(gòu)低效和不合 乎需要。現(xiàn)代的空間框架技術(shù)也具有某些不期望的特征。特別地，幾乎沒有例外地，它們都 基于等邊的幾何形狀，其內(nèi)不可能有直角三角面。例如，常規(guī)空間框架中的支柱在等邊四面 體幾何形狀內(nèi)提供傾斜結(jié)構(gòu)部件，這就表現(xiàn)出顯著的凈空障礙。這種支柱經(jīng)常被布置成無(wú) 法支撐常規(guī)生活空間的六面體幾何形狀(即豎直壁、水平底板和天花板下面為人們居住而 騰出的水平區(qū)域)的各向同性向量矩陣。因此需要一種改進(jìn)的空間框架幾何形狀，能夠克 服傳統(tǒng)直線結(jié)構(gòu)和現(xiàn)有空間框架技術(shù)的上述問題。本發(fā)明旨在解決一個(gè)或多個(gè)上述問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一些實(shí)施例限定了具有不等邊幾何形狀的空間框架，因此在其矩陣的四 面體模塊內(nèi)具有至少一個(gè)直角三角面，和/或空間框架被設(shè)計(jì)和應(yīng)用于人類居住，其中水 平樓層和豎直壁與空間框架的部件對(duì)齊。根據(jù)一些實(shí)施例，當(dāng)空間框架內(nèi)重復(fù)的直角三角 面的一個(gè)邊被設(shè)定為水平時(shí)，一個(gè)或多個(gè)直角三角面的相鄰豎直邊可被設(shè)定為豎直。這就 消除了可能由空間框架中傾斜支柱部件導(dǎo)致的最大內(nèi)部?jī)艨照系K。在矢量矩陣的重復(fù)幾何 形狀中使用一個(gè)或多個(gè)直角三角面或平面使得空間框架的內(nèi)部可居住，其中水平樓層和豎 直壁與空間框架支柱部件對(duì)齊。根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的空間框架也可被描述為“各向異 性的”、“不規(guī)則的”、“等腰的”或“不等邊的”，并且這種空間框架是不等邊的，在其重復(fù)的四 面體模塊中包括至少一個(gè)直角三角面或平面。在一種形式中，雖然不一定是唯一的或最廣義的形式，本發(fā)明在于一種可居住空 間框架，包括支柱部件的矢量矩陣，其限定了
多個(gè)互相連接的基礎(chǔ)四面體模塊；以及可選地多個(gè)初級(jí)八面體模塊，其中多個(gè)初級(jí)八面體模塊中的每個(gè)初級(jí)八面體模塊的至少 一部分鄰近于基礎(chǔ)四面體模塊中的至少兩個(gè)。可選地，支柱部件的矢量矩陣包括僅具有四個(gè)不連續(xù)的不同長(zhǎng)度的支柱部件。可選地，支柱部件的矢量矩陣包括具有不確定數(shù)目的不連續(xù)的不同長(zhǎng)度的支柱部 件?？蛇x地，多個(gè)基礎(chǔ)四面體模塊和多個(gè)初級(jí)八面體模塊限定了多個(gè)樓層區(qū)域，每個(gè) 樓層都在不同豎直高度上位于空間框架周緣內(nèi)部、圍繞周緣和從其外部伸出?？蛇x地，多個(gè)樓層區(qū)域懸空在空間框架的內(nèi)部中庭內(nèi)。可選地，可居住空間框架支撐辦公樓或公寓建筑、零售/批發(fā)店、旅館、公共設(shè)施 建筑、工業(yè)建筑、農(nóng)業(yè)建筑或支撐多功能工程的大結(jié)構(gòu)?？蛇x地，可居住空間框架被支撐在具有地震隔離器的支腳上。


僅通過(guò)示例，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例將參照下面的附圖得到更充分的描述，其中圖1示出根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的可居住空間框架的前透視圖。圖2示出圖1所示的可居住空間框架的前立面圖。圖3示出圖1所示的可居住空間框架的平面圖。圖4示出圖1所示的可居住空間框架的空中透視圖。圖5示出圖1所示的可居住空間框架的剖視圖。圖6示出圖1所示的可居住空間框架的等距視圖。圖7示出根據(jù)本發(fā)明其它實(shí)施例的可居住空間框架的側(cè)立面圖。圖8示出圖7所示的可居住空間框架的平面圖。圖9示出圖7所示的可居住空間框架的剖視圖。圖10示出圖7所示的可居住空間框架的透視圖。圖11示出根據(jù)本發(fā)明另一些實(shí)施例的形為公寓聯(lián)合體或辦公樓的完成的可居住 空間框架的空中透視圖。圖12示出圖11所示的完成的可居住空間框架的剖視圖。圖13示出根據(jù)本發(fā)明其它實(shí)施例的形為公寓聯(lián)合體或辦公樓的完成的可居住空 間框架的側(cè)面透視圖。圖14示出根據(jù)本發(fā)明其它實(shí)施例的形為公寓聯(lián)合體或辦公樓的完成的可居住空 間框架的前透視圖。圖15示出根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的形為一個(gè)超級(jí)建筑內(nèi)帶有其相關(guān)用途的巨大 公共體育館的另一完成的可居住空間框架的空中透視圖。圖16示出圖15所示的可居住空間框架的剖切透視圖。圖17A為根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的僅使用四個(gè)不同支柱部件長(zhǎng)度的建筑物的“轉(zhuǎn) 彎”模式的頂視圖。圖17B為圖17A的模式的另一頂視圖，進(jìn)一步示出本發(fā)明的支柱部件和每個(gè)模塊 一個(gè)樓層，且未示出二級(jí)構(gòu)造。
圖18A為圖17A的模式的側(cè)視圖。圖18B為圖17A的模式的另一側(cè)視圖，進(jìn)一步示出本發(fā)明的支柱部件和每個(gè)模塊 一個(gè)樓層，且未示出二級(jí)構(gòu)造。圖19A為圖17A的模式的透視圖。圖19B為圖17A的模式的另一透視圖，進(jìn)一步示出本發(fā)明的支柱部件和每個(gè)模塊 一個(gè)樓層，且未示出二級(jí)構(gòu)造。圖20A為圖17A的模式的另一透視圖。圖20B為圖17A的模式的又一透視圖，進(jìn)一步示出本發(fā)明的支柱部件和每個(gè)模塊 一個(gè)樓層，且未示出二級(jí)構(gòu)造。圖21A為根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的使用不確定數(shù)目的不同支柱部件長(zhǎng)度的建筑 物的“波浪”模式的透視圖。圖21B為圖21A的模式的又一透視圖，進(jìn)一步示出本發(fā)明的支柱部件和每個(gè)模塊 一個(gè)樓層，且未示出二級(jí)構(gòu)造。圖22A為根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的使用不確定數(shù)目的不同支柱部件長(zhǎng)度的建筑 物的“波浪”模式的部分剖切透視圖。圖22B為圖22A的模式的又一透視圖，進(jìn)一步示出本發(fā)明的支柱部件和每個(gè)模塊 一個(gè)樓層，且未示出二級(jí)構(gòu)造。圖23A為根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的漂浮結(jié)構(gòu)的模式的側(cè)視圖。圖23B為圖23A的模式的又一側(cè)視圖，進(jìn)一步示出本發(fā)明的支柱部件和每個(gè)模塊 一個(gè)樓層，且未示出二級(jí)構(gòu)造。圖24A為圖23A的模式的頂視圖。圖24B為圖23A的模式的又一側(cè)視圖，進(jìn)一步示出本發(fā)明的支柱部件和每個(gè)模塊 一個(gè)樓層，且未示出二級(jí)構(gòu)造。圖25A為圖23A的模式的部分剖切透視圖。圖25B為圖23A的模式的部分剖切透視圖，進(jìn)一步示出本發(fā)明的支柱部件和每個(gè) 模塊一個(gè)樓層，且未示出二級(jí)構(gòu)造。圖^A為圖23A的模式的頂透視圖。圖^B為圖23A的模式的頂透視圖，進(jìn)一步示出本發(fā)明的支柱部件和每個(gè)模塊一 個(gè)樓層，且未示出二級(jí)構(gòu)造。圖27A為根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的生物圓頂模式的透視圖。圖27B為圖27A的模式的又一透視圖，進(jìn)一步示出本發(fā)明的支柱部件和每個(gè)模塊 一個(gè)樓層，且未示出二級(jí)構(gòu)造。圖^A為圖27A的模式的部分剖切透視圖。圖^B為圖27A的模式的又一部分剖切透視圖，進(jìn)一步示出本發(fā)明的支柱部件和 每個(gè)模塊一個(gè)樓層，且未示出二級(jí)構(gòu)造。圖^A為根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的“電力塔”模式的頂視圖。圖^B為圖^A的模式的又一頂視圖，進(jìn)一步示出本發(fā)明的支柱部件和每個(gè)模塊 一個(gè)樓層，且未示出二級(jí)構(gòu)造。圖30A為圖^A的模式的部分剖切透視圖。
圖30B為圖^A的模式的又一部分剖切透視圖，進(jìn)一步示出本發(fā)明的支柱部件和 每個(gè)模塊一個(gè)樓層，且未示出二級(jí)構(gòu)造。圖31A為根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的環(huán)形自旋空間站模式的透視圖。圖31B為圖31A的模式的又一透視圖，進(jìn)一步示出本發(fā)明的支柱部件和一個(gè)圓柱 形樓層，且未示出二級(jí)構(gòu)造。圖32A為圖31A的模式的部分截面的細(xì)節(jié)示圖。圖32B為圖31A的模式的部分截面的又一細(xì)節(jié)圖，進(jìn)一步示出本發(fā)明的支柱部件 和圓柱形樓層的截面，且未示出二級(jí)構(gòu)造。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明涉及可居住空間框架。本發(fā)明的元件在附圖中以簡(jiǎn)潔輪廓示出，僅示出那 些對(duì)于理解本發(fā)明實(shí)施例所必需的特定細(xì)節(jié)，只是為了不用本領(lǐng)域技術(shù)人員在本發(fā)明描述 的啟示下明顯想到的過(guò)多細(xì)節(jié)來(lái)干擾所公開的內(nèi)容。在本專利的說(shuō)明書中，形容詞如第一和第二、左邊和右邊、上面和下面、頂部和底 部等僅為將一個(gè)元件或方法步驟與其它元件或方法步驟區(qū)分開，而非必需要求由這些形容 詞描述的特定相對(duì)位置或順序。措辭如“包括”或“包含”不用于限定專門的一組元件或方 法步驟。相反，這些措辭僅限定在本發(fā)明的特定實(shí)施例中包含的最少一組元件或方法步驟。圖1-6示出根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的形為四側(cè)面彼此支撐的正方錐形可居住空 間框架100，每個(gè)都有相對(duì)水平面傾斜45°的三模塊長(zhǎng)的空間框架側(cè)面或“區(qū)段”。參照?qǐng)D1，示出可居住空間框架100的前透視圖?？臻g框架100包括支柱部件105 的矢量矩陣，該矢量矩陣限定了多個(gè)互相連接的基礎(chǔ)四面體模塊110。支柱部件105的矢量 矩陣還限定了多個(gè)初級(jí)八面體模塊115。每個(gè)初級(jí)八面體模塊115都鄰近于至少兩個(gè)基礎(chǔ) 四面體模塊110?；A(chǔ)四面體模塊110和初級(jí)八面體模塊115因此限定了圍繞空間框架100周邊的 可居住生活空間。這些可居住生活空間可按比例被劃分為例如公寓、中庭和其它常規(guī)六面 體空間這樣的生活空間。整個(gè)空間框架100就由底腳120上的地震隔離器所支撐。參照?qǐng)D2，示出可居住空間框架100的前立面視圖。優(yōu)選地，每個(gè)支柱部件105都 是一個(gè)僅有四個(gè)不連續(xù)長(zhǎng)度或“維”(用s、χ、y和ζ表示)(其中具有長(zhǎng)度y的支柱部件 105如圖1中水平面所示)的支柱部件。因此整個(gè)空間框架100可由僅以四個(gè)不連續(xù)長(zhǎng)度 s、x、y和ζ預(yù)制的支柱部件105構(gòu)建而成。本發(fā)明的技術(shù)因此可用于制造具有能夠?yàn)楝F(xiàn)代 建筑增加品質(zhì)、活力和收益的可居住“四維空間”的大型建筑物。例如，空間框架100可限定公寓聯(lián)合體，其具有的可居住模塊長(zhǎng)度1 = 100英尺， 寬度w = 50英尺，并且高度h = 50英尺。這種空間框架100可由多個(gè)支柱部件105構(gòu)建 而成，該支柱部件僅具有四個(gè)不連續(xù)長(zhǎng)度，大約限定為s = 86. 6英尺，χ = 100英尺，y = 70. 7英尺，并且ζ = 50英尺，是在容許熱膨脹和收縮的特定溫度下測(cè)定節(jié)心之間距離得到 的。在地基和地震隔離器已被構(gòu)建好且就地驗(yàn)收并且全體人員、設(shè)備、模塊化支柱部件和節(jié) 點(diǎn)已到達(dá)后，優(yōu)選按計(jì)劃建立和完成它。因此可居住空間(真正的房產(chǎn))就以預(yù)先許可、可 設(shè)計(jì)、可預(yù)期的過(guò)程被建立起來(lái)。上述尺寸是為了易于根據(jù)已知技術(shù)、體積、面積和成本計(jì) 算可能跨度的示例；取決于局部條件、價(jià)值工程和成本/效益分析，矩陣中的重復(fù)的四面體的至少一個(gè)直角三角面或平面中產(chǎn)生的不同尺寸也可用于特定的應(yīng)用?？臻g框架100的側(cè)面或“區(qū)段”傾斜45°，這樣χ、y、和ζ尺寸所限定的內(nèi)對(duì)角線 與可居住空間的常規(guī)六面90°幾何形狀對(duì)齊。參照?qǐng)D3，示出可居住空間框架100的平面圖。參照?qǐng)D4，示出可居住空間框架100的空中透視圖。此圖示出所有的四個(gè)支柱部 件尺寸s、χ、y和z，以及1、w和h尺寸。如圖所示，本發(fā)明的基礎(chǔ)四面體模塊自身穩(wěn)定并 且不需要增加撐桿、額外支撐或抗彎力矩、懸臂式地基或與初級(jí)結(jié)構(gòu)相關(guān)的延性框架工程。 因?yàn)槌跫?jí)結(jié)構(gòu)提供了自身穩(wěn)定的空間，二級(jí)樓層和其它結(jié)構(gòu)就可用少得多的建筑材料來(lái)支 撐?；A(chǔ)四面體模塊于是鄰近于初級(jí)八面體模塊，后者的穩(wěn)定性源于四面體的連續(xù)等方向 向量矩陣。根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，基礎(chǔ)四面體模塊總是具有至少一個(gè)帶有豎直邊的直 角三角面或平面，水平樓層與該豎直邊成直角突出設(shè)計(jì)。雖然只需要一個(gè)，但本發(fā)明該實(shí)施 例的每個(gè)基礎(chǔ)四面體模塊內(nèi)都有三個(gè)直角三角形。如果“ζ”維是垂直的話，該空間框架的 傾斜角度可為45°，如果“y”維是垂直的，傾斜角度為60°。但是，在本實(shí)施例中，通過(guò)改 變長(zhǎng)度和直角三角形，任何角度都是可能的。支柱部件105之間可使用“銷”接頭彼此連接，這是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的。例 如，這種接頭可包括被設(shè)計(jì)為僅以拉伸和壓縮來(lái)牢固地保持兩個(gè)或更多個(gè)支柱部件105末 端的球形節(jié)，而不抗彎曲力矩。因?yàn)椴恍枰沽氐膱?jiān)硬接頭，接頭和支柱部件105可被制 造得更輕盈和更經(jīng)濟(jì)。這就使得能夠大大節(jié)約材料(如鋼、碳纖維或其它適宜材料)、重量、 時(shí)間和人工，這就大大降低了結(jié)構(gòu)的總“碳足跡(carbon footprint) ”和相關(guān)成本。此外，“銷”接頭(節(jié))、運(yùn)輸/建立設(shè)備和支柱部件105可以按最小浪費(fèi)空間方式 的極高密度被運(yùn)載(如通過(guò)海路、鐵路或卡車或可能通過(guò)空運(yùn)或空間交通工具)。接著空間 框架100可采用常規(guī)設(shè)備由特殊訓(xùn)練和有經(jīng)驗(yàn)的工作人員就地組裝。然后，隨著其他基礎(chǔ) 和初級(jí)模塊被建立，在已建立的初步模塊內(nèi)可完成二級(jí)工作。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解，樓層、平臺(tái)、屋頂、突起物、內(nèi)置設(shè)備、天花板和墻壁可 采用常規(guī)和先進(jìn)工藝構(gòu)建技術(shù)被支撐在支柱部件105內(nèi)或其上或懸掛在其上。因此，一旦 可居住空間框架100的支柱部件105的骨架矩陣被建立，可采用常規(guī)的房屋和建筑技術(shù)根 據(jù)不同建筑、工程和審美要求和優(yōu)先因素來(lái)完成房間、辦公室、其它生活區(qū)域、太陽(yáng)能件、風(fēng) 能件和對(duì)流產(chǎn)能件以及水文特征表面和裝置以及開放空間。這就使得未來(lái)空間要求的改變 更容易。此外，某些技術(shù)獨(dú)特地適用于這些空間框架內(nèi)或與其相關(guān)，如預(yù)制的、模塊的、插入 式和/或特定地為此應(yīng)用而研制的可展開系統(tǒng)。參照?qǐng)D5，示出可居住空間框架100的截面圖。該示意圖示出位于空間框架100的 三個(gè)不同豎直高度上的模塊樓層區(qū)域500。因此多個(gè)基礎(chǔ)四面體模塊110和多個(gè)初級(jí)八面 體模塊115限定了多個(gè)樓層區(qū)域500，每個(gè)樓層區(qū)域都位于圍繞空間框架100周緣位于不同 豎直高度上。這些模塊也可以支撐額外的樓層。參照?qǐng)D6，示出可居住空間框架100的等距視圖。該示意圖示出樓層區(qū)域500以及 開放區(qū)域505，其可被設(shè)計(jì)為對(duì)位于空間框架100內(nèi)部的室內(nèi)光線和空氣流通保持開放。底腳120包括在地震進(jìn)入空間框架100的初級(jí)結(jié)構(gòu)之前減少地震沖擊的地震隔離 器。此外，底腳120減少了地基“占地面積”的尺寸，因此與常規(guī)延性框架的鋼、混凝土或木 結(jié)構(gòu)相比，空間框架100更不容易受到地面運(yùn)動(dòng)的影響。此外，更大和更少的地震隔離器是更容易預(yù)見的、更節(jié)約成本和更具吸引力的。圖7-10示出根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的形為四側(cè)面或“區(qū)段”彼此支撐的斜四角錐 形可居住空間框架700的基本幾何形狀，每個(gè)都具有與水平傾斜60°的三個(gè)86. 6英尺模塊 長(zhǎng)的空間框架。與圖1-6所示的實(shí)施例相比，空間框架700示出在基礎(chǔ)模塊內(nèi)旋轉(zhuǎn)至另一 直角三角形的45°構(gòu)造。通過(guò)改變本示例中的長(zhǎng)度或?qū)⒒A(chǔ)模塊內(nèi)直角三角形的數(shù)量變?yōu)?不小于一個(gè)，任何傾斜角度都是可能的。參照?qǐng)D7，示出可居住空間框架700的側(cè)立面圖。例如，空間框架700可限定公寓 聯(lián)合體，其具有長(zhǎng)度86. 6英尺、寬度42英尺和高度70. 7英尺的可居住模塊。這種空間框 架700可由多個(gè)支柱部件705構(gòu)建而成，所述支柱部件具有以下四個(gè)不連續(xù)長(zhǎng)度，大約為s =86. 6英尺，χ = 100英尺，y = 70. 7英尺并且z = 50英尺，是在容許熱膨脹和收縮的特 定溫度下在節(jié)中心之間測(cè)量而得到的，如前所述。雖然l、w和h改變了，因?yàn)樵趫D1-6所示的實(shí)施例中和圖7-10所示的實(shí)施例中S、 X、y和Z的尺寸相同，顯然可簡(jiǎn)單地通過(guò)調(diào)整S、X、y和Z的幾何形狀以調(diào)節(jié)傾斜角度來(lái)建 造區(qū)別很大的空間框架結(jié)構(gòu)。因此，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，通過(guò)使用或大量重復(fù)使用大批量生 產(chǎn)和庫(kù)存以備使用的可置換支柱部件，能夠顯著地降低經(jīng)濟(jì)成本。參照?qǐng)D8，示出可居住空間框架700的平面圖。參照?qǐng)D9，示出可居住空間框架700的截面圖。還示出一個(gè)可居住模塊的寬度“W” 和高度“h”的尺寸。例如，如上所述，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，這種長(zhǎng)度“ 1，，可為86. 6英 尺，這種寬度“《”可為42英尺并且這種高度“h”可為70. 7英尺。參照?qǐng)D10，示出可居住空間框架700的透視圖。該示意圖還示出位于圍繞空間框 架700周緣位于三個(gè)不同豎直高度上的模塊樓層區(qū)域1000。此外，該圖示出位于空間框架 700內(nèi)部的開放區(qū)域1005。最后，該圖還示出所有四個(gè)支柱部件尺寸“S”、“x”、“y”和“ζ” 以及“l(fā)”、“w”和“h”尺寸。參照?qǐng)D11，示出根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的形為公寓聯(lián)合體或辦公樓的完成的可居 住空間框架1100的空中透視圖。該可居住空間框架1100形為具有300英尺長(zhǎng)底座的正方 四方錐。雖然四方錐實(shí)際上是具有四個(gè)側(cè)面加上一個(gè)隨著地面波動(dòng)運(yùn)動(dòng)而不穩(wěn)定的底面的 五面體，但四維的四面體空間框架的四個(gè)側(cè)面或“區(qū)段”彼此支撐，有點(diǎn)像交叉管拱架或擠 作一團(tuán)的橄欖球運(yùn)動(dòng)員。具有地震隔離器1105的底腳和支柱部件1110、1111將空間框架1100支撐在地面 上。這就使得人們1115和機(jī)動(dòng)車1120能夠在結(jié)構(gòu)下面的中庭區(qū)域內(nèi)自由移動(dòng)。玻璃封閉 的頂部“溫室” 1125使得光線可落在中庭上，落在結(jié)構(gòu)下面的地面，并且落在空間框架1100 的可居住模塊的內(nèi)部和下側(cè)。參照?qǐng)D12，示出完成的可居住空間框架1100的截面圖。該圖清楚地示出八個(gè)可居 住樓層，每個(gè)都位于地面上不同高度處和兩排50英尺高的模塊1200之內(nèi)。頂部模塊是開 放的，具有較小樓層圍繞開放的中庭天窗。參照?qǐng)D13，示出根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的形為公寓聯(lián)合體或辦公樓的兩個(gè)完成的 三角形可居住空間框架1300的側(cè)面透視圖。這些空間框架1300包括位于地面上不同高度 處的六個(gè)可居住樓層1305。本示例為600英尺長(zhǎng)和200英尺高，完成的可居住空間位于往 下數(shù)第三排的50英尺高模塊中，其隨后可擴(kuò)展到開放的頂排模塊中，或可添加或再構(gòu)造更多模塊。往下數(shù)第四排開放模塊在其末端處具有更長(zhǎng)支柱，其直接連接于地震隔離器從而 封閉結(jié)構(gòu)并且形成懸空在地面上的完整空間框架的外觀。特別地，空間框架1300的實(shí)施例示出本發(fā)明的空間框架技術(shù)適應(yīng)性強(qiáng)和靈活的 特性。示出的模塊1305在堅(jiān)固的懸崖1310處以45°角建立。人們1315和機(jī)動(dòng)車1320能 夠在懸崖1310基部處在空間框架1300下面移動(dòng)。因此能夠在甚至包括常規(guī)建筑技術(shù)不能 使用或極其昂貴的外星球區(qū)域的區(qū)域內(nèi)也能建立有用和有趣的生活空間。參照?qǐng)D14，示出根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的形為公寓聯(lián)合體或辦公樓的完成的可居 住空間框架1400的前透視圖。與圖13所示的實(shí)施例類似，空間框架1400在堅(jiān)固的懸崖 1405處以45°角建立。參照?qǐng)D15，示出根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的另一完成的可居住空間框架1500的空 中透視圖?？臻g框架1500支撐形為45°角四角錐的巨大多功能公共體育館。可居住空間框架1500因此示出如何采用本發(fā)明的教導(dǎo)建造容納562百萬(wàn)立方英 尺空間的大結(jié)構(gòu)，其等于在1500平方英尺、約50英畝的占地面積內(nèi)具有層高10英尺、1200 英畝以上的樓層面積。參照?qǐng)D16，示出可居住空間框架1500的剖切透視圖。如圖所示，運(yùn)動(dòng)場(chǎng)1605位于 地下或在地平面上，并且圍繞空間框架1500的周緣在三個(gè)主要高度1610處設(shè)置座位?？?在空間框架1500的較低模塊中設(shè)置商品零售辦公空間和/或停車位。根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)構(gòu)建的結(jié)構(gòu)的比例可顯著變化。例如，比例可從超過(guò)圖15和16、 圖1-14所示的巨大結(jié)構(gòu)變化為各個(gè)獨(dú)立房屋、露營(yíng)裝備和變化為把玩的手持大小的模型 套件、軟件和視頻游戲以及納米分子模型。本發(fā)明的這種手持大小的模型、軟件和分子模型 可用于各種用途，例如城市規(guī)劃、建筑和工程、教育以及作為治療和娛樂玩具。圖17A-圖20A示出具有四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)尺寸的支柱部件的“轉(zhuǎn)彎”模式，示出本發(fā)明的 實(shí)施例如何在設(shè)計(jì)和構(gòu)造的四維中將拐角朝內(nèi)翻、朝外翻、翻轉(zhuǎn)、向下彎和偏移。為適應(yīng)特 定的局部條件，由于幾何形狀的4D特性，可減少地震隔離器的位置。圖17B-20B更特別地 示出根據(jù)本實(shí)施例的特征和每個(gè)模塊一個(gè)樓層，且沒有示出如圖17A-20A所示的例如精加 工的外表面的任何二級(jí)構(gòu)造。圖21A-圖22A示出“波浪”模式，示出本發(fā)明的實(shí)施例如何被設(shè)計(jì)和構(gòu)造才能實(shí) 際上以任何形狀、任何尺寸、在任何地方用于居住，且具有不確定數(shù)目的支柱部件長(zhǎng)度。圖 21B-22B分別對(duì)應(yīng)于圖21A和圖22A，同時(shí)還示出本發(fā)明的支柱部件和每個(gè)模塊一個(gè)樓層， 且未示出二級(jí)構(gòu)造。圖17A和17B-圖22A和圖22B示出本發(fā)明的一些實(shí)施例如何極其廣 泛地適用于現(xiàn)有位置條件、丘陵地帶、計(jì)劃需要和偏好。圖23A-圖26A示出本發(fā)明的實(shí)施例為由標(biāo)準(zhǔn)尺寸的支柱部件構(gòu)造且被獨(dú)立的海 上船體和艦船科技如浮筒2305支撐在水面上的截頂拉長(zhǎng)六棱錐，其可能用于穩(wěn)固的離岸 機(jī)場(chǎng)和多功能海上社區(qū)。圖2!3B-26B分別對(duì)應(yīng)于圖23A-圖2從，同時(shí)進(jìn)一步示出本發(fā)明的 支柱部件和每個(gè)模塊一個(gè)樓層，且未示出二級(jí)構(gòu)造。圖27A和圖28A示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例由標(biāo)準(zhǔn)尺寸支柱部件構(gòu)造的含有其自 己的大氣環(huán)境的生物圓頂。該生物圓頂可處于不良環(huán)境中或固定于水底，帶有其自己的可 居住空間的大氣支持如圓頂或球體?？蛇x地，生物圓頂可為錐體、球體、橢球體或其一部分。 當(dāng)本發(fā)明的一些實(shí)施例的4D幾何形狀彎曲時(shí)，直角三角面可扭曲為非直角三角形的其它形狀。圖27B和圖28B分別對(duì)應(yīng)于圖27A和圖^A，同時(shí)進(jìn)一步示出本發(fā)明的支柱部件和每 個(gè)模塊一個(gè)樓層，且未示出二級(jí)構(gòu)造。圖29A和圖30A示出本發(fā)明的實(shí)施例可被如何設(shè)計(jì)和建造為可居住“電力塔”，與 圍繞其的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)合進(jìn)行光電、風(fēng)和對(duì)流熱能生產(chǎn)。它還可以用作以空間電梯為中心的 可居住運(yùn)輸載體。這示出了本發(fā)明的實(shí)施例的幾何結(jié)構(gòu)如何產(chǎn)生帶有可變直徑的地心形 狀，從而在還能居住的同時(shí)穿過(guò)這些中心傳遞過(guò)程能量。圖29B和圖30B分別對(duì)應(yīng)于圖29A 和圖30A，同時(shí)進(jìn)一步示出本發(fā)明的支柱部件和每個(gè)模塊一個(gè)樓層，且未示出二級(jí)構(gòu)造。圖3IA和圖32A示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的直徑1000英尺的旋轉(zhuǎn)環(huán)形空間站。 在圖31A中，去掉了四分之一的區(qū)段以示出內(nèi)部。圖32A為虛線所示區(qū)段處的截面細(xì)節(jié)圖。 在本實(shí)施例中，本發(fā)明的部件和節(jié)被緊緊地裝入帶有可連接隔板的可膨脹軟囊內(nèi)用于運(yùn) 輸。放置就位后，它們被膨脹以保持大氣，并且接著部件和節(jié)被內(nèi)部組裝為本發(fā)明的可居住 空間框架。本發(fā)明本實(shí)施例的水平樓層是圓柱形的，并且其內(nèi)的垂直壁是圓盤形的，為了居 住，“重力”的下拉作用被離心力所替代并且由圍繞模塊軸心處旋轉(zhuǎn)的圓柱形樓層的向心力 來(lái)抵抗。由于彎曲的4D幾何形狀，本發(fā)明定義的直角三角面可扭曲為除直角三角形外的其 它形狀。圖3IB和圖32B分別對(duì)應(yīng)于圖3IA和圖32A，同時(shí)進(jìn)一步示出本發(fā)明的支柱部件和 圓柱形樓層的截面，且未示出二級(jí)構(gòu)造。比硬板更易運(yùn)載和使用的膜囊在本發(fā)明的實(shí)施例中可用于容納壓差，該實(shí)施例不 是氣球形的。居住性取決于隔離和偏移科技，這超出了本文公開內(nèi)容的范疇，但在本領(lǐng)域技 術(shù)人員的能力之內(nèi)。如果被隔板分隔開的一個(gè)或多個(gè)區(qū)段突然失去壓力，隔板突然關(guān)閉并 且本發(fā)明可居住空間框架有助于將其它區(qū)段保持就位從而減輕或避免災(zāi)難性損失。該構(gòu)型 包括交替的具有圓弧狀二分之一初級(jí)模塊的基礎(chǔ)模塊四面體和僅一個(gè)模塊寬的線性輻條。 二分之一的初級(jí)八面體模塊為具有矩形表面的五面體。因?yàn)樵摌?gòu)型只有一個(gè)模塊寬，額外 的對(duì)角部件將這些矩形表面的各個(gè)拐角連接起來(lái)，得到無(wú)任何初級(jí)模塊的整個(gè)基礎(chǔ)模塊四 面體。這示出當(dāng)空間框架僅有一個(gè)或兩個(gè)模塊寬并且潛在力極大時(shí)如何通過(guò)使用所有基礎(chǔ) 模塊四面體來(lái)進(jìn)一步加強(qiáng)就圖1所述的基礎(chǔ)和初級(jí)模塊的規(guī)律幾何形狀。因此本發(fā)明不同實(shí)施例的幾何形狀提供了一種超越三維幾何形狀限制而限定和 使用空間的新方式。當(dāng)空間被限定為本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的四維時(shí)，相應(yīng)的結(jié)構(gòu)會(huì)內(nèi)在穩(wěn)定并且使 用效率更高、更經(jīng)濟(jì)，且在能量和環(huán)境考慮、人口增長(zhǎng)、美觀和時(shí)尚方面更得體。相對(duì)地，“三維空間”指的是三個(gè)靜態(tài)尺寸，每個(gè)都與“3D”矩陣中用“x”、“y”和 “ζ”坐標(biāo)表示的重復(fù)六面體的三組平行表面或平面之一相關(guān)。“四維空間”指的是四個(gè)靜態(tài) 尺寸，每個(gè)都與“4D”矩陣中用“s”、“x”、“y”和“ζ”坐標(biāo)表示的重復(fù)四面體的四組非平行表 面或平面之一相關(guān)。此處使用的“四維空間”不要與時(shí)間、運(yùn)動(dòng)或動(dòng)畫混淆了，不然就稱為 “第四維”。雖然3D坐標(biāo)可用于精確地定位空間中的任何點(diǎn)，當(dāng)它們不用撐柱、橫撐條、剪力 墻和/或連接它們的堅(jiān)硬抗力矩接頭被物理上構(gòu)建時(shí)，這些點(diǎn)不是內(nèi)在穩(wěn)定的。導(dǎo)入貫穿 3D “x”、“y”和“ζ”坐標(biāo)傾斜的第四維坐標(biāo)系統(tǒng)“S”，建立4D數(shù)字幾何矢量矩陣，其中當(dāng)物 理上構(gòu)建時(shí)，位于矢量交集處的點(diǎn)僅需要其間的軸向抗性就能穩(wěn)定。3D或4D中的初級(jí)結(jié)構(gòu) 部件需要抵抗局部建筑物負(fù)載和抗力矩。在3D中，它們必須成功地抵抗和轉(zhuǎn)移貫穿整個(gè)結(jié) 構(gòu)所積聚的這些局部建筑物負(fù)荷和建筑物彎曲力矩。在4D中，它們只需要在軸向地轉(zhuǎn)移積 聚的建筑物負(fù)荷和彎曲力矩時(shí)抵抗局部負(fù)荷和彎曲力矩，因此相同體積的居住空間可能具有更長(zhǎng)的跨度和更輕的部件。在已經(jīng)以四維設(shè)計(jì)和構(gòu)建出結(jié)構(gòu)后，會(huì)具有更少的“柱子”?，F(xiàn)有技術(shù)表明，空間框 架不具有“柱子”，可能因?yàn)椤爸印?一般被認(rèn)為是垂直的并且在延性框架建筑物中提供軸向 和積聚的彎曲力矩的轉(zhuǎn)移。雖然在本發(fā)明的一些實(shí)施例的支柱部件中只需要局部彎曲力矩 抵抗性，但有一些支柱還是豎直的。但是，在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，因?yàn)樗木S可居住空間 具有的尺寸和內(nèi)在的穩(wěn)定特性，垂直部件的數(shù)量少得多。雖然用于居住的二級(jí)精加工改進(jìn)可被設(shè)計(jì)和建造為四維的，但是接著可使用其它 維數(shù)系統(tǒng)以極其優(yōu)選的環(huán)境調(diào)解和經(jīng)濟(jì)方式來(lái)完成精加工的可居住空間。這是因?yàn)榭墒褂?本發(fā)明初級(jí)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和構(gòu)造解決地震、側(cè)力以及其它穩(wěn)定性問題。換句話說(shuō)，在空間已被 “晶化”為四維時(shí)，根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例，它變得內(nèi)在穩(wěn)定，并且接著由其它維數(shù)系統(tǒng)來(lái)完 成現(xiàn)有穩(wěn)定空間的內(nèi)部和圍繞現(xiàn)有穩(wěn)定空間的居住性的改進(jìn)，更像是在劇院的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性 和下部結(jié)構(gòu)內(nèi)設(shè)計(jì)和建造場(chǎng)景和道具。此外，采用根據(jù)本發(fā)明潛在地設(shè)計(jì)和建造的初級(jí)結(jié)構(gòu)可解決許可、資金、環(huán)境可持 續(xù)性、營(yíng)銷、同利開發(fā)下部結(jié)構(gòu)這些普通問題和其它問題，從而為智能居住提供了舞臺(tái)。本發(fā)明的申請(qǐng)還包括在任何地方、陸地、海洋或太空建造整個(gè)城市、大型多功能社 區(qū)。這種社區(qū)可具有例如如下優(yōu)點(diǎn)a.更高的空間品質(zhì)在根據(jù)本發(fā)明的可居住空間框架內(nèi)的居住區(qū)域之間的距離 可顯著短于常規(guī)建筑物之間的距離。此外，雖然車輛交通可穿過(guò)這些可居住空間框架循環(huán)， 但是它們被設(shè)計(jì)為在車開到門前的便利與具有適當(dāng)場(chǎng)地規(guī)劃的步行環(huán)境的整體氛圍之間 實(shí)現(xiàn)平衡。此外，如果未來(lái)減少了目前大量機(jī)動(dòng)車所需的停車位，由于本發(fā)明特定實(shí)施例采 用的比例，這些空間很容易轉(zhuǎn)換為其它用途。b.更大的靈活性在本發(fā)明的可居住空間框架中具有經(jīng)濟(jì)上可用的大量空間。在 它們內(nèi)部的發(fā)展比在地面的發(fā)展更容易和更干凈，因?yàn)樗龀跫?jí)結(jié)構(gòu)可解決地質(zhì)土壤、地 基、地震、環(huán)境、下部結(jié)構(gòu)、資金、營(yíng)銷和公共許可問題。此外，在可用空間的數(shù)量和位置方面 具有更大的靈活性，因?yàn)楫?dāng)需要時(shí)模塊可被添加至早期構(gòu)型或被從其去除。雖然角錐結(jié)構(gòu) 的支柱部件具有相同的強(qiáng)度，但因?yàn)榈撞康牟考壬厦娴亩?，它們很容易被加?qiáng)從而通過(guò) 添加“姐妹”部件和/或鋼索來(lái)承載更多負(fù)荷。因此本發(fā)明的可居住空間框架更容易隨著 要求和環(huán)境的改變而改變，而不需改變其物理占地面積，更像是不斷適應(yīng)和進(jìn)化的自然生 命形式的形態(tài)。c.使用其它不可建造的地點(diǎn)使用本發(fā)明的可居住空間框架后，不可建造的地點(diǎn) 如深淵、陡峭地形、洪水水面、水中、衛(wèi)星軌道、太空電梯、外太空和宇宙環(huán)境都可變得自我 持續(xù)發(fā)展。此外，本發(fā)明還減少了破壞和取代現(xiàn)有鄰域發(fā)展的需要。例如，可能在被毀滅的 現(xiàn)有區(qū)域上建造而不需昂貴的拆遷和破壞，這樣當(dāng)?shù)鼐用窬湍軌蛑苯影徇M(jìn)新的可居住空間 框架內(nèi)，把他們舊鄰的歷史或?qū)嵱迷貛氡景l(fā)明的新城的建筑中。此外，本發(fā)明的可居住 空間框架可用于迅速和經(jīng)濟(jì)地建造具有空間框架體系的下部結(jié)構(gòu)，并且能夠?yàn)楝F(xiàn)有的當(dāng)?shù)?居民和在資源遞減的世界上呈幾何增長(zhǎng)的人口提供更卓越的品質(zhì)、可持續(xù)性和生活方式選 擇，等等。代替驅(qū)逐和趕走當(dāng)?shù)鼐用竦氖牵景l(fā)明的體系能夠在金錢和生活方式改進(jìn)上充分 補(bǔ)償這些居民，尊重他們是本發(fā)明實(shí)施例將用于的現(xiàn)有土地的占有者這個(gè)事實(shí)。d.顯著的成本節(jié)約根據(jù)常規(guī)的構(gòu)建技術(shù)，高層建筑的初級(jí)鋼架結(jié)構(gòu)和地基通常占建筑總成本的三分之一左右。本發(fā)明的可居住空間框架可需要比延性框架結(jié)構(gòu)少三分之 一至二分之一的鋼或其它適宜材料，這表示超過(guò)10 %的項(xiàng)目總成本差異和顯著節(jié)約能源和 降低環(huán)境沖擊，這就增加了凈收益和利潤(rùn)。e.對(duì)“綠色”設(shè)計(jì)的更好選擇本發(fā)明的可居住空間框架在建筑上被造型為用于 光電和熱系統(tǒng)、風(fēng)、無(wú)源太陽(yáng)的、自然通風(fēng)、舒適度和美學(xué)的高能效和產(chǎn)能結(jié)構(gòu)，因?yàn)楸景l(fā)明 的四維矩陣比現(xiàn)有的、天然的或采用常規(guī)三維構(gòu)造技術(shù)可能實(shí)現(xiàn)的空間具有更大的靈活性 和選擇性。它們包括來(lái)自雨水采集的流水、排水和再利用，用于造景和園藝以及用于其內(nèi)可 包括公園或市內(nèi)農(nóng)場(chǎng)的多層地產(chǎn)的環(huán)境、健康和美學(xué)效果。上述對(duì)本發(fā)明不同實(shí)施例的描述僅為對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員進(jìn)行描述。并非意圖窮盡 或?qū)⒈景l(fā)明限定為單個(gè)的公開實(shí)施例。如上所述，對(duì)本發(fā)明的不同可選方案和變型對(duì)于在 上述教導(dǎo)下的本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是顯而易見的。因此，盡管一些可選實(shí)施例已被明確地 描述，其它實(shí)施例對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是很明顯的或相對(duì)容易研制的。因此，該專利的 詳細(xì)說(shuō)明意圖包括所有此處已討論的本發(fā)明方案的全部可選方案、改良和變型，并且其它 實(shí)施例也落入上述本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。所提供的公開內(nèi)容的摘要使得讀者能夠迅速確定技術(shù)公開內(nèi)容的特性。要了解， 它并非用于詮釋或限定權(quán)利要求的范圍和意義。此外，在前述的詳細(xì)描述中，可以看出不同 的特征可在不同的實(shí)施例中組合在一起以使公開內(nèi)容合理化。公開的方法并非被詮釋為反 映了所保護(hù)的實(shí)施例需要比在每個(gè)權(quán)利要求所引用的特征更多這個(gè)意圖。相反，下面的權(quán) 利要求反映出發(fā)明的主題比單個(gè)公開的實(shí)施例的全部特征要少。因此，下面的權(quán)利要求此 處并入詳細(xì)描述中，每個(gè)權(quán)利要求都是獨(dú)立地聲稱的主題。
權(quán)利要求
1.一種可居住空間框架，包括限定了多個(gè)互相連接的基礎(chǔ)四面體模塊的支柱部件的矢量矩陣。
2.如權(quán)利要求1所述的空間框架，其特征在于，支柱部件的矢量矩陣限定了多個(gè)互相 連接的基礎(chǔ)四面體模塊和初級(jí)八面體模塊，并且其中所述多個(gè)初級(jí)八面體模塊中的每個(gè)初 級(jí)八面體模塊的一部分鄰近于所述基礎(chǔ)四面體模塊中的至少兩個(gè)。
3.如權(quán)利要求1所述的空間框架，其特征在于，支柱部件的矢量矩陣包括僅具有四個(gè) 不連續(xù)的不同長(zhǎng)度的支柱部件。
4.如權(quán)利要求1所述的空間框架，其特征在于，支柱部件的矢量矩陣包括具有不確定 數(shù)目的不連續(xù)的不同長(zhǎng)度的支柱部件。
5.如權(quán)利要求1所述的空間框架，其特征在于，所述多個(gè)基礎(chǔ)四面體模塊和多個(gè)初級(jí) 八面體模塊限定了多個(gè)樓層區(qū)域，每個(gè)樓層區(qū)域都在不同豎直高度上位于空間框架的周緣 內(nèi)、圍繞周緣和從其外部伸出。
6.如權(quán)利要求5所述的空間框架，其特征在于，所述多個(gè)樓層區(qū)域懸空在空間框架下 面的內(nèi)部中庭內(nèi)。
7.如權(quán)利要求1所述的空間框架，其特征在于，可居住空間框架支撐辦公樓或公寓建 筑、零售/批發(fā)店、旅館、公共設(shè)施建筑、工業(yè)建筑、農(nóng)業(yè)建筑或大結(jié)構(gòu)支撐多功能工程。
8.如權(quán)利要求1所述的空間框架，其特征在于，可居住空間框架被支撐在具有地震隔 離器的支腳上。
全文摘要
一種可居住空間框架(100)可在其內(nèi)限定和支撐位于可居住空間框架(100)周邊內(nèi)、圍繞可居住空間框架(100)并且從可居住空間框架(100)外部伸出的可居住生活空間。該空間框架(100)包括限定了多個(gè)互相連接的基礎(chǔ)四面體模塊(110)的支柱部件以及可選的多個(gè)初級(jí)八面體模塊(115)的矢量矩陣。多個(gè)初級(jí)八面體模塊(115)中的每個(gè)初級(jí)八面體模塊(115)的一部分鄰近于基礎(chǔ)四面體模塊(110)中的至少兩個(gè)。在矢量矩陣的重復(fù)幾何形狀中使用一個(gè)或多個(gè)直角三角面或平面使得空間框架(100)的內(nèi)部可居住，具有水平樓層和與相關(guān)支柱部件(105)對(duì)齊的豎直壁。
文檔編號(hào)E04B1/98GK102149878SQ200980135010
公開日2011年8月10日 申請(qǐng)日期2009年6月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月8日
發(fā)明者D·諾布爾, J·胡達(dá) 申請(qǐng)人:D·諾布爾, J·胡達(dá)