壁挂式托架组件的制作方法

壁挂式托架组件
1.相关申请的交叉引用
2.本技术基于2020年11月5日提交的美国临时申请no.us 63/109,930并要求其优先权，该申请以引用方式并入本文中。
技术领域
3.本发明涉及用于在结构上支撑部件的托架系统。


背景技术：

4.将诸如管道元件或重型电气或机械设备的部件支撑在建筑物内的诸如墙壁和天花板板面的钢筋混凝土结构元件上提出了各种挑战。当结构元件包括钢筋和浇注混凝土时，挑战更加艰巨。有两种常用的方法将钢结构(即托架)连接到混凝土。一种方法是在混凝土构造后安装锚固件。然而，当在混凝土中钻锚定螺栓孔时，这种后安装的混凝土锚将有撞到钢筋的风险。后安装的混凝土锚通常具有低容量和复杂的安装程序。另外，这种钻孔可能不可接受地削弱混凝土元件，并且可能地损害建筑物的结构完整性。另一种钢与混凝土连接方法是在混凝土中预埋钢板，并且在混凝土凝固后将托架焊接到暴露的钢板。然而，这种方法将需要大量的现场焊接。由焊接产生的热量可能潜在地损坏在预埋钢板后面的混凝土。为了避免浇注后添加托架系统，可以考虑在托架与模板集成的情况下浇注混凝土，然而，这被认为在很大程度上是不切实际的，因为没有任何东西可以穿过模板伸出。显然有机会改进用于钢筋混凝土结构的托架系统。


技术实现要素：

5.在一个方面中，本发明涉及一种可安装在墙壁上的托架组件。在示例实施例中，托架组件包括基板，该基板具有相对设置的外表面和反向表面。至少一个插座附接到反向表面，并且在远离外表面的方向上延伸。该至少一个插座包括横向于基板定向的插座侧壁和横向于插座侧壁定向的插座后壁。插座侧壁和插座后壁限定空腔。安装板以与基板叠置的关系定位。凸台从安装板伸出。凸台包括横向于安装板定向的凸台侧壁和横向于凸台侧壁定向的凸台后壁。凸台侧壁和凸台后壁限定凹部。凸台接收在空腔内，并且在其中限定凸台侧壁和插座侧壁之间的侧壁间隙。紧固件具有延伸到空腔和凹部中的第一端部。紧固件具有在远离外表面的方向上从插座后壁伸出的第二端部。紧固件将安装板固连到基板。紧固件的第一端部通过插座后壁中的第一插座孔延伸到空腔中，并且通过凸台后壁中的第一凸台孔延伸到凹部中。当定位在第一凸台孔中时，紧固件限定紧固件和第一凸台孔之间的紧固件间隙。侧壁间隙小于紧固件间隙，因此平行于安装板的外部载荷将主要通过凸台侧壁和插座侧壁之间的接触而得以被反作用。
6.在示例实施例中，第一凸台孔具有大于紧固件的第一端部的紧固件直径的凸台孔直径。此外，作为示例，凸台外径基本上等于空腔的插座内径。在特定示例中，紧固件的第一端部包括螺纹轴。在螺纹轴上的第一螺母接合插座后壁。在螺纹轴上的第二螺母接合凹部
内的凸台后壁。插座后壁和凸台后壁被捕获在第一螺母和第二螺母之间。
7.在示例实施例中，空腔具有圆柱形形状。此外，作为示例，凸台具有圆柱形形状。在示例中，紧固件的第二端部包括扩大的头部。另外，作为示例，安装板还可以包括附接到其的夹具。夹具可以包括横向于安装板伸出的凸耳，或者夹具可以包括横向于安装板伸出的梁。另外，夹具可以包括横向于安装板伸出的支撑支柱。
8.本发明还涵盖可安装在墙壁上的托架组件。在示例中，托架组件包括基板，该基板具有相对设置的外表面和反向表面。多个插座附接到反向表面，并且在远离外表面的方向上延伸。每个插座包括横向于基板定向的插座侧壁和横向于插座侧壁定向的插座后壁。每个插座的插座侧壁和插座后壁限定相应的空腔。安装板以与基板叠置的关系定位。多个凸台从安装板伸出。每个凸台包括横向于安装板定向的凸台侧壁和横向于凸台侧壁定向的凸台后壁以限定凹部。每个凸台接收在空腔中的一个内。每个紧固件具有延伸到空腔中的一个中和凹部中的一个中的第一端部。每个紧固件具有在远离外表面的方向上从后壁中的相应一个伸出的第二端部。紧固件将安装板固连到基板。
9.此外，作为示例，紧固件中的每一个的第一端部通过插座后壁中的相应一个中的相应一个插座孔延伸到空腔中的相应一个中。每个第一端部通过凸台中的每一个中的凸台孔中的相应一个延伸到凹部中的相应一个中。每个凸台相对于在其中接收它的空腔来设计尺寸，并且每个凸台中的每个凸台孔相对于延伸到凸台的凹部中的紧固件的第一端部来设计尺寸，使得作用在安装板的平面中的外部载荷将主要通过凸台和插座的侧壁之间的接触被反作用。
10.在特定示例中，每一个凸台中的每一个凸台孔具有大于延伸到每个凸台中的紧固件的紧固件直径的凸台孔直径。此外，作为示例，每个凸台的凸台外径基本上等于接收凸台的空腔的插座内径。特别地，作为示例，每一个紧固件的第一端部包括螺纹轴。对于每个紧固件，在螺纹轴上的第一螺母接合紧固件延伸到其中的插座的插座后壁，并且对于每个紧固件，在螺纹轴上的第二螺母接合紧固件延伸到其中的凹部内的凸台后壁。每个插座后壁和凸台后壁被捕获在每个紧固件上的第一和第二螺母之间。
11.在示例实施例中，每个空腔具有圆柱形形状，并且每个凸台具有圆柱形形状。在另一个实施例中，每个紧固件的第二端部包括扩大的头部。作为示例，安装板还可以包括附接到其的夹具。在特定示例中，夹具包括横向于安装板伸出的凸耳。在另一个示例中，夹具包括横向于安装板伸出的梁。夹具还可以包括横向于安装板伸出的支撑支柱。
12.本发明还涵盖一种装置。在示例中，该装置包括墙壁。至少一个托架组件安装在墙壁上。作为示例，该至少一个托架组件包括基板，该基板具有相对设置的外表面和反向表面。至少一个插座附接到反向表面，并且在远离外表面的方向上延伸。该至少一个插座包括横向于基板定向的插座侧壁和横向于插座侧壁定向的插座后壁。插座侧壁和插座后壁限定空腔。安装板以与基板叠置的关系定位。凸台从安装板伸出。凸台包括横向于安装板定向的凸台侧壁和横向于凸台侧壁定向的凸台后壁以限定凹部。凸台接收在空腔内。紧固件具有延伸到空腔和凹部中的第一端部。紧固件具有从插座后壁伸出并进入墙壁中的第二端部。紧固件将安装板固连到基板，并且将基板固连到墙壁。在示例中，基板定位成与墙壁的表面齐平。此外，作为示例，安装板定位成与墙壁的表面齐平。在示例实施例中，墙壁包括混凝土，并且基板在浇注墙壁时预埋在混凝土中。
13.在示例装置中，紧固件的第一端部通过插座后壁中的插座孔延伸到空腔中，并且通过凸台后壁中的凸台孔延伸到凹部中。凸台相对于空腔来设计尺寸，并且凸台中的凸台孔相对于紧固件直径来设计尺寸，使得平行于安装板作用的外部载荷将主要通过凸台侧壁和插座侧壁之间的接触被反作用。在示例实施例中，凸台孔直径大于紧固件直径。作为示例，凸台外径基本上等于空腔的插座内径。此外，作为示例，紧固件的第一端部包括螺纹轴。在螺纹轴上的第一螺母接合插座后壁。在螺纹轴上的第二螺母接合凹部内的凸台后壁。插座后壁和凸台后壁被捕获在第一螺母和第二螺母之间。在示例实施例中，空腔具有圆柱形形状。此外，作为示例，凸台具有圆柱形形状。在特定示例中，紧固件的第二端部包括扩大的头部。
14.在根据本发明的示例装置中，安装板还可以包括附接到其的夹具。作为示例，夹具可以包括横向于安装板伸出的凸耳，或者夹具可以包括横向于安装板伸出的梁。在另一个示例中，夹具可以包括横向于安装板伸出的支撑支柱。
附图说明
15.图1是根据本发明的示例托架组件的等距视图；
16.图2是图1中所示的托架组件的分解等距视图；
17.图3是图2中所示的托架组件从下方看的分解等距视图；
18.图4是图2和图3中所示的基板和紧固件的分解图；
19.图5是图1中所示的示例托架组件从下方看的等距视图；
20.图6是根据本发明的示例托架组件的截面图；
21.图7是图6中所示的截面图的细节；
22.图8是根据本发明的示例装置的截面图；以及
23.图9是图示根据本发明的示例装置的组装的截面图。
具体实施方式
24.图1至图5示出了根据本公开的示例托架组件10。托架组件10包括基板12，该基板12具有彼此相对设置的外表面14(图2)和反向表面16(图3)。在该示例托架组件10中，多个插座18附接到反向表面16。插座18在远离外表面14的方向上延伸。如图3中所示，每个插座18包括横向于基板12定向的插座侧壁20和横向于插座侧壁20定向的插座后壁22。插座侧壁20和插座后壁22限定空腔24。在该示例中，如图1至图4中所示，插座侧壁20是连续的，并且限定具有圆柱形形状的空腔24。尽管其它形状也是可行的，但圆柱形被认为是有利的，因为它围绕其纵向轴线对称。空腔24的这种对称性允许施加在基板12的平面中的剪切载荷的均匀分布，而不管剪切载荷的方向如何。多个插座18中的每一个限定代表空腔24的内部宽度的插座内径25。在其中多个插座18不是圆柱形的示例中，插座内径25可以由空腔24的插座内部宽度限定。
25.安装板26以与基板12叠置的关系定位。如图2和图3中所示，至少一个凸台(但在该示例中为多个凸台)28从安装板26伸出。如图1、图5和图6中所示，每个凸台28接收在基板12的相应空腔24内。每个凸台28包括凸台侧壁27和凸台后壁29，凸台侧壁27和凸台后壁29限定相应的凹部30。如同由插座18限定的空腔24一样，每个凸台28有利地具有圆柱形横截面
形状，这也是为了在基板12的平面中分配剪切载荷，如下文所解释的。多个凸台28中的每一个限定表示凸台28的外部宽度的凸台外径31。在其中多个凸台28不是圆柱形的示例中，凸台外径31可以由凸台外部宽度限定。
26.如图1至图6中所示，组件10还包括多个紧固件32。每个紧固件32具有第一端部34，该第一端部34延伸到相应的插座18的空腔24中，并且进一步延伸到由接收在空腔内的凸台28限定的凹部30中。每个紧固件32还具有第二端部36，该第二端部36在远离基板12的外表面14的方向上从插座18的后壁22伸出。每个紧固件还由构成紧固件32的轴宽度的紧固件直径33限定。有利地，每个紧固件32的第二端部36可以包括扩大的头部38，以更好地使紧固件32能够将组件10固连到诸如墙壁的结构，如下所述。紧固件32还将安装板26固连到基板12。安装板26到基板12的附接在该示例中使用螺纹轴40实现，该螺纹轴40包括每个紧固件32的第一端部34。在每个螺纹轴40上的第一螺母42接合每个插座18的插座后壁22，并且在每个螺纹轴40上的第二螺母44接合每个凹部30内的凸台后壁29。因此，后壁22和凸台28被捕获在每个轴40上的第一螺母42和第二螺母44之间。
27.根据本公开的托架组件10的目的是为当托架组件安装在墙壁和诸如管道元件等的支撑部件上时施加的剪切力和拉力提供单独的载荷路径。根据本公开的托架组件设计成使得紧固件32仅承受拉力(垂直于安装板26和基板12的力)，剪切力(在安装板26和基板12的平面中的力)通过凸台28和插座18之间的相互作用被反作用。通过将紧固件32与剪切载荷隔离，当与其中紧固件承受剪切和拉伸两者的组合应力的托架相比时，根据本公开的托架组件10将能够使用更小且更轻的部件更高效地承载更高的载荷。根据本公开的托架组件10将是有效的，即使紧固件32与剪切载荷的完全隔离实际上是不可能实现的，因为在实际设计中由紧固件经历的任何剪切载荷将是在很大程度上可以被忽略的二阶效应，因为其显著性很小。
28.如图6和图7中所示，为了达到这个目的，每个紧固件32的第一端部34通过每个插座的后壁22中的第一插座孔46延伸到每个插座18的空腔24中。每个插座孔46由插座孔直径47限定。第一端部34还通过每个凸台中的第一凸台孔48延伸到每个凸台28的凹部30中。每个第一凸台孔48由凸台孔直径49限定。每个凸台28相对于接收它的空腔24来设计尺寸。每个凸台中的第一凸台孔48相对于延伸穿过它的紧固件32的第一端部34来设计尺寸。凸台28和第一凸台孔48的尺寸设计成使得作用在安装板26的平面中的外部载荷将主要通过凸台28和插座18的侧壁20之间的接触被反作用。这种效果通过将每个第一凸台孔48尺寸设计成具有比每个紧固件32的第一端部34的直径大的直径来实现。凸台孔直径49和紧固件直径33之间的差限定紧固件间隙51(参见图7)。如果每个凸台28的外径(凸台外径31)基本上等于接收凸台28的空腔24的内径(插座内径25)，则效果将进一步增强。在一个示例中，插座孔直径47等于凸台孔直径49。凸台外径31和插座内径25之间的差构成侧壁间隙53。在本说明书中使用的术语“基本上等于”意味着直径可以足够接近，使得凸台28不被阻止接收在插座18的相应空腔24内。侧壁间隙53小于紧固件间隙51，使得作用在安装板26平面中的外部载荷将主要通过凸台侧壁27和插座侧壁20之间的接触被反作用。还有利的是，在第二螺母44和凸台后壁29之间定位低摩擦元件，诸如包括低摩擦材料或具有低摩擦涂层(诸如聚四氟乙烯)的低摩擦垫圈45，以进一步减少在螺栓连接界面处的剪切载荷传递。
29.图6和图8图示了根据本发明的托架组件10的另外的实施例，其包括附接到安装板
26的各种类型的夹具。如图6中所示，安装板26还可以包括横向于安装板伸出的凸耳50。在图8中，夹具包括横向于一个托架组件10的安装板伸出的梁52和横向于根据本发明的第二托架组件的安装板伸出的支撑支柱54。其它类型的夹具当然也可以附接到托架组件10。
30.图8和图9还图示了也由本发明涵盖的装置56。装置56包括如上所述的托架组件10和墙壁58，例如建筑物(未示出)的剪力墙。在图9中所示的示例装置中，墙壁58包括混凝土，并且基板12在浇注墙壁58时预埋在混凝土中。紧固件32的扩大的头部38提供了与混凝土的增强的接合，以增加最大允许紧固件拉力。紧固件32在浇注期间使用第二螺母44固持到基板12，并且这些螺母在安装板26的凸台28插入到插座18的空腔24中以将组件10安装在墙壁58上之前被移除。然后将低摩擦元件，垫圈45放置在螺纹轴40上，并且然后在凸台凹部30内将第二螺母44向下扭转到螺纹轴40上，以将安装板26固连到基板12。有利的是将基板12定位成与墙壁58的表面60齐平(图9)。图9中所示的示例还可以包括模壳螺钉61，以在混凝土墙壁58被浇注时将基板12附连到模壳(未示出)。在图8中所示的实施例中，安装板26定位成与墙壁58的表面60齐平。
31.通过参考下面的详细描述、示例、附图和权利要求书以及它们之前和之后的描述，可以更容易地理解本公开。然而，在本设备、系统和/或方法被公开和描述之前，应当理解，除非另有说明，否则本发明不限于所公开的具体设备、系统和/或方法，因为它们当然可以变化。还应当理解，本文中使用的术语仅仅是为了描述特定方面的目的，而并不旨在进行限制。

技术特征：
1.一种能够安装在墙壁上的托架组件，所述托架组件包括：基板，其具有相对设置的外表面和反向表面；至少一个插座，其附接到所述反向表面并在远离所述外表面的方向上延伸，所述至少一个插座包括横向于所述基板定向的插座侧壁和横向于所述侧壁定向的插座后壁，所述插座侧壁和所述插座后壁限定空腔；安装板，其以与所述基板叠置的关系定位；凸台，其从所述安装板伸出，所述凸台包括凸台侧壁和凸台后壁，所述凸台侧壁和所述凸台后壁限定凹部，所述凸台接收在所述空腔内并在所述插座侧壁和所述凸台侧壁之间具有侧壁间隙；紧固件，其具有延伸到所述空腔中和所述凹部中的第一端部，所述紧固件具有从所述插座后壁远离所述外表面伸出的第二端部，所述紧固件将所述安装板固连到所述基板。2.根据权利要求1所述的托架组件，其中，所述紧固件包括在所述第二端部处的扩大的头部。3.根据权利要求2所述的托架组件，其中：所述紧固件的所述第一端部通过所述凸台中的第一凸台孔延伸到所述凹部中，所述第一凸台孔具有凸台孔直径；其中，所述紧固件具有紧固件直径，其中，所述紧固件直径和所述凸台孔直径之间的差构成紧固件间隙；并且其中，所述侧壁间隙小于所述紧固件间隙，使得作用在所述安装板的平面中的外部载荷将主要通过所述凸台侧壁和所述插座侧壁之间的接触被反作用。4.根据权利要求3所述的托架组件，其中，所述侧壁间隙基本上为零。5.根据权利要求3所述的托架组件，其中：所述凸台还包括在所述凸台后壁上的第一插座孔，所述第一插座孔具有插座孔直径；所述紧固件的所述第一端部包括螺纹轴；在所述螺纹轴上的第一螺母接合所述插座后壁；在所述螺纹轴上的第二螺母接合所述凹部内的所述凸台后壁，所述插座后壁和所述凸台后壁被捕获在所述第一和第二螺母之间。6.根据权利要求5所述的托架组件，还包括在所述第二螺母和所述凸台后壁之间的低摩擦垫圈。7.根据权利要求1所述的托架组件，其中，所述凸台具有圆柱形形状，并且所述至少一个插座具有圆柱形形状。8.根据权利要求1所述的托架组件，其中，所述安装板还包括附接到所述外表面的夹具。9.根据权利要求8所述的托架组件，其中，所述夹具包括横向于所述安装板伸出的凸耳。10.根据权利要求8所述的托架组件，其中，所述夹具包括横向于所述安装板伸出的梁。11.根据权利要求8所述的托架组件，其中，所述夹具包括从所述安装板横向地伸出的支撑支柱。12.一种能够安装在墙壁上的托架组件，所述托架组件包括：
基板，其具有相对设置的外表面和反向表面；多个插座，其附接到所述反向表面并在远离所述外表面的方向上延伸，所述多个插座中的每一个包括横向于所述基板定向的插座侧壁和横向于所述插座侧壁定向的插座后壁，每个所述插座的所述插座侧壁和所述插座后壁限定相应的空腔；安装板，其以与所述基板叠置的关系定位；多个凸台，其从所述安装板伸出，所述多个凸台中的每一个包括凸台侧壁和凸台后壁，所述凸台侧壁和所述凸台后壁限定凹部，所述多个凸台中的每一个接收在所述空腔中的一个内并且在所述插座侧壁和所述凸台侧壁之间具有侧壁间隙；以及多个紧固件，每个所述紧固件具有通过第一插座孔延伸到所述空腔中的一个中并通过第一凸台孔延伸到所述凹部中的一个中的第一端部，所述多个紧固件中的每一个具有紧固件直径，所述多个紧固件中的每一个具有从所述插座后壁中的一个远离所述外表面伸出的第二端部，所述紧固件将所述安装板固连到所述基板；其中，所述凸台中的每一个相对于其中接收所述凸台的所述空腔来设计尺寸，并且所述多个凸台中的每一个中的所述凸台孔相对于所述紧固件直径来设计尺寸，使得作用在所述安装板的平面中的外部载荷将主要通过所述凸台和所述插座的所述侧壁之间的接触被反作用。13.根据权利要求12所述的托架组件，其中，所述凸台孔中的每一个包括凸台孔直径；其中，所述紧固件直径和所述凸台孔直径之间的差构成紧固件间隙；并且其中，所述侧壁间隙小于所述紧固件间隙。14.根据权利要求13所述的托架组件，其中，所述凸台中的每一个中的所述凸台孔中的每一个具有大于所述紧固件直径的凸台孔直径。15.根据权利要求12所述的托架组件，其中，所述多个凸台中的每一个具有圆柱形形状，并且所述多个插座中的每一个具有圆柱形形状。16.根据权利要求15所述的托架组件，其中，所述多个凸台中的每一个具有凸台外径；其中，所述多个插座中的每一个具有插座内径；并且其中，所述凸台外径中的每一个基本上等于接收所述凸台的所述空腔的所述插座内径中的每一个。17.根据权利要求12所述的托架组件，其中：所述多个凸台中的每一个还包括在所述凸台后壁上的第一插座孔，所述第一插座孔具有插座孔直径；其中，所述紧固件的所述第一端部包括螺纹轴；在所述螺纹轴上的第一螺母接合所述插座后壁；在所述螺纹轴上的第二螺母接合所述凹部内的所述凸台后壁，所述插座后壁和所述凸台后壁被捕获在所述第一和第二螺母之间。18.根据权利要求17所述的托架组件，还包括：低摩擦垫圈，其定位在所述第二螺母和所述凸台后壁之间。19.根据权利要求12所述的托架组件，其中，所述安装板还包括附接到所述外表面的夹具。20.根据权利要求19所述的托架组件，其中，所述夹具包括横向于所述安装板伸出的凸
耳。21.根据权利要求19所述的托架组件，其中，所述夹具包括横向于所述安装板伸出的梁。22.根据权利要求19所述的托架组件，其中，所述夹具包括从所述安装板横向地伸出的支撑支柱。23.一种装置，所述装置包括：墙壁；至少一个托架组件，其安装在所述墙壁上，所述至少一个托架组件包括：基板，其具有相对设置的外表面和反向表面；至少一个插座，其附接到所述反向表面并在远离所述外表面的方向上延伸，所述至少一个插座包括横向于所述基板定向的插座侧壁和横向于所述侧壁定向的插座后壁，所述插座侧壁和所述插座后壁限定空腔；安装板，其以与所述基板叠置的关系定位；凸台，其从所述安装板伸出，所述凸台包括凸台侧壁和凸台后壁，所述凸台侧壁和所述凸台后壁限定凹部，所述凸台接收在所述空腔内并在所述插座侧壁和所述凸台侧壁之间具有侧壁间隙；紧固件，其具有延伸到所述空腔中和所述凹部中的第一端部，所述紧固件具有从所述插座后壁远离所述外表面伸出的第二端部，所述紧固件将所述安装板固连到所述基板。24.根据权利要求23所述的装置，其中：所述紧固件的所述第一端部通过所述凸台中的第一凸台孔延伸到所述凹部中，所述第一凸台孔具有凸台孔直径；其中，所述紧固件具有紧固件直径，其中，所述紧固件直径和所述凸台孔直径之间的差构成紧固件间隙；并且其中，所述侧壁间隙小于所述紧固件间隙，使得作用在所述安装板的平面中的外部载荷将主要通过所述凸台侧壁和所述插座侧壁之间的接触被反作用。25.根据权利要求23所述的装置，其中，所述基板定位成与所述墙壁的表面齐平。26.根据权利要求23所述的装置，其中，所述墙壁包括混凝土，并且所述基板在浇注所述墙壁时预埋在所述混凝土内。27.根据权利要求23所述的装置，其中，所述安装板还包括横向于所述安装板伸出的凸耳、横向于所述安装板伸出的梁或从所述安装板横向伸出的支撑支柱中的一者。

技术总结
托架组件隔离来自紧固件的剪切力，以实现紧固件的全部拉伸载荷能力。紧固件从基板延伸，并且预埋在诸如浇注混凝土墙壁的结构内。由基板限定的插座接收从叠置基板的安装板延伸的凸台。紧固件还将安装板固持到基板。在安装板的平面中施加的剪切力在凸台和插座之间被反作用，使用安装板中的超大孔将紧固件从剪切力中隔离，以确保紧固件主要承受拉伸载荷。以确保紧固件主要承受拉伸载荷。以确保紧固件主要承受拉伸载荷。


技术研发人员：C
受保护的技术使用者：唯特利公司
技术研发日：2021.11.04
技术公布日：2023/9/13