一种大型宽体客机多机位维修机库屋盖斜桁架结构体系的制作方法

本发明涉及一种机库钢桁架结构体系，特别是一种宽体客机多机位维修机库屋盖斜桁架结构体系。

背景技术：

随着我国经济实力的不断提升，民航运输已由高端交通工具，转变为大众交通工具。我国近20年的经济发展数据显示，gdp每增加1%，民航客运量增加1.58%，货运量增加1.34%；旅游人数每增加1%，客运量增加1.36%；进出口总额每增加1%，货运量增加0.87%；城镇人口每增加1%，客运量增加2.86%。在目前的枢纽航空网络体系下，世界上一些大型航空枢纽机场的飞机起降量已呈现出饱和的态势，而大型宽体飞机能有效解决机场拥堵的问题，大型宽体飞机必将具有更加广阔的市场前景。目前我国每年大型客机订单量均在300架以上，机务维修市场将迎来井喷式发展的良好态势。可以预言未来20年，我国将需要建设更多的维修机库以适应国内各大航空公司机队规模不断发展壮大的需求。

相比单机位维修机库，多机位机库具有以下优点：一、飞机布置灵活；二、机库空间利用率高：两个大型宽体机位之间的富裕空间可以穿插停放维修窄体单通道客机；三、飞机维修所需各种辅助功能用房可以集中布置，物流交通成本低等优点；而且多机位机库可通过大门互相移位实现飞机进出库的目的，无需单独设置门库，土地利用率高。近年来，国内各大航空公司一次建设2机位以上维修机库的需求非常旺盛。

大型宽体客机多机位维修机库，包括2～6个大型客机维修机位机库，其平面沿跨度方向的长度在150m～500m之间，沿进深方向的长度在70m～120m之间，机库平面的长宽比在2～7之间，一般均超过3。机库平面其它三边可以设置钢筋混凝土或钢结构支承柱，沿机库大门开口边设置电动推拉大门或悬挂提升大门。例如对于3个机位以下机库，其平面沿跨度方向的长度即大门开口边跨度在150m～240m之间；对于4～6个机位的机库，其平面沿跨度方向的长度大门开口边跨度在150m+150m～250m+250m之间。机库大门面向滑行道或停机坪，考虑飞机的尾翼高度，机库大门净高度一般在21～26m之间；机位大厅内由于设置悬挂设备占用空间，其净高度一般在26m～30m左右；附属用房根据人流、物流关系可在机库其他三面环绕布置。两个大型宽体客机维修机位间需要穿插停放单通道窄体客机，机库大门开口边沿跨度方向，除边柱外，要求尽量少设置或不设置中间支承柱。由此可见，超大跨度屋盖设计为机库设计的重点及难点。

大型宽体客机多机位维修机库的屋面结构布置图参见图1-图5所示。以往传统机库钢桁架结构体系设计中，屋盖一般采用三层平板型钢网架结构或多级主次桁架结构体系，平面上沿机库三边设有支承柱，沿结构跨度方向的大门开口边无落地支承，一般采用由两榀或多榀大跨度钢桁架组成的空间箱形梁作为边缘构件，边缘构件即大门桁架支承屋盖网架或多级主次桁架结构体系。由于屋盖平面狭长，长宽比超过3，结构呈现出很强的单向受力特性，屋盖荷载的90%以上沿短向传递至大门桁架及后山墙支承柱列，大门桁架负担了屋盖几乎一半的重量。大门桁架的内力与其跨度的平方成正比，增加其竖向承载力及刚度最行之有效的方法是增加截面高度。因而在传统的机库设计中，大门桁架的跨高比一般在10～12，由于机场空域均有限高要求（一般在45m以下），对于跨度超过150m跨的机库，其截面高度往往受限，只能通过增加桁架弦杆及腹杆的截面面积以获得需要的承载力及刚度，因而造成屋盖60%~70%的重量集中在大门开敞边。

因此传统机库钢桁架结构体系设计应用在大型宽体客机多机位维修机库中会存在以下不足之处：

一、我国民航维修基地一般均位于地震设防高烈度区，地震作用为大跨度机库设计控制性因素之一。当机库屋盖60%～70%的重量集中在大门开敞边时，结构质量分布过于不均，造成结构体系抗震性能不佳。

二、作为边缘构件的大门桁架50%左右的截面面积是用来负担其自重，结构的技术经济指标欠佳，同时大门桁架的内力与其跨度的平方成正比，对于单跨跨度超过220m的维修机库，大门边桁架杆件内力一般均超过50000kn之巨，截面选型困难。

三、单跨跨度超过150m时实现较难，特别是在超低空域限高（限高40m以下）场地，单跨跨度超过220m以上则无法实现。

四、对于连跨多机位维修机库，大门开口边中柱承担了结构近一半的竖向及水平荷载，造成抗侧力构件分布过于集中，结构体系的抗倒塌能力差，破坏形态不合理。

五、由于屋盖近一半的荷载沿长向构件传递，荷载传递路线长，结构体系效率不佳，技术经济指标差。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种大型宽体客机多机位维修机库屋盖斜桁架结构体系，要解决现有机库钢桁架结构体系应用在大型宽体客机多机位维修机库中存在结构质量分布不均造成结构体系抗震性能不佳、大门桁架技术经济指标欠佳、超低空域限高场地单跨跨度过大无法实现、单跨机库跨度过大实现较难、连跨机库大门开口边中柱抗倒塌能力差、体系荷载传递路线长、大门桁架杆件内力过大，截面选型困难的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种大型宽体客机多机位维修机库屋盖斜桁架结构体系，包括沿机库三边间隔设置的屋盖支承柱和固定在屋盖支承柱顶部的屋盖钢结构；还包括沿机库开敞边设置的大门桁架支承柱和固定在大门桁架支承柱顶部的大门桁架，所述屋盖钢结构与大门桁架连接，所述机库包括单跨机库和多跨机库，

所述屋盖钢结构包括覆盖机库的主结构架，还包括设置在主结构架内部的斜桁架以及一字桁架，所述一字桁架与斜桁架相交，

所述屋盖支承柱包括沿进深方向的两边设置的侧墙支承柱，还包括沿跨度方向的后山墙一边设置的后山墙支承柱，

所述斜桁架的两个端部分别支承连接于在侧墙支承柱和后山墙支承柱上，该侧墙支承柱设为斜桁架侧墙支承柱，该后山墙支承柱设为斜桁架后山墙支承柱，

所述一字桁架沿机库跨度方向设置，一字桁架的两个端部分别支承连接于两边的侧墙支承柱上，该侧墙支承柱设为一字桁架侧墙支承柱；或者一字桁架的两个端部一端支承连接于一字桁架侧墙支承柱上，另一端支承连接于斜桁架上；或者一字桁架的两个端部均连接于斜桁架上；

所述大门桁架支承柱包括支承大门桁架两端、与侧墙支承柱在同一柱列的大门桁架边支承柱，所述斜桁架侧墙支承柱和大门桁架边支承柱不共用支承柱或者共用一个支承柱。

每跨机库内设有的斜桁架布置为一道或布置成v型的两道，不同斜桁架之间的斜桁架后山墙支承柱均不共用支承柱。

所述斜桁架与大门桁架的夹角为30-60度。

所述斜桁架和一字桁架均与主结构架的结构形式均相统一，所述主结构架为空间网架，相应的斜桁架和一字桁架均为空间网架，或者主结构架为带有水平支撑的平面桁架，相应的斜桁架和一字桁架均为平面桁架。

所述斜桁架的高度相对主结构架的高度局部上凸、全部上凸、局部下沉、全部下沉或者等高，所述一字桁架的高度相对主结构架的高度局部上凸、全部上凸、局部下沉、全部下沉或者等高。

所述一字桁架沿机库进深方向间隔设有1-3道，其中至少有一道连接悬挂设备，其位置可结合屋盖悬挂设备的轨道连接需要确定。

所述斜桁架侧墙支承柱和一字桁架侧墙支承柱的截面尺寸均大于其余侧墙支承柱的截面尺寸，所述斜桁架后山墙支承柱的截面尺寸均大于其余后山墙支承柱的截面尺寸。

所述机库为多跨机库，所述大门桁架支承柱还包括在多跨机库的分跨处设置的大门桁架中支承柱，分跨处设有至少一道斜桁架，该斜桁架的一个端部支承连接于在大门桁架中支承柱上，另一个端部支承连接于在斜桁架后山墙支承柱上。

所述机库内的维修机位之间、沿进深方向靠近后山墙位置处增设有沿机库跨度方向的柱列，该柱列为斜桁架库内支承柱，所述斜桁架在山墙位置的支承端自斜桁架后山墙支承柱移至斜桁架库内支承柱上，所述后山墙支承柱中出现上拔力的支承柱为经过内力释放的柱或更换为抗风柱。

所述机库内的维修机位之间间隔设有一列辅助用房，斜桁架库内支承柱与辅助用房的结构柱共用。

与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果：

本发明的大型宽体客机多机位维修机库斜桁架结构体系，根据力的传递最短路线原理，在单跨机库沿进深方向布置2道斜桁架，形成v形桁架，沿进深方向的中部附近根据受力及悬挂设备连接需要布置1～3道沿跨度方向通长的一字形桁架；对于两跨机库沿进深方向斜向布置4道斜桁架，形成w形桁架，依次类推至多跨机库。沿进深方向的中部附近根据受力及悬挂设备连接需要布置1～3道沿跨度方向通长的一字形桁架。由于多机位机库平面狭长，进深方向的长度远小于跨度方向的长度，斜桁架的跨度远小于大门桁架的跨度，斜桁架截面高度可以控制在经济合理的范围内以获得足够的竖向承载力及刚度。因此v形桁架或w形桁架结合一字形桁架的设置，将屋盖分割包围，有效缓解了大门桁架的压力，大门桁架的跨高比可以提高到20～22，使得超低空域限高场地超大跨度多机位维修机库的实施成为可能。

本发明相比现有技术具体有以下优势：

一、屋盖质量分布趋向均匀，结构体系的抗震性能增强。

二、大门桁架的杆件最大内力减小，截面选型趋于简单。

三、大门桁架的负担减轻了80%以上，大门边桁架的跨高比可以提高至20～22左右，打破了传统设计方案在超低空域限高场地（限高40m以下）及单跨跨度超过220m时无法实施的局面。

四、对于多跨机库，可有效减少大门桁架中间支承柱25%以上竖向反力及30～50%左右的水平反力，使结构体系的抗侧力构件分布更加均匀合理，结构体系的抗倒塌能力增强，破坏形态趋于合理。

五、改变屋盖荷载的传递路径，缩短荷载传递路线，有效提升结构体系效率，改善其技术经济指标，屋盖用钢量可以减少20%～50%左右。

同时，由于飞机维修机位间存在大量的富裕空间，一般设置辅助功能用房，其沿机库进深方向尺寸约18m～20m。如将斜桁架的一侧支承柱由机库大厅后山墙位置内移至机库大厅内辅助用房沿机库跨度方向的内墙上，则可进一步减小斜向桁架跨度，进一步有效提升其竖向承载力及刚度。此时机库大厅后山墙邻近斜桁架附近的支承柱由于杠杆原理会产生较大的竖向上拔力，可以将其该柱改为仅传递水平力不承担竖向力的抗风柱或者在施工过程中进行竖向力释放。

本发明的结构体系在屋盖长宽比大于3.0的民用大跨度建筑领域也适用。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

图1是现有结构体系单跨平面布置图。

图2是图1中大门桁架的结构示意图。

图3是现有结构体系双跨平面布置图。

图4是图3中大门桁架的结构示意图。

图5是图1或图2中a-a侧的结构示意图。

图6是本发明实施例一中结构体系单跨平面布置图。

图7是图6中a-a侧的结构示意图。

图8是图6中b-b侧的结构示意图。

图9是图6中c-c剖面的结构示意图。

图10是图6中d-d剖面的结构示意图。

图11是本发明实施例二中结构体系双跨平面布置图。

图12是图11中a-a侧的结构示意图。

图13是图11中b-b侧的结构示意图。

图14是图11中c-c剖面的结构示意图。

图15是图11中d-d剖面的结构示意图。

图16是图11中e-e剖面的结构示意图。

图17是现有结构体系大门桁架受力面积示意图。

图18是以本发明实施例二为例的大门桁架受力面积示意图。

图19是以本发明特殊结构以实施例二为例的大门桁架受力面积示意图。

附图标记：1－大门桁架边支承柱、2－大门桁架、3－主结构架、4－斜桁架、5－一字桁架、6－侧墙支承柱、6a－一字桁架侧墙支承柱、6b－斜桁架侧墙支承柱、7－后山墙支承柱、7a－斜桁架后山墙支承柱、7b－抗风柱、8－大门桁架中支承柱、9－辅助用房、10－斜桁架库内支承柱。

具体实施方式

实施例一参见图6-10所示，该机库为单跨机库，这种大型宽体客机多机位维修机库屋盖斜桁架结构体系，包括沿机库三边间隔设置的屋盖支承柱和固定在屋盖支承柱顶部的屋盖钢结构；还包括沿机库开敞边设置的大门桁架支承柱和固定在大门桁架支承柱顶部的大门桁架2，所述屋盖钢结构与大门桁架2连接。

所述屋盖钢结构包括覆盖机库的主结构架3，还包括设置在主结构架内部的斜桁架4以及一字桁架5。可以由替换主结构杆件相应位置的桁架杆件形成，所述一字桁架5与斜桁架4相交。本实施例中，所述斜桁架4和一字桁架5均与主结构架3的结构形式均相统一，所述主结构架3为空间网架，相应的斜桁架4和一字桁架5均为空间网架，在其它实施例中主结构架3也可以为带有水平支撑的平面桁架，相应的斜桁架4和一字桁架5均为平面桁架。

当主结构架3和斜桁架4以及一字桁架5的结构形式不统一时，也

本实施例中，单跨机库内设有的斜桁架布置为成v型的两道，两道镜像对称布置，在其它实施例中也可以不对称布置，两道斜桁架的斜桁架后山墙支承柱不共用支承柱并保持一定的距离。所述斜桁架4与大门桁架2的夹角根据受力情况可以设置为30-60度，其中45度为最优受力角度，本实施例中为45度。所述一字桁架5沿机库进深方向根据受力情况间隔设有1-3道，其中至少有一道连接悬挂设备。本实施例中设置为两道。

所述屋盖支承柱包括沿进深方向的两边设置的侧墙支承柱6，还包括沿跨度方向的后山墙一边设置的后山墙支承柱7。所述一字桁架5沿机库跨度方向设置的情况可以分为以下三种：一字桁架5的两个端部分别支承连接于两边的侧墙支承柱上，该侧墙支承柱设为一字桁架侧墙支承柱6a；或者一字桁架5的两个端部一端支承连接于一字桁架侧墙支承柱6a上，另一端支承连接于斜桁架上；或者一字桁架5的两个端部均连接于斜桁架上。

本实施例中，一字桁架的设置方式均为第一种情况沿跨度方向通长设置，其两个端部分别支承连接于在两边的侧墙支承柱上，该侧墙支承柱设为一字桁架侧墙支承柱6a。所述斜桁架4的两个端部分别支承连接于在侧墙支承柱和后山墙支承柱上，该侧墙支承柱设为斜桁架侧墙支承柱6b，该后山墙支承柱设为斜桁架后山墙支承柱7a。

所述大门桁架支承柱1包括支承大门桁架两端、与侧墙支承柱在同一柱列的大门桁架边支承柱1，所述斜桁架侧墙支承柱6b和大门桁架边支承柱1不共用支承柱或者共用一个支承柱。本实施例中斜桁架和大门桁架均各自包括两榀平面桁架，因此同侧的斜桁架侧墙支承柱和大门桁架支承柱均各自需要设置为两个，本实施例中斜桁架侧墙支承柱和大门桁架支承柱中的一个支承柱共用。

所述斜桁架4的高度相对主结构架3的高度局部上凸、全部上凸、局部下沉、全部下沉或者等高，所述一字桁架5的高度相对主结构架3的高度局部上凸、全部上凸、局部下沉、全部由于下沉或者等高。本实施例中斜桁架4和一字桁架5均相对主结构架等高。

由于改变屋盖荷载的传递路径，缩短荷载传递路线，因此所述斜桁架侧墙支承柱6b和一字桁架侧墙支承柱6a的截面尺寸可以均大于现有技术中侧墙支承柱的截面尺寸，所述斜桁架后山墙支承柱7a的截面尺寸可以均现有技术中后山墙支承柱的截面尺寸。

实施例二参见图11-16、18所示，该机库为两跨机库，因此与实施例一中不同的是，所述大门桁架支承柱还包括在多跨机库的分跨处设置的大门桁架中支承柱8。分跨处设有至少一道斜桁架4，本实施例为两道，两道斜桁架的一个端部连接为一体并均落置在大门桁架中支承柱8上，两道斜桁架的另一个端部均支承连接于在斜桁架后山墙支承柱7a上。斜桁架4与大门桁架2的夹角根据受力情况可以设置为30-60度，其中45度为最优受力角度，本实施例中为45度。至此每跨机库内设有的斜桁架布置为成v型的两道，两道镜像对称布置，四道组成w型。

由于改变屋盖荷载的传递路径，缩短荷载传递路线，因此所述大门桁架中支承柱8小于现有技术中的大门桁架中支承柱的截面，优化抗侧力构件布置。

本发明还有另外一种特殊结构，以实施例二中的结构为例，所述机库内的维修机位之间、沿进深方向靠近后山墙位置处增设有沿机库跨度方向的柱列，该柱列为斜桁架库内支承柱10，为了进一步改变屋盖荷载的传递路径，缩短荷载传递路线，所述斜桁架4在山墙位置的支承端自斜桁架后山墙支承柱7a移至斜桁架库内支承柱10上，因此后山墙支承柱中出现上拔力的支承柱根据施工的需要可以在施工过程中经过内力释放或直接更换为不提供竖向荷载只提供水平荷载的抗风柱7b。该柱列与后山墙的距离一般为18m-20m。

参见图19所示，当机库内的维修机位之间间隔设有一列辅助用房9时，特殊结构中的斜桁架库内支承柱10可以与辅助用房9中结构柱共用。本实施例中的辅助用房每跨中部设置一个。值得注意的是，辅助用房9结构柱中沿辅助用房跨度方向的结构柱与后山墙支承柱并不共用，斜桁架只能搭设在辅助用房9的另外三边结构柱上。图19中的斜桁架库内支承柱10为辅助用房9结构柱中沿辅助用房前侧跨度方向的结构柱。此种情况下，后山墙支承柱中出现上拔力的支承柱在辅助用房9的附近。

本发明具体实施时，需要对屋盖钢结构的受力进行整体分析，计算斜桁架和一字型桁架的个数、尺寸和布置位置，还需要计算各个支承柱的截面尺寸，找到最优的屋面分割包围状态。

参见图17所示，图中的阴影部分为传统大门桁架分担的屋面荷载面积。

参见图18所示，经过本发明的分割包围后，以实施例二中的两跨机库为例，可以看到图中的阴影部分为本发明大门桁架分担的屋面荷载面积，通过斜桁架及一字形桁架的设置，屋面荷载被分割包围，屋面大部分荷载均通过斜桁架传递。相比传统设计，大门桁架负担减轻了50%-80%。

参见图19所示，经过本发明的分割包围后，特殊结构中的两跨机库为例，可以看到图中的阴影部分为本发明大门桁架分担的屋面荷载面积，利用机库大厅内的辅助用房，将斜桁架的一侧支承柱移至机库大厅内，可进一步缩短斜桁架的跨度，提升斜桁架的受力性能。