一种超大跨度仓储棚及其建造方法
【专利摘要】本发明提供一种超大跨度仓储棚，包括：两侧的基础，具有两列凹形滑道；两面立式底座挡料墙，包括多个依次连接的挡料墙单元，所述挡料墙单元为钢结构或蜂窝复合板材结构；一穹顶结构，包括多个依次连接的穹顶单元，所述穹顶单元包括多段依次连接的蜂窝复合板材；所述立式底座挡料墙中的各挡料墙单元安装于所述凹形滑道内，并通过固定组件固定；所述穹顶结构中的个穹顶单元的两端分别与所述两面立式底座挡料墙中各挡料墙单元的上端连接。使用蜂窝复合材料制成的板材作为超大跨度仓储棚穹顶的建造材料，采用快速连接件将板材进行对接，并和底座有机连接，能够快速构造出符合各项要求超大跨度仓储棚。同时提供上述仓储棚的建造方法。
【专利说明】
一种超大跨度仓储棚及其建造方法
技术领域
[0001]本发明涉及机械结构技术领域，尤其涉及仓储结构，具体涉及一种超大跨度仓储棚及其建造方法。
【背景技术】
[0002]随着我国工业发展和对环保要求越来越严格，要求煤场必须采用封闭或半封闭式作业。因此，业内对大跨度或超大跨度仓储棚的需求量越来越大。
[0003]为了提高超大跨度仓储棚的建造质量，并保证在使用过程中经久耐用，不坍塌，现有技术中已有一些解决方案。比如现有大跨度仓储棚采用整体式网架式设计或穹顶采用网架式结构，而支撑部分采用钢筋混凝土，所有这种形式仓储棚的建造不仅建造周期长，钢材用量惊人，工程造价昂贵，因而跨度不可能建造得很大。
[0004]中国发明专利申请(申请号:201410354181.8)，公开了一种自撑性罩式仓储棚及其建造办法。其中自撑性罩式仓储棚包括底座、外罩、龙骨骨架、钢丝网状结构等部分。底座是钢结构或混凝土结构；外罩为可充气且可注入液体可固化填充材料的薄膜模板，它包括外侧面和内侧面，并且外罩固定在底座上;龙骨骨架与外罩内侧面固定连接;钢丝网状结构沿外罩外侧面盘绕并与底座连接。该发明的自撑性罩式仓储棚的建造办法包括通过充气薄膜模板的进气口向充气薄膜模板内注入高压空气，通过龙骨骨架的中空管的液体注入口注入液体可固化填充材料以及通过薄膜模板的液体注入口注入液体可固化填充材料等步骤。这种仓储棚及其建造办法，理论上可行，实际建造成本非常高，尤其是充气薄膜模板和龙骨骨架当前国内无法生产，国际上也仅有一家可生产，产能受限，不可能大规模推广应用。
【发明内容】
[0005]针对上述问题，本发明的目的在于提供一种超大跨度仓储棚及其建造方法，使用高强度、超轻、高阻燃性和抗老化的蜂窝复合材料制成的板材作为超大跨度仓储棚穹顶的建造材料，采用专用的快速连接件将板材进行对接，并和底座有机连接，能够快速构造出符合各项要求超大跨度仓储棚。
[0006]为达上述目的，本发明采取的具体技术方案是:
[0007]—种超大跨度仓储棚，包括:
[0008]两侧的基础，具有两列凹形滑道；
[0009]两面立式底座挡料墙，包括多个依次连接的挡料墙单元，所述挡料墙单元为钢结构或蜂窝复合板材结构；
[0010]—穹顶结构，包括多个依次连接的穹顶单元，所述穹顶单元包括多段依次连接的蜂窝复合板材；
[0011]所述立式底座挡料墙中的各挡料墙单元安装于所述凹形滑道内，并通过固定组件固定；
[0012]所述穹顶结构中的各个穹顶单元的两端分别与所述两面立式底座挡料墙中各挡料墙单元的上端连接。
[0013]进一步地，所述两面立式底座挡料墙之间的距离为80-240m。
[0014]进一步地，所述穹顶的高度与跨度的比值为0.1至0.3，立式挡料墙的高度为3.5至5.5m ο
[0015]进一步地，所述凹形滑道具有一滑槽，该滑槽的深度为0.8至Im，宽度为0.4至
0.8mo
[0016]进一步地，所述穹顶单元之间及各穹顶单元中的相邻两个蜂窝复合板材的之间均通过至少一1决速连接件连接，所述快速连接件包括:一上夹板、一下夹板及连接所述上夹板及下夹板的中部的一中间支撑；
[0017]所述上夹板下面的一侧，下夹板上面的一侧及中间支撑的一侧面构成容纳一复合材料板材的第一容纳槽；
[0018]所述上夹板下面的另一侧，下夹板上面的另一侧及中间支撑的另一侧面构成容纳另一复合材料板材的第二容纳槽；
[0019]所述上夹板和/或下夹板的两侧设置有至少一对凸轮锁紧装置。
[0020]进一步地，相邻的所述挡料墙单元之间通过所述快速连接件连接或通过螺栓与夹板结构连接。
[0021 ] 进一步地，所述蜂窝复合板材的规格为280X2500X12000 (mmXmmXmm),在任一穹顶单元中，所述蜂窝复合板材的窄边沿跨度方向布置。
[0022]进一步地，还包括连接两面立式底座挡料墙，并封闭穹顶两侧的封闭墙或封闭门。
[0023 ] 一种超大跨度仓储棚的建造方法，包括以下步骤:
[0024]建造两侧的基础，在所述基础上部固设凹形滑道；
[0025]在水平地面上制作两个立式底座挡料墙单元；
[0026]在水平地面上通过依次连接多个蜂窝复合板材制作跨度与两侧的基础之间距离一致的一穹顶单元，并分别连接穹顶单元的两端至两个立式底座挡料墙单元，构成一仓储棚模块；
[0027]将该仓储棚模块两端的立式底座挡料墙单元移至所述两侧的基础上部的凹形滑道上方；
[0028]通过起吊将仓储棚模块拉起至竖直状态，两端的立式底座挡料墙单元放入所述两侧的基础上部的凹形滑道内；
[0029]通过滑动方式将仓储棚模块沿凹形滑道移动至凹形滑道的一端，并与凹形滑道固定；
[0030]按照前述方法制作多个仓储棚模块，并沿凹形滑道依次连接，同时与凹形滑道固定。
[0031]进一步地，在制作仓储棚模块单元时，采用模具支撑结构进行支撑，仓储棚模块与凹形滑道固定后，撤去模具支撑结构。
[0032]进一步地，所述多个蜂窝复合板材通过快速连接件依次连接，所述快速连接件包括:一上夹板、一下夹板及连接所述上夹板及下夹板的中部的一中间支撑；
[0033]所述上夹板下面的一侧，下夹板上面的一侧及中间支撑的一侧面构成容纳一复合材料板材的第一容纳槽；
[0034]所述上夹板下面的另一侧，下夹板上面的另一侧及中间支撑的另一侧面构成容纳另一复合材料板材的第二容纳槽；
[0035]所述上夹板和/或下夹板的两侧设置有至少一对凸轮锁紧装置。
[0036]通过采取上述技术方案，实现了超轻高强度穹顶建筑结构的超大跨度仓储棚，中间无立柱支撑，最大跨度达240m，采用模块化设计和建造。可以根据需要，建设各种不同尺寸、形状的保护外壳，既可以是临时性的也可以是永久性的。并且具有很高的强度，能够抵御一定强度的风、雨、雪和机械外力的作用，可以根据需要做成全封闭结构，也可以做成敞开式的。具有跨度大、坚固耐用的优良品质，并且建造周期短、施工便利、成本低廉、保温性能好，适用于多种仓储或储存用途。
【附图说明】
[0037]图1为本发明一实施例中的混凝土基础及凹形滑道的结构示意图。
[0038]图2为本发明一实施例中的超大跨度仓储棚的整体结构示意图。
[0039]图3为本发明一实施例中穹顶单元的局部结构示意图。
[0040]图4为本发明一实施例中具有模具支撑结构的仓储棚模块的结构示意图。
[0041]图5为本发明一实施例中通过有限元分析软件构件的仓储棚模块的模型示意图。
【具体实施方式】
[0042]为使本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图作详细说明如下。需说明的是，附图仅作为仓储棚结构及形状的大致参考，为了清楚显示附图各部分，对于图中结构做了适当调整，图中各组成部分的数量，尺寸参数及比例关系均应以各实施例中描述为准。
[0043]随着复合材料的发展创新，目前已有多种适合构件大跨度仓储棚的复合材料，复合材料以玻璃纤维、碳纤维等与树脂材料复合在一起，通过缠绕、模压、拉挤等方式成型。其中，一种新型复合材料-蜂窝复合板材的使用，中间无支撑柱仓储棚的跨度可以建造得越来越大。
[0044]上述蜂窝复合板材由两侧的面板中间的蜂窝层及粘结蜂窝层和面板的粘合层构成，其具有优良的性能。主要体现为密度小，高强度，具有阻燃性和保温效果，并且造价低，具有成本优势。
[0045]本发明即基于蜂窝复合板材，构造超大跨度仓储棚，选用的蜂窝复合板材为云逸工程技术集团生产的连续纤维蜂窝复合板材，弹性模量50至60GPA，密度为50kg/m3。根据实际的工况需求，也可以选择芳纶纸蜂窝复合板材。
[0046]在一实施例中，超大跨度仓储棚主要包括:两侧的基础，固定于基础上的立式底座挡料墙及穹顶结构。
[0047]其中基础采用钢筋混凝土，构造参考一般的钢结构仓储棚基础的建造技术标准。
[0048]如图1所示，钢筋混凝土基础部分要按照受力分析，具有足够的宽度和厚度。由于基础部分结构参数的计算均为常规工程计算，可直接参考相关技术标准，在此不再赘述。其中，独特地，基础101上部有一钢制的凹形滑道102，凹形滑道具有一滑槽，该滑槽的深度为
0.8至lm，宽度为0.4至0.8m。既是钢筋混凝土基础的一部分，也是与立式底座挡料墙103连接的重要部件，又是在超大跨度仓储棚在建造过程中，模块化建造后再组合过程中的滑道。滑道要与混凝土基础有机地结合在一起，必要时需要使用预埋的地脚螺栓105加固。
[0049]立式底座挡料墙，可以使用常规的钢结构，也可以使用蜂窝复合板材。立式底座挡料墙可分为多个挡料墙单元，挡料墙的下部可以在滑道中滑动，到达指定位置后和滑道使用高强度螺栓104连接起来。
[0050]相应地，穹顶结构也分为多个穹顶单元，各穹顶单元的两端均连接两个挡料墙单元的上端，如挡料墙单元采用蜂窝复合板材构建，则采用一快速连接件将二者连接在一起。所述快速连接件包括:一上夹板、一下夹板及连接所述上夹板及下夹板的中部的一中间支撑;所述上夹板下面的一侧，下夹板上面的一侧及中间支撑的一侧面构成容纳一复合材料板材的第一容纳槽;所述上夹板下面的另一侧，下夹板上面的另一侧及中间支撑的另一侧面构成容纳另一复合材料板材的第二容纳槽;所述上夹板和/或下夹板的两侧设置有至少一对凸轮锁紧装置。
[0051]如挡料墙单元为常规钢结构，则采用另外一种连接件连接挡料墙单元和穹顶单元，该连接件在穹顶单元一侧同样具有用以容纳蜂窝复合板材的一容纳槽，并通过单侧或双侧的凸轮锁紧装置锁紧连接。该连接件在钢结构挡料墙单元的一侧则根据需要和实际的工况采用螺栓把合连接、铆钉连接或者焊接。
[0052]如图2所示，超大跨度仓储棚中间无需立柱支撑，最大跨度可达240m，根据工程实际，跨度可选范围为80-240m。穹顶结构的高度与跨度的比值为0.1至0.3，立式挡料墙103的高度为3.5至5.5m。
[0053]如图3所示，在穹顶结构中，各穹顶单元包括多段依次连接的蜂窝复合板材106;相邻两个蜂窝复合板材的之间均通过前文描述的快速连接件107连接。由于结构和运输的需要，各穹顶单元中的每块蜂窝复合板材不可能做得面积很大，一般为2.5 X 12m，厚度要根据跨度进行选取。如需构建跨度为240m的仓储棚，那么板材厚度至少为280mm。当然，蜂窝复合板材的幅面并不限于2.5 X 12m，也可以根据实际工况选取。需说明的是，在任一穹顶单元中，蜂窝复合板材106的窄边(如幅面为2.5 X 12m的话，长2.5m的边)沿跨度方向布置。
[0054]考虑对于仓储棚密封要求并不高，因此各相邻的快速连接件107之间使用T型密封条密封即可。
[0055]如有需要，还可以穹顶单元中穿插布置阳光板单元，阳光板单元采用透光性较好的复合材料或有机玻璃，满足透光需要，而阳光板的具体规格和布置方式同样参考现有钢结构仓储棚的技术标准。在穹顶上部还可以根据需要，设置通风透气口。根据实际需要，可以将两侧面封闭或半封闭即建造连接两面立式底座挡料墙，并封闭穹顶两侧的封闭墙或封闭门。
[0056]前述超大跨度仓储棚的建造方法包括如下步骤:
[0057](a)钢筋混凝土基础部分按照受力分析进行常规制作，使其具有足够的宽度和厚度。基础上部的钢制凹形滑道，要与混凝土基础有机地结合在一起，必要时需要使用地脚螺栓加固基础，如图1所示，前文说明结构时已进行了相关说明，在此不再赘述。
[0058](b)仓储棚模块的设计和建造。在超大跨度仓储棚的建造场地沿轴线的一侧，在地面沿水平上搭建事先准备的模具。如图4所示，模具108为分体式结构，根据穹顶结构的尺寸搭建，模具使用钢架结构，分体式设计以便于制作和运输。模具108的整体高度可以按照需求选择适当，一般穹顶单元的宽度与蜂窝复合板材的长边一致，模具的高度可略大于穹顶单元的宽度，在模具的支撑和定型的前提下，使用快速连接件依次连接蜂窝复合板材构成复合预设尺寸和规格的仓储棚模块，每一个仓储棚模块做成后，在有足够的强度和刚性满足立起和平移的前提下，可直接脱模。也可以暂时不脱膜，使仓储棚模块与模具构成一整体，具有更高的强度和刚度，通常跨度较小，工况较好，比如施工场地风度较低时，可在仓储棚模块建造后直接脱模，如现场条件额略风速较高，跨度超过220m，则可先不脱模。
[0059](c)根据跨度大小，使用数台吊车，吊装点的间距选自30至40m以底座的底部为转轴，缓慢地将仓储棚模块(脱模或未脱模)由水平方向旋转至直立方向。
[0060](d)将直立后的仓储棚模块沿滑道推至所需要位置后，和相邻模块通过快速连接件连接，然后在下方将挡料墙单元的下端与滑道进行连接，连接方式参照前文，根据挡料墙单元的构造方式不同分别选取不同的连接结构。如之前并未脱模，则仓储棚模块与凹形滑道固定后，再脱模，如现场工况特别恶劣，则可在至少连接固定两个仓储棚模块后再分别脱模。
[0061]下面结合工程实际对前述实施例描述的仓储棚结构的结构强度和经济成本进行分析如下:
[0062]结构强度分析:
[0063]仓储棚模块的强度和刚度分析:
[0064]如图5所示，首先，建造宽度12m的仓储棚模块，跨度240m，穹顶单元处的蜂窝复合板材厚度设定为280mm，两侧的立式底座挡料墙采用较厚的蜂窝复合板材，厚度选取800mm，能够保证足够的刚度，并且便于施工，整体模型由边长4m的有限元细化，两端同时约束水平位移和内外的转动。
[0065]在竖直状态，受自重载荷的情况下，中心下垂1.2米，倾斜度为1.7%。自重应力15.2MPa，远远小于520MPa的许用载荷，模拟积雪和冰载，在顶部施加0.45kN/m2的载荷，最大应力为45MPa，远远小于520MPa的许用载荷，符合强度要求;在顶部受载的情况下，中心最大变形为2.8米，倾斜度为2.8%,符合刚度要求。
[0066]模拟风载，施加向下和侧向载荷1.29kN/，中心弧度最大应力为136MPa，远远小于520MPa的许用载荷，符合强度要求;施加向上和侧向载荷1.29kN/m2，由于自重抵消一部分载荷，中心弧度最大应力为115MPa，远远小于520MPa的许用载荷，符合强度要求;两种工况下，中心最大变形2.3米，倾斜度2.4%,符合刚度要求。
[0067]将仓储棚模块组合构建成整体的仓储棚后，整体的刚度和强度均会进一步提高，建造整体有限元模型进行受载分析，在同样的积雪和冰载以及风载的情况下，并考虑自重载荷，应力集中于两侧的立式底座挡料墙，最大应力约为35MPa，最大变形为穹顶的中心顶部，约为600mm，符合强度和刚度要求。
[0068]目前，国内绝少有跨度超过240m的仓储棚，根据工程实际，采用同样的材料和结构，跨度越小，则仓储棚整体的刚度和强度会相应地提高，因此不再另行举例对更小跨度的仓储棚结构进行分析说明。当然，跨度减小的情况下，可根据实际工况进行计算，减小板材的厚度及板材的幅面，具体的分析过程不再赘述。
[0069]经济成本分析:
[0070]以建造一仓储棚为例，其规格为:跨度180m、高度50m、长度280m。
[0071]①采用整体钢结构方式，需耗用钢材约4000吨，材料成本约6000万元，建造工时2个月左右，用工50人，再加上其它辅助成本，如吊装费，运输费等，共建造费用超过8000万
J L ο
[0072]②采用【背景技术】中充气式建造办法，需要进口薄膜成本即达8000万元，填充材料费用需1000万元，建造工时约45天，用工50人，再加上其它辅助成本，如吊装费，运输费等，共建造费用至少12000万元。
[0073]③采用本发明的技术方案，需用蜂窝复合板材约60000m2，材料费用约4000万元，建造工时约I个月，用工50人，再加上其它辅助成本，如吊装费，运输费等，共建造费用为6000万元。
[0074]由上述可知，采用本发明的仓储棚，不仅可以缩短建造周期，且可大幅降低建造成本。
[0075]需说明的是，以上所述，为本发明的较佳实施案例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
【主权项】
1.一种超大跨度仓储棚，其特征在于，包括: 两侧的基础，具有两列凹形滑道； 两面立式底座挡料墙，包括多个依次连接的挡料墙单元，所述挡料墙单元为钢结构或蜂窝复合板材结构； 一穹顶结构，包括多个依次连接的穹顶单元，所述穹顶单元包括多段依次连接的蜂窝复合板材； 所述立式底座挡料墙中的各挡料墙单元安装于所述凹形滑道内，并通过固定组件固定； 所述穹顶结构中的个穹顶单元的两端分别与所述两面立式底座挡料墙中各挡料墙单元的上端连接。2.如权利要求1所述的超大跨度仓储棚，其特征在于，所述两面立式底座挡料墙之间的距离为80-240m。3.如权利要求1所述的超大跨度仓储棚，其特征在于，所述穹顶的高度与跨度的比值为0.1至0.3，所述立式底座挡料墙的高度为3.5至5.5m。4.如权利要求1所述的超大跨度仓储棚，其特征在于，所述凹形滑道具有一滑槽，该滑槽的深度为0.8至lm，宽度为0.4至0.8m。5.如权利要求1所述的超大跨度仓储棚，其特征在于，所述穹顶单元之间及各穹顶单元中的相邻两个蜂窝复合板材之间均通过至少一1决速连接件连接，所述快速连接件包括:一上夹板、一下夹板及连接所述上夹板及下夹板的中部的一中间支撑； 所述上夹板下面的一侧，下夹板上面的一侧及中间支撑的一侧面构成容纳一蜂窝复合板材的第一容纳槽； 所述上夹板下面的另一侧，下夹板上面的另一侧及中间支撑的另一侧面构成容纳另一蜂窝复合板材的第二容纳槽； 所述上夹板和/或下夹板的两侧设置有至少一对凸轮锁紧装置。6.如权利要求5所述的超大跨度仓储棚，其特征在于，相邻的所述挡料墙单元之间通过所述快速连接件连接或通过螺栓与夹板结构连接。7.如权利要求1所述的超大跨度仓储棚，其特征在于，在任一穹顶单元中，所述蜂窝复合板材的窄边沿跨度方向布置。8.如权利要求1所述的超大跨度仓储棚，其特征在于，还包括连接两面立式底座挡料墙，并封闭穹顶两侧的封闭墙或封闭门。9.一种超大跨度仓储棚的建造方法，包括以下步骤: 建造两侧的基础，在所述基础上部固设凹形滑道； 在水平地面上制作两个立式底座挡料墙单元； 在水平地面上通过依次连接多个蜂窝复合板材制作跨度与两侧的基础之间距离一致的一穹顶单元，并分别连接穹顶单元的两端至两个立式底座挡料墙单元，构成一仓储棚建造丰吴块； 将该仓储棚建造模块两端的立式底座挡料墙单元移至所述两侧的基础上部的凹形滑道上方； 通过起吊将仓储棚建造模块拉起至竖直状态，两端的立式底座挡料墙单元放入所述两侧的基础上部的凹形滑道内； 通过滑动方式将仓储棚建造模块沿凹形滑道移动至凹形滑道的一端，并与凹形滑道固定； 按照前述方法制作多个仓储棚建造模块，并沿凹形滑道依次连接，同时与凹形滑道固定。10.如权利要求9所述的超大跨度仓储棚的建造方法，其特征在于，在制作仓储棚建造模块单元时，采用模具支撑结构进行支撑，仓储棚建造模块与凹形滑道固定后，撤去模具支撑结构。11.如权利要求9所述的超大跨度仓储棚的建造方法，其特征在于，所述多个蜂窝复合板材通过快速连接件依次连接，所述快速连接件包括:一上夹板、一下夹板及连接所述上夹板及下夹板的中部的一中间支撑； 所述上夹板下面的一侧，下夹板上面的一侧及中间支撑的一侧面构成容纳一蜂窝复合板材的第一容纳槽； 所述上夹板下面的另一侧，下夹板上面的另一侧及中间支撑的另一侧面构成容纳另一蜂窝复合板材的第二容纳槽； 所述上夹板和/或下夹板的两侧设置有至少一对凸轮锁紧装置。
【文档编号】E04B1/61GK106065665SQ201610591523
【公开日】2016年11月2日
【申请日】2016年7月25日
【发明人】高向前, 尹新伟, 孙斌, 乔支昆, 杨学鹏, 闫海鹰, 胡月龙, 侯莹, 李霄峰, 刘纪亮, 李亚超
【申请人】大唐环境产业集团股份有限公司