CN106065731B - 一种模块化大跨度仓储棚及其建造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种模块化大跨度仓储棚，包括：钢筋混凝土基础和仓储棚棚体；所述钢筋混凝土基础具有一对凹形滑道；所述仓储棚棚体的两侧与所述凹形滑道固定连接，其包括多个依次连接的仓储棚模块；每一仓储棚模块包括一可固化填充材料层及分别包覆所述可固化填充材料层的上面及下面的一外罩及一内罩；所述可固化填充材料内埋设钢丝网架支撑。通过模块化施工，能够快速建造出符合强度要求的大跨度仓储棚，并且大幅度降低施工成本和材料成本。同时提供上述模块化大跨度仓储棚的建造方法。

Description

一种模块化大跨度仓储棚及其建造方法

技术领域

本发明涉及机械结构技术领域，尤其涉及仓储结构，具体涉及一种模块化大跨度仓储棚及其建造方法。

背景技术

随着我国工业发展和对环保要求越来越严格，对大跨度仓储棚的需求量越来越大，对仓储棚的建造质量和施工便利性提出了更高的要求。

由于我国工业发展和对环保要求越来越严格，对露天仓储和存储的需求量呈几何式增长，迫切需要一种成本低廉、施工便利且坚固耐用的高质量仓储棚。

为了提高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。

中国发明专利(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

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种模块化大跨度仓储棚及其建造方法，通过模块化施工，能够快速建造出符合强度要求的大跨度仓储棚，并且大幅度降低施工成本和材料成本。

为达上述目的，本发明采取的具体技术方案是：

一种模块化大跨度仓储棚，包括：钢筋混凝土基础和仓储棚棚体；

所述钢筋混凝土基础具有一对凹形滑道；

所述仓储棚棚体的两侧与所述凹形滑道固定连接，其包括多个依次连接的仓储棚模块；

每一仓储棚模块包括一可固化填充材料层及分别包覆所述可固化填充材料层的上面及下面的一外罩及一内罩；

所述可固化填充材料内埋设钢丝网架支撑。

其中钢丝网架支撑采用均匀编织的钢丝网，钢丝直径范围为2.5至5.5mm，网眼面积范围为900至2500mm²。

钢丝网架支撑包括一波形支撑网；

所述波形支撑网具有多个连续均布的波峰及波谷，所述波峰均固定于外罩，所述波谷均固定于内罩；

相邻的两个波峰或波谷通过一加强拉网连接。

相邻两个波峰或波谷之间的距离范围为0.65至2m。

每一仓储棚模块均包括两侧的立式底座单元，其高度为3.5至5.5m；厚度为400至800mm；连接两侧立式底座单元顶部的弧形穹顶单元，其跨度范围80至200m，高度与跨度的比值为0.1至0.3，厚度为250至480mm。

每一仓储棚模块的宽度为4至12m。

进一步地，相邻的两个所述仓储棚模块通过一快速连接件连接，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仓储棚模块的第一容纳槽；

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仓储棚模块的第二容纳槽；

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。

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1m，宽度为0.4至0.8m。

进一步地，所述可固化填充材料层的材质选自聚氨酯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯或聚乙烯，材料本身弹性模量不小于40GPA。

进一步地，所述外罩和内罩均为高强度薄膜，该高强度薄膜材质为PVDF或PVF，厚度为0.8至2.5mm。

一种模块化大跨度仓储棚的建造方法，包括如下步骤：

1)建造两侧的基础，在所述基础上部固设凹形滑道；

2)在地面沿水平上搭建模具，模具包括内部模具、外部模具及单侧封头，内部模具与外部模具之间的形成与仓储棚模块形状对应的模腔，即内部模具与外部模具之间的间距等于要制作的仓储棚模块的厚度，内部模具与外部模具与要制作的仓储棚模块宽度相同；单侧封头铺设于地面上，封闭模腔的一侧；

3)将钢丝网架支撑放入搭建好的模具中，并放入外罩和内罩，外罩和内罩的两面通过模具及钢丝网架支撑完全铺平展开，其边缘通过加紧方式固定于模具，向外罩和内罩之间灌注液态可固化填充材料；

4)待可固化填充材料固化后，脱模，通过吊装的方式将仓储棚模块由水平方向旋转至竖直方向；

5)两端的立式底座单元放入所述两侧的基础上部的凹形滑道内；

6)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；

7)按照步骤2)至4)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。

进一步地，步骤4)中进行吊装时吊装点的间距为30至40m。

通过采用上述技术方案，使用模具在工作现场进行模块化施工，钢丝网架做筋骨，网架内部注入液体可固化填充材料，内、外罩使用高强度薄膜，使仓储棚模块具有足够的刚度和强度，满足整体吊装和调整的要求。仓储棚整体跨度大、坚固耐用，具有高强度、轻盈和抗老化的优良品质，可以做到不崩塌，完全满足风载、积雪和冰载需要。并且建造周期短、施工便利、成本低廉，适用于多种仓储或储存用途。

附图说明

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。

图2为本发明一实施例中的模块化大跨度仓储棚的整体结构示意图。

图3为本发明一实施例中穹顶单元的局部结构示意图。

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。

图5为本发明一实施例中连接仓储棚模块的快速连接件的结构示意图。

图6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

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。

如图2所示，在一实施例中提供一种模块化大跨度仓储棚，主要包括：钢筋混凝土基础101和仓储棚棚体，其中，仓储棚棚体包括多个依次连接的仓储棚模块103。

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102具有一滑槽，该滑槽的深度为0.8至1m，宽度为0.4至0.8m。仓储棚棚体的两侧与凹形滑道固定连接，凹形滑道具有一滑槽，该滑槽的深度为0.8至1m，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。

结合图3，仓储棚模块包括可固化填充材料层107及分别包覆可固化填充材料层107的上面及下面的一外罩106及一内罩110；可固化填充材料107内埋设钢丝网架支撑。可固化填充材料层的材质选自聚氨酯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯或聚乙烯，材料本身弹性模量不小于40GPA。

其中钢丝网架支撑采用均匀编织的钢丝网，钢丝直径范围为2.5至5.5mm，网眼面积范围为900至2500mm²。

钢丝网架支撑包括一波形支撑网108；波形支撑网108具有多个连续均布的波峰及波谷，所述波峰均固定于外罩106，所述波谷均固定于内罩110；相邻的两个波峰或波谷通过加强拉网109连接。相邻两个波峰或波谷之间的距离范围为0.65至2m。通过上述方式和参数布置钢丝网架的结构，能够大幅提高仓储棚材料的刚度和强度，在收到各方向载荷的工况下，仓储棚材料作为整体受力，在波峰或波谷之间加设加强拉网，可以避免变形较大时波峰间的填充材料被破坏，并且，采用钢丝直径远小于其他加强类的钢筋结构，重量也很轻，避免增加额外的自重载荷。

外罩106和内罩110均为高强度薄膜，该高强度薄膜为HIRAOKA公司或KOBOND公司生产的高强度薄膜材料，也可以选用国内生产的具有同等强度的材料。具体材质可选PVDF或PVF，厚度为0.8至2.5mm。

每一仓储棚模块均具有两侧的立式底座单元，其高度为3.5至5.5m；厚度为400至800mm；连接两侧立式底座单元顶部的弧形穹顶单元，其跨度范围80至200m，高度与跨度的比值为0.1至0.3，厚度为250至480mm。

每一仓储棚模块的宽度为4至12m。

相邻的两个仓储棚模块通过一快速连接件连接，如图5所示，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；这三部分构成连接件基体114；

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仓储棚模块103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仓储棚模块103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。凸轮锁紧装置包括：凸轮113，形成于凸轮一侧的一手柄112；安装于凸轮两侧的与所述凸轮的基圆中心同轴的凸轮轴，与所述凸轮轴枢接的固定座，所述固定座固接于所述上夹板或下夹板。

本发明的模块化大跨度仓储棚中间无立柱支撑，最大跨度可达200米。由于棚体部分材料具有高强度、轻盈和抗老化，可以做到不崩塌，完全满足风载、积雪和冰载需要。在穹顶上部可以根据需要，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。

本发明的超大跨度仓储棚的建造方法包括如下步骤：

(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。

(b)模块化大跨度仓储棚棚体部分采用模块化设计和建造，参见附图4。在仓储棚场地沿轴线的一侧，在地面沿水平上搭建模具111。模具111为钢架结构，分体式设计以便于制作和运输。模具包括内部模具、外部模具及单侧封头，内部模具与外部模具之间的形成与仓储棚模块形状对应的模腔，即内部模具与外部模具之间的间距等于要制作的仓储棚模块的厚度，内部模具与外部模具与要制作的仓储棚模块宽度相同；单侧封头铺设于地面上，封闭模腔的一侧；模具111整体高度可以按照需求选择适当，以模块化大跨度仓储棚每一个棚体模块103做成后，有足够的强度和刚性满足立起和平移为宜。

(c)模具搭建完成后，将事先编织好的钢丝网架支撑和外罩、内罩放入搭建好的模具中，内、外罩与钢丝网架进行有效地连接。待准备妥当后，向模具内灌注液体可固化填充材料(这种材料可以是聚氨酯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯或聚乙烯)。一定时间后，填充材料固化，使模具(1)内各物有效地结为一体，形成一个棚体模块。

(d)将模具去除，再根据跨度大小，使用数台吊车，以底座的底部为转轴，缓慢地将仓储棚棚体模块由水平方向旋转至直立方向。吊装点间距为30至40m。

(e)将直立后的仓储棚棚体模块沿滑道推至所需要位置后，和相邻棚体模块进行有机对接，并在下方将底座与滑道使用高强度螺栓连接起来。

根据实际需要，可以将两侧面封闭或半封闭。

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：

结构强度分析：

仓储棚模块的强度和刚度分析：

如图6所示，首先，建造宽度12m的仓储棚模块，跨度200m，穹顶单元处的厚度设定为280mm，两侧的立式底座厚度选取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。

在竖直状态，受自重载荷的情况下，中心下垂1.1米，倾斜度为1.6％。自重应力26.4MPa，远远小于520MPa的许用载荷，模拟积雪和冰载，在顶部施加0.45kN/㎡的载荷，最大应力为60MPa，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2.3米，倾斜度为2.1％，符合刚度要求。

模拟风载，施加向下和侧向载荷1.29kN/，中心弧度最大应力为165MPa，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/㎡，由于自重抵消一部分载荷，中心弧度最大应力为107MPa，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1.9米，倾斜度2.2％，符合刚度要求。

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42MPa，最大变形为穹顶的中心顶部，约为540mm，符合强度和刚度要求。

目前，国内绝少有跨度超过200m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。

经济成本分析：

以建造一仓储棚为例，其规格为：跨度180m、高度50m、长度280m。

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8000万元。

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。

③采用本发明的技术方案，模具费用约1000万元(可重复使用)，填充材料约1000万元，其它材料费用约1000万元，薄膜成本约1500万元，建造工时1个月，用工50人，再加上其它辅助成本，共建造费用为6000万元。

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。

Claims (12)

1.一种模块化大跨度仓储棚，其跨度范围为80至200m，其特征在于，包括：基础和仓储棚棚体；

所述基础具有一对凹形滑道；

所述仓储棚棚体的两侧与所述凹形滑道固定连接，其包括多个依次连接的仓储棚模块；

每一仓储棚模块包括一可固化填充材料层及分别包覆所述可固化填充材料层的上面及下面的一外罩及一内罩；

所述可固化填充材料内埋设钢丝网架支撑。

2.如权利要求1所述的模块化大跨度仓储棚，其特征在于，钢丝网架支撑采用均匀编织的钢丝网，钢丝直径范围为2.5至5.5mm，网眼面积范围为900至2500mm²。

3.如权利要求1所述的模块化大跨度仓储棚，其特征在于，所述钢丝网架支撑包括一波形支撑网；

所述波形支撑网具有多个连续均布的波峰及波谷，所述波峰均固定于外罩，所述波谷均固定于内罩；

相邻的两个波峰或波谷通过一加强拉网连接。

4.如权利要求3所述的模块化大跨度仓储棚，其特征在于，相邻两个波峰或波谷之间的距离范围为0.65至2m。

5.如权利要求1所述的模块化大跨度仓储棚，其特征在于，所述仓储棚模块均具有两侧的立式底座单元，其高度为3.5至5.5m；厚度为400至800mm；连接两侧立式底座单元顶部的弧形穹顶单元，高度与跨度的比值为0.1至0.3，厚度为250至480mm。

6.如权利要求1所述的模块化大跨度仓储棚，其特征在于，所述仓储棚模块的宽度为4至12m。

7.如权利要求1所述的模块化大跨度仓储棚，其特征在于，相邻的两个所述仓储棚模块通过一快速连接件连接，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仓储棚模块的第一容纳槽；

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仓储棚模块的第二容纳槽；

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。

8.如权利要求1所述的模块化大跨度仓储棚，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1m，宽度为0.4至0.8m。

9.如权利要求1所述的模块化大跨度仓储棚，其特征在于，所述可固化填充材料层的材质选自聚氨酯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯或聚乙烯。

10.如权利要求1所述的模块化大跨度仓储棚，其特征在于，所述外罩和内罩均为高强度薄膜，该高强度薄膜材质为PVDF或PVF，厚度为0.8至2.5mm。

11.一种模块化大跨度仓储棚的建造方法，所述模块化大跨度仓储棚的跨度范围为80至200m，包括如下步骤：

1)建造两侧的基础，在所述基础上部固设凹形滑道；

2)在地面沿水平上搭建模具，模具包括内部模具、外部模具及单侧封头，内部模具与外部模具之间的形成与仓储棚模块形状对应的模腔；单侧封头铺设于地面上，封闭模腔的一侧；

3)将钢丝网架支撑放入搭建好的模具中，并放入外罩和内罩，外罩和内罩的两面通过模具及钢丝网架支撑完全铺平展开，其边缘固定于模具，向外罩和内罩之间灌注液态可固化填充材料；

4)待可固化填充材料固化后，脱模，通过吊装的方式将仓储棚模块由水平方向旋转至竖直方向；

5)将仓储棚模块的两端放入所述两侧的基础上部的凹形滑道内；

6)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；

7)按照步骤2)至4)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。

12.如权利要求11所述的模块化大跨度仓储棚的建造方法，其特征在于，步骤4)中进行吊装时吊装点的间距为30至40m。