CN113585167A - 水上悬浮组合式钢混结构港口码头 - Google Patents
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Abstract
水上悬浮式钢混结构港口码头，简称：“水上悬浮式港口码头”分案工程，它与主项目：水上悬浮组合式钢混结构航空机场，简称：“水上航空机场”具有同一构思主题；是借鉴现代建筑、桥梁与成型工业三者技术领域融为一体的新设计，是将现在以陆基或墩柱承载的(含填方)港口码头规划建设而改变成：按照水域悬浮承载方案设计建造，属于建筑与桥梁技术结合的应用领域；是运用物理学浮力定律原理，设计预制成区域布局并且现场组合加固的密闭悬浮承载钢混结构整体港口码头，即采用“中空利用”或“中空非使用填充密实”形式的钢混或“混合”与全钢结构；最后采用“沉锚法”定位与保障项目安全运行。
Description
【注：本专利申请项目属于分案工程，在先申请项目的申请号是：201910623917.X】
【一】、技术领域：
水上悬浮式钢混结构港口码头，资料中简称为：“水上悬浮式港口码头”分案项目与在先申请的：水上悬浮组合式钢混结构航空机场、简称为：“水上航空机场”工程是具有“相同构思主题”，是一项能将现代以陆基或墩柱支撑的港口码头，采取以预制成型、组合连接、加固张拉与“沉锚法”定位，同时该分案包括：钢筋混凝土结构(简称为：钢混结构)，钢筋混凝土与钢型材、钢板材融合设计的“混合结构”及全钢结构这三种结构类型特征；更具体的说：是运用物理学中浮力定律原理，采用上述三种结构类型之一，依托借鉴“水上航空机场”主项目工程中的“悬浮承载结构”设计方案及措施，包括两种构造方式：①“中空利用”形式-如“水上航空机场”工程（原案）附图中的图1图2图3图4、图5、图6(合并)，图7与图 13、方案一，即是：(以钢筋混凝土结构为例)以预制成型组合连接加固的钢混结构构件，其四周墙体与底板组成的“悬浮承载”立体空间在“安全线”以下都是密闭不渗漏海水(或淡水)的钢混结构，并有足够抵抗水压与承载上部荷载的强度的设计方案；②“中空非使用填充密实”形式如“水上航空机场”工程（原案）附图中的图8至图10方案二，其结构与“中空利用”形式相同，而内部承载体空间是以聚氨酯泡沫为主选的轻质填充材料填充非利用的空间部分、以防特殊情况进水而不影响工程的悬浮承载能力；采用“沉锚法”精准定位工程主体与抗击风浪等活荷载而保障港口码头的安全营运作业；是能把前述悬浮设计方案的港口码头规划设计建设在任何环境水域深度的海洋(含内陆湖泊、库区及江河)之上的建筑建设工程技术领域的创新发明项目工程。
【二】背景技术：
水上悬浮式钢混结构港口码头、资料中简称：“水上悬浮式港口码头”分案工程，是源于在先申请的：水上悬浮组合式钢混结构航空机场、简称为：“水上航空机场”主项目工程的设计原理为基本点都是具有相同构思主题；现有技术的港口码头规划设计建设方案，是采取在海洋(含内陆)水域靠岸边沿选择位置进行建堤填海造坝或者开辟岸上土石山丘达到平整港口码头场地，并且涉及大量的超深基础孔桩设置；特别是深水区规划建设港口码头更是困难重重、甚至无法实现。当采用该发明创新的钢混结构为主悬浮式港口码头设计方案时、其借助悬浮原理、借鉴“水上航空机场”的技术方案及措施规划设计所需要的任意海洋深度的环境之下，就可以快速以预制组合方式建设施工任务，而且相对工期缩短、工序减少、施工安全风险降低及降低投资成本等功效作用，由此也自然而生构思设计完善“水上悬浮式港口码头”工程项目将其创新原理及具体设计方案与措施提供给建设工程设计研究院，便可借鉴悬浮原理与其他细则方案达到实现规划设计出“水上悬浮式港口码头”建设工程的重要发明项目的正式施工蓝图。
【三】、发明内容：
(一)、水上悬浮式钢混结构港口码头，简称：“水上悬浮式港口码头”项目的主要技术特征有如下几个方面：
1、“水上悬浮式港口码头”分案工程的悬浮原理是根据在先申请的“水上航空机场”工程能够悬浮于水域之上的物理学浮力定律，其特征在于：采用设计成以钢筋混凝土结构(也含钢筋混凝土与钢型材、钢板材融为一体设计的“混合结构”，或者全钢结构)为主，按照水上悬浮式港口码头的总平面布置图纸、分割成区域预制成型钢筋混凝土结构的数件“悬浮承载体”构件(或者直接以分割区域单层或双层钢混主体预制加工生产)，其中：各区域构件的外围墙体除本身设计应为钢混密闭墙体之外的空间位置，则借鉴“水上航空机场”项目（原案）中图 1、图2、图3中所示的临时隔水墙设计(即以双层夹心钢板组合装配作为临时施工作业的密闭处理，待组合加固并电焊密封接缝后、再拆除临时组合隔水墙)的方法；当在水域组合加固密闭焊接连接缝后、才能再最后拆除临时隔水墙，而让整个单层或双层的港口码头主体结构工程由底层在“安全线”之下形成完全密闭的悬浮承载空间；-实际上、其规划设计悬浮式港口码头的技术方案及措施与“水上航空机场”的“标准化”或非标化设计成“中空利用”或者“中空非使用填充密实”形式完全是相同原理与相似方法的，如（原案）附图8中所示；这两种看似不同的悬浮结构，其钢混结构的共同点是：都是在“安全线”之下、必须是完全密闭不渗漏海水(或淡水)、符合结构承载强度及水压抵抗等力学性能达到设计要求与标准；前述的悬浮承载设计属于重要特征之一。
2、“水上悬浮式港口码头”分案工程，其特征还在于：由于港口码头的特殊性是相对简单与单一的使用功能，主要包括：集装箱堆放区、集装箱装卸区及车辆通行或无人自动化港口设计方案(注：如上海洋山港无人自动装卸港口码头)，可以按照两种不同方式进行结构布局，其中：①第一种方式是：采用标准化的“悬浮承载体”构件与非标的悬浮承载构件相结合，完全由“填充式”的“中空非使用填充密实”构件作为港口码头“悬浮”与“承载”的“基础”部分，再按梁板结构布置，作为承载传力的十字交叉结构及钢混(含其他两种结构类型)结构整体现浇平台(注：按整个平面布置)结构形成单层式的港口码头项目工程；“悬浮承载体”构件的多少是根据项目总平面的大小及设计构件的长短尺寸等因素确定的，构件与上部梁板结构形成有机的匹配连接模式，结构布筋连接及预埋件等受力传力条件满足工程主体的结构强度与刚度要求；②第二种方式：整个港口码头规划成一个如同悬浮在水域之上的单层钢混结构(含其他两种结构类型)巨大厂房一样，顶部为全现浇结构的钢混整体设计，是港口码头的“平坝”区域，主要为集装箱存放周转区；底层为框架结构的组合式空间，在“安全线”之下的外围临水墙体为钢筋混凝土结构(或钢板结构)，一排排墩柱(含部分需要设置的钢混墙体)就是起着传载与分散荷载至底板结构上，所有尺寸、墙体或墩柱的布筋、安全高度都是由力学计算确定的，悬浮承载是靠外围墙体与钢混底板所组成的立方体空间排开水域水的体积而产生所需的“总安全浮力”承载而安全营运保障；这种结构的设计方式，按分区域预制组合加固设计施工，以利于降低项目投资成本。
3、“水上悬浮式港口码头”分案工程，其特征还在于：在规划设计时，可以根据工程实施项目的具体情况，选择三种结构类型之一，其结构类型包括：①钢筋混凝土结构(简称为：钢混结构)；②钢筋混凝土与钢型材、钢板材融合设计施工的“混合结构”；③全钢结构；其中：“混合结构”的应用可以包含：钢箱梁、组合梁的结构组成在内。
4、“水上悬浮式港口码头”分案工程，其特征还在于：除设计大面积的集装箱堆放周转广场外，还有包含其主体结构之上设计所需的各类配套的房屋建筑，其平面与结构设计应与下部悬浮承载结构布置相配合对应，以利于结构传力承载要求；同时、该项目的设计方案也可以实施借鉴应用于海洋或(内陆)水域之上的：物料堆放场地或基地工程，水上景观公园或观光场地与水上物流中心等相似相近设计构造的实施项目；这些同样属于项目的重要特征之一【含水上悬浮式体育运动场馆与水上公园、人工岛屿均在内】。
5、“水上悬浮式港口码头”分案工程，其特征还在于：该项目规划设计中、可以应用桥梁工程设计施工时“钢绞索”的设置，用于承担分散大跨度、集中荷载传递应力的技术方案及措施；同时、当采用预制成型、组合连接加固形成“组合式”的水上悬浮式港口码头工程项目时，为了精准定位组合，设计用“圆柱销”【注：“水上航空机场”工程（原案）中附图1、图2与图3中的(03)配件设计】方法达到对接组合精度要求；其中：“钢绞索”设置详见“水上航空机场”说明书中相应内容。
6、“水上悬浮式港口码头”分案工程，特征还在于：它同样是借鉴按照在先申请项目“水上航空机场”中应用“沉锚法”来调整整个工程的水平度、平衡结构内力与抵御抗击风浪、地震等活荷载而保障工程的稳定性与安全可靠性；其中：钢混立方体(即“锚”)的数量、规格、组网与否及结构设计均以力学计算为准。
7、“水上悬浮式港口码头”分案工程，其特征还在于：除单层(框架)悬浮承载主体的屋顶平常作为货物堆码周转场地外，可将整个底层空间(含水面之下)设计成同上面平坝广场一样堆码集装箱、货柜的存放、周转及运输场地，这样扩大了一倍左右的使用率，悬浮承载与充分利用空间两结合；垂直升降货物集装箱尽量按机械(或液压)自动化升降设施为宜，这也属于重要特征之一。
(二)、水上悬浮式钢混结构港口码头，简称为：“水上悬浮式港口码头”分案工程发明的目的是：
(1)、采用“悬浮式”方案设计的港口码头，可以不分水域深浅的任意环境之下都能够规划建设，这样扩大了港口码头的选择范围，也可实现在外海深水区域规划设计大型舰船的停泊码头；其中：陆地与港口码头在水上路段的公路交通可按照悬浮式公路设计即可实现。
(2)、“水上悬浮式港口码头”的方案，可以减少填海造港与桩基承载的大量工程、降低施工难度与项目造价。
(3)、“水上悬浮式港口码头”分案项目发明的目的还包括：可以在内陆湖泊、库区或江河等水域，采用以钢筋混凝土结构为主的规划设计方式实现大小需求的船舶停靠码头(或港口)，便于快速施工使用及降低施工难度。
(4)、“水上悬浮式港口码头”分案项目工程的进一步扩大应用，可借鉴其设计原理与技术方案措施规划设计：水上悬浮式的物料堆码场地、水上物流周转基地与大中型水上景观及人工岛屿等类似使用项目。
(三)、实现水上悬浮式钢混结构港口码头，简称：“水上悬浮式港口码头”分案项目的技术方案及具体措施包括如下几个步骤：
1、由水上悬浮式工程专业设计的院所或者建筑工程设计研究院，根据本发明项目的设计原理与一系列具体技术方案，包括采用前面段号【0004】与【0008】中所述内容，选择“中空利用”形式(或者“中空非使用填充密实”)方式确定实施方案，规划设计出港口码头的施工图纸。
2、根据施工图纸的各项规划设计要求采取“区域分段”预制成型，组合加固方法，相继完成各种安装、管网及附属设施与工程作业；必须达到在“安全线”之下形成密闭不渗漏海水(或淡水)、符合抵抗水压力及承担上部结构荷载、且包含起吊装卸货物的设施设备的强度达到设计要求的钢筋混凝土结构标准，确保港口码头的安全正常运行功能。
3、采用“沉锚法”精准定位港口码头的坐标位置(含经纬度)、平衡结构主体运行过程的内力及调整整个港口的水平度与抗击狂风巨浪、地震等活荷载而确保港口码头的安全运行；其“锚”的设计规格大小、尺寸与数量均以力学计算为准。
(三)、水上悬浮式钢混结构港口码头，简称为：“水上悬浮式港口码头”分案工程的技术要点是：
①、当采用预制成型(构件)、组合连接加固方式时，其构件(或区域分段)的精准定位组合应严格控制各轴线尺寸与圆柱销的强度要求；同时加固措施关键，必须达到设计验收标准。
②用“沉锚法”调整水平度很重要，并注意设计港口码头的地面的排水系统，以防止雨季给港口造成不良影响。
【四】、附图说明：
1、说明书附图共计2幅、包括如下：
图1、水上悬浮式港口码头承载利用层平面布置示意图(1∶3000).
图2、水上悬浮式港口码头横向剖切面(A-A)示意图(1∶100)。
2、“水上悬浮式港口码头”附图总说明：
(1)、说明书附图中图1与图2的图示尺寸以毫米为单位，系举例式示意港口码头的平面布置、采用“中空利用型”构造设计方案，将底层空间作为集装箱与零散货物的堆码储存库，整个港口码头的“总安全荷载”是由图1所示的外围钢筋混凝土墙体(01)与底板钢混结构形成一个长为1200米、宽390米的立体空间而排开水域水的体积产生的浮力承担起安全在海洋(或内陆)水域之上座落运营的作业保障，其中：钢混底板与墙体在“安全线”之内高度范围，是完全封闭、不渗漏海水(或淡水)的一个密闭大空间；底板与墙体的设计必须满足抵抗水压力与承载上部(含自身)的结构传递荷载，包含港口码头上层平面的集装箱、车辆、吊装及结构自身重量等均在内。
(2)、港口码头的悬浮体上部总平面，同样承担主要的货物集装箱周转、堆码与装卸等任务，其对应结构层采用钢箱梁、组合梁交叉布置(或者全用钢箱梁)、内部设置钢绞索作为主要承载受力部件，并采用钢混梁板现浇结构布置整个港口上部总平面层。另外、用图2 作为摘要附图。
(3)、该项目的具体实施，是由工程设计院根据申请文件说明书内容，并借鉴在先项目“水上航空机场”的设计方案及措施，再据业主要求而全面规划设计正式的施工图纸；之后由专业施工队伍采用预制成型组合方式完成整个实施项目的设计施工图纸，并选择优异施工队伍具体建设。
3、分别说明各附图中的具体内容如下：
图1一名称：水上悬浮式港口码头承载利用层平面布置示意图，其图中各标号的名称、作用功效是：01～钢筋混凝土墙体，四周钢混墙体在“安全线”之下为全封闭式、且与钢混底板(05)结构布筋与混凝土浇筑是融为一体的整体结构；墙体与底板都必须具有抵抗水压力、承载传递上部结构的总荷载；在“安全线”之上可开设高窗，为双层可自动开启关闭的自动化设计带有密封橡胶带，以防海水涌入室内。02～为墩柱，可设计成圆形或方形(或矩形)切面均可；其墩柱间的间距与具体工程的设计所需而定；墩柱用钢混结构为主，也可设计成钢管钢筋混凝土墩柱，其下部放大脚部分据力学计算确定尺寸；墩柱起承载与分散荷载的双重作用。03～垂直升降设施，其作用是：将港口码头平面层货物或集装箱机械升降于顶层与底层的周转作用。04～集装箱进出通道，以钢混结构为主也同样按悬浮式设计，可通过汽车专运或独立的自动化集装箱运输线。
图2一名称：水上悬浮式港口码头横向剖切面(A-A)示意图，其图中标号的名称、作用功效是：05、02～详见【0029】中所述内容；05～钢筋混凝土结构底板，带有反背梁，其厚度尺寸、配筋、钢绞索(13)及设计强度均以力学计算为准；设置纵横交错的钢绞索作为分散、传递与承载作用。06～钢绞索，采用桥梁工程设计施工应用的方式借鉴设计于该项目之中，规格、型号、数量与间距均以力学计算为准；07～钢箱梁，借鉴桥梁设计应用该工程之中，尺寸大小、配筋等均以设计为准。08～集装箱吊装设备。09～高窗，双层钢化玻璃自动开启设计；防水入侵室内空间。10～轻质填充材料，如聚氨酯发泡材料、炉渣及橡胶垫层等。11～港口码头顶层平面，具有承载、通行车辆、周转货物等功效。12～栏杆(或栏板)。
【五】、具体实施方式：
1、水上悬浮式钢混结构港口码头，简称：“水上悬浮式港口码头”分案工程的具体实施，首先要根据业主计划港口码头的建设环境、规划的规模要求、集装箱的吞吐量与总投资安排等基本条件，由专业水域悬浮工程的设计院或者现有房屋建筑工程与桥梁、水工一体的综合性设计研究院借鉴该专利文件的图文内容设计原理和具体的技术方案及措施，全面分析与研究特点之后规划设计出港口码头的施工图纸。其中：选择“中空利用”形式方式作为普通适宜的水域悬浮承载方案，也可以按照单层结构或者直接采用“中空非使用填充密实”两种结合而分区域混合设计；同样是借鉴物理学中浮力定律原理，利用四周墙体与底板结构均为封闭式不渗漏水体的钢筋混凝土的外围排开水的体积产生浮力而保障整个悬浮式港口码头的安全运行；设计中、注意集装箱的荷载参数与吊装设备的基座与主体结构的恰当融入事项。
2、“水上悬浮式港口码头”分案工程，依据图纸设计的结构布置，采取以分区域预制钢混结构(也含其他两种结构类型)，是临港建场或是远离一定距离建筑实施都要重视预制构件的转运吊装方便及安全；当构件达到保养期后，借鉴“水上航空机场”技术方案及措施，即用浮云或专用运输船转运构件至现场组合连接加固，达到设计要求为准。
3、“水上悬浮式港口码头”分案工程，它的精准定位、调整项目整个水平度与平衡结构内力及抗击风浪、地震等，均由“沉锚法”即能解决，其具体措施参见“水上航空机场”工程中详细内容。
4、现场安装港口码头的吊装设备设施，布置管网线网、电力动能配套工程及底层与附属房建工程的内外装饰作业等工作，直至竣工验收合格为准。
申请人、发明人认为实现“水上悬浮式港口码头”分案工程的最好方式是：
①、可以优先采用“中空利用”形式的方案设计规划，以单层结构设计为宜，施工整个港口码头主体工程的技术方案，充分借鉴在先申请项目“水上航空机场”的一些具体技术方案及措施，基本上是大同小异的特点，注意吊装设施的管线埋置与吊装基座及主体相融一体，配合恰当设计施工，以免造成失误、方便安装。
②“水上悬浮式港口码头”分案工程，还可充分借鉴港珠澳大桥规划设计及施工建设的优越技术，结合本申请资料中提供的数据、方法、技术要求及措施，就能达到事半功倍的效果。
Claims (4)
1.水上悬浮式钢混结构港口码头(简称：“水上悬浮式港口码头”)分案项目是主项目：水上悬浮组合式钢混结构航空机场(简称：“水上航空机场”)的分案工程，两者具有同一构思主题，是一项能将当今以陆基或墩柱承载(含填充土石方)的规划建设港口码头而改变成采用按照以钢筋混凝土结构(简称：钢混结构)为主(包含：钢筋混凝土与钢型材、钢板材结合使用的“混合结构”及全钢结构)的水域悬浮式项目工程设计建造；属于现代建筑、桥梁与成型工业三者相融合设计的建筑工程领域；更具体的说：是运用物理学中浮力定律原理，其特征在于：按照借鉴“水上航空机场”项目（原案）附图中的“方案一”(图1、图2、图3至图7与图13)即“中空利用”形式，或者按“方案二”(图8至图10)即：“中空非使用填充密实”形式按港口码头平面布置进行区域划分，以预制成型“水上悬浮承载体”构件，再于现场组合加固为一个整体的工程结构主体，最后采用“沉锚法”定位与抗击风浪等破坏性活荷载而保障港口码头安全运行，这两种技术方案及措施规划设计港口码头；同时、“水上悬浮式港口码头”分案还包含：采用其相同原理规划设计水上悬浮式物料堆码场，水上悬浮式景观公园与水上悬浮物流基地；——要求保护的权利范围是：采用以钢混结构(或者“混合结构”或者全钢结构)为主，具有上述特征的“水上悬浮式港口码头”与借鉴其相同原理规划设计建设的水上悬浮式物料堆码场、水上悬浮式景观公园及水上悬浮式物流基地均属该分案的权利要求保护范围。
2.根据上述权利要求(“1”)所述的“水上悬浮式港口码头”，其特征还在于：采用借鉴“水上航空机场”（原案）中的“方案一”(图1、图2、图3至图7、图13)，即“中空利用”形式，或者“方案二”(图8至图10)即“中空非使用填充密实”形式的钢混结构为主(含“混合结构”与全钢结构)规划设计，按预制成型、现场组合加固而建成整体悬浮承载体，并且包含圆柱销定位与三种结构类型：①钢筋混凝土结构；②钢筋混凝土与钢型材、钢板材融合设计的“混合结构”；③全钢结构；——要求保护的权利范围是：圆柱销定位方式与按照“中空利用”及“中空非使用填充密实”规划设计的三种结构类型要求保护范围。
3.根据上述权利要求(“1”)所述的“水上悬浮式港口码头”分案工程，其特征还在于：采用桥梁工程设计施工运用“钢绞索”作为“水上港口码头”分案工程设计承载或分散大跨度所产生的集中大荷载或较大均布荷载的技术方案及措施；——要求保护的权利范围是：采用“钢绞索”规划设计施工于该项分案的技术属于本项目的权利保护范围。
4.根据上述权利要求(“1”)所述的“水上悬浮式港口码头”分案工程，其特征还在于：采用“沉锚法”固定水上悬浮式港口码头的精准位置、调整工程主体结构的水平度与平衡内力，以及抵御狂风巨浪、地震等破坏性荷载而保障项目工程的安全可靠性与正常平稳运营；——要求保护的权利范围是：将“沉锚法”应用于水上悬浮式港口码头及其他借鉴类似工程的技术方案及措施属于权利要求保护范围。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
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