一种改善大跨度连跨机库内力分布的施工方法

摘要

一种改善大跨度连跨机库内力分布的施工方法，通过在施工过程中对中支座施加强迫位移，调整大门桁架内力分布，消减中间支座处的内力峰值、填补跨中位置处的内力低谷、使大门桁架的内力分布更加均匀；与传统施工方法相比，本发明具有以下优势：1、大门桁架的内力峰值被削减，杆件截面选型趋于简单；2、结构体系的刚度分布更加均衡连续，趋于均匀，减少了刚度突变，改善了结构整体的抗震性能；3、极大地提升了大跨度机库的技术经济指标；4、内力分布均匀，材料利用率高，结构体系的效率得到极大地提升；5、对其支承的屋盖网架的受力性状无不良影响；6、靠自重作用实现支座位移，施工成本低。可广泛应用于大跨度体系施工。

说明书

技术领域

本发明涉及建筑工程领域，特别是一种机库施工方法。

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。在目前的枢纽航空网络体系下，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。相比单机位维修机库，多机位机库具有以下特点：1)飞机布置灵活；2)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；3)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；4)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。

四机位连跨机库其平面跨度方向尺寸在320m～350m之间，进深方向尺寸在70m～120m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。机库平面上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。为了可以在两个大型宽体客机维修机位间穿插停放单通道窄体客机，提高机库维修能力，机库大门开口边沿跨度方向，除边柱外，仅在中间位置设置一根支撑柱，对于四机位连跨机库，大门开口边跨度在160m+160m～175m+175m之间。超大跨度屋盖设计为机库设计的重点及难点。以往的设计中，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，沿结构跨度方向的一边无落地支承，采用由两榀或多榀大跨度钢桁架组成的空间箱型梁作为边缘构件，支承屋盖网架或多级主次桁架结构体系。

但是，对于现有结构而言，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开口边桁架及后山墙支承柱列，大门桁架的受力性状接近于两跨连续梁，且需要负担屋盖近一半的重量，其跨中支座处内力峰值是单跨跨中的1.8倍左右，最大内力峰值可达6000吨。因此，传统设计方案不足之处有：

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

2、大门开口边桁架内力分布不均、材料利用率低。

3、局部杆件内力峰值巨大，截面选型困难。

4、抗震性能和结构技术经济指标欠佳。

发明内容

本发明的目的是提供一种改善大跨度连跨机库内力分布的施工方法，要解决现有结构体系质量和内力分布不均的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种改善大跨度连跨机库内力分布的施工方法，所述机库的正面为机库大门，包括位于大门两侧的大门边柱和位于大门正中的大门中柱。

机库的另外三侧均匀间隔设置有支承柱和连接在支承柱之间的柱间支撑结构，其中支承柱包括后山墙支承柱和侧墙支承柱。

机库的屋盖结构包括屋盖钢结构和屋盖围护结构，其中，屋盖钢结构包括屋盖主架和大门桁架，所述大门桁架横跨支承在大门边柱和大门中柱上。

具体步骤如下：

步骤一，施工支承柱、大门边柱和大门中柱。

步骤二，将屋盖钢结构的构件运送至现场。

步骤三，在地面拼装屋盖钢结构。

步骤四，利用提升系统将拼装好的屋盖钢结构整体提升至设计标高。

步骤五，将屋盖钢结构的支座与支承柱和大门边柱安装就位，并将支承柱和大门边柱上的提升系统拆除，此时，大门桁架中支座利用大门中柱上的提升系统临时就位。

步骤六，利用提升系统控制屋盖钢结构中支座逐步下沉，至屋盖钢结构自重对大门桁架中支座施加设计要求的强迫位移Δ。

步骤七，将大门桁架中支座安装就位，并将大门中柱上的提升系统拆除。

步骤八，施工屋盖围护系统。

步骤九，在屋盖钢结构下方安装屋盖悬挂设备。

步骤十，将所有支座按设计要求固定。

所述强迫位移Δ的计算方式：

在屋盖钢结构整体提升到位后，在屋盖钢结构自重作用下对大门桁架中支座施加强迫位移Δ，此时，大门桁架中支座弯矩值M见式1，其中l是大门边柱与大门中柱之间的距离，EI为大门桁架的截面抗弯刚度，为常数：

在屋盖围护结构施工完毕后，大门桁架上增加由屋盖围护结构及屋盖悬挂设备引起的外荷载q₂，最终，大门桁架所承受的外荷载有：强迫位移Δ、屋盖钢结构自重荷载q₁及屋盖围护结构及屋盖悬挂设备引起的荷载q₂，此时，大门桁架中支座弯矩值M₁及跨中弯矩值M₂见式2、3，其中l是大门边柱与大门中柱之间的距离，其中q＝q₁+q₂：

令式2、式3相等，并将式1带入，可得到强迫位移Δ见式4。

所述大门边柱与大门中柱之间的距离范围是100m～200m。

所述步骤三中，对屋盖钢结构预起拱，起拱值与强迫位移Δ一致。

所述步骤四中的提升系统包括提升支架、设置在提升支架上的液压提升器、连接在液压提升器和屋盖钢结构吊点之间的钢绞线以及控制液压提升器的控制系统。

其中，提升支架设置在支承柱、大门边柱和大门中柱的顶部，包括支腿和提升梁，提升梁的长度大于各柱的宽度、其端部悬挑。

液压提升器对应连接在提升梁的悬挑端，且位于对应的屋盖钢结构的吊点的正上方。

所述步骤六中，通过调节液压提升器的油缸压力，实现屋盖钢结构的逐步下沉。

所述步骤五和步骤七中支座安装就位时，仅对支座进行竖直方向固定，不进行水平方向固定。

步骤十中，将所有支座固定时，对支座的水平方向进行固定。

所述屋面钢结构为空间网架结构或者是多级主次桁架结构。

所述屋面钢结构为多级主次桁架结构时，采用分步沉降，具体步骤如下：

具体步骤如下：

步骤一，施工支承柱、大门边柱和大门中柱。

步骤二，将屋盖钢结构的构件运送至现场。

步骤三，在地面拼装大门桁架。

步骤四，利用提升系统将拼装好的大门桁架整体提升至设计标高。

步骤五，将大门桁架的支座与大门边柱安装就位，并将大门边柱上的提升系统拆除，此时，大门桁架中支座利用提升系统临时就位。

步骤六，利用提升系统控制大门桁架中支座逐步下沉，至大门桁架自重对大门桁架中支座施加设计要求的强迫位移Δ。

步骤七，将大门桁架中支座安装就位，并将大门中柱上的提升系统拆除。

步骤八，逐级安装屋面桁架，完成屋面主架施工。

步骤九，施工屋盖围护系统。

步骤十，在屋盖钢结构下方安装屋盖悬挂设备。

步骤十一，将所有支座按设计要求固定。

与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果：

本发明针对传统多机位维修机库设计的不足，设计了一种新的施工方法，通过在施工过程中对中支座施加强迫位移，调整大门桁架内力分布，消减中间支座处的内力峰值、填补跨中位置处的内力低谷、使大门桁架的内力分布更加均匀；与传统施工方法相比，本发明具有以下优势：1、大门桁架的内力峰值被削减，杆件截面选型趋于简单；2、结构体系的刚度分布更加均衡连续，趋于均匀，减少了刚度突变，改善了结构整体的抗震性能；3、组成传统设计大门桁架的杆件的钢板厚度一般会超过100mm，厚钢板由于轧制原因，强度衰减很大且价格昂贵、采购周期很长，采用本发明技术设计的四机位两连跨维修机库，可将大门桁架峰值内力降至圆钢管的承载力范围之内，因此大门桁架采用圆钢管桁架即可实现两连跨，大幅度降低大门桁架的用钢量，一般可节省40％～50％，且大门桁架的加工、制作及拼装的费用均大幅下降，极大地提升了大跨度机库的技术经济指标；4、内力分布均匀，材料利用率高，结构体系的效率得到极大地提升；5、对其支承的屋盖网架的受力性状无不良影响；6、靠自重作用实现支座位移，施工成本低。以既有机库为例，采用本发明施工方法可以将大门桁架支座杆件的内力削减1000吨左右。

本发明可广泛应用于大跨度体系施工。

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是本发明机库的俯视结构示意图。

图2是本发明机库的侧视结构示意图。

图3是本发明大门桁架的侧视结构示意图。

图4是本发明实施例一的屋盖钢结构的结构示意图。

图5是本发明实施例一的屋盖钢结构的侧视结构示意图。

图6是本发明实施例二的屋盖钢结构的结构示意图。

图7是本发明强迫位移推演过程示意图。

图8是本发明提升系统的结构示意图。

图9是本发明大门桁架中支座临时就位的结构示意图。

图10是本发明大门桁架中支座安装完成的结构示意图。

附图标记：1－机库大门、2－大门中柱、3－大门边柱、4－后山墙支承柱、5－侧墙支承柱、6－屋盖主架、7－屋盖悬挂设备、8－柱间支撑结构、9－大门桁架。

具体实施方式

实施例参见图1、图2、图3所示，这种改善大跨度连跨机库内力分布的施工方法，所述机库的正面为机库大门1，包括位于大门两侧的大门边柱3和位于大门正中的大门中柱2；机库的另外三侧均匀间隔设置有支承柱和连接在支承柱之间的柱间支撑结构8，其中支承柱包括后山墙支承柱4和侧墙支承柱5；机库的屋盖结构包括屋盖钢结构和屋盖围护结构，其中，屋盖钢结构包括屋盖主架和大门桁架9，所述大门桁架9横跨支承在大门边柱和大门中柱上，具体步骤如下：

步骤一，施工支承柱、大门边柱和大门中柱。

步骤二，将屋盖钢结构的构件运送至现场。

步骤三，在地面拼装屋盖钢结构。

步骤四，利用提升系统将拼装好的屋盖钢结构整体提升至设计标高：针对大型结构，为了避免提升过程中杆件相互影响，会分块进行同步提升、并在提升到位后，进行高空补装散件，将屋盖钢结构整体合龙。

步骤五，将屋盖钢结构的支座与支承柱和大门边柱安装就位，并将支承柱和大门边柱上的提升系统拆除，此时，大门桁架中支座利用大门中柱上的提升系统临时就位，

步骤六，利用提升系统控制屋盖钢结构中支座逐步下沉，至屋盖钢结构自重对大门桁架中支座施加设计要求的强迫位移Δ。

步骤七，将大门桁架中支座安装就位，并将大门中柱上的提升系统拆除。

步骤八，施工屋盖围护系统。

步骤九，在屋盖钢结构下方安装屋盖悬挂设备7。

步骤十，将所有支座按设计要求固定。

所述强迫位移Δ的计算方式，参见图7所示，图中均为大门桁架各个状态的弯矩图：

在屋盖钢结构整体提升到位并高空合龙后，在屋盖钢结构自重作用下对大门桁架中支座施加强迫位移Δ，此时，大门桁架中支座弯矩值M见式1，其中l是大门边柱与大门中柱之间的距离，EI为大门桁架的截面抗弯刚度，为常数：

在屋盖围护结构施工完毕后，大门桁架上增加由屋盖围护结构及屋盖悬挂设备引起的外荷载q₂，最终，大门桁架所承受的外荷载有：强迫位移Δ、屋盖钢结构自重荷载q₁及屋盖围护结构及屋盖悬挂设备引起的荷载q₂，根据结构力学原理，对于小变形结构体系，各种荷载在大门桁架中产生的内力与加载顺序无关。利用结构力学的力法或位移法，可求得大门桁架在外荷载Δ及q₁、q₂作用下的内力(弯矩)分布图，此时，大门桁架中支座弯矩值M₁及跨中弯矩值M₂见式2、3，其中l是大门边柱与大门中柱之间的距离，其中q＝q₁+q₂：

令式2、式3相等，并将式1带入，可得到强迫位移Δ见式4。

此值即为当大门桁架跨中弯矩等于大门桁架中支座处弯矩时的支座沉降估算值，用于估算支座位移法中支座沉降的距离，对大门桁架中支座施加设计要求的强迫位移Δ是指对大门桁架的中支座位置处施加设计要求的强迫位移Δ。

根据结构力学的能量法原理，对大门桁架施加的强迫位移对大门桁架的支承刚度没有影响，即该方法既没有改善大门桁架支承的屋盖钢结构的受力性能，也没有弱化大门桁架支承的屋盖钢结构的受力性能，只是改变了大门桁架的内力分布。

所述大门边柱与大门中柱之间的距离范围是100m～200m，一般机库跨度为160m+160m～175m+175m之间。

所述步骤三中，对屋盖钢结构中支座位置进行预起拱，起拱值与强迫位移Δ一致，传统设计的大门桁架是不需要对大门桁架中支座位置进行预起拱，只需要在跨中的位置预起拱即可，本例中可以对中支座位置进行预起拱。

参见图8、图9、图10所示，所述步骤四中的提升系统包括提升支架12、设置在提升支架上的液压提升器10、连接在液压提升器和屋盖钢结构吊点之间的钢绞线11以及控制液压提升器的控制系统。

其中，提升支架12设置在支承柱、大门边柱和大门中柱的顶部，包括支腿和提升梁，提升梁的长度大于各柱的宽度、其端部悬挑。

液压提升器对应连接在提升梁的悬挑端，且位于对应的屋盖钢结构的吊点的正上方。

参见图9所示，大门中柱上的提升系统对称分布，所述步骤六中，通过调节液压提升器的油缸压力，实现屋盖钢结构的逐步下沉。

所述步骤五和步骤七中支座安装就位时，仅对支座进行竖直方向固定，不进行水平方向固定。

步骤十中，将所有支座固定时，对支座的水平方向进行固定。

所述屋面钢结构为空间网架结构，参见图4、图5所示，为实施例一结构，或者是多级主次桁架结构，参见图6所示，为实施例二结构。

所述屋面钢结构为多级主次桁架结构时，采用分步沉降，具体步骤如下：

具体步骤如下：

步骤一，施工支承柱、大门边柱和大门中柱。

步骤二，将屋盖钢结构的构件运送至现场。

步骤三，在地面拼装大门桁架。

步骤四，利用提升系统将拼装好的大门桁架整体提升至设计标高。

步骤五，将大门桁架的支座与大门边柱安装就位，并将大门边柱上的提升系统拆除，此时，大门桁架中支座利用提升系统临时就位，

步骤六，利用提升系统控制大门桁架中支座逐步下沉，至大门桁架自重对大门桁架中支座施加设计要求的强迫位移Δ。

步骤七，将大门桁架中支座安装就位，并将大门中柱上的提升系统拆除。

步骤八，逐级安装屋面桁架，完成屋面主架施工。

步骤九，施工屋盖围护系统。

步骤十，在屋盖钢结构下方安装屋盖悬挂设备7。

步骤十一，将所有支座按设计要求固定。

以既有北京首都国际机场176m+176m跨机库为例，采用发明技术方案可以将大门桁架的最大峰值内力由5000吨削减至4000吨左右。