一种简易移动式风雨棚及其设计方法与流程

本发明属于建筑物帐篷，具体涉及一种简易移动式风雨棚及其设计方法。

背景技术：

1、近年来，钢壳塔结构在工程中得到了越来越广泛的应用，但是钢壳塔有关的施工项目一般地处山区，需要厂内制作块体构件运输至现场然后进行索塔节段的拼焊和安装。当索塔节段的拼焊施工面临西南季风气候区域的地理环境时，由于西南季风气候区域的雨季降水占全年降水量的89%，因此亟需设计制作一种简易的移动式风雨棚，以便使索塔节段的焊接操作能够在风雨棚中进行，从而保证索塔的焊接质量和施工进度，满足工程实际需要。对此，现提出如下技术方案。

技术实现思路

1、为了达到上述目的，本发明提供一种简易移动式风雨棚及其设计方法，解决现有技术中索塔节段的拼焊施工无法在雨天进行，影响施工质量和施工进度的技术问题。

2、为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种简易移动式风雨棚，具有由至少四根立柱和至少四根横梁垂直拼焊搭建成的立体门型风雨棚主体框架；所述立柱和横梁均由矩形管或h型钢下料制成；所述立柱底端焊接固连开口朝下的槽钢，所述槽钢转动支撑安装承重导向轮，所述承重导向轮由主动承重导向轮以及从动承重导向轮组成，所述主动承重导向轮的传动轴与减速电机动力输出轴同轴固连并由减速电机驱动转动，所述减速电机通过电机安装支架固连立柱；所述减速电机为蜗轮蜗杆减速电机；所述承重导向轮与地面铺设的工字钢轨道适配并可沿工字钢轨道滚动行走；所述立体门型风雨棚主体框架的竖直立面倾斜焊接固连若干立面支撑角钢，所述立面支撑角钢与风雨棚主体框架立面组成若干三角形支撑结构从而防止风雨棚立面变形；所述立体门型风雨棚主体框架的横梁顶端设有斜面屋顶框架，所述斜面屋顶框架由顶棚立柱、顶棚横梁、顶棚支撑角钢拼焊组成，所述顶棚立柱、顶棚横梁均由矩形管或h型钢下料制成，所述顶棚支撑角钢与顶棚立柱或顶棚横梁拼焊组成多个三角形支撑结构用于防止斜面屋顶框架变形；所述斜面屋顶框架外侧表面均匀分布铺设安装若干采光瓦，所述斜面屋顶框架外侧其余表面用彩钢瓦封闭；所述立体门型风雨棚主体框架的竖直立面外侧同样用彩钢瓦封闭；所述立体门型风雨棚主体框架安装缆风绳，所述缆风绳十字交叉设置；所述立体门型风雨棚主体框架还安装卷帘门。

3、上述技术方案中，进一步地：所述立体门型风雨棚主体框架的竖直立面以及斜面屋顶框架还设有若干交织呈网格形的立柱和横梁。

4、上述技术方案中，优选的：所述采光瓦、彩钢瓦采用锚钉连接框架。

5、上述任一技术方案中，优选的：所述简易移动式风雨棚的各结构部件材质均为q235b。

6、上述技术方案中：所述简易移动式风雨棚长11m，宽15m，高12m；矩形管为外径40mm×40mm，壁厚4mm的方形钢管；h型钢为hn200h型钢；立面支撑角钢为边宽50mm ×边宽50mm× 边厚5mm的等边角钢；顶棚支撑角钢为边宽75mm ×边宽75mm × 边厚8mm的等边角钢；槽钢为20a槽钢；承重导向轮为12#承重导向轮；工字钢轨道为12#工字钢；缆风绳为φ12缆风绳；采光瓦、彩钢瓦厚度为0.6mm。

7、上述技术方案中，优选的：所有的焊接均采用8mm角焊缝焊接连接。

8、本发明还请求保护一种如上述所述简易移动式风雨棚的设计方法，包括如下步骤：

9、步骤1、设计：根据桥位现场工艺布局，首先确定风雨棚位置；然后根据被施工对象的尺寸变化范围确定风雨棚尺寸；再根据结构受力情况进行结构框架设计，初步确定出钢材、型钢规格大小；绘制设计图纸，明确技术要求。

10、步骤2、计算：根据设计图纸采用ansys有限元分析软件中静力学模块进行模拟计算；首先建立风雨棚模型；其次赋予风雨棚所有材料均为q235b结构钢；材料赋予后设置其约束和荷载：根据现场工况，对风雨棚底部支撑部位施加固定约束；以八级风风压对风雨棚单侧施加压力；对模型进行求解计算：风雨棚最大总形变处为124.9mm，等效应力最大值为126.4.2mpa；结论：材质为q235b，其许用应力σ取157mpa，等效应力最大值为126.4mpa，小于其许用应力157mpa，满足要求。

11、步骤3、下料：现场根据设计图纸进行型钢材料的下料；所有的焊接均采用8mm角焊缝焊接连接；所述采光瓦、彩钢瓦采用锚钉连接框架；所有的型钢采用库存余料制作，用于降低制作成本。

12、步骤4、安装：首先精准放线，按所放基线铺设工字钢轨道；其次进行风雨棚主体框架立柱、横梁、槽钢、立面支撑角钢、顶棚立柱、顶棚横梁、顶棚支撑角钢的拼焊，所有的焊接均采用8mm角焊缝焊接连接；然后进行采光瓦、彩钢瓦和卷帘门的安装；最后安装承重导向轮、减速电机和缆风绳。

13、上述技术方案中，进一步地：步骤2材料赋予后设置其约束和荷载时，包括计算风压步骤，以八级风的风压计算：

14、步骤201、风压的计算公式为：，其中为风压（kn/m2），为空气密度=1.25kg/m3；为风速（m/s）。

15、步骤202、确定风速：根据蒲福风级表，八级风对应的风速为17.2～20.7m/s，取中间值19m/s。

16、步骤203、计算风压：

17、将风速=19m/s代入步骤201的公式，=0.51.25361≈225.63pa≈0.226kn/m2。

18、步骤204、风压调整：由于实际工程中需要考虑风压高度变化系数、地形修正系数因素，因此假设标准条件下高度10m，b类地面粗糙度，八级风的基本风压为0.2～0.36kn/m2；

19、步骤205确定风压：确定八级风的风压为0.23kn/m2，即230pa。

20、上述技术方案中，进一步地：步骤4精准放线时：用全站仪放出风雨棚纵向中心线和横向基线；放线前保证工字钢轨道安装面的平整度，中心线笔直，基础顶面标高一致；

21、按所放基线铺设工字钢轨道时：复测工字钢轨道两条平行轨道中心线之间距离，确保各点位中心线间距一致，轨顶面标高一致，直线度；所述工字钢轨道接头对齐、平整、光滑，间隙符合规范；两根间隔且平行的工字钢轨道的接头错开布置；

22、风雨棚拼焊或安装时：按施工图纸定位各构件位置，保证焊接质量；使用龙门吊和合适吊具吊装立柱，就位的立柱装临时支撑；后吊装横梁，并使用水平仪、全站仪确保立柱垂直、横梁水平；接着焊接顶棚立柱、顶棚横梁、顶棚支撑角钢，确保斜面屋顶框架的对称；最后焊接组装其余构件；施工人员佩戴安全帽、防护手套、安全鞋；高空作业系挂安全带，高挂低用；吊装区域设置警戒线，非作业人员禁止入内；吊装前检查吊具、吊索完好无损，专人指挥，信号明确。

23、本发明的有益效果是：

24、1、本发明解决了被施工对象因现场自然条件恶劣难以在雨天焊接施工的难题；通过计算机建模计算确定风雨棚所用钢规格，确保结构受力安全可靠，抗八级风；确保施工进度，提高施工质量。

25、2、本发明结构简单，风雨棚可由减速电机驱动沿地面轨道行走位移，操作简便，节约材料，成本低，适合推广。

26、3、本发明全部构件均为矩形管、h型钢、角钢、槽钢等常见型材，无需定制件，可就地利用库存材料焊接制作，加工难度低，综合造价远低于传统钢结构雨棚。

27、4、本发明可整体移动，承重导向轮沿工字钢轨道滚动，由减速电机驱动，单人可遥控操作，实现风雨棚整体平移，适应临时场地变换需求。

28、5、本发明三角形抗风，立面支撑角钢和顶棚支撑角钢分别与框架组成三角形支撑结构，利用三角形几何不变性抵抗风荷载和自重引起的变形；配合十字缆风绳，非移动状态下无需打设地锚，部署和撤收速度快。

29、6、本发明采光与封闭兼顾，屋面采用玻璃纤维增强聚酯采光瓦，透光率高、重量轻、耐腐蚀；其余区域用彩钢瓦封闭，整体防水防尘，内部光照充足。

30、7、本发明模块化可扩展，框架以“门型单元”为基本模块，纵向可通过拼接延长，横向可增减门型数量调整宽度，适应不同场地尺寸需求。

31、8、本发明安全制动可靠，减速电机自带蜗轮蜗杆自锁功能，断电即制动，移动和静止状态均安全可控。

32、9、本发明无任何内部设备，纯框架+围护，零部件少、故障率低；减速电机主动驱动+主动/从动轮配合，移动精确可控；三角形支撑+缆风绳十字交叉，在位即可抗风，不需驻车停车锚固；采光瓦铺设在斜面屋顶外侧，采光面积大、效率高；锚钉铆接，整体传力，不松动，抗剪强度高，冲击韧性好，单一金属连接，疲劳性能稳定；极简框架+卷帘门，造价低40%以上。

33、10、本发明设计方法采用8级风压静力学一次求解，较现有技术下的瞬态分析或cfd建模+网格划分+神经网络训练而言，计算效率显著提高；本发明采用国标规范公式结合静力学施加压力，普通结构工程师即可操作得到所需结果，无需cfd专家与结构专家联合操作，操作门槛低，容易推广，并能指导施工；本发明成本极低，计算校核与施工工艺以及安全措施三位一体，技术完整，经济实用，适合推广。