CN105064739B - 一种双曲线双层网壳钢结构冷却塔 - Google Patents

一种双曲线双层网壳钢结构冷却塔 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双曲线双层网壳钢结构冷却塔,包括底部格构柱、转换桁架和上部塔筒,转换桁架安装在底部格构柱上部,上部塔筒安装在转换桁架的上部,上部塔筒是双层网壳结构。本发明采用双曲线外形,热工性能良好;与混凝土薄壳塔比,自重轻,基础处理简单,施工便捷;与单层网壳钢塔相比,结构构件以拉压受力为主,充分发挥材料的强度,用钢量低,同样用钢量下结构刚度大;通过合理的连接节点设计,可实现构件现场拼装,施工简单、速度快,并且抗震、抗风性能优良。

Description

一种双曲线双层网壳钢结构冷却塔
技术领域
[0001 ]本发明涉及冷却塔,特别是涉及一种双曲线双层网壳钢结构冷却塔。
背景技术
[0002]目前,国内大型冷却塔多采用双曲线钢筋混凝土薄壳结构。这种结构型式因其运 行可靠性高、防腐蚀性能好,使用寿命长而被广泛应用。目前已可以设计直径超过150m,高 度2〇Om左右的大型冷却塔。随着钢结构技术的发展,大型干式自然通风钢结构冷却塔较混 凝土结构有了越来越多的技术优势。其自重轻,施工简单、速度快,抗震、抗风性能优良,综 合造价低,环保方面,钢塔使用寿命结束后钢材可以重新回收利用,诸多因素使钢塔的优势 更为突出。
[0003] 专利号是201110330021.6的中国专利公开了一种电厂用大型双曲线型钢结构冷 却塔,该塔采用直线斜立柱交叉组成的单层网壳结构,沿高度分布加劲环加强层增加单层 网壳的抗侧刚度。斜柱以为压弯受力为主,用钢量大,单层网壳钢结构需做刚接节点,构造 及施工复杂。
发明内容
[0004]本发明的目的在于,提供一种双曲线双层网壳钢结构冷却塔,采用双曲线外形,热 工性能良好,基础处理简单,施工便捷,用钢量低,与单层网壳结构相比,同样用钢量下结构 刚度大,可实现构件现场拼装,施工简单,速度快,结构抗震、抗风性能优良。
[0005]为解决上述技术问题,本发明采用如下的技术方案:
[0006] —种双曲线双层网壳钢结构冷却塔,包括底部格构柱、转换桁架和上部塔筒,转换 桁架安装在底部格构柱上部,上部塔筒安装在转换桁架的上部,上部塔筒是双层网壳结构。 本发明采用双层网壳结构代替单层网壳钢塔,在用钢量相同的情况下刚度更大,抗震、抗风 性能更加优秀。其中,转换桁架的作用是将底部格构柱和上部塔筒相连,实现下部格构柱和 上部塔筒之间结构体系的转换,将上部塔筒的自重、温度荷载、风荷载及地震作用等荷载通 过转换桁架施加给底部格构柱。底部格构柱的节点采用节点板或者相贯焊焊接。
[0007]前述的一种双曲线双层网壳钢结构冷却塔中,上部塔筒包括水平平面桁架和竖向 平面桁架,水平平面桁架和坚向平面桁架正交设置。水平平面桁架和竖向平面桁架相结合 形成空间钢结构,并且水平平面桁架和竖向平面桁架设有斜杆,能够将水平平面桁架和竖 向平面桁架构成稳定的结构,相较于单层网壳结构的冷却塔具有更大的刚度。
[0008]前述的一种双曲线双层网壳钢结构冷却塔中,水平平面桁架包括塔筒外环弦杆、 塔筒内环弦杆和第一腹杆,塔筒外环弦杆和塔筒内环弦杆位于同一水平面,塔筒外环弦杆 由多根第一弦杆通过第一节点首尾相连组成,塔筒内环弦杆由多根第一弦杆通过第二节点 首尾相连组成,第一腹杆连接第一节点和第二节点。此种设置方式能够将上部塔筒设置成 具有稳定形态的双层钢结构,上部塔筒的内层和外层相互依持,相较于单层网壳结构的冷 却塔具有更大的刚度。并且,此种设计施工便捷,基础处理简单,在构建过程中能够节省大 量的时间。
[0009] 前述的一种双曲线双层网壳钢结构冷却塔中,竖向平面桁架包括塔筒外侧竖向弦 杆和塔筒内侧竖向弦杆,塔筒外侧竖向弦杆由第二弦杆通过第一节点首尾相连组成,塔筒 内侧竖向弦杆由第二弦杆通过第二节点首尾相连组成。
[0010] 前述的一种双曲线双层网壳钢结构冷却塔中,相邻的塔筒外环弦杆的第一节点通 过第二腹杆相连,相邻的塔筒内环弦杆的第二节点通过第二腹杆相连。 toon] 前述的一种双曲线双层网壳钢结构冷却塔中,底部格构柱是x形交叉平面桁架、人 字形四管立体桁架或八字形四管立体桁架。
[0012] 前述的一种双曲线双层网壳钢结构冷却塔中,转换桁架是四管立体桁架。
[0013] 前述的一种双曲线双层网壳钢结构冷却塔中,底部格构柱和转换桁架通过刚性支 座节点或焊接球节点相连。
[0014] 前述的一种双曲线双层网壳钢结构冷却塔中,第二腹杆是刚性支撑或柔性支撑。
[0015] 前述的一种双曲线双层网壳钢结构冷却塔中,第二腹杆是斜杆或钢拉索。其中,斜 杆和/或钢拉索采用高强螺栓和/或销轴现场拼装,此种拼装方式施工简单、安装速度快。
[0016] 与现有技术相比,本发明采用双曲线外形,热工性能良好;与混凝土薄壳塔比,自 重轻,基础处理简单,施工便捷;与单层网壳钢塔相比,结构构件以拉压受力为主,充分发挥 材料的强度,用钢量低,同样用钢量下结构刚度大;通过合理的连接节点设计,可实现构件 现场拼装,施工简单、速度快,并且抗震、抗风性能优良。
附图说明
[0017]图1是本发明的一种实施例的结构示意图;
[0018]图2是转换桁架的一种实施例的结构示意图;
[0019]图3是底部格构柱的一种实施例的结构示意图;
[0020]图4是底部格构柱的另一种实施例的结构示意图;
[0021]图5是底部格构柱的又一种实施例的结构示意图;
[0022]图6是底部格构柱的再一种实施例的结构示意图;
[0023]图7是水平平面桁架的一种实施例的结构示意图;
[0024]图8是竖向平面桁架的一种实施例的结构示意图;
[0025]图9是本发明的另一种实施例的结构示意图;
[0026]图10是底部格构柱的节点的一种实施例的结构示意图。
[0027]附图标记:1-底部格构柱,2-转换桁架,3_上部塔筒,4-水平平面桁架,5-竖向平面 桁架,6-塔筒外环弦杆,7_塔筒内环弦杆,8-第一腹杆,g-第一节点,10-第二节点,丨丨—塔筒 外侧竖向弦杆,12-塔筒内侧坚向弦杆,13-第二弦杆,14-第二腹杆,15-第一弦杆,16-加强 肋,17-穿心板。
[0028]下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。
具体实施方式
[0029]本发明的实施例1:如图1至8所示,一种双曲线双层网壳钢结构冷却塔,包括底部 格构柱1、转换桁架2和上部塔筒3,转换桁架2安装在底部格构柱1上部,上部塔筒3安装在转 换桁架2的上部,上部塔筒3是双层网壳结构。
[0030]上部塔筒3包括水平平面桁架4和竖向平面桁架5,水平平面桁架4和竖向平面桁架 5正交设置。
[0031]水平平面桁架4包括塔筒外环弦杆6、塔筒内环弦杆7和第一腹杆8,塔筒外环弦杆6 和塔筒内环弦杆7位于同一水平面,塔筒外环弦杆6由多根第一弦杆15通过第一节点9首尾 相连组成,塔筒内环弦杆7由多根第一弦杆15通过第二节点10首尾相连组成,第一腹杆8连 接第一节点9和第二节点10。
[0032]竖向平面桁架5包括塔筒外侧竖向弦杆11和塔筒内侧竖向弦杆12,塔筒外侧竖向 弦杆11由第二弦杆13通过第一节点9首尾相连组成,塔筒内侧竖向弦杆12由第二弦杆13通 过第二节点10首尾相连组成。
[0033] 相邻的塔筒外环弦杆6的第一节点9通过第二腹杆14相连,相邻的塔筒内环弦杆7 的第二节点10通过第二腹杆14相连。
[0034] 如图10所示,底部格构柱1是X形交叉平面桁架。底部格构柱1的节点通过设置穿心 板17进行加固,穿心板17上设置加强肋16。
[0035] 转换桁架2是四管立体桁架。
[0036] 底部格构柱1和转换桁架2通过刚性支座节点相连。
[0037] 如图9所示,第二腹杆14是刚性支撑,如斜杆等。
[0038]实施例2:如图1至8所示,一种双曲线双层网壳钢结构冷却塔,包括底部格构柱1、 转换桁架2和上部塔筒3,转换桁架2安装在底部格构柱1上部,上部塔筒3安装在转换桁架2 的上部,上部塔筒3是双层网壳结构。
[0039] 上部塔筒3包括水平平面桁架4和竖向平面桁架5,水平平面桁架4和竖向平面桁架 5正交设置。
[0040] 水平平面桁架4包括塔筒外环弦杆6、塔筒内环弦杆7和第一腹杆8,塔筒外环弦杆6 和塔筒内环弦杆7位于同一水平面,塔筒外环弦杆6由多根第一弦杆15通过第一节点9首尾 相连组成,塔筒内环弦杆7由多根第一弦杆15通过第二节点10首尾相连组成,第一腹杆8连 接第一节点9和第二节点10。
[0041] 竖向平面桁架5包括塔筒外侧竖向弦杆11和塔筒内侧竖向弦杆12,塔筒外侧竖向 弦杆11由第二弦杆I3通过第一节点9首尾相连组成,塔筒内侧竖向弦杆12由第二弦杆13通 过第二节点10首尾相连组成。
[0042] 相邻的塔筒外环弦杆6的第一节点9通过第二腹杆14相连,相邻的塔筒内环弦杆7 的第二节点10通过第二腹杆14相连。
[0043] 底部格构柱1是人字形四管立体桁架。
[0044] 转换桁架2是四管立体桁架。
[0045] 底部格构柱1和转换桁架2通过焊接球节点相连。
[0046] 第二腹杆14是柔性支撑如钢拉索等。
[0047] 实施例3:如图1至8所示,一种双曲线双层网壳钢结构冷却塔,包括底部格构柱1、 转换桁架2和上部塔筒3,转换桁架2安装在底部格构柱1上部,上部塔筒3安装在转换桁架2 的上部,上部塔筒3是双层网壳结构。
[0048] 上部塔筒3包括水平平面桁架4和竖向平面桁架5,水平平面桁架4和竖向平面桁架 5正交设置
[0049]水平平面桁架4包括塔筒外环弦杆6、塔筒内环弦杆7和第一腹杆8,塔筒外环弦杆6 和塔筒内环弦杆7位于同一水平面,塔筒外环弦杆6由多根第一弦杆15通过第一节点9首尾 相连组成,塔筒内环弦杆7由多根第一弦杆15通过第二节点10首尾相连组成,第一腹杆8连 接第一节点9和第二节点10。
[00S0]竖向平面桁架5包括塔筒外侧竖向弦杆11和塔筒内侧竖向弦杆12,塔筒外侧竖向 弦杆11由第二弦杆13通过第一节点9首尾相连组成,塔筒内侧竖向弦杆12由第二弦杆13通 过第二节点10首尾相连组成。
[0051]相邻的塔筒外环弦杆6的第一节点9通过第二腹杆14相连,相邻的塔筒内环弦杆7 的第二节点10通过第二腹杆14相连。
[0052] 底部格构柱1是八字形四管立体桁架。
[0053] 转换桁架2是四管立体桁架。
[0054] 本发明的一种实施例的工作原理:竖向平面桁架5采用相贯焊接节点,按运输段长 度工厂加工j见场拼接;水平平面桁架4化整为零,各杆件采用高强螺栓或销轴现场拼装;斜 杆或拉索也采用高强螺栓或销轴现场拼装。施工简单、速度快。
[0055]计算分析表明,本发明的双曲线双层网壳钢结构冷却塔热工性能良好;与单层网 ^相比,本冷却塔的结构构件以拉压受力为主,充分发挥材料的强度,用钢量低,杆件拉压 受力是全截面均匀受力,同样用钢量下结构刚度大;通过合理的连接节点设计,可实现构件 现场拼装,施工简单,速度快;结构抗震抗风性能优良。
[0056]在实际工^设计中,应根据工艺条件,拟合合理的双曲线;根据场地条件、抗震设 防烈度、风荷载和塔高等因素选择合适的结构型式、构件截面和节点类型,建立结构空间模 型,采用有限元分析软件进行结构静力分析、地震反应谱分析、时程分析补充计算、结构整 体及局部的屈曲分析,必要的情况下进行结构非线性分析;根据分析结果选择合适的结构 型式,进行结构整体及构件截面设计。
[0057]通过计算分析及研究发现,本发明的双曲线双层网壳钢结构冷却塔,热工性能良 好,用钢量小,结构刚度大,施工简单、速度快,结构抗震、抗风性能优良。可以广泛应用于各 行业的自然通风冷却塔设计。

Claims (4)

1.一种双曲线双层网壳钢结构冷却塔,其特征在于,包括底部格构柱(1)、转换桁架(2) 和上部塔筒(3),转换桁架⑵安装在底部格构柱(1)上部,上部塔筒(3)安装在转换桁架(2) 的上部,上部塔筒(3)是双层网壳结构;底部格构柱(1)是x形交叉平面桁架、人字形四管立 体桁架或八字形四管立体桁架;转换桁架(2)是四管立体桁架; 上部塔筒(3)包括水平平面桁架(4)和竖向平面桁架(5),水平平面桁架⑷和竖向平面 桁架正交设置; 水平平面桁架⑷包括塔筒外环弦杆(6)、塔筒内环弦杆⑺和第一腹杆(8),塔筒外环 弦杆⑹和塔筒内环弦杆⑺位于同一水平面,塔筒外环弦杆⑹由多根第一弦杆(15)通过 第一节点⑼首尾相连组成,塔筒内环弦杆⑺由多根第一弦杆(1¾通过第二节点(1〇)首尾 相连组成,第一腹杆⑻连接第一节点⑼和第二节点(10); 竖向平面桁架(5)包括塔筒外侧竖向弦杆(11)和塔筒内侧竖向弦杆(12),塔筒外侧竖 向弦杆(11)由第二弦杆(1¾通过第一节点(9)首尾相连组成,塔筒内侧竖向弦杆(12)由第 二弦杆(13)通过第二节点(10)首尾相连组成; 相邻的塔筒外环弦杆⑹的第一节点⑼通过第二腹杆(14)相连,相邻的塔筒内环弦杆 C7)的第二节点(10)通过第二腹杆(14)相连。
2. 根据权利要求1所述的一种双曲线双层网壳钢结构冷却塔,其特征在于,底部格构柱 (1)和转换桁架(2)通过刚性支座节点或焊接球节点相连。
3. 根据权利要求2所述的一种双曲线双层网壳钢结构冷却塔,其特征在于,第二腹杆 (14)是刚性支撑或柔性支撑。
4.根据权利要求3所述的一种双曲线双层网壳钢结构冷却塔,其特征在于,第二腹杆 (I4)是斜杆或钢拉索。
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