CN105971328B - 一种由六杆四面体单元组成的装配式钢结构冷却塔 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种由六杆四面体单元组成的装配式钢结构冷却塔，所述冷却塔由一系列六杆四面体模数单元按一定规律连接组合而成；所述模数单元由两根弦杆和四根腹杆组成；模数单元的两根弦杆空间正交，分别沿冷却塔的子午线方向和水平方向布置，称为外弦杆和内弦杆；四根腹杆连接两根弦杆的四个端点；所述外弦杆沿子午线方向连续贯通布置，所述内弦杆在水平方向形成闭合圆环，外弦杆和内弦杆通过所述腹杆连接；冷却塔采用焊接球与法兰盘结合的节点。本申请的冷却塔构造简单、施工便捷、便于维护且造价低廉。
Description
技术领域
本发明涉及大型冷却塔结构的设计领域，具体涉及一种由六杆四面体单元组成的装配式钢结构冷却塔。
背景技术
冷却塔是一种在电力、钢铁、石油、化工等工业领域广泛应用的冷却设施，它的主要作用是为携带废热的冷却水与空气提供热交换的场所，使废热能迅速散入大气，从而保证生产系统的正常运行。
在结构体系方面，冷却塔结构是典型的旋转薄壳结构。现今的大型冷却塔大多采用子午线为双曲线的钢筋混凝土旋转薄壳结构，这种结构具有稳定性好、抗腐蚀性能强等特点。然而随着工业建设规模的增大，冷却塔尺寸也随之上升，混凝土结构自重大以及由此引发的成本上升等因素使其逐渐丧失优势，且生产和施工过程中资源消耗大和环境污染严重等问题也与当前倡导的环保理念相悖。在此背景下，钢结构成为大型冷却塔结构体系选型的新方向。同钢筋混凝土结构相比，钢结构冷却塔具有自重轻、施工方便、工期短等优点，且结构体系布置灵活，不必拘泥于单一的结构外形，这样不但可以通过结构体系优化得到优异的受力性能和经济指标，还能为热工方面的性能优化创造条件。国内外针对大型钢结构冷却塔已经进行了一些研究，但工程实践与混凝土结构相比尚不多见。
通过文献调研发现，钢结构冷却塔有如图1和图2所示的两大类。图1是由刚性构件组成的三角形网格钢结构冷却塔，其中构件既可以采用圆形或矩形截面的实腹式钢管，也可采用格构式构件，或者为双层或多层网格结构。施工时可以以单根构件为单位进行拼装，也可以将构件拼装成一系列三角形网格，再以三角形网格为基本模块进行拼装。当冷却塔为双层或多层网格结构时，也可以采用四边形、四角锥等网格形式。但这些冷却塔结构形式存在装配不便，不利于施工的问题。图2为索网结构和中央塔柱组成的钢结构冷却塔，最早由德国的Schlaich提出并应用，该体系主要靠索网结构内的预张力提供刚度，施工时通常将提升装置固定于中央塔柱的顶部，对索网结构进行提升，并在提升到位后直接进行张拉，但张拉控制复杂。
发明内容
针对现有刚性构件组成的钢结构冷却塔存在的问题，本发明的目的在于提供一种由六杆四面体单元组成的装配式钢结构冷却塔，该冷却塔构造简单、施工便捷、便于维护且造价低廉。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种由六杆四面体单元组成的装配式钢结构冷却塔，所述冷却塔由一系列六杆四面体模数单元按一定规律连接组合而成；所述模数单元由两根弦杆和四根腹杆组成；模数单元的两根弦杆空间正交，分别沿冷却塔的子午线方向和水平方向布置，称为外弦杆和内弦杆；四根腹杆连接两根弦杆的四个端点；所述外弦杆沿子午线方向连续贯通布置，所述内弦杆在水平方向形成闭合圆环，外弦杆和内弦杆通过所述腹杆连接；冷却塔采用焊接球与法兰盘结合的节点。
进一步，在所述冷却塔的不同高度处设置若干道加强环杆。
进一步，所述节点的典型节点中一根所述外弦杆或内弦杆和两根腹杆与半个焊接空心球相连，焊接空心球的半径位置处设置法兰盘，；六杆四面体模数单元之间通过法兰盘连接固定。
进一步，所述冷却塔的外表面或内表面设置有冷却塔蒙皮。
进一步，所述法兰盘上设置有加劲肋。
本发明具有以下有益技术效果：
1.与传统钢筋混凝土结构冷却塔相比，本发明具有自重轻、施工方便、工期短、造价低等优点。
2.采用合理的结构布置和节点构造，可使模数单元的规格尽量统一且易于拼装，便于实现冷却塔结构的标准化设计、工业化生产和装配化施工。
附图说明
图1为现有技术中钢结构冷却塔的结构示意图；
图2为现有技术中索网结构冷却塔的结构示意图；
图3为本发明钢结构冷却塔轴测图；
图4为本发明钢结构冷却塔立面图；
图5为本发明钢结构冷却塔平面图；
图6为本发明钢结构冷却塔各组件的分体结构示意图；
图7为冷却塔局部构成示意图；
图8为六杆四面体模数单元构造示意图；
图9为典型节点构造示意图；
图10为典型节点组装过程示意图；
图11为以六杆四面体为模数单元进行施工安装的示意图；
图中，1为冷却塔主体，2为六杆四面体基本模数单元，3为加强环杆，4为外弦杆，5为腹杆，6为内弦杆；7为典型节点；8为法兰盘；9为焊接空心球；10为加劲肋；11为法兰盘连接螺栓。
具体实施方式
下面，参考附图，对本发明进行更全面的说明，附图中示出了本发明的示例性实施例。然而，本发明可以体现为多种不同形式，并不应理解为局限于这里叙述的示例性实施例。而是，提供这些实施例，从而使本发明全面和完整，并将本发明的范围完全地传达给本领域的普通技术人员。
为了易于说明，在这里可以使用诸如“上”、“下”“左”“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位(旋转90度或位于其他方位)，这里所用的空间相对说明可相应地解释。
如图3-11所示，本发明提供了一种由六杆四面体单元组成的装配式钢结构冷却塔，所述冷却塔主体1由一系列六杆四面体模数单元2按一定规律连接组合而成；所述模数单元2由两根弦杆和四根腹杆5组成；模数单元的两根弦杆空间正交，分别沿冷却塔的子午线方向和水平方向布置，依次称为外弦杆4和内弦杆6；四根腹杆5连接两根弦杆的四个端点；所述外弦杆4沿子午线方向连续贯通布置，所述内弦杆6在水平方向形成闭合圆环，外弦杆4和内弦杆6通过所述腹杆5连接，使二者能协调工作，共同承担竖向和水平荷载。冷却塔采用焊接球9与法兰盘8结合的节点。从冷却塔外部观察时，冷却塔主体结构为环向折线形，其中脊线为上下贯通的外弦杆4，谷线为内弦杆6端点的竖向连接线；从冷却塔内部观察时，冷却塔主体结构为竖向折线形，其中脊线为环向贯通的内弦杆6，谷线为同一高度处外弦杆4端点环向连接线。
所述冷却塔的不同高度处设置若干道加强环杆3。
节点的典型节点7中一根所述外弦杆4或内弦杆6和两根腹杆5与半个焊接空心球9相连，焊接空心球9的半径处设有法兰盘8；六杆四面体模数单元2之间通过法兰盘8连接，法兰盘连接螺栓11穿过法兰盘8上设置的螺栓孔将相邻的两个六杆四面体模数单元2连接。
冷却塔的外表面或内表面设置有冷却塔蒙皮。冷却塔的外形采用双曲线形或圆锥直筒型。法兰盘8上设置有加劲肋10和法兰盘连接螺栓11。
本发明与传统钢筋混凝土结构冷却塔相比，本发明具有自重轻、施工方便、工期短、造价低等优点。此外，本发明采用合理的结构布置和节点构造，可使模数单元的规格尽量统一且易于拼装，便于实现冷却塔结构的标准化设计、工业化生产和装配化施工。
上面所述只是为了说明本发明，应该理解为本发明并不局限于以上实施例，符合本发明思想的各种变通形式均在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种由六杆四面体单元组成的装配式钢结构冷却塔，其特征在于，所述冷却塔由一系列六杆四面体模数单元按一定规律连接组合而成；所述模数单元由两根弦杆和四根腹杆组成；模数单元的两根弦杆空间正交，分别沿冷却塔的子午线方向和水平方向布置，称为外弦杆和内弦杆；四根腹杆连接两根弦杆的四个端点；所述外弦杆沿子午线方向连续贯通布置，所述内弦杆在水平方向形成闭合圆环，外弦杆和内弦杆通过所述腹杆连接；冷却塔采用焊接球与法兰盘结合的节点，所述节点的典型节点中一根所述外弦杆或内弦杆和两根腹杆与半个焊接空心球相连，焊接空心球的半径位置处设置法兰盘，六杆四面体模数单元之间通过法兰盘连接。
2.根据权利要求1所述的由六杆四面体单元组成的装配式钢结构冷却塔，其特征在于，在所述冷却塔的不同高度处设置若干道加强环杆。
3.根据权利要求1所述的六杆四面体单元组成的装配式钢结构冷却塔，其特征在于，所述冷却塔的外表面或内表面设置有冷却塔蒙皮。
4.根据权利要求1所述的六杆四面体单元组成的装配式钢结构冷却塔，其特征在于，所述法兰盘上设置有加劲肋。
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