-
Die Erfindung betrifft einen Kühlturm aus Stahlbeton mit einem
-
vorgespannten und abgespannten Schalentragwerk, mit einem mittig angeordneten
Stahlbetonmast sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Kühlturms. Derartige
Xühltii=zie weisen eine senkrechte Achse auf und es ist gebräuchlich, Euhltürme
der Form nach wie hyperbolische Rotationsschalen auszubilden, deren Taillen etwa
im oberen Drittel liegen. Die Erfindung ist jedoch auf gühltürme praktisch aller
Formen und Größen anwendbar.
-
Es ist bekannt, Kbhltürme als einschaliges Hyperboloid in konventioneller
Schalenbauweise aus Stahlbeton herzustellen. Das so gebildete Schalentragwerk besteht
im unteren Teil aus einem Stützenfachwerk, das den Kühlluftzutritt ermöglicht.
-
Da die Kraftwerkleistungen beträchtlich zunehmen, entsteht Bedarf
nach immer größeren Klihltürmen. Dem sind jedoch bei der heutigen Schalenbauweise
trotz ihrer verschiedenen Verfeinerungen aus zwei GrUnden deutliche Grenzen gesetzt.
Erstens nimmt mit zunehmender DurmhUhe das Eigengewicht überproportional zu und
provoziert besonders im unteren Schalendrittel eine erhöhte Beulgefahr. Zweitens
nehmen die Windbelastungen vermöge der großen Kühlturmantelfläche erheblich zu und
verursachen besonders bei böigem Wind ernsthafte Gefahren für die Stabilität der
Schale, wenn die Frequenz der Böen in die Nähe der Eigenfrequenz der Schale kommt.
-
Mit zunehmender Schalengröße wächst auch deren Empfindlichkeit gegen
ungleichmäßige Auflagerbwegungen, die zu überbeanspruchungen der Schale und letztlich
zu deren Reißen führen können.
-
sinne ausreichende Steifigkeit in Ringrichtung der Kühlturmschale
ist besonders wichtig. Zur Versteifung der Schale ist es bekannt, am oberen und
unteren Schalenrand Randglieder anzuordnen und gegebenenfalls über die Schalenhöhe
verteilt weitere Versteifungsringe vorzusehen. Aus konstruktiven und wirtschaftlichen
Gründen können aber Schale und/oder Randglieder nicht so stark ausgebildet werden,
daß sämtliche an sich möglichen Fundamentverschiebungen aufgenommen werden können.
-
Bs ist ferner bekannt, abgespannte Kühltürme herzustellen, bei denen
ein System von Abspannseien an einem mittigen Mast und an außenliegenden Fundamenten
verankert wird. Die Maschen des so gebildeten Seilnetzes werden durch nachträglich
angehängte Membranen aus Metall oder Kunststoff ausgefüllt.
-
Verglichen mit der Lebensdauer von Kraftwerken sind solche dünnen
Membranen als kurzlebig anzusehen. Sie bedürfen ständiger Wartung, was insbesondere
bei agressiver Atmosphäre oder beispielsweise bei Sandstürmen der Fall ist. Die
so gebildete Mantelfläche erbringt praktisch keine Tragwirkung.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kühlturm zu schaffen,
der sich zum einen durch eine erheblich gesteigerte Lebenserwartung gegenüber den
Kühltürmen auszeichnet, deren Mantelfläche im wesentlichen aus den erwähnten Membranen
besteht, der somit weiterhin im wesentlichen wartungsfrei ist, und der dennoch so
aufgelagert ist, daß seine Mantelfläche infolge der ihr innewohnenden Tragwirkung
optimal ausnutzbar ist.
-
Diese Aufgabe ist nach der Erfindung grundsätzlich dadurch gelöst,
daß die Stahlbetonschale des Kühlturms über ein Hängewerk an mindestens einem Stahlbetonmast
angehängt und mittels Abspannungen gesichert ist.
-
Der erfindungsgemäße Kühlturm ist im wesentlichen wartungsfrei, da
er aus Stahlbeton besteht. Seine Unabhängigkeit gegen Fundamentbewegungen folgt
aus der Punktauflagerung, die durch zusätzliche Abspannungen ergänzt wird. Eventuell
auftretende Sundamentverschiebungen können durch Nachstellen der Abspannungen ausgeglichen
werden.
-
Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Kühlturms bedarf es einer
übermäßigen Dimensionierung gegenüber solchen Bundamentverschiebungen somit nicht
mehr. Die Tragwirkung der Schale des Kühlturms kann also optimal ausgenutzt werden.
-
Erfindungsgemäß werden die einzelnen Teilschalen am Boden zeitlich
nacheinander betoniert. Nach dem Herstellen eines jeden Schalenabschnitts
wird
dieser um die Höhe der nächsten Teilschale hochgezogen und der folgende Abschnitt
unmittelbar darunter anbetoniert.
-
Die zuerst hergestellte Teilschale besitzt ein oberes Randglied, das
mittels zweier Seilscharen mit zwei sog. Mastringen in Verbindung steht, die am
mittigen Stahlbetonmast gleiten können. Mittels der ersten Seilschar ist die zuerst
hergestellte Teilschale am oberen Mastring angehängt. An diesem sind Hubseile befestigt,
die zur Mastspitze führen. Dort befinden sich mechanische oder hydraulische Winden,
welche das System oberer Mastringe mit angehängter erster Teilschale liften können.
Der untere Mastring ist mittels der speichenartig konfigurierten zweiten Seilschar
mit dem Schalenrandglied verbunden, das hierdurch ausgesteift wird.
-
BrSindungsgemäß ist jede Teilschale außerdem mittels in Meridianrichtung
angeordneter Spannglieder vorgespannt, die einerseits im oberen Randglied verankert
sind und andererseits an dem unteren Schalenrand überstehen. Die Spanngliedüberstande
werden beim Liftvorgang in weiteren Verankerungen am Ringfundament so geführt, daß
die geliftete Teilschale sicher gegen Windkräfte gehalten ist. Für diesen Zweck
können auch zusätzliche, temporäre Abspannungen eingesetzt werden.
-
Die vorgenannte Vorspannung der Teilschale kann erfindungsgemäß alternativ
als Spannbettvorspannung oder als Vorspannung mit nachträglichem
Verbund
(oder ohne Verbund) durch Spannen gegen den erhärteten Beton ausgeführt werden.
Durch die Vorspannung erhöht sich außerdem die Beulsicherheit der Schale beträchtlich.
-
Nachdem die erste Teilschale genau um die Höhe der dann herzustellenden,
zweiten Teilschale geliftet worden ist, wird die zweite Weilsehale in einer Schalung
formschlüssig zum unteren Rand der ersten Teilschale betoniert und vorgespannt.
Hierbei verbinden sich erste und zweite Teilschale form- und kraftschlüssig und
wirken bei dem dann folgenden Liftvorgang zusammen. Auch dabei erfolgt die Aufnahme
der Windkräfte durch Abspannungen.
-
Jeder Bauabschnitt, d. h. jede Teilschale, kann erfindungsgemäß wahlweise
auch mit Randgliedern mindestens an einer Seite versehen werden, um die Schalendicke
zu optimieren.
-
Nachdem die letzte Weilschale hergestellt worden ist, wird auch diese
erfindungsgemäß zusammen mit den vorher hergestellten und ausgehobenen Teilschalen
geliftet. Damit hat dann der Kühlturm seine planmäßige Gestalt erhalten.
-
Die vorgenannten Abspannungen bzw. die an ihrer Stelle wirkenden Spannstahlüberstände
werden nunmehr gemäß der Erfindung zwischen ihrer Verankerung im Ringfundament und
dem letzten Bauabschnitt mit Beton endgültig ummantelt. Mit bekannten Maßnahmen
ist es möglich,
den Mantelbeton vorzuspannen, um die Dauerhaftigkeit
der Abspannungen zu sichern.
-
Somit entsteht erfindungsgemäß ein Kühlturm, der die Vorteile der
üblichen Stahlbetonkühltürme mit den Vorteilen der abgespannten Eühltürme verbindet:
Die früher infolge Eigengewicht im unteren Kühlturmdrittel vergrößerte BeLgefahr
ist nicht mehr vorhanden.
-
Der Kühlturm wird praktisch wartungsfrei - auch die beiden oberen
Seilscharen können in bekannter Weise dauerhaft geschützt werden.
-
Das Eigengewicht des Kühlturmes wird punktförmig über dem mittigen
Stahlbetonmast abgetragen, so daß sich bei Setzungserscheinungen und Erdbeben diese
günstige Auflagerung auswirken kann. Eine nachträgliche Korrektur von Schiefstellungen
ist in gewissem Umfang möglich.
-
Der Kühlluftzutritt am Fuß besitzt optimale Größe, da die vorgespannten
Zugelemente bzw. die dauerhaft geschützten Abspannungen nur wenig Raum beanspruchen.
-
Bei dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren entfallen fast alle
Arbeiten in großer Höhe, da die geliftete Kühlturmschale wegen des
ringförmigen
Vorbaues bereits endgültig fertig ist.
-
Die Erfindung ist nachstehend anhand der schematischen Zeichnung beispielsweise
näher erläutert, und zwar zeigen: Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch den Kühlturm
bei erfindungsgemäßem Herstellvorgang nach dem Liften der ersten Deilschale, Fig.
2 einen Horizontalschnitt von Fig. 1 durch den oberen Mastring, Fig. 3 einen Vertikalschnitt
durch den Kühlturm nach dem Liften mehrerer Teilschalenabschnitte einschließlich
der Schalung des folgenden Bauabschnitts, Fig. 4 einen Vertikalschnitt des fertigen
Kühlturmes.
-
Der in Fig. 1 als Vertikalschnitt dargestellte erste Bauabschnitt
des erfindungsgemäßen Kühlturms zeigt den zuerst errichteten Stahlbetonmast 1 mit
seiner Gründung 2 und dem außenliegenden , ringförmig angeordneten oder Ringfundament
3. Am oberen Ende des Stahlbew tonmastes 1 befinden sich die Hubeinrichtung 4, in
der die Hubkabel 5
gehalten und bewegt werden können, welche mit
dem oberen Mastring 6 fest verbunden sind. Die erste Seilschar 7 verbindet den Mastring
6 mit dem oberen Randglied 8 des ersten Teilschalenbauabschnittes 9.1, welcher auch
an seiner unteren Begrenzung ein Randglied Io.1 aufweisen kann. Das obere Randglied
8 ist durch eine zweite Seilschar 11 speichenförmig mit dem unteren Mastring 12
verbunden. Die beiden Nastringe 6 und 12 können während des Bauvorganges am Stahlbetonmast
1 gleiten.
-
Beim erfindungsgemäßen Herstellvorgang wird um den vorhandenen Stahlbetonmast
1 der obere Mastring 6 am Boden hergestellt und durch die Hubkabel 5 mit der Hubeinrichtung
4 verbunden. Durch Betätigen der Hubeinrichtung 4 wird der obere Mastring 6 angehoben,
nachdem an ihm die erste Seilschar 7 befestigt worden ist. Dann erfolgt die Herstellung
des unteren Mastringes 12 und des oberen Randgliedes 8 in gleicher Weise. Randglied
8 und Mastring 12 werden nunmehr durch die zweite Seilschar 11 miteinander verbunden.
-
Das so gebildete Hängewerk, bestehend aus den beiden Mastringen 6
und 12, dem Randglied 8 und den beiden Seilscharen 7 und 11, wird nun mittels der
Hubkabel 5 und der Hubeinrichtung 4 soweit angehoben, daß das Randglied 8 genau
an der oberen Begrenzung einer Schalung 14 für das Bewehren und Betonieren der ersten
Teilschale 9.1 angeordnet ist.
-
Der erste Bauabschnitt besteht sonst aus der Teilschale 9.1, dem bereits
vorhandenen oberen Randglied 8 und dem unteren Randglied wo.1. Mittels bekannter
Verfahren kann die dann formschlüssig zum Randglied 8 betonierte Ringschale 9.1
entweder in direktem Verbund oder durch Spannen gegen den erhärteten Beton mit oder
ohne Verbund in Meridianrichtung teilweise oder voll vorgespannt werden.
-
Beim Liftvorgang des ersten Bauabschnitts (bestehend aus 8, 9.1 und
1pos1) kann dieser durch Abspannungen 18, die am Ringfundament 3 befestigt sind,
gesichert werden.
-
Fig. 2 zeigt einen Horizontalschnitt durch den oberen Mastring 6 der
Fig. 1. Die erste Seilschar 7 und die zweite Seilschar 11 sind mit dem oberen Randglied
8 verbunden. Die Abspannungen 18 und das Ringfundament 3 sind ebenfalls sichtbar.
-
In Fig. 3 ist wiederum ein Vertikalschnitt des erfindungsgemäßen Kühlturms
dargestellt, jedoch sind bereits mehrere (beispielsweise fünf) Bauabschnitte fertiggestellt
und geliftet worden. In diesem Zustand wird unter das zuletzt hergestellte Randglied
1o.5 die Schaltung 14 für den folgenden Bauabschnitt aufgestellt und dieser, wie
oben beschrieben, formschlüssig anbetoniert. Die Abspannungen 18 stellen dabei sicher,
daß zwischen der Schalung 14 und dem Randglied 1o.5 keine unzulässigen Bewegungen
auftreten können.
Nachdem nun der Teilschalenbauabschnitt betoniert
und vorgespannt ist, besitzt er eine form- und kraftschlüssige Verbindung mit dem
vorhergehenden Bauabschnitt dank der Vorspannung. Die in Fig. 3 beispielsweise dargestellten
Randglieder 1o.1 und 1o.5 (und dazwischen liegende) können in einer anderen Ausführungsart
natürlich auch nach der Kühlturmaußenseite hin orientiert sein. Ferner ist es möglich,
an der Kühlturmaußenseite Meridianrippen zur Erhöhung der Oberflächenrauhigkeit
gleichzeitig mit der Schale zu betonieren.
-
Diese Windrippen können darüber hinaus zur Unterbringung der Meridianspannglieder
verwendet werden.
-
In Fig. 4 wird ein Vertikalschnitt des fertigen Kühlturms gezeigt.
-
Die Hubeinrichtung 4 und die zugehörigen Hubgabel 5 wurden abgebaut,
nachdem der Mastring 6 an der Spitze des Stahlbetonmastes 1 verankert worden war.
Der Mastring 12 kann ebenfalls mit dem Mast 1 fest verbunden werden. Damit ist der
endgültige Zustand erreicht.
-
Die beiden Seilscharen 7 und 11 sind korrosionssicher ausgebildet
und nattrlich auch später noch zu Inspektionen zugänglich.
-
Die Teilschale 9.8 des letzten Bauabschnitts kann nach Bedarf -ebenso
wie das zugehörige Randglied 1o.8 - in verstärkter Ausführung hergestellt werden.
Die Abspannungen 18 befinden sich nunmehr ebenfalls in ihrer endgültigen Lage, können
beispielsweise mit Beton ummantelt werden und nach den allgemein bekannten Grundsätzen
der
Spannbetonbauweise durch eine dauerhafte Aufrechterhaltung der Vorspannung ihres
Mantelbetons 17 die erforderliche Dauerhaftigkeit erhalten. Ihre endgültige Verankerung
erfolgt im Ringfundament 3.
-
In Bergsenkungsgebieten können die eventuellen Bewegungen der Fundamente
2 und ) meßtechnisch verfolgt und die Vorspannungen der Abspannungen 18 auch nachträglich
den geänderten Verhältnissen angepaßt werden, um die Setzungsdifferenzen auszugleichen
bzw. die Schiefstellung des Kühlturms zu berichtigen.
-
Je nach Erfordernis ist es erfindungsgemäß natürlich auch möglich,
die Abspannungen 18 ohne Betonrlmmantelung in bekannter Weise korrosionssicher auszubilden.
Damit ist ein besonderer Vorteil dann verbunden, wenn große Geräteteile in das Kühlturminnere
transportiert werden müssen, da es möglich ist, große Montageöffnungen durch vorübergehenden
Abbau der betreffenden Abspannungen 18 zu schaffen.
-
Die dargestellte Erfindung ermöglicht die Herstellung dauerhafter
Kühltürme in rotationssymmetrischer orm fast beliebiger Gestaltung in Stahlbetonschalenbauweise
unter Anwendung der Prinzipien der teilweisen Vorspannung. Besonders vorteilhaft
ist es, daß alle Schalungs-, Bewehrungs-, Betonier- und Vorspannarbeiten in geringer
Höhe stattfinden können und der Vorgang des Liftens durch die Hubeinrichtung 4 fast
vollautomatisch erfolgen kann.
-
Baukräne, die in großer Höhe arbeiten, sind bei den erfindungsgemäßen
Herstellverfahren nicht nötig. Das Innere des Stahlbetonmastes 1 kann in beliebiger
Weise genutzt werden,und an seinem oberen xnde lassen sich beispielsweise auch fernmeldetechnische
Auf- und Einbauten anbringen.
-
Das erfindungsgemäße Herstellverfahren erlaubt auch den unkomplizierten
.insatz von Winterbau-Schutzmaßnahmen, da an dem jeweilig vorhandenen Bauabschnitt
ohne weiteres ein Schutzzelt befestigt werden kann, was bei Stahlbetoncüiiltürmen
konventioneller Bauart nicht möglich ist. Zur Beschleunigung des Schalungsvorganges
ist es auch möglich, vorgefertigte Teilschalenabschnitte zu montieren, die untereinander
durch Ortbetonfugen verbunden werden. Der erfindungsgemäße Kühlturm ist nicht nur
in der gezeigten hyperbolischen Form, sondern praktisch auch in jeglicher anderen
rotationssymmetrischen Gestaltung herstellbar. So ist es möglich, die Teilschalen
9.1 bis 9.8 zylindrisch und mit gleichen Abmessungen nacheinander herzustellen,
so daß man zuletzt eine insgesamt ebenfalls zylindrische Kühlturmschale erhält.
Andererseits schaft die Erfindung insbesondere die Möglichkeit, die Kühlturmschale
beispielsweise im Querschnitt ellipsenförmig - gegebenenfalls auch mit Taillierung
-auszubilden, wobei es sich dann anbietet, in dem Bereich der Brennpunkte der ellipse
jeweils einen Mast 1 anzuordnen und die ellipsenförmigen Teilschalen dann jeweils
an beiden Masten anzuordnen und
über die daran jeweils angeordneten
Hubeinrichtungen 4 und Hubkabel 5 anzuheben.
-
Auch ist es möglich, zur Seilschar 11 analog Seilscharen bei den Randgliedern
1o.i bis 1o.5 der anderen Teilschalenbauabschnitte 9.2 bis 9.5 mit dem Mastring
12 entsprechenden Mastringen vorzunehmen.
-
Dies kann zur Übertragung der Windkräfte auf den Mast Vorteile bringen.