斜交網格車輻式張拉結構冷卻塔的制作方法
【專利摘要】斜交網格車輻式張拉結構冷卻塔，它涉及一種張拉結構冷卻塔。本發明解決了現有的斜交網格結構型式的冷卻塔存在水平環向剛度和穩定性差的問題。斜交網格結構的豎向和側向采用斜交網格型式，斜交網格結構由雙向交叉的斜柱筒體構成；每個車輻式張拉結構包括外環梁、內連接環和若干第一拉索，外環梁和內連接環為同心圓環，拉索的一端與外環梁連接，拉索的另一端均與內連接環連接，拉索向心設置或非向心設置，拉索非向心設置時首尾依次連接，拉索均布設置在外環梁和內連接環之間，每層車輻式張拉結構構成車輻形狀，每層若干拉索設置有預應力，多個車輻式張拉結構沿著冷卻塔的高度方向依次設置在冷卻塔上。本發明用于火電廠和核電廠冷卻塔。
【專利說明】
斜交網格車輻式張拉結構冷卻塔
技術領域
[0001]本發明屬于電廠冷卻塔設計技術領域，具體涉及一種張拉結構冷卻塔。
【背景技術】
[0002]發電廠中的冷卻塔一般采用鋼筋混凝土結構，該結構型式已經過多年的研究與實踐，并在大量工程中得到應用，目前已可以設計施工直徑超過150m，高度達200m左右的超大混凝土冷卻塔;混凝土冷卻塔施工費用較高，周期較長，鋼結構冷卻塔具有施工周期短的優勢，為加快建設周期，隨著鋼結構技術的發展，鋼結構冷卻塔這一新型結構型式也將成為業主的一個選擇，但鋼結構冷卻塔剛度和穩定性不如混凝土冷卻塔，且造價較高，只有進一步降低鋼結構冷卻塔的造價，鋼結構冷卻塔才能在市場上占有一定份額。
[0003]在發電廠冷卻塔中采用車輻式張拉結構冷卻塔，可以減少鋼結構冷卻塔的用鋼量，從而降低鋼結構冷卻塔的造價。車輻式張拉結構的特點是:用材料量少但剛度大、穩定性高，將車輻式張拉結構應用到冷卻塔中，由于車輻式張拉結構在冷卻塔中為水平放置，冷卻塔水平面內的剛度和穩定性得到了提高，即車輻式張拉結構僅僅提高了冷卻塔的水平環向剛度和穩定性，冷卻塔是空間結構，如何進一步提高冷卻塔的豎向和側向剛度，是車輻式張拉結構冷卻塔需要解決的問題。
[0004]斜交網格結構是迄今為止豎向和側向剛度和穩定性最好的結構型式。斜交網格結構發明人為“弗拉基米爾.格里戈里耶維奇.舒霍夫(1853-1939)，他被公認為“俄羅斯帝國的第一工程師”，時至今日依然有很多屹立在俄羅斯大地上的獨具匠心的“舒霍夫”雙曲殼塔，這些塔采用的結構就是斜交網格結構。國際上最杰出的建筑大師之一、“高技派”代表人物，1999年普利茲克建筑獎(此獎被公認為建筑界的諾貝爾獎)獲得者，諾曼.福斯特爵士(1935年-)認為:舒霍夫是我的導師，舒霍夫老師設計的“舒霍夫”雙曲殼塔為“天才的作品”，他的設計的許多靈感來自舒霍夫老師。2014年普利茲克建筑獎得主日本建筑師坂茂設計的世界上最高的紙塔，也是采用的斜交網格結構型式。
[0005]綜上，現有的斜交網格結構型式的冷卻塔的豎向和側向剛度好，但斜交網格結構型式的冷卻塔存在水平環向剛度和穩定性差的問題。
【發明內容】
[0006]本發明為解決現有的斜交網格結構型式的冷卻塔存在水平環向剛度和穩定性差的問題，進而提供一種斜交網格車輻式張拉結構冷卻塔。
[0007]本發明為解決上述技術問題采取的技術方案是:
[0008]本發明的斜交網格車輻式張拉結構冷卻塔包括斜交網格結構I和多個車輻式張拉結構2，所述斜交網格車輻式張拉結構冷卻塔的外表面上設置有蒙皮，斜交網格結構I的豎向和側向采用斜交網格型式，斜交網格結構I由雙向交叉的斜柱筒體構成；
[0009]每個車輻式張拉結構2包括外環梁2-1、內連接環2-2和若干拉索2-3，外環梁2-1和內連接環2-2為同心圓環，拉索2-3的一端與外環梁2-1連接，拉索2-3的另一端均與內連接環2-2連接，拉索2-3向心設置或非向心設置，拉索2-3非向心設置時首尾依次連接，拉索2-3均布設置在外環梁2-1和內連接環2-2之間，每層車輻式張拉結構2構成車輻形狀，每層若干拉索2-3設置有預應力，多個車輻式張拉結構2沿著冷卻塔I的高度方向依次設置在冷卻塔I上。
[0010]所述鋼結構冷卻塔還包括中心豎向桿3，各層的車輻式環梁2中心通過中心豎向桿3連接；
[0011]所述鋼結構冷卻塔的蒙皮采用金屬合金板、復合材料或膜結構材料，金屬合金板為鋁鎂錳合金板、鈦鋅板、鋁板、壓型彩鋼板；
[0012]復合材料是玻璃鋼材料，膜結構材料是以纖維為基層涂覆聚合樹脂的紡織布。
[0013]本發明具有以下有益效果:
[0014]本發明采用斜交網格結構和車輻式張拉結構組成斜交網格車輻式張拉結構空間受力體系，使用金屬合金板、非金屬復合板或膜結構作為冷卻塔的蒙皮，所述冷卻塔通過豎向的斜交網格結構與水平向的車輻式張拉結構組成冷卻塔的受力體系，與現有的國內外冷卻塔相比，斜交網格結構采用交叉斜柱取代普通梁柱結構圍繞冷卻塔外表面，形成筒體，其受力形式以軸力為主，既能承受豎向荷載又能承受水平荷載，具有較高側向剛度和豎向剛度，本發明的冷卻塔受力特點有本質的不同，本發明通過斜交網格結構與車輻式張拉結構組成空間網格結構，冷卻塔水平方向采用具有較高的剛度和穩定性車輻式張拉結構，豎向采用既能承受豎向荷載又能承受水平荷載且以軸力為主的斜交網格結構，組成了具有較高剛度和穩定性的空間網格結構冷卻塔;進一步提高了車輻式張拉結構冷卻塔的剛度和穩定性，冷卻塔的剛度和穩定性提高了40%以上，從而更進一步降低了冷卻塔的造價；
[0015]本發明可以應用在電廠中，采用本發明的車輻式鋼網格結構冷卻塔，具有自重輕、施工速度快、地基基礎處理簡單、綜合造價低、抗震抗風性能好的優點。
【附圖說明】
[0016]圖1是本發明的斜交網格車輻式張拉結構冷卻塔的主視圖；
[0017]圖2是本發明的斜交網格車輻式張拉結構冷卻塔的立面圖；
[0018]圖3是本發明【具體實施方式】二中內環2-2的主視放大圖；
[0019]圖4是本發明【具體實施方式】一中車輻式環梁2的主視圖(內環2-2最小柔性直徑狀態)；圖5是本發明【具體實施方式】一中車輻式環梁2的主視圖(內環2-2最大柔性直徑狀態)；
[0020]圖6是本發明【具體實施方式】五中每層車輻式環梁2設置水平拉索的車輻式冷卻塔主剖視圖；
[0021]圖7是本發明【具體實施方式】五中隔層車輻式環梁2設置水平拉索的車輻式冷卻塔主剖視圖；
[0022]圖8是本發明【具體實施方式】五中底層車輻式環梁2未設置水平拉索的車輻式冷卻塔主剖視圖；
[0023]圖9是本發明【具體實施方式】六中每層車輻式環梁2交叉傾斜設置拉索的車輻式冷卻塔主剖視圖；
[0024]圖10是本發明【具體實施方式】六中隔層車輻式環梁2交叉傾斜設置拉索的車輻式冷卻塔主剖視圖；
[0025]圖11是本發明【具體實施方式】六中底層車輻式環梁2未設置傾斜拉索的車輻式冷卻塔主剖視圖；
[0026]圖12是本發明【具體實施方式】六中每層車輻式環梁2設置水平和傾斜拉索的車輻式冷卻塔主剖視圖；
[0027]圖13是是本發明【具體實施方式】六中每層車輻式環梁2設置傾斜拉索、隔層設置水平車輻式冷卻塔主剖視圖；
[0028]圖14是本發明【具體實施方式】六中底層車輻式環梁2未設置水平和傾斜拉索的車輻式冷卻塔主剖視圖；
[0029]圖15是本發明【具體實施方式】七中帶有中心豎向桿3的車輻式冷卻塔主剖視圖(中心豎向桿3未落地)；
[0030]圖16是本發明【具體實施方式】七中帶有中心豎向桿3的車輻式冷卻塔主剖視圖(中心豎向桿3落地)；
[0031]圖17是本發明【具體實施方式】八中局部不帶索帶有四角形加強雙層環梁的車輻式冷卻塔主剖視圖；
[0032]圖18是本發明【具體實施方式】八中局部不帶索帶有四角形加強雙層環梁的車輻式冷卻塔主剖視圖；
[0033]圖19是本發明【具體實施方式】八中局部不帶索帶有三角形加強雙層環梁的車輻式冷卻塔主剖視圖(三角形加強雙層環梁上設置有車輻式環梁2);
[0034]圖20是本發明【具體實施方式】八中局部不帶索帶有四角形加強雙層環梁的車輻式冷卻塔主剖視圖(四角形加強雙層環梁上設置有車輻式環梁2);
[0035]圖21是本發明【具體實施方式】一中車輻式張拉結構冷卻塔中拉索2-3的連接外環梁2-1和連接內環梁2-3的結構圖(拉索2-3非向心設置)；
[0036]圖22是本發明【具體實施方式】一中車輻式張拉結構冷卻塔中拉索2-3的連接外環梁2-1和連接內環梁2-3的結構圖(拉索2-3向心設置與非向心設置結合)。
【具體實施方式】
[0037]【具體實施方式】一:如圖1?22所示，本實施方式的斜交網格車輻式張拉結構冷卻塔包括斜交網格結構I和多個車輻式張拉結構2，所述斜交網格車輻式張拉結構冷卻塔的外表面上設置有蒙皮，斜交網格結構I的豎向和側向采用斜交網格型式，斜交網格結構I由雙向交叉的斜柱筒體構成；
[0038]每個車輻式張拉結構2包括外環梁2-1、內連接環2-2和若干拉索2-3，外環梁2-1和內連接環2-2為同心圓環，拉索2-3的一端與外環梁2-1連接，拉索2-3的另一端均與內連接環2-2連接，拉索2-3向心設置或非向心設置，拉索2-3非向心設置時首尾依次連接，拉索2-3均布設置在外環梁2-1和內連接環2-2之間，每層車輻式張拉結構2構成車輻形狀，每層若干拉索2-3設置有預應力，多個車輻式張拉結構2沿著冷卻塔I的高度方向依次設置在冷卻塔I上。
[0039]所述車輻式張拉結構冷卻塔的內連接環2-2可以是帶有固定索用錨具的剛性結構體，也可以是帶有固定索夾具的柔性環索，柔性環索的直徑可以是如圖4構造容許的最小直徑，也可以大到如圖5所示的接近環梁直徑。
[0040]所述車輻式張拉結構冷卻塔的拉索2-3可以如圖6所示每層設置，也可以如圖7所示隔層設置，還可以根據具體部分設置或部分不設置，例如如圖7和圖8所示底層環梁層為避免與設備干涉，可以不設置拉索2-3。
[0041]如圖9所示，拉索2-3中心位于每層環梁之間，或如圖10所示隔層斜向設置，也可以部分設置或部分不設置斜向索，例如如圖11所示地面以上首層環梁層(不含地面環梁層)，為避免與設備干涉，可以不設置拉索2-3。
[0042]所述車輻式張拉結構冷卻塔拉索2-3可以采用水平索和斜向索的組合型式，如圖13所示，也可以如圖14所示部分設置或部分不設置上述組合式的斜向索，或為避免與設備干涉，如圖14所示可以不設置部分上述組合拉索2-3。
[0043]所述車輻式張拉結構冷卻塔的車輻式環梁2，可以是車輻式拉索環梁和雙層剛性環梁的組合，例如圖17所示三角形或圖18所示四邊形雙層剛性環梁與車輻式拉索2-3的組合，或如圖19所示三角形或圖20所示四邊形雙層剛性帶拉索環梁與單層車輻式拉索2-3環梁的組合。
[0044]所述的斜交網格車輻式張拉結構冷卻塔與傳統混凝土冷卻塔相比，可大幅度減輕結構自重，可節約地基處理及基礎造價，從而使整體造價更低，且比混凝土冷卻塔施工速度快，與現有鋼結構冷卻塔相比，可大幅降低鋼結構冷卻塔的造價。
[0045]所述張拉結構間接冷卻塔在設計時，根據所受風荷載大小、地震設防烈度、塔型及高度等因素，采用有限元分析軟件進行結構在靜、動力荷載作用下的屈曲分析、時程分析等，由內力進行截面設計。
[0046]【具體實施方式】二:如圖3所示，本實施方式內連接環2-2為固定索用錨具的剛性結構體，拉索2-3的一端與外環梁2-1鉸接，所述拉索2-3的另一端與內連接環2-2鉸接。如此設計，本發明通過相對環梁和支撐較纖細的預應力鋼索拉結環梁，大大提高了張拉結構冷卻塔的剛度和穩定性，同時結構用鋼量減少35%左右。其它組成及連接關系與【具體實施方式】一相同。
[0047]【具體實施方式】三:如圖4和圖5所示，本實施方式內連接環2-2為帶有固定索夾具的柔性環索。如此設置，結構用鋼量減少30-45%。其它組成及連接關系與【具體實施方式】一相同。
[0048]【具體實施方式】四:如圖6和圖7所示，本實施方式冷卻塔主體I每層均水平設置有車輻式環梁2或間隔設置有車輻式環梁2。如此設置，結構用鋼量減少30-45%左右。其它組成及連接關系與【具體實施方式】一、二或三相同。
[0049]【具體實施方式】五:如圖9所示，本實施方式所述張拉結構冷卻塔主體I每層均交叉傾斜設置有車輻式環梁2。如此設計，結構用鋼量減少45%左右。其它組成及連接關系與【具體實施方式】四相同。
[0050]【具體實施方式】六:如圖15和圖16所示，本實施方式所述張拉結構冷卻塔還包括中心豎向桿3，各層的車輻式環梁2中心通過中心豎向桿3連接。如此設計，結構用鋼量減少50 %左右。其它組成及連接關系與【具體實施方式】一、二、三或五相同。
[0051]所述車輻式張拉結構冷卻塔拉索2-3的中心交匯點可以不設置中心豎向桿3，也可以如圖14所示設置中心豎向桿3，將每一層中心點連接在一起，或如圖16所示，中心豎向桿3落地，以加強索的平面外剛度，中心豎向桿3也可以設置為空心桿，此空心桿作為“空冷塔、煙囪、脫硫吸收塔合并在一起”的三塔合一塔的煙筒。
[0052]【具體實施方式】七:如圖1?22所示，本實施方式所述張拉結構冷卻塔的外環梁2-1和中心豎向桿3為鋼管或鋼管混凝土桿件。如此設計，結構用鋼量減少45%左右。其它組成及連接關系與【具體實施方式】六相同。
[0053]【具體實施方式】八:如圖1和圖2所示，本實施方式所述張拉結構冷卻塔的蒙皮采用金屬合金板、復合材料或膜結構材料，金屬合金板為鋁鎂錳合金板、鈦鋅板、鋁板、壓型彩鋼板。如此設計，以形成冷卻塔的蒙皮結構。其它組成及連接關系與【具體實施方式】一、二、三、五或七相同。
[0054]【具體實施方式】九:如圖1和圖2所示，本實施方式復合材料是玻璃鋼材料，膜結構材料是以纖維為基層涂覆聚合樹脂的紡織布。如此設計，以形成冷卻塔的蒙皮結構。其它組成及連接關系與【具體實施方式】八相同。
[0055]以上內容是對本發明所作的說明，不能認定本發明的實施僅限于此，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干簡單的推演或替換，都應當視為屬于本發明由所提交的權利要求書確定專利保護范圍。
【主權項】
1.一種斜交網格車輻式張拉結構冷卻塔，其特征在于:所述斜交網格車輻式張拉結構冷卻塔包括斜交網格結構(I)和多個車輻式張拉結構(2)，所述斜交網格車輻式張拉結構冷卻塔的外表面上設置有蒙皮，斜交網格結構(I)的豎向和側向采用斜交網格型式，斜交網格結構(I)由雙向交叉的斜柱筒體構成； 每個車輻式張拉結構(2)包括外環梁(2-1)、內連接環(2-2)和若干拉索(2-3)，外環梁(2-1)和內連接環(2-2)為同心圓環，拉索(2-3)的一端與外環梁(2-1)連接，拉索(2-3)的另一端均與內連接環(2-2)連接，拉索(2-3)向心設置或非向心設置，拉索(2-3)非向心設置時首尾依次連接，拉索(2-3)均布設置在外環梁(2-1)和內連接環(2-2)之間，每層車輻式張拉結構(2)構成車輻形狀，每層若干拉索(2-3)設置有預應力，多個車輻式張拉結構(2)沿著冷卻塔(I)的高度方向依次設置在冷卻塔(I)上。2.根據權利要求1所述的斜交網格車輻式張拉結構冷卻塔，其特征在于:內連接環(2-2)為固定索用錨具的剛性結構體，拉索(2-3)的一端與外環梁(2-1)鉸接，所述拉索(2-3)的另一端與內連接環(2-2)鉸接。3.根據權利要求1所述的斜交網格車輻式張拉結構冷卻塔，其特征在于:內連接環(2-2)為帶有固定索夾具的柔性環索。4.根據權利要求1、2、3所述的斜交網格車輻式張拉結構冷卻塔，其特征在于:冷卻塔主體(I)每層均水平設置有車輻式環梁(2)或間隔設置有車輻式環梁(2)。5.根據權利要求4所述的斜交網格車輻式張拉結構冷卻塔，其特征在于:所述張拉結構冷卻塔主體(I)每層均交叉傾斜設置有車輻式環梁(2)，即拉索(2-3)與內連接環(2-2)相連的線不在同一水平線內，不同層的外環梁(2-1)與不同層內連接環(2-2)通過同一拉索(2-3)連接。6.根據權利要求1、2、3或5所述的斜交網格車輻式張拉結構冷卻塔，其特征在于:所述張拉結構冷卻塔還包括中心豎向桿(3)，各層的車輻式環梁(2)中心通過中心豎向桿(3)連接。7.根據權利要求6所述的斜交網格車輻式張拉結構冷卻塔，其特征在于:所述張拉結構冷卻塔的外環梁(2-1)和中心豎向桿(3)為鋼管或鋼管混凝土桿件。8.根據權利要求1、2、3、5或7所述的斜交網格車輻式張拉結構冷卻塔，其特征在于:所述張拉結構冷卻塔的蒙皮采用金屬合金板、復合材料或膜結構材料，金屬合金板為鋁鎂錳合金板、鈦鋅板、鋁板、壓型彩鋼板。9.根據權利要求8所述的斜交網格車輻式張拉結構冷卻塔，其特征在于:復合材料是玻璃鋼材料，膜結構材料是以纖維為基層涂覆聚合樹脂的紡織布。
【文檔編號】E04H5/12GK106088707SQ201610480044
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月27日
【發明人】陳月明
【申請人】哈爾濱工業大學空間鋼結構幕墻有限公司