[发明专利]一种棋盘式四角锥网格钢结构冷却塔

说明书

技术领域

本发明属于结构工程技术领域，具体地说是一种棋盘式四角锥网格钢结构冷却塔。

背景技术

冷却塔是利用水和空气的接触，通过蒸发作用来散去工业上或制冷空调中产生的废热的一种设备。目前我国的冷却塔主要采用钢筋混凝土结构。混凝土结构防腐蚀性能较好，使用寿命高，但是也存在笨重粗大、冷却效率低、稳定性较差、施工支模困难等劣势。

钢结构冷却塔相比混凝土冷却塔，具有施工简单、建设周期短、结构轻巧和抗震性能好等优点。随着钢结构在建筑领域的飞速发展，钢结构冷却塔具有广阔的应用前景。

钢结构冷却塔属于空间网格结构，形式灵活多样。采用不同的结构形式会直接影响结构的受力性能、节点设计和整体用钢量，带来不同的效益。当冷却塔高度较高时，结构对风荷载极其敏感，杆件受力较大，节点设计十分困难。因此，需要开发一种合理的钢结构冷却塔结构形式，能够改善结构受力情况，减轻结构用钢量，减少节点数量从而减小节点处理难度，使得钢结构冷却塔效益最高。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种改善结构受力情况、提高整体效益的棋盘式四角锥网格钢结构冷却塔。

本发明一种棋盘式四角锥网格钢结构冷却塔，塔体为双层空间网格结构，由外层弦杆1、内层弦杆2和腹杆3拼接组成，外层弦杆1为矩形网格，内层弦杆2为菱形网格，内层弦杆2的节点均落在外层矩形网格的平面法线上，内层弦杆2的一个节点通过腹杆3与对应的外层弦杆1组成的矩形网格的每四个节点相连，形成一个四角锥单元。

所述四角锥单元为在正交正放四角锥网格的基础上采用棋盘式抽空，具体为将四角锥间隔抽空，一个矩形格子为四角锥单元，上下左右与其相邻的其他四个矩形格子均抽锥，内层弦杆2呈斜交斜放，外层弦杆1呈正交正放。

所述外层弦杆1的节点上连接有6根杆件，内层弦杆2的节点上连接有8根杆件。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：双层网格结构采用角锥体系，相比于传统的其他空间结构体系，可以大幅减少节点数量，改善杆件之间的夹角，节点设计容易达到要求，减少了内层弦杆和腹杆的数量，在不影响结构承载性能的前提下，可以降低大型钢结构冷却塔的整体用钢量和节点处理难度，整体提高冷却塔的效益。

附图说明

图1为本发明的整体结构图。

图2为本发明的俯视图。

图3为外层弦杆的结构示意图。

图4为内层弦杆的结构示意图。

图5为腹杆的结构示意图。

图6a为基本单元的结构示意图；

图6b为基本单元实体结构示意图。

图7为外层弦杆节点的示意图。

图8为内层弦杆节点的示意图。

图中，1为外层弦杆，2为内层弦杆，3为腹杆。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图对本发明作进一步说明。

本发明一种棋盘式四角锥网格钢结构冷却塔，塔体为双层空间网格结构，空间网格采用正交正放四角锥体系，在此基础上对四角锥网格采用棋盘式抽空，在保证结构的安全性和稳定性的前提下，对结构进行优化，改善结构的受力性能，减轻节点设计的难度。

上述的冷却塔可通过旋转曲面方式生成，曲面由控制冷却塔造型的曲线旋转而成。形成自由曲面后，对曲面进行网格划分，外层网格为正交正放网格。如图1-图8所示，若要建立如图1所示的钢结构冷却塔结构，需要获取塔筒母线方程，再利用一些现有设计软件进行建模和划分网格。建好的模型的外层弦杆如图3所示，内层弦杆如图4所示，腹杆层如图5所示。内层节点（即锥顶点）在一般情况下在外层矩形网格的法向上。

上述的棋盘式四角锥网格采用的是四角锥体系。四角锥体系相比与交叉桁架体系，具有传力明确、空间性能好、杆件之间夹角良好等优势。在进行焊接相贯节点设计时，交叉桁架体系由于杆件空间夹角不好，腹杆与腹杆相交位置会有大量的隐蔽焊缝，对节点设计很不利的，而四角锥体系腹杆一般不会相交，即使腹杆与腹杆相交也可通过适当调整结构的厚度和杆件截面使其不相交或相交很少，减少隐蔽焊缝对节点的影响。

上述的棋盘式抽锥形式是将四角锥间隔抽空，内层弦杆呈斜交斜放，外层弦杆呈正交正放。由于大型钢结构冷却塔的节点设计困难，采用抽锥形式可以减少节点的数目，从而降低节点设计的费用。而且抽锥后，结构的杆件也有所减少（内弦层节点和杆件减少一半，腹杆亦大幅度减少），在保证结构安全性前提下，改变结构的传力方式，对结构进行优化，降低结构的整体用钢量。

上述的钢结构冷却塔由外层弦杆、内层弦杆和腹杆拼接组成，外层弦杆为矩形网格，内层弦杆为菱形网格，外层的矩形网格上的四个节点与内层一个节点相连，形成一个四角锥体系。外层节点上连接着6根杆件，内层节点上连接着8根杆件。节点上交汇的杆件数量相对较少。