带有膜结构的钢结构冷却塔

技术领域

本发明涉及工业建筑物技术领域，具体涉及一种带有膜结构的钢结构冷却塔。

背景技术

冷却塔是发电厂的主要建筑之一，冷却塔的主要作用是冷却生产用的循环水，是发电厂顺利发电的最终闭合环节。目前发电厂的冷却塔包括混凝土结构冷却塔和钢结构冷却塔。与混凝土结构的冷却塔相比，钢结构冷却塔具有自重轻、施工不受冬季影响以及可回收性好等优点，在现代发电厂工程中得到了越来越多的应用。钢结构冷却塔至少包括冷却塔主体和围护结构两个部分。

公告号为CN214659171U的中国专利公开了一种钢结构冷却塔的围护结构，为了将金属面板安装在骨架结构上形成围护结构，需要在冷却塔主体结构上安装檩条结构，将金属面板通过自攻螺钉等连接件固定在檩条结构上从而实现围护结构的安装。

针对上述相关技术，发明人认为，钢结构冷却塔采用上述结构在施工阶段需要操作的构件数量多，导致施工工作量大、施工周期长。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种带有膜结构的钢结构冷却塔，以解决通过檩条安装围护结构的方式所需构件数量多导致施工工作量大、施工周期长的问题。

本发明提供了一种带有膜结构的钢结构冷却塔，包括：主结构，所述主结构包括若干菱形结构单元，相邻的所述菱形结构单元于顶点处相互拼接，若干个所述菱形结构单元按照空间曲面结构拼装形成所述主结构；膜结构，所述膜结构包括若干个柔性膜单元，各个所述柔性膜单元分别安装在相应的所述菱形结构单元上；索结构，所述索结构包括若干个拉索单元，所述拉索单元安装在所述菱形结构单元上并且为所述柔性膜单元提供支撑。

有益效果：主结构采用菱形结构单元构成空间曲面结构，结构为几何不变体系，稳定可靠，膜结构采用若干柔性膜单元，柔性膜单元与主结构贴合度好，并且与主结构安装时无需安装檩条的辅助，同时，通过索结构对柔性膜单元进行支撑，大幅度提升了膜结构对风吸力和风压力的承受能力，钢结构冷却塔整体结构稳定，构件整体数量少，因此施工工作量小，大幅度缩短了工程工期。

在一种可选的实施方式中，还包括若干个连接节点，所述连接节点用于拼接相邻的所述菱形结构单元和用于拼接相邻的所述拉索单元。

有益效果：一方面由于通过统一构件完成相邻的菱形结构单元之间的连接和相邻的拉索单元之间的连接，因此减少了所需构件的总数，降低施工量；另一方面，使拉索单元对菱形结构单元传递的力与菱形结构单元之间传递的力均汇集至连接节点处，使结构整体的受力关系明确、简洁，便于施工前的设计和计算，并且便于检修。

在一种可选的实施方式中，所述菱形结构单元包括两根相互平行的第一结构杆和两根相互平行的第二结构杆，两根所述第一结构杆和两根所述第二结构杆共同围绕形成菱形框架，相邻的所述第一结构杆和所述第二结构杆的端部通过所述连接节点拼接。

有益效果：由于菱形结构单元由第一结构杆和第二结构杆构成，单个结构件的形状为杆件，相比于一体成型的菱形框架，杆件在进行堆放和码垛时空间利用率高，因此便于运送，并且单个结构件的重量轻，便于在施工过程中进行吊装等操作。

在一种可选的实施方式中，所述拉索单元呈十字形，所述拉索单元的十字形交叉线与所述菱形结构单元的对角线重合，所述拉索单元的四个端部分别与相应的所述连接节点连接。

有益效果：呈十字形的拉索单元结构简洁，并且十字形拉索形成马鞍面并且十字形交叉线与菱形结构单元对角线重合，一方面，对安装在菱形结构单元上的柔性膜单元进行均匀、有效的支撑；另一方面，十字形拉索单元的端点与菱形结构单元相应的顶点连接有效提升菱形结构单元的结构稳定性，从而提升主结构整体的承载能力。

在一种可选的实施方式中，所述拉索单元包括第一拉索和第二拉索，所述第一拉索和所述第二拉索呈十字形交叉设置。

有益效果：拉索单元由第一拉索和第二拉索交叉设置形成十字形，降低了对十字拉索构件的加工难度，并且使构件更容易运输和安装。

在一种可选的实施方式中，所述连接节点包括节点主体和连接盘，所述连接盘与所述节点主体相连，所述连接盘环绕在所述节点主体的周向，所述第一结构杆和所述第二结构杆的端部分别与相应的所述节点主体连接，所述拉索单元的端部分别与相应的所述连接盘连接。

有益效果：第一结构杆和第二结构杆的端部分别与节点主体相连接，便于力在刚性部件之间的稳定传递，而拉索单元端部与连接盘连接，使相邻的拉索单元端部与连接节点的连接位置沿连接节点周向分布，为安装工作留出充足的操作空间。

在一种可选的实施方式中，所述第一结构杆和所述第二结构杆与所述节点主体相连的位置均开设有让位槽，在所述第一结构杆或所述第二结构杆与所述节点主体连接的情况下，所述连接盘插入相应的所述让位槽内。

有益效果：通过设置让位槽，使第一结构杆、第二结构杆和拉索单元与连接节点的连接处均位于同一平面内，从而使各个部件传递的力和力矩处于同一平面内，进而减少主结构和索结构在传递力时使连接节点处产生力矩，造成连接节点受力情况复杂难以计算和维护的情况。

在一种可选的实施方式中，所述节点主体为管件，所述节点主体内固设有圆盘加劲肋，所述圆盘加劲肋与所述节点主体内部管壁相适配，所述圆盘加劲肋与所述连接盘在同一平面内。

有益效果：通过设置圆盘加劲肋提升了节点主体的强度，同时由于圆盘加劲肋与连接盘在同一平面内，精准的对节点主体受力平面处进行加强，既能满足强度需求，又节约了材料。

在一种可选的实施方式中，所述节点主体的两端均设有封板，所述封板封闭所述节点主体的管口。

有益效果：通过封板的设置，一方面封板相当于加劲肋对节点主体的强度进行了提升，另一方面封板防止了节点主体管内部积累污垢或是水分等，导致结构长期使用时结构负担的增加。

在一种可选的实施方式中，所述柔性膜单元通过螺栓张拉在所述菱形结构单元上。

有益效果：柔性膜单元通过螺栓直接张拉在菱形结构单元上而无需自攻螺钉，螺栓与菱形结构单元通过提前设置好的螺栓孔配合，一方面结构更加牢固可靠，另一方面避免了自攻螺钉破坏构件上保护层导致连接处容易被腐蚀产生安全隐患的情况。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的一种带有膜结构的钢结构冷却塔中，主结构与索结构组合状态的结构简图；

图2为本发明实施例的膜结构安装到主结构上状态的结构简图；

图3为本发明实施例的索结构的结构简图；

图4为本发明实施例的菱形结构单元、拉索单元及连接节点拼装的结构示意图；

图5为本发明实施例的连接节点的结构示意图；

图6为本发明实施例的节点主体的结构示意图。

附图标记说明：

100、主结构；101、菱形结构单元；1011、第一结构杆；1012、第二结构杆；200、膜结构；201、柔性膜单元；300、索结构；301、拉索单元；3011、第一拉索；3012、第二拉索；400、连接节点；401、节点主体；4011、圆盘加劲肋；4012、封板；402、连接盘。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

相关技术中，钢结构冷却塔一般采用金属面板安装在骨架结构上形成围护结构，由于骨架结构整体属于空间曲面结构，由于金属面板难以直接贴合在骨架结构的表面等原因，需要在骨架结构表面安装檩条结构，从而将金属面板安装到骨架结构上。檩条结构通过螺栓和自攻螺钉安装在骨架结构上，而后金属面板再通过自攻螺钉安装到檩条上，最后在相邻的金属面板之间用拉铆钉连接。工程所需的构件数量多、施工量大，并且由于自攻螺钉破坏了金属面板的防锈保护膜，在连接处容易被腐蚀导致连接结构的破坏，造成安全隐患。

本申请对钢结构冷却塔的结构进行了优化，采用菱形结构单元101拼接成空间曲面结构形成钢结构冷却塔的主结构100，节约了30％的构件数量，并且采用柔性膜作为冷却塔的围护结构，便于将围护结构直接与钢结构冷却塔的主结构100进行安装，同时为了保障柔性膜单元201对风吸力和风压力的承受能力，还设置了索结构300，索结构300的构件数量少，安装方便，减少了施工工作量，缩短了工期。

下面结合图1至图6，描述本发明的实施例。

根据本发明的实施例，本实施例提供了一种带有膜结构的钢结构冷却塔，请参阅图1至图4，包括：主结构100、膜结构200和索结构300。

具体地，主结构100包括若干菱形结构单元101，相邻的菱形结构单元101于顶点处相互拼接，若干个菱形结构单元101按照空间曲面结构拼装形成主结构100；膜结构200包括若干个柔性膜单元201，各个柔性膜单元201分别安装在相应的菱形结构单元101上；索结构300包括若干个拉索单元301，拉索单元301安装在菱形结构单元101上并且为柔性膜单元201提供支撑。

在本实施例中，主结构100采用菱形结构单元101构成空间曲面结构，结构为几何不变体系，稳定可靠，膜结构200采用若干柔性膜单元201，柔性膜单元201与主结构100贴合度好，并且与主结构100安装时无需安装檩条的辅助，同时，通过索结构300对柔性膜单元201进行支承，大幅度提升了膜结构200对风吸力和风压力的承受能力，钢结构冷却塔整体结构稳定，构件整体数量少，因此施工工作量小，大幅度缩短了工程工期。

具体地，柔性膜单元201的材料采用PVDF、PTFE、ETFE中的一种，或者采用与上述三种材料性能相近的材料，柔性膜单元201裁切成与菱形结构单元101适配的菱形形状。

另外，在其他实施例中，柔性膜单元201裁切成三角形(图中未示出)，两个三角形的柔性膜单元201拼接成菱形并共同安装在菱形结构单元101上。

也就是说，无论柔性膜单元201是裁切成与菱形结构单元101适配的菱形，或者裁切成能够组合成菱形的三角形，均属于本实施例的保护范围。

需要说明的是，本实施例未对主结构100的具体空间曲面形状进行限定，主结构100的空间曲面结构为双曲线型塔，在一个未示出的实施例中，主结构的空间曲面结构也可以是直筒锥段型塔。

请参阅图4，在一个实施例中，还包括若干个连接节点400，连接节点400用于拼接相邻的菱形结构单元101和用于拼接相邻的拉索单元301。

在本实施例中，一方面由于通过统一构件完成相邻的菱形结构单元101之间的连接和相邻的拉索单元301之间的连接，因此减少了所需构件的总数，降低施工量；另一方面，使拉索单元301对菱形结构单元101传递的力与菱形结构单元101之间传递的力均汇集至连接节点400处，使结构整体的受力关系明确、简洁，便于施工前的设计计算，并且便于检修。

在一个实施例中，柔性膜单元201通过螺栓张拉在菱形结构单元101上。

在本实施例中，柔性膜单元201通过螺栓直接张拉在菱形结构单元101上而无需自攻螺钉连接，螺栓与菱形结构单元101通过提前设置好的螺栓孔配合，一方面结构更加牢固可靠，另一方面避免了自攻螺钉破坏构件上保护层导致连接处容易被腐蚀产生安全隐患的情况。

在一个实施例中，菱形结构单元101包括两根相互平行的第一结构杆1011和两根相互平行的第二结构杆1012，两根第一结构杆1011和两根第二结构杆1012共同围绕形成菱形框架，相邻的第一结构杆1011和第二结构杆1012的端部通过连接节点400拼接。

具体地，在菱形结构单元101中，第一结构杆1011和第二结构杆1012采用相同的杆件，杆件为圆管、方管或型钢的任一种。

需要说明的是，本实施例并未对连接节点400的具体形式进行限定，是因为连接节点400既可以是第一结构杆1011和第二结构杆1012以外的其他部件，也可以是由第一结构杆1011上的一部分与第二结构杆1012上的一部分通过拼接、安装、焊接等手段组合成的一个部件，连接节点400的上述配置方式均属于本实施例的保护范围。

在本实施例中，由于菱形结构单元101由第一结构杆1011和第二结构杆1012构成，单个结构件的为杆件，相比于一体成型的菱形框架，杆件在进行堆放和码垛时空间利用率高因此便于运送，并且单个结构件的重量轻，容易由人工进行取放，便于在施工过程中进行吊装等操作。

在一个实施例中，拉索单元301呈十字形，拉索单元301的十字形交叉线与菱形结构单元101的对角线重合，拉索单元301的四个端部分别与相应的连接节点400连接。

具体地，拉索单元301为四端头十字拉索，拉索的位置和长度分别与菱形结构单元101相交的两条对角线的位置和长度匹配，拉索单元301的四个端部分别与菱形结构单元101的四个端点处的连接节点400连接。

在本实施例中，呈十字形的拉索单元301结构简洁，并且十字形拉索形成马鞍面并且十字形交叉线与菱形结构单元101对角线重合，一方面，对安装在菱形结构单元101上的柔性膜单元201进行均匀、有效的支撑；另一方面，十字形拉索单元301的端点与菱形结构单元101相应的顶点连接，限制各个菱形结构单元101的各个顶点之间的相对位移，通过拉索单元301承受拉力来代替部分连接节点400可能受到的弯矩或扭矩，有效提升菱形结构单元101的结构稳定性，从而提升主结构100整体的承载能力。

另外，在另一个实施例中，拉索单元301包括第一拉索3011和第二拉索3012，第一拉索3011和第二拉索3012呈十字形交叉设置。

具体地，第一拉索3011的位置和长度分别与菱形结构单元101竖向对角线的位置和长度匹配，第二拉索3012的位置和长度分别与菱形结构单元101横向对角线的位置和长度匹配，第一拉索3011和第二拉索3012相互垂直设置共同构成拉索单元301。

在本实施例中，拉索单元301由第一拉索3011和第二拉索3012交叉设置形成十字形，降低了对十字拉索构件的加工难度，并且使构件更容易运输和安装。

下面详细阐述连接节点400的结构，以及连接节点400与拉索单元301、第一结构杆1011和第二结构杆1012的连接方式及位置。

请参阅图4至图6，在一个实施例中，连接节点400包括节点主体401和连接盘402，连接盘402与节点主体401相连，连接盘402环绕在节点主体401的周向，第一结构杆1011和第二结构杆1012的端部分别与相应的节点主体401连接，拉索单元301的端部分别与相应的连接盘402连接。

具体地，节点主体401外轮廓呈圆柱形，连接盘402与节点主体401同轴设置，各个第一结构杆1011和各个第二结构杆1012的端部分别与节点主体401的外壁连接，同一个节点主体401最多同时连接两根第一结构杆1011和两根第二结构杆1012。同一个连接盘402最多连接四个拉索单元301的端部，在一个连接盘402连接了四个拉索单元301的情况下，四个拉索单元301的端部与连接盘402的连接位置均匀分布在连接盘402的周向。

需要说明的是，本实施例并未对第一结构杆1011与节点主体401的连接方式、第二结构杆1012与节点主体401的连接方式以及拉索单元301端部与连接盘402的连接方式进行限定，第一结构杆1011和第二结构杆1012既可以通过焊接的方式与节点主体401进行连接，也可以通过螺栓、铆钉等方式进行连接；拉索单元301的端部既可以通过焊接的方式与连接盘402进行连接，也可以通过销轴与连接盘402进行连接，上述这些连接方式均属于本实施例的保护范围。

在一个实施例中，第一结构杆1011和第二结构杆1012与节点主体401相连的位置均开设有让位槽，在第一结构杆1011或第二结构杆1012与节点主体401连接的情况下，连接盘402插入相应的让位槽内。

具体地，连接盘402位于节点主体401轴线方向上的中点处。

需要说明的是，本实施例并未限定第一结构杆1011或第二结构杆1012与连接板之间的关系，第一结构杆1011和第二结构杆1012均可以与连接盘402之间不存在连接关系，也可以在让位槽处进行焊接，实现两者的固定连接以加强结构稳定性，两种方式均在本实施例的保护范围内。

在一个实施例中，节点主体401为管件，节点主体401内固设有圆盘加劲肋4011，圆盘加劲肋4011与节点主体401内部管壁相适配，圆盘加劲肋4011与连接盘402在同一平面内。

在本实施例中，通过设置圆盘加劲肋4011提升了节点主体401的强度，同时圆盘加劲肋4011与连接盘402在同一平面内，精准的对节点主体401受力平面处进行加强，既能满足强度需求，又节约了材料。

在一个实施例中，节点主体401的两端均设有封板4012，封板4012封闭节点主体401的管口。

在本实施例中，通过封板4012的设置，一方面封板4012相当于加劲肋对节点主体401的强度进行了提升，另一方面封板4012防止了节点主体401管内部积累污垢或是水分等，导致结构长期使用时机构重量负担的增加。

虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。