CN102392499A

CN102392499A - 一种防屈曲支撑空冷岛结构

Info

Publication number: CN102392499A
Application number: CN2011103461260A
Authority: CN
Inventors: 郭彦林; 王小安; 姜子钦; 兰涛; 窦超
Original assignee: Tsinghua University
Current assignee: Tsinghua University
Priority date: 2011-11-04
Filing date: 2011-11-04
Publication date: 2012-03-28

Abstract

本发明涉及一种防屈曲支撑空冷岛结构，属于结构工程技术领域。其特征在于，由支承柱、钢桁架、防屈曲支撑与连系横梁组成；其中，钢桁架位于支承柱的顶部，而防屈曲支撑布置于边榀边跨的支承柱之间；视支承柱的高度，沿高度方向布置一层或两层防屈曲支撑；当布置一层支撑时，支撑呈V形布置，下端与基础直接连接；当布置两层支撑时，在支承柱中部布置连系横梁，上层支撑呈V形布置，下层支撑呈倒V形布置，在中间与连系横梁相连。设置防屈曲支撑后的空冷岛结构，不仅结构的水平抗侧刚度大大提高，而且能极为方便地调整结构在某一方向的刚度；同时，通过调整支撑的截面积使其大震作用下率先屈服，从而保护上部结构及设备。

Description

一种防屈曲支撑空冷岛结构

技术领域

本发明涉及一种新型的空冷岛结构，属于结构工程技术领域。

背景技术

大型火力发电厂空冷结构属于特殊复杂的新型工业建筑。从火力发电等工艺布置的要求，目前国内外普遍采用一种上刚下柔的“高脚鸡腿式”结构形式，屋盖采用钢网架或桁架，屋盖支承为钢管混凝土或混凝土管柱；空冷设备以及大型风机等几乎全部质量都集中在屋盖位置，仅300MW机组时其上荷载就达上万吨。这类结构的最大特点是结构抗震性能差，特别是屋盖设备与荷载难以做到均匀布置而导致结构的质量与刚度分布极不均匀，进而产生第一振型为扭转振型的结构动力性能，进一步激发了地震动对结构产生的不利扭转作用。另外，由于采用独立式高鸡腿支承结构，独立支承柱结构难以提供较大的抗侧刚度，为了抵抗水平地震作用而不得不采用大截面钢管混凝土柱，导致结构抗侧效率低下，并带来材料浪费以及野外混凝土浇注湿作业的不便。

为了改善这类结构在地震中的不利受力状态以及侧向刚度差的缺点，本发明把防屈曲支撑与这种高脚鸡腿式结构巧妙地结合起来，提出了一种防屈曲支撑空冷岛结构形式。为有效改善结构的自振模态，防止出现过大的扭转变形，防屈曲支撑最佳的布置位置为结构的角部，故宜在角柱和与其相邻的支承柱之间设置防屈曲支撑，并根据结构柱网布置形式以及质量与刚度的不均匀分布程度，调整防屈曲支撑的面积；而在竖向应依据支承柱的高度确定防屈曲支撑的布置层数，以使支撑发挥更高效的抗侧力能力。

这种防屈曲支撑空冷岛结构，与传统的高脚鸡腿式空冷岛结构比较，其具有以下优点：(1)能有效提供结构的水平抗侧刚度。防屈曲支撑的设置，提高了原独立支承柱空冷岛结构的水平抗侧刚度，使得原结构支承柱的截面用材大幅度减少，节约了材料与建造成本；(2)能有效调整结构刚度。在防屈曲支撑空冷岛结构中，仅仅通过改变防屈曲支撑截面的大小就可以有效地改变结构某一方向的刚度，进而达到调整结构整体刚度的目的，改变了由于质量与刚度分布极不均匀产生的扭转作用，使结构第一振型趋向于平动振型控制，极大地改善了结构的动力性能与抗震性能；(3)能够通过调整防屈曲支撑截面面积的大小控制支撑进入屈服的时间，在中震与大震作用下使得防屈曲支撑首先进入屈服并消耗地震输入的能量，而其它结构保持在弹性范围内，从而有效保护上部空冷设备，并使其能够在震后尽快恢复运行。

发明内容

本发明提出一种防屈曲支撑空冷岛结构，其目的在于提高空冷岛结构的抗侧刚度，减轻结构扭转带来的不利影响，改善结构的抗震性能。

一种防屈曲支撑空冷岛结构，其特征在于，由支承柱、钢桁架、防屈曲支撑与连系横梁组成；所述支承柱为混凝土管柱或钢管混凝土管柱，下端固定于基础上；所述钢桁架垂直于支承柱的顶部，与支承柱顶端铰接连接，钢桁架的上部搁置的是直接空冷设备；

在上述防屈曲支撑空冷岛结构中，所述防屈曲支撑斜向布置于角部支承柱和与所述的这个角部支承柱相邻的另一个支承柱之间，即在边榀边跨布置；若支承柱的高度大于相邻两根支承柱的间距，则沿高度方向布置两层防屈曲支撑，否则沿高度方向布置一层防屈曲支撑；在每层防屈曲支撑中，在角部支承柱和与所述的这个角部支承柱相邻的另一个支承柱之间布置两根防屈曲支撑；当布置一层防屈曲支撑时，在角部支承柱和与所述的这个角部支承柱相邻的另一个支承柱之间布置的两根防屈曲支撑呈V形布置，每根防屈曲支撑的顶部与所述角部支承柱或与所述的这个角部支承柱相邻的另一个支承柱的顶部相连，而底部直接与基础连接；当布置两层防屈曲支撑时，在所述角部支承柱和与所述的这个角部支承柱相邻的另一个支承柱之间的四根防屈曲支撑呈X形交叉布置，并在交叉点处在所述角部支承柱和与所述的这个角部支承柱相邻的另一个支承柱之间沿水平方向布置一道连系横梁，所述连系横梁与所述角部支承柱以及与所述的这个角部支承柱相邻的另一个支承柱均铰接连接，上层的两根防屈曲支撑呈V形布置，其顶部与所述角部支承柱或与所述的这个角部支承柱相邻的另一个支承柱的顶部相连，其底部与连系横梁相连，而下层的两根防屈曲支撑呈倒V形布置，其顶部与连系横梁相连，其底部与所述角部支承柱或与所述的这个角部支承柱相邻的另一个支承柱的底部相连；连系横梁采用工字钢，其与支承柱的连接节点采用如下形式：自支承柱内部伸出两块节点板，使其夹住自连系横梁腹板伸出的一块板，二者之间通过销轴连接；

在上述防屈曲支撑空冷岛结构中，在防屈曲支撑与支承柱的连接处，自支承柱内伸出一块十字形节点板，防屈曲支撑的十字形端部通过四块连接板与十字形节点板实现连接，连接采用高强度螺栓；在防屈曲支撑与连系横梁的连接处，自连系横梁伸出一块节点板，两根防屈曲支撑的十字形端部分别通过四块连接板与节点板实现连接。

附图说明

图1为传统的高脚鸡腿式空冷岛结构的三维示意图。

图2为一种防屈曲支撑空冷岛结构的三维示意图，沿高度方向布置两层防屈曲支撑。

图3为一种防屈曲支撑空冷岛结构的三维示意图，沿高度方向布置一层防屈曲支撑。

图4为一种防屈曲支撑空冷岛结构的立面示意图，沿高度方向布置两层防屈曲支撑。

图5为一种防屈曲支撑空冷岛结构的平面示意图。

图6为图4中A处的连接节点详图，即连系横梁与支承柱的连接节点。

图7为图4中B处的连接节点详图，即防屈曲支撑与支承柱的连接节点。

图8为图4中C处的连接节点详图，即防屈曲支撑与连系横梁的连接节点。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明进行详细说明。

1-支承柱，其中包括：1-1、1-2、1-3、1-4-角部支承柱；

2-钢桁架；

3-防屈曲支撑；

4-连系横梁；

5-1、5-2、5-3-节点板；

6-1、6-2、6-3-加劲肋；

7-销轴；

8-连接板；

9-高强度螺栓。

图1为原有的空冷岛结构，为一种高脚鸡腿式结构，抗侧能力弱，且地震时扭转变形大，故抗震性能较差；为此，本发明将防屈曲支撑与原有的空冷岛结构体系结合在一起，形成了一种防屈曲支撑空冷岛结构，如图2所示。这种新型空冷岛结构体系的最大特点在于，通过调整防屈曲支撑的内核截面面积以及平面布置，可有效规避结构的扭转振型，而在中震与大震作用下，防屈曲支撑率先进入屈服并消耗地震能量，保护屋盖钢结构以及设备免遭破坏。

如图2所示，这种防屈曲支撑空冷岛结构，其特征在于，由支承柱1、钢桁架2、防屈曲支撑3与连系横梁4组成；所述支承柱1为钢筋混凝土管柱或钢管混凝土柱，下端固定于基础上；所述钢桁架2垂直于支承柱1的顶部，与支承柱1的顶端铰接连接；

如图5所示，所述防屈曲支撑3斜向布置于角部支承柱1-1、1-2、1-3、1-4和与所述的这个角部支承柱相邻的另一个支承柱之间，即在边榀边跨布置；若支承柱1的高度大于相邻两根支承柱的间距，则如图2所示沿高度方向布置两层防屈曲支撑，否则如图3所示沿高度方向布置一层防屈曲支撑；在每层防屈曲支撑中，在角部支承柱1-1、1-2、1-3、1-4和与所述的这个角部支承柱相邻的另一个支承柱之间布置两根防屈曲支撑；当布置一层防屈曲支撑时，如图3所示，在角部支承柱1-1、1-2、1-3、1-4和与所述的这个角部支承柱相邻的另一个支承柱之间布置的两根防屈曲支撑呈V形布置，每根防屈曲支撑的顶部与所述角部支承柱或与所述的这个角部支承柱相邻的另一个支承柱的顶部相连，而底部直接与基础连接；当布置两层防屈曲支撑时，如图2、图4所示，在角部支承柱1-1、1-2、1-3、1-4和与所述的这个角部支承柱相邻的另一个支承柱之间的四根防屈曲支撑呈X形交叉布置，并在交叉点处在所述角部支承柱和与所述的这个角部支承柱相邻的另一个支承柱之间沿水平方向布置一道连系横梁4，连系横梁4采用工字钢，所述连系横梁4与所述角部支承柱以及与所述的这个角部支承柱相邻的另一个支承柱均铰接连接，上层的两根防屈曲支撑呈V形布置，其顶部与所述角部支承柱或与所述的这个角部支承柱相邻的另一个支承柱的顶部相连，其底部与连系横梁4相连，而下层的两根防屈曲支撑呈倒V形布置，其顶部与连系横梁4相连，其底部与所述角部支承柱或与所述的这个角部支承柱相邻的另一个支承柱的底部相连。

连系横梁4与支承柱1的连接节点，即图4中A处，其构造方式具体如图6所示，自支承柱1内部伸出两块节点板5-1，使其夹住自连系横梁4腹板伸出的一块板，二者之间通过销轴7连接，并在连系横梁4端部按照通用做法布置加劲肋6-1；

在上述防屈曲支撑空冷岛结构中，如图7所示，在防屈曲支撑3与支承柱1的连接处，也即图4中的B处，自支承柱1内伸出一块十字形节点板5-2，防屈曲支撑的十字形端部通过四块连接板8与十字形节点板5-2实现连接，连接采用高强度螺栓9；在防屈曲支撑3与连系横梁4的连接处，也即图4中的C处，如图8所示，自连系横梁4伸出一块节点板5-3，两根防屈曲支撑的十字形端部分别通过四块连接板8与节点板5-2实现连接，连接采用高强度螺栓9；在上述两个节点中，需按照通用做法布置加劲肋6-2、6-3。

Claims

1.一种防屈曲支撑空冷岛结构，其特征在于，由支承柱、钢桁架、防屈曲支撑与连系横梁组成；所述支承柱为混凝土管柱或钢管混凝土柱，下端固定于基础上；所述钢桁架垂直于支承柱的顶部，与支承柱顶端铰接连接；所述防屈曲支撑斜向布置于角部支承柱和与所述的这个角部支承柱相邻的另一个支承柱之间；若支承柱的高度大于相邻两根支承柱的间距，则沿高度方向布置两层防屈曲支撑，否则沿高度方向布置一层防屈曲支撑；在每层防屈曲支撑中，在角部支承柱和与所述的这个角部支承柱相邻的另一个支承柱之间布置两根防屈曲支撑；当布置一层防屈曲支撑时，在角部支承柱和与所述的这个角部支承柱相邻的另一个支承柱之间布置的两根防屈曲支撑呈V形布置，每根防屈曲支撑的顶部与所述角部支承柱或与所述的这个角部支承柱相邻的另一个支承柱的顶部相连，而底部直接与基础连接；当布置两层防屈曲支撑时，在所述角部支承柱和与所述的这个角部支承柱相邻的另一个支承柱之间的四根防屈曲支撑呈X形交叉布置，并在交叉点处在所述角部支承柱和与所述的这个角部支承柱相邻的另一个支承柱之间沿水平方向布置一道连系横梁，所述连系横梁与所述角部支承柱以及与所述的这个角部支承柱相邻的另一个支承柱均铰接连接，上层的两根防屈曲支撑呈V形布置，其顶部与所述角部支承柱或与所述的这个角部支承柱相邻的另一个支承柱的顶部相连，其底部与连系横梁相连，而下层的两根防屈曲支撑呈倒V形布置，其顶部与连系横梁相连，其底部与所述角部支承柱或与所述的这个角部支承柱相邻的另一个支承柱的底部相连。