CN113846898B - 一种混合结构水塔 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种混合结构水塔，涉及水塔领域，包括塔体和水箱，水箱设有钢结构骨架，水箱内设有内筒，内筒沿轴向贯穿水箱，内筒与水箱内壁之间形成容纳腔，水箱底面与塔体顶端对接，内筒一端连通塔体内部通道；塔体外圆周面设置有环形牛腿，环形牛腿通过多根斜撑杆抵接水箱底面；针对目前混凝土结构水塔不便吊装施工和现浇施工的问题，采用钢结构水箱结合塔体结构，钢结构水箱能够进行预制并通过吊装方式提升至塔体顶部安装，利用塔体上的环形牛腿结合斜撑杆对钢结构水箱底面进行支撑，形成倒锥状支撑结构，保证钢结构水箱的稳定性。

Description

一种混合结构水塔

技术领域

本发明涉及水塔领域，具体涉及一种混合结构水塔。

背景技术

在工业和民用建筑中，水塔是一种常见而又必需的特殊构筑物。目前水塔结构大多选用钢筋混凝土倒锥壳水塔，倒锥壳水塔上部水箱重量较大。

而在一些条件受限的场地、区域，钢筋混凝土倒锥壳水塔施工方面由于技术水平受限，不具备提升钢筋混凝土倒锥壳的设施；另外若采用现场浇注，水塔塔体的混凝土筒体段采用的滑膜施工工艺较为成熟，但受限于混凝土倒锥壳水塔上部水箱结构的特殊性，混凝土倒锥壳水箱部分的模板依赖于大量的地面支护，对水塔上部混凝土倒锥壳板模板的支设过程仍存在较大难度，水塔施工的安全和质量难以保证；导致混凝土倒锥壳水塔难以满足条件受限场地和区域的需求。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的缺陷，提供一种混合结构水塔，采用钢结构水箱结合塔体结构，钢结构水箱能够进行预制并通过吊装方式提升至塔体顶部安装，利用塔体上的环形牛腿结合斜撑杆对钢结构水箱底面进行支撑，形成倒锥状支撑结构，保证钢结构水箱的稳定性。

为了实现上述目的，采用以下方案：

一种混合结构水塔，包括塔体和水箱，水箱设有钢结构骨架，水箱内设有内筒，内筒沿轴向贯穿水箱，内筒与水箱内壁之间形成容纳腔，水箱底面与塔体顶端对接，内筒一端连通塔体内部通道；塔体外圆周面设置有环形牛腿，环形牛腿通过多根斜撑杆抵接水箱底面。

进一步地，所述塔体、水箱和内筒同轴设置，所有斜撑杆相对于塔体环向均匀布置，斜撑杆一端连接环形牛腿，另一端连接水箱底面边沿。

进一步地，所述水箱内悬吊有环形检修平台，环形检修平台套设在内筒外部，内筒对应环形检修平台位置设有人孔。

进一步地，所述水箱包括底板、侧板和顶板，底板和顶板之间通过侧板连接，共同形成圆柱型箱体结构。

进一步地，所述底板配合有底板骨架，底板骨架包括底板径向梁和底板环向梁，多根底板径向梁绕内筒环向布置，相邻底板径向梁之间连接有多根底板环向梁。

进一步地，所述底板径向梁轴线与内筒直径共线，底板径向梁一端连接内筒，另一端连接侧板；底板环向梁之间连接有底板径向次梁。

进一步地，所述侧板为环形筒状结构，侧板的外侧面连接有加劲板。

进一步地，所述顶板配合有顶板骨架，顶板骨架包括顶板径向梁和顶板环向梁，多根顶板径向梁绕内筒环向布置，相邻顶板径向梁之间连接有多根顶板环向梁。

进一步地，所述顶板径向梁轴线与内筒轴线呈夹角设置，使顶板形成锥面结构，顶板径向梁一端连接内筒，另一端连接侧板；顶板环向梁之间连接有顶板径向次梁。

进一步地，所述内筒远离塔体的一端连接有气楼，内筒内部设有爬梯，爬梯延伸至气楼和塔体内部通道；水箱侧面和底面均覆盖有保温结构。

与现有技术相比，本发明具有的优点和积极效果是：

（1）针对目前混凝土结构水塔不便吊装施工和现浇施工的问题，采用钢结构水箱结合塔体结构，钢结构水箱能够进行预制并通过吊装方式提升至塔体顶部安装，利用塔体上的环形牛腿结合斜撑杆对钢结构水箱底面进行支撑，形成倒锥状支撑结构，保证钢结构水箱的稳定性。

（2）在水箱内部设置内筒结构，并与塔筒内部通道连通，可以将检修用爬梯直接设置在塔筒和水箱内，形成便于检修的路径，相较于传统附设在水塔外部的检修爬梯，检修过程路径在水塔内部，减少了攀爬对水塔施加的不平衡力，保证水塔的稳定性，并利用水塔本体结构形成对检修路径的防护，提高检修过程的安全性。

（3）内筒位于水箱内部，并且连接水箱的底板和顶板，从底板和顶板中心对其进行加固，增加底板和顶板之间的连接结构，提高水箱本体结构的强度；另外，从水箱的中心部分布置内筒，覆盖水箱底板的应力集中区域，减少钢结构水箱承载水体过程中底板凹陷、骨架结构形变损伤的问题。

（4）水箱顶面形成锥形结构，顶面通过内筒连接底板，在水箱底面发生凹陷时，顶板能够通过内筒牵拉底面结构，从而起到延缓水箱底板结构形变的效果；顶面锥形结构能够形成对内筒的斜撑作用，通过侧板将其负载施加于底面的外沿，沿底板径向上，底板中心和底板外沿均受到向下的压力，通过塔体对中间位置的支撑使其压力平衡，提高底板的稳定性。

（5）钢结构水箱采用框架式骨架结构对底板、顶板和侧板进行加固，在满足支撑强度需求的同时，能够减轻整体的重量，从而方便进行预制加工和吊装；底板骨架通过径向梁和纵向梁形成网格状，提高对底板的支撑能力；通过侧板的加劲板将底板骨架和顶板骨架形成一体骨架结构，保证整体强度。

（6）环形牛腿结合斜撑杆对底板边沿进行支撑，斜撑杆一端支撑位置位于侧板的正下方，有利于将水箱上部负载力直接通过斜撑杆施加在环形牛腿上，从而减少侧板对底板的负载，减缓侧板的应力集中，提高后续使用过程中的稳定性。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明实施例中混合结构水塔的结构示意图；

图2为本发明实施例中钢结构水箱的外观示意图；

图3为本发明实施例中钢结构水箱的剖面示意图；

图4为图3中A-A处的剖视示意图；

图5为图3中B-B处的剖视示意图；

图6为本发明实施例中水箱底板和水箱侧板的结构示意图。

图中，1-塔体，2-水箱，11-基础，12-塔体侧壁，13-环形牛腿，3-水箱底板结构，31-底板径向梁，32-底板环向梁，33-底板径向次梁，34-底板，4-水箱侧板结构，41-外侧板，42-加劲板，43-内侧板，5-水箱顶板结构，51-顶板径向梁，52-顶板环向梁，53-顶板径向次梁，54-顶板，55-防护栏杆，61-直爬梯，62-外爬梯，63-环形检修平台，64-气楼，65-走人通道，66-避雷针，7-保温结构，71-镀锌板，72-岩棉毡，73-吊杆，8-斜撑杆。

具体实施方式

实施例

本发明的一个典型实施例中，如图1-图6所示，给出一种混合结构水塔。

针对目前混凝土结构水塔不便吊装施工和现浇施工的问题，提供一种混合结构水塔，为了方便水箱的制作和吊装，采用钢结构水箱2结合塔体1结构，塔体1为混凝土结构，钢结构水箱2能够进行预制并通过吊装方式提升至塔体1顶部安装，利用塔体1上的环形牛腿13结合斜撑杆8对钢结构水箱2底面进行支撑，形成倒锥状支撑结构，保证钢结构水箱2的稳定性。

如图1、图2所示，所述混合结构水塔包括混凝土制作的塔体1和钢结构的水箱2，塔体1包括基础11和固定在基础11上的筒体，基础11和筒体均通过混凝土制作，可以通过预制节段拼装也可以通过现浇的方式施工。

塔体侧壁12靠近顶端的位置设有环形牛腿13，所述水箱2设置在塔体1上方，并与塔体1顶端对接，环形牛腿13通过斜撑杆8连接水箱2底面，对水箱2进行辅助支撑；水箱2在制作完成后，整体吊装至塔体1上方并与塔体1配合，然后设置斜撑杆8与环形牛腿13连接，塔体1、环形牛腿13配合斜撑杆8共同对水箱2进行支撑。

如图3所述，水箱2设有钢结构骨架，水箱2内设有内筒，内筒沿轴向贯穿水箱2，内筒与水箱2内壁之间形成容纳腔，水箱2底面与塔体1顶端对接，内筒一端连通塔体1内部通道；塔体侧壁12为圆柱面，环形牛腿13布置在塔体侧壁12。

在本实施例中，所述塔体1为带有一定壁厚的圆筒状结构，水箱2为圆柱状箱体结构，内筒为筒状结构，塔体1、水箱2和内筒同轴设置，使其重量绕其共同的轴向分布。

对于水箱2，包括底板34、侧板和顶板54，底板34和顶板54之间通过侧板连接，共同形成圆柱型箱体结构；为了保证水箱2的强度，底板34结合对应的骨架形成水箱底板结构3，侧板结合对应的骨架形成侧板水箱2结构，顶板54结合对应的骨架形成水箱顶板结构5。

所述水箱侧板结构14包括外侧板41和内侧板43，外侧板41呈环形筒状结构，形成水箱2的侧壁，内侧板43为内筒，其连接水箱顶板结构5和水箱底板结构3。

为了保证水箱2侧面的强度，在水箱2外侧板41上还连接有加劲板42，在水箱2存储较多水体时，外侧板41能够足够的约束力，减少侧壁的形变。

具体的，外侧板41下端连接在底板34上并用环向角钢在连接处做密封处理，以防渗水，外侧板41上端连接在顶板54上。内筒上端伸出水箱顶板结构5外，内筒下端伸出水箱底板结构3外，内筒分别与水箱顶板结构5及水箱底板结构3可靠连接

如图4所示，所述水箱底板结构3包括底板34和底板骨架，底板骨架包括底板径向梁31和底板环向梁32，多根底板径向梁31绕内筒环向布置，相邻底板径向梁31之间连接有多根底板环向梁32，底板径向梁31和底板环向梁32共同形成蛛网状结构。

进一步地，底板34和底板骨架作为承载水箱2内水体的底部结构，所述底板径向梁31轴线与内筒直径共线，底板径向梁31一端连接内筒，另一端连接侧板；其中底板径向梁31固定连接到所述筒体侧壁上，并通过斜撑杆8连接到环形牛腿13上，可靠的将水箱2的竖向力及水平力传递。

底板环向梁32之间连接有底板径向次梁33，通过增加径向次梁进一步提高其强度。

如图5所示，所述水箱顶板结构5包括顶板54和顶板54骨架，顶板54骨架包括顶板径向梁51和顶板环向梁52，多根顶板径向梁51绕内筒环向布置，相邻顶板径向梁51之间连接有多根顶板环向梁52，顶板径向梁51两端分别连接到所述外侧板41和内筒上。

顶板径向梁51轴线与内筒轴线呈夹角设置，使顶板54形成锥面结构，顶板径向梁51一端连接内筒，另一端连接侧板；顶板环向梁52之间连接有顶板径向次梁53，进一步提高顶板54的强度。

水箱顶板结构5和水箱底板结构3均连接内筒，从底板34和顶板54中心对其进行加固，增加底板34和顶板54之间的连接结构，提高水箱2本体结构的强度；另外，从水箱2的中心部分布置内筒，覆盖水箱2底板34的应力集中区域，减少钢结构水箱2承载水体过程中底板34凹陷、骨架结构形变损伤的问题。

需要特别指出的是，在本实施例中，水箱2顶面形成锥形结构，顶板径向梁51与内管轴线的夹角小于90°；顶面通过内筒连接底板34，在水箱2底面发生凹陷时，顶板54能够通过内筒牵拉底面结构，从而起到延缓水箱底板结构3形变的效果。

塔体1与水箱2底面的接触支撑面为环形面，此环形面位于底板34中心与边缘之间，顶面锥形结构能够形成对内筒的斜撑作用，通过侧板将其负载施加于底面的外沿，沿底板34径向上，底板34中心和底板34外沿均受到向下的压力，通过塔体1对中间位置的支撑使其压力平衡，提高底板34的稳定性。

对于水箱2通过斜撑杆8连接环形牛腿13的部分，环形牛腿13结合斜撑杆8对底板34边沿进行支撑，斜撑杆8一端支撑位置位于侧板的正下方，有利于将水箱2上部负载力直接通过斜撑杆8施加在环形牛腿13上，从而减少侧板对底板34的负载，减缓侧板的应力集中，提高后续使用过程中的稳定性。

钢结构水箱2采用框架式骨架结构对底板34、顶板54和侧板进行加固，在满足支撑强度需求的同时，能够减轻整体的重量，从而方便进行预制加工和吊装；底板骨架通过径向梁和纵向梁形成网格状，提高对底板34的支撑能力；通过侧板的加劲板42将底板34骨架和顶板54骨架形成一体骨架结构，保证整体强度。

对于水箱2的内部结构，水箱2内悬吊有环形检修平台63，环形检修平台63套设在内筒外部，内筒对应环形检修平台63位置设有人孔。

所述内筒远离塔体1的一端连接有气楼64，内筒内部设有爬梯，爬梯延伸至气楼64和塔体1内部通道。

本实施例中，内筒和塔体1内部设置有直爬梯61，水箱顶板结构5上方设有外爬梯62和走人通道65，外爬梯62沿水箱顶板结构5径向布置。

在水箱2内部设置内筒结构，并与塔筒内部通道连通，可以将检修用爬梯直接设置在塔筒和水箱2内，形成便于检修的路径，相较于传统附设在水塔外部的检修爬梯，检修过程路径在水塔内部，减少了攀爬对水塔施加的不平衡力，保证水塔的稳定性，并利用水塔本体结构形成对检修路径的防护，提高检修过程的安全性。

所述的保温结构7包括镀锌板71、岩棉毡72，如图6所示，将岩棉毡72贴附在水箱2侧面，并在岩棉毡72外部包覆镀锌板71进行加固和防护；水箱2底面通过吊杆73连接镀锌板71，并在镀锌板71与水箱2底面之间填充岩棉毡72，实现对水箱2的保温。

为了满足水箱2的安全需求，水箱2顶板54上还安装有防护栏杆55、避雷针66等附属设备，根据施工要求进行预制或在后安装。

在具体施工时，施工方法可以采用以下步骤：

混合结构水塔中下部的塔体1采用混凝土筒体；

塔体1靠近顶端的塔体1侧面处设有环形牛腿13，环形牛腿13侧面及筒体顶部设有预埋连接件；

工厂制作钢结构水箱2，并对水箱底板结构3和侧板结构施加保温结构7；

钢结构水箱2整体吊装就位，水箱2底部与混凝土塔体1顶端预埋连接件固定连接，环形牛腿13通过预埋连接件配合斜撑杆8连接水箱2底面边沿；

安装水箱2的附属元件。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种混合结构水塔，其特征在于，包括塔体和水箱，水箱设有钢结构骨架，水箱内设有内筒，内筒沿轴向贯穿水箱，内筒与水箱内壁之间形成容纳腔，水箱底面与塔体顶端对接，内筒一端连通塔体内部通道；塔体外圆周面设置有环形牛腿，环形牛腿通过多根斜撑杆抵接水箱底面；

所述塔体、水箱和内筒同轴设置，所有斜撑杆相对于塔体环向均匀布置，斜撑杆一端连接环形牛腿，另一端连接水箱底面边沿；

所述水箱包括底板、侧板和顶板，底板和顶板之间通过侧板连接，共同形成圆柱型箱体结构；

所述底板配合有底板骨架，底板骨架包括底板径向梁和底板环向梁，多根底板径向梁绕内筒环向布置，相邻底板径向梁之间连接有多根底板环向梁；

钢结构水箱进行预制并通过吊装方式提升至塔体顶部安装，利用塔体上的环形牛腿结合斜撑杆对钢结构水箱底面进行支撑，形成倒锥状支撑结构;

钢结构水箱整体吊装就位，水箱底部与混凝土塔体顶端预埋连接件固定连接，环形牛腿通过预埋连接件配合斜撑杆连接水箱底面边沿。

2.如权利要求1所述的混合结构水塔，其特征在于，所述水箱内悬吊有环形检修平台，环形检修平台套设在内筒外部，内筒对应环形检修平台位置设有人孔。

3.如权利要求1所述的混合结构水塔，其特征在于，所述底板径向梁轴线与内筒直径共线，底板径向梁一端连接内筒，另一端连接侧板；底板环向梁之间连接有底板径向次梁。

4.如权利要求1所述的混合结构水塔，其特征在于，所述侧板为环形筒状结构，侧板的外侧面连接有加劲板。

5.如权利要求1所述的混合结构水塔，其特征在于，所述顶板配合有顶板骨架，顶板骨架包括顶板径向梁和顶板环向梁，多根顶板径向梁绕内筒环向布置，相邻顶板径向梁之间连接有多根顶板环向梁。

6.如权利要求5所述的混合结构水塔，其特征在于，所述顶板径向梁轴线与内筒轴线呈夹角设置，使顶板形成锥面结构，顶板径向梁一端连接内筒，另一端连接侧板；顶板环向梁之间连接有顶板径向次梁。

7.如权利要求1所述的混合结构水塔，其特征在于，所述内筒远离塔体的一端连接有气楼，内筒内部设有爬梯，爬梯延伸至气楼和塔体内部通道；水箱侧面和底面均覆盖有保温结构。

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