超大型冷却塔结构设计与研究

一
成 比例 地 缩 小 到鸡 蛋直 径 大 小 ，则 它 比鸡 蛋 壳 还 要薄 。在 风荷 载 作 用 下 冷 却塔 顶 部 的位移 可 以达 到几 十厘米 ，超 过厚度 的数 倍 。 １ ６ 年 １月 １ ９５ １ 日，英 国渡 桥 电厂 （ 机 容量 装
２ ０ Ｗ ） 配 ８ 高 为 １ ４ｎ 冷 却 塔 ， 为 双 排 梅 ０Ｍ ， 座 １ｒ的
高 是变 化 的 ，也 可 以按 照 上 下 阶梯 形 分 布 或 上 下 连续 变 化 来 计算 ， 国外 按 阶梯 形 分 布 用得 较
２ｌ年 ４ ２ ．４５ ｏ１ ０月第 期
规 范 》ＤＬＴ ３ ９２ ０ 风压 分布系 数也是 根据单 ／ ５ ３ ．０ ６ 塔 来 制 订 的 。而我 们 现在 做 的超 大 型冷 却塔 结 构 设 计 早 已突 破 了 当 前 规 范 的 高度 限 制 。 冷 却 塔 结 构 的 非 线 性 问 题 。 冷 却 塔 的 厚 度 很 小 ，无 论 从静 力还 是 从 动力 分 析 的角度 来 看 ，非线 性 问题 是 迫切 的 。在 风 荷 载作 用 下冷 却 塔 顶部 的 位移 可 以达 到 几十 厘 米 ，超 过厚 度 的数 倍 。这在 数 量 上 早 己超 出 了线性 理 论 的适 用 范 围 。线 性 问题 要 求 位移 比厚度 小 很 多 ，传
基 也 能 满 足 。 中 型塔 和 大 型塔 以及 超 大 型 塔 就 需 要 地 基 处 理 。而 冷 却 塔 地 基 处 理 的 费 用 ，过 去 一
般 占冷 却 塔 总 造 价 的 １％ ～ １ ％ ， 而 现 在 有 的 ０ ５
于壳 壁 厚 度 ，一 般 为 指 数变 厚 壳 、 基 本等 厚 壳 和 分 段 等 厚 壳 ， 综 合 我 院 以往 设 计 的 冷 却 塔 经
① 冷 却 塔 平 面布 置 不 合 理 ；② 塔 型 不 是 连续 的 双 曲线 ；③ 冷 却塔 结 构 设 计按 照 无 矩 理 论且 单 层配 筋 ；④ 冷 却塔 塔 壁 较 薄塔 顶 未 设 刚 性环 。
但 大 量 研 究 成果 表 明， 认 为大 风 通 过 塔群 内 的 塔与塔 之 间时 ，ｆ 包括 厂房 ） 其影 响 ，风 的频谱 受 有较大 的变 化这 是倒塌 的主 要原 因之 一 。
致可 分为 ： 小 于 １ ０ ｍ 曲 线 自 然 通 风 冷 却 塔 属 于 ００ 双 小 型 冷 却 塔 。 １ ０ ｍ ～ ５ ０ ｍ 于 中 型 冷 却 ００ ００ 属 塔 。 ５ ０ ｍ １ ０ ０ 属 于 大 型 冷 却 塔 。 大 于 ０ ０ ～ ０ ０ ｍ
风压 沿塔 高均按 阶梯 形分 布来计 算 。 随 着 我 国 国 民 经 济 的 飞 速 发 展 ， 发 电厂 单 机 装 机 容 量 的增 大 ， “ 二 五 ” 期 间 在 内 陆 要 十
花 形布 置 ，在８ 风 中 倒掉 了３ ，造 成 了一起 级 座
严 重 的倒 塌 事 故 。事 故 后 ，关 于风 载 作 用 下冷
却塔 的空 气 动 力和 结 构 强度 问题 ， 曾经 引起 过
世 界上 的普 遍注 意 。英 国渡桥 电厂 冷 却 塔倒 塌 事 故 ，现 在 看 来其 原 因是 多方 面 的 ，主 要 有 ：
双 曲 线 自然 通 风 冷 却 塔 按 淋 水 面 积 一 般 大
形 分 布 子 午 向 薄 膜 力 Ｔ１ 比上 下 连 续 分 布 时 小
１ ％左 右 ， 纬 向 薄 膜 力 Ｔ 比 上 下 连 续 分 布 时 小 ０ ２
１ ％左 右 ， 因 此 我 们 现 在 设 计 的 冷 却 塔 采 用 的 ６
大 型 冷 却 塔 。 其 中 徐 州 彭 城 三 期 工 程 淋 水 面 积
３ 冷却 塔结构 设 计
冷 却 塔 的通 风 筒 是 一种 典 型 的 薄壳 结 构 。
它 的 厚度 最 薄 处 与其 直 径 之 比，如 果 将 冷 却塔
１０ ０ 冷却塔 已投产使 用 。在徐 州 发 电有 限公 ２ ０ ｍ２ 司２ １ ０ ＭＷ机 组（ 大 压 小 × ００ 上 工程 中 ，我 院设 计 的 目前 我 们 国家 最 大 的 “ 塔 合 一 ”淋 水 面 烟 积 １ ０ ０ 自然 通风 排烟 冷 却塔也 于２ １ 年 １ 月 ２ ０ ｍ ００ ２ １ 日实现 结构 封顶 。现 在我 们 正在着 手做 湖南 桃 花江 核 电厂 双 曲线 自然 通 风 冷却 塔 淋 水面 积 达 到 １０ ０ ，塔高２ ０ ８ ０ ｍ ０ ｍ。 由 于 发 电厂 单 机 装 机 容 量 的 增 大 ，核 电 厂 用水量 的增加 。冷却塔 也愈宜 向高大方 向发展 。 由此产 生 的问题 是 ：冷 却塔是 否越 高大越划 得来 般来 说冷却塔越 高大 ，成本也就越 高 。我 自己 设计 以及 参与 设计和校核 的冷却塔 ， 曾经做 过 比
整 体 优 化 设 计 问题 己提 到 我 们 的 日程 上 来 了 。 《 力 发 电 厂 水 工 设 计 规 范 》 ＤＬ Ｔ ３ ９ 火 ／５ ３ ． ２ ０ 冷 却 塔 结 构 设 计 的 冷 却 塔 高 度 目前 限 制 在 ０６ １５ 。 无 可 置 疑 现 行 的 《 力 发 电 厂 水 工 设 计 ６ｍ 火
一
４ 结语
随 着 电子计 算机 技术 的高速发 展 ，我 国 电 力建 设 事业 己取得 了 日新 月异地 变 化 。冷却 塔
Ｃ ＡＤ软 件 的研制 与开 发也 取得 了长 足 的进步 。 自我 院设 计 的平圩 电厂后 ，我 们 国家 从 比利 时 哈 蒙 公司 引进 了冷 却塔 设 计计 算 程序 ，并 用其 计 算程 序 也设 计 了一 些双 曲线 型 自然通 风 冷却 塔 。 由于计 算机 环 境 的不 断改 变 ，有 的冷 却塔 Ｃ ＡＤ软件 虽然 也有 配筋 计算 与绘 图功 能 ，但 功 能不 够 完善 ，使 用 不便 。因此 ，在 这方 面 ，我 们还有很 多工作 需要去做 。
验 ， 小 型 冷 却 塔 一 般 我 们 均 按 照 指 数 变 厚 壳 设
２ ％都 包 不 住 。 因此 冷 却 塔 淋 水 面 积 到 达 某 一 大 ０
计 。 中型 冷 却塔 我 们 均 按照 基 本 等 厚 壳厚 壳 设 计 。对 于 大 型冷 却 塔 和超 大 型 冷 却 塔 我们 则 按
Ｊ ．１ ＧＪ３９ ，第２ ．条写 明 “ ．２ ２ 高层 建筑 的平面 宜选 用风 压 较小 的形 状 ，并 应考 虑邻 近 高层 建筑 对
其风压 分布的影 响” 。
另 外 冷 却 塔 也 愈 宜 向 高 大 方 向发 展 ， 而
随 之 带 来 新 的 问 题 也 就 越 复 杂 。 小 塔 认 为 不 重
参考文献 ：
［］ 武 际 可 ．大 型 冷 却 塔 结 构 分 析 的 回顾 与 展 望 ［ ． １ Ｊ 力 】
学 与 实践 ， １９ ， １ｆ） ９ ６ ８６ ．
之 间的净距 小于 楼 宽的２ 时 ，都 要考虑群 楼 效 倍
应 ，风 压值 经 风洞 试 验测 定 后 ，两 楼之 间 的风 速 将 增 大 １３ １５ ，连 体 建筑 也 应 考 虑 。在 ．～ ．倍 《 筋混 凝 土 高层 建 筑结 构 设计 与 施工 规程 》 钢
［】董胜宪．吴泾 电厂八期工程９ ０ ｍ ２ ０ ０ 冷却塔结构设计 探讨 ［ ．电力建设 ，１９ ，（） Ｊ ］ ９ ９ ８． ［ ３ ］董胜宪．大型冷却塔结构设计技术【 １ Ａ ．上海市水利学 会第十一届学术年会论文集（０ １ ２０ ） 】 ０２ ２ ０－ ０２［ ．２０ ． Ｃ 【］ ＤＬＴ ３９２ ０ ， 火力 发 电厂 水 工设 计 规 范【】 ４ ／５ ３ —０ ６ ｓ．
要 的 问题 ，对 于 大塔 和超 大 型塔 就 显得 非常 尖 锐 。例 如 ：施 工 初缺 陷 的影 响 、地基 的不 均 匀 沉 降、地 震反 应 的 时程 分析 、风 震 问题 、在 冷
却 塔 施 工 时 抽 掉 几 对 人 字 柱 对 筒 体 的 影 响 以及
统 设计 中采 用 线 性 问题 近似 ，在 塔 小 时相 差 不 会 很 大 ，而 对 于大 塔 或 者超 大 型冷 却塔 ，这种
照 分段等 厚壳 设计 。
小之 后 ， 自然会产 生建一个 大塔不如 建两个 小塔 合 算的 问题 ，这就 要做总体 的技术经 济 比较 。 由 于我 们 的冷 却塔结构 设计优化 还存在 着一定 的缺 陷，因此 ，进 一步从 省成本 、安全 、热效率 、结 构 力 学 、水 力 学 、流 体 力 学 等 各 个 方 面 ，冷 却 塔
ｌ ０ ０ 双 曲线 自然通 风冷 却塔 属 于超 大 型冷 ０ ０ ｍ
却塔 。
新 建一 批 核 电厂 ， 电厂 内的冷 却 塔 已从过 去 的 大 中 型冷 却 塔 转 为超 大 型 冷 却塔 。我 们在 多个
工程 己设 计 了数 个 淋 水 面积 超 过 １ ０ ０ 超 ０ 一 ”的冷 却塔 在 通风 简壁 上 预 留大 孔 洞 的应 力分析 问题 等等 。
为 了考 虑 非线 性效 果 ，在 塔变 形 时 引起 的 风 压变化也将成 为不可忽略 的因素 。何况这个风 压 的变化可 以与 变形耦合产生积 累，对 于大塔或 者超大 型冷却塔 ，这种 因素是 不能省略的 。 冷 却 塔 结 构 设 计 中 ，在 遇 到 塔 群 的情 况 下 ，是 否要 考 虑 群塔 的影 响现 行 的 《 火力 发 电 厂 水工 设 计 规 范 》ＤＬ Ｔ ３ ９ ２ ０ 没有 明确 规 ／ ５ ３ ．０ ６ 定 。我 的 意见 还 是应 该 考虑 塔群 的影 响 。英 国 渡 桥 电厂冷 却 塔倒 塌 事 故 的大量 研 究成 果 ，认 为大风通 过塔群 内的塔 与塔之 间时 ，（ 包括 厂房） 受 其 影 响 ， 风 的 频 谱 有 较 大 的 变 化 这 是 倒 塌 的 主 要 原 因之 一 。我 们在 多个 工程 中委托 有 关大 学 做 的 《 却塔 风 洞 试验 》和 《 却塔塔 群 试 冷 冷 验研 究》 报 告 的结论 意 见 ，也 都 充分 说 明 了这 点 。另 外 ，现在 设 计 高层 建 筑 时 ，碰 到 两楼
众所 周 知 ，风 荷 载 是 双 曲线 自然通 风 冷 却 塔 的主 要荷 载 之 一 ， 关于 风 压 沿 塔 高 的分 布 ， 我 们 过 去 在 设 计 小 塔 时 ， 大 都 是 以 塔 顶 最 大 风
压 作 为 全 塔 的 设 计 风 压 ， 而 实 际 上 ， 风 压 沿 塔
为 现 浇 钢 筋 混 凝 土 结 构 。 水 池 底 板 采 用 分 离 式
多 ， 我 们 对 上 述 三 种 情 况 ， 在 洛 河 电厂 一 期 工 程 ７ ０ ｍ 却 塔 设 计 中 ， 曾经 作 过 比较 ， 阶 梯 ００ 冷
现浇 钢筋 混凝土 结构 。
．
２ 冷 却 塔 大 小 分 类
冷 却 塔 通 风 筒 壳 体 母 线 形 状 确 定 之 后 ， 关
较 ，小 型 冷 却塔 配 筋 通 风 筒筒 壁 混 凝 土 的含 钢 量 在 １０ ｇｍ 以下 ， 中 型 冷 却 塔 配 筋 通 风 筒 筒 ０ｋ／ 壁 的 混 凝 土 含 钢 量 在 １ ０ ｇ ｍ １ ０ ｇｍ ０ ｋ ／ ～ ２ ｋ ／ 之 间 ，大 型 冷 却 塔 配 筋 风 筒 筒 壁 的混 凝 土 含 钢 量 在 １０ ｇｍ 右 。而 目前超 大型冷 却塔配 筋风筒 筒 ５ｋ ／ 左 壁 的混 凝土 含钢 量在 １ ０ ｇｍ １０ ｇｍ 间 。 ６ ｋ／ ～ ７ｋ ／ 之 小型塔对 地基承 载力要求 不是很 高，一般 天然 地