一种巨型格构柱方形钢结构造粒塔塔桅体系的制作方法

本发明涉及一种造粒塔，具体为一种巨型格构柱方形钢结构造粒塔塔桅体系。

背景技术：

造粒塔多为上下等直径圆筒结构，主要由圆形筒体和楼电梯间两部分组成，楼电梯间宜附靠于塔体的一侧，在布置楼电梯间时，必须根据塔径大小合理布置，使其对塔底部进风口和塔顶出风口的影响最小。电梯井道必须封闭并与塔体完全隔绝，电梯井道门不得开在面对塔体方向。其中，尿素造粒塔主要有刮料层，喷头层操作室，承水层及屋面这几个楼面组成。

造粒塔是化肥厂工艺流程中的核心结构，现有的造粒塔大多采用混凝土筒体结构，今年来我国尿素生产能力已由原来的年产4万吨增加至年产80万吨以上，对造粒塔的工艺要求提出了更高的要求。然而关于造粒塔结构设计的研究并不多，按照原来年产值4～6万吨，采用钢筋混凝土框支剪力墙结构的通用设计显然已经不再符合国家提倡建设节约型社会，发展循环经济的方针政策。传统造粒塔结构多为钢筋混凝土结构或满布支撑结构，绕塔身布置支撑为平面支撑，形成类似薄壁筒体结构。该类型的结构整体性较强，但是用钢量太大，不够经济。而且钢筋混凝土多为现场浇筑，施工麻烦且受季节影响因素较大。由于钢筋混凝土塔自重较大，还增加了地基基础的投资，高烈度地震区对钢筋混凝土塔更为不利。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种巨型格构柱方形钢结构造粒塔塔桅体系，整体性强，结构稳定，节省材料，装配方便，施工快捷，经济效益好。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种巨型格构柱方形钢结构造粒塔塔桅体系，包括竖立固定的四根第一钢管混凝土柱和竖立固定的八根第二钢管混凝土柱；

所述的四根第一钢管混凝土柱呈正方形设置且分别对应顶点位置分布；同一边上的两根第一钢管混凝土柱之间共边设置有均匀分布的两根第二钢管混凝土柱；

一根第一钢管混凝土柱分别与其相邻的两根第二钢管混凝土柱组合形成一根格构柱，其中，第一钢管混凝土柱分别与两根第二钢管混凝土柱通过若干第一横梁和若干第一柱间支撑连接，两根第二钢管混凝土柱之间分别通过若干第二横梁和若干第二柱间支撑连接；

相邻两格构柱之间通过共边设置的两根第二钢管混凝土柱之间的第三横梁和第三柱间支撑连接合围形成造粒塔内部圆筒腔体，造粒塔的四个外立面合围形成正四棱柱。

优选的，所述的第一柱间支撑设置在相邻的两个第一横梁之间，第二柱间支撑设置相邻的两个第二横梁之间，第三柱间支撑设置相邻的两个第三横梁之间。

优选的，同一层高设置的第一横梁、第二横梁和第三横梁形成一个横梁面；与造粒塔楼面对应横梁面中的横梁采用工字钢形成楼层支架，其余部分的横梁采用钢管。

优选的，同一层高设置的第二横梁和第三横梁依次通过第二钢管混凝土柱交替设置连接形成正八边形，八根第二钢管混凝土柱对应顶点位置分布；每个第二钢管混凝土柱在同一层高的八边形内侧通过短节梁连接呈圆环设置的圆环梁；第三横梁的外侧设置有与其平行的外横梁。

优选的，造粒塔一个外立面的外侧平行设置有四个侧立柱；侧立柱分别通过垂直设置的连接横梁与对应的第一钢管混凝土柱或第二钢管混凝土柱连接，相邻侧立柱之间设置第四横梁；每个连接横梁下方设置有固定在对应的第一钢管混凝土柱或第二钢管混凝土柱上的斜支撑；四个侧立柱形成的附属立面与相邻的外立面之间合围形成造粒塔的楼梯空间和附属空间，与该外立面相邻的格构柱内设置电梯空间。

优选的，格构柱内设置有垂直连接第一横梁和钢管混凝土柱的第一加强梁，与第一横梁平行的第二加强梁，以及与第二横梁平行的第三加强梁中的至少一种。

优选的，设置在同一外立面上且分布在相邻层高横梁之间的一个第一柱间支撑、一个第三柱间支撑和一个第一柱间支撑，依次连接呈一体设置，形成两端连接同一外立面上两根第一钢管混凝土柱的一体支撑；一体支撑与同一外立面的两根第二钢管混凝土柱焊接固定。

优选的，四根第一钢管混凝土柱和竖立固定的八根第二钢管混凝土柱内的混凝土内掺入乱向分布的钢纤维；四根第一钢管混凝土柱和竖立固定的八根第二钢管混凝土柱的管径从下向上呈阶梯性减小。

优选的，第一柱间支撑设置在两相邻第一横梁之间，一端与一个第一横梁和第一钢管混凝土柱的连接节点连接，另一端与另一个第一横梁和第二钢管混凝土柱的连接节点连接；造粒塔下部相邻的第一柱间支撑收尾相接，上部相邻的第一柱间支撑呈相同倾斜朝向设置。

优选的，第二柱间支撑和第三柱间支撑均呈V字形设置；第二柱间支撑设置在两相邻第二横梁之间，两端与一个第二横梁和第二钢管混凝土柱的连接节点连接，中间顶点与另一个第二横梁连接；第三柱间支撑设置在两相邻第三横梁之间，两端与一个第三横梁和第二钢管混凝土柱的连接节点连接，中间顶点与另一个第三横梁连接。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明采用空间桁架结构，将各角处的一根第一钢管混凝土柱和与其相邻的两根第二钢管混凝土柱组合成一根格构柱；再通过四个格构柱之间的支撑连接为一个整体，形成外方柱内圆筒的塔状结构，塔身的整体性更强，利用设置的柱间支撑起缀条的作用，设置的横梁缀板作用，起到不仅增强了柱子的抗弯性能，而且增强了塔身结构的整体性，使得结构更稳定，抗侧移能力较满布支撑的薄壁状塔身更好；并且能够通过形成的空间桁架结构，将各承重柱用支撑连接为外方内圆筒的塔状结构，其各连接处传力直接，各部件受力明确合理，连接处便于施工装配，综合造价低；相较于钢筋混凝土结构，钢结构塔的结构玲珑剔透，外形丰富多彩，自重轻，抗震性能好，构件可在工厂预制、工地安装，质量保证，工期缩短，从整体上提高了经济效益，更有利于在刮料层以上塔壁开设进风口。

进一步的，通过格构柱内两两钢管混凝土之间形成的三角形单元连接的横梁和柱间支撑形成空间桁架构成，从而能充分利用材料的强度，比实腹梁节省材料，减轻自重和增大刚度。

进一步的，利用依附固定在钢管混凝土柱上的侧立柱形成侧立面，使得楼梯间的布置在造粒塔的塔身之外，功能分区更明确，且用钢量更少。

进一步的，通过多种加强横梁的设置，能够针对不同楼层中的具体要求进行适应性设置，更好的满足实际要求，减少用钢量。

进一步的，通过设置的一体支撑，在加强外立面整体性的同时，提高了施工和装配效率，保证了减少用钢量的同时满足使用要求。

进一步的，能够提高钢管混凝土柱在节点处的受压承载力和受拉承载力，提高了节点区强度，使整体结构设计中达到强节点的设计要求。

附图说明

图1为本发明实例中所述造粒塔塔桅体系的结构平面布置图。

图2为图1的1-1向的设置V字形支撑的结构示意图。

图3为图1的2-2向结构示意图。

图4为图1的3-3向结构示意图。

图5为图1的1-1向的设置一体支撑的结构示意图。

图中：第一钢管混凝土柱1，第二钢管混凝土柱2，第一横梁3，第一柱间支撑4，第二横梁5，第二柱间支撑6，第三横梁7，第三柱间支撑8，侧立柱9，连接横梁10，第四横梁11，斜支撑12，第一加强梁13，第二加强梁14，第三加强梁15，短节梁16，圆环梁17，外横梁18。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

本发明一种巨型格构柱方形钢结构造粒塔塔桅体系，为提高生工业产效率，将装配化钢管结构形式在国内首次应用于化肥工业造粒塔上而提出的巨型格构柱方形塔形。本发明采用空间桁架结构，将各角处三根钢管混凝土柱组合成四根格构柱,塔身的整体性更强，抗侧移能力较满布支撑薄壁状塔身更好。格构柱缀材形式主要有缀条和缀板，格构柱的结构特点是，将材料面积向距离惯性轴远的地方布置，能保证相同轴向抗力条件下增强构件抗弯性能，并且节省材料。本发明柱间支撑起缀条的作用，不仅增强了柱子的抗弯性能，而且增强了塔身结构的整体性，使得结构更稳定。

本发明所提出的新型装配式巨型格构柱方形钢结构造粒塔塔桅结构直接应用于河南帝益肥年产85万吨复合肥项目造粒塔等工程中，在日常生产过程中具有良好的使用效果；由于新型塔桅结构施工速度快，可以显著缩短工期，明显提高经济效益。

具体的，如图1-图5所示，其包括竖立固定的四根第一钢管混凝土柱1和竖立固定的八根第二钢管混凝土柱2；四根第一钢管混凝土柱1呈正方形设置且分别对应顶点位置分布；同一边上的两根第一钢管混凝土柱1之间共边设置有均匀分布的两根第二钢管混凝土柱2；一根第一钢管混凝土柱1分别与其相邻的两根第二钢管混凝土柱2组合形成一根格构柱，其中，第一钢管混凝土柱1分别与两根第二钢管混凝土柱2通过若干第一横梁3和若干第一柱间支撑4连接，两根第二钢管混凝土柱2之间分别通过若干第二横梁5和若干第二柱间支撑6连接；相邻两格构柱之间通过共边设置的两根第二钢管混凝土柱2之间的第三横梁7和第三柱间支撑8连接，四个格构柱依次连接合围形成造粒塔内部圆筒腔体，造粒塔的四个外立面合围形成正四棱柱。本实例中，如图1所示，将横向由左向右的第一钢管混凝土柱1、第二钢管混凝土柱2、第二钢管混凝土柱2和第一钢管混凝土柱1对应纵向轴线标识为B、C、D、E；纵向的由下向上的第一钢管混凝土柱1、第二钢管混凝土柱2、第二钢管混凝土柱2和第一钢管混凝土柱1对应的横向轴线标识为①、②、③、④。

如图2-图5所示，所述的第一柱间支撑4设置在相邻的两个第一横梁3之间，第二柱间支撑6设置相邻的两个第二横梁5之间，第三柱间支撑8设置相邻的两个第三横梁7之间。

如图1-图5所示，同一层高设置的第一横梁3、第二横梁5和第三横梁7形成一个横梁面；与造粒塔楼面对应横梁面中的横梁采用工字钢形成楼层支架，其余部分的横梁采用钢管。同一层高设置的第二横梁5和第三横梁7依次通过第二钢管混凝土柱2交替设置连接形成正八边形，八根第二钢管混凝土柱2对应顶点位置分布；每个第二钢管混凝土柱2在同一层高的八边形内侧通过短节梁16连接呈圆环设置的圆环梁17；第三横梁7的外侧设置有与其平行的外横梁18，同轴设置的若干圆环梁17形成造粒塔内部的圆筒腔体。

如图1和图2所示，造粒塔一个外立面的外侧平行设置有四个侧立柱9；侧立柱9分别通过垂直设置的连接横梁10与对应的第一钢管混凝土柱1或第二钢管混凝土柱2连接，相邻侧立柱9之间设置第四横梁11；每个连接横梁10下方设置有固定在对应的第一钢管混凝土柱1或第二钢管混凝土柱2上的斜支撑12；四个侧立柱9形成的附属立面与相邻的外立面之间合围形成造粒塔的楼梯空间和附属空间，与该外立面相邻的格构柱内设置电梯空间。

如图1所示，格构柱内设置有垂直连接第一横梁3和钢管混凝土柱1的第一加强梁13，与第一横梁3平行的第二加强梁14，以及与第二横梁5平行的第三加强梁15中的至少一种。

如图5所示，设置在同一外立面上且分布在相邻层高横梁之间的一个第一柱间支撑4、一个第三柱间支撑8和一个第一柱间支撑4，依次连接呈一体设置，形成两端连接同一外立面上两根第一钢管混凝土柱1的一体支撑；一体支撑与同一外立面的两根第二钢管混凝土柱2焊接固定。

四根第一钢管混凝土柱1和竖立固定的八根第二钢管混凝土柱2内的混凝土内掺入乱向分布的钢纤维；四根第一钢管混凝土柱1和竖立固定的八根第二钢管混凝土柱2的管径从下向上呈阶梯性减小。

如图2-图4所示，第一柱间支撑4设置在两相邻第一横梁3之间，一端与一个第一横梁3和第一钢管混凝土柱1的连接节点连接，另一端与另一个第一横梁3和第二钢管混凝土柱2的连接节点连接；造粒塔下部相邻的第一柱间支撑4收尾相接，上部相邻的第一柱间支撑4呈相同倾斜朝向设置。

第二柱间支撑6和第三柱间支撑8均呈V字形设置；第二柱间支撑6设置在两相邻第二横梁5之间，两端与一个第二横梁5和第二钢管混凝土柱2的连接节点连接，中间顶点与另一个第二横梁5连接；第三柱间支撑8设置在两相邻第三横梁7之间，两端与一个第三横梁7和第二钢管混凝土柱2的连接节点连接，中间顶点与另一个第三横梁7连接。