本实用新型涉及专门用途的构筑物领域，具体为一种非对称钢结构安全水塔。
背景技术：
安全水塔在工业和民用构筑物中非常普遍，传统的安全水塔的造型为倒锥形水塔，由圆柱体支筒和倒锥壳水箱组成，结构型式为钢筋混凝土结构。其外观只能从圆柱支筒和倒锥壳水箱的乳胶漆颜色和图案进行改变，比较单一。也有个别钢结构水塔的工程实例，水箱为钢结构球体或长方体，塔架为4柱或6柱钢桁架结构，造型未考虑美观，整体观感显得呆板、木讷。
技术实现要素：
为了克服现有技术的缺陷，提供一种结构牢固、抗风载能力强、造型美观的储水设备，本实用新型公开了一种非对称钢结构安全水塔。
本实用新型通过如下技术方案达到发明目的：
一种非对称钢结构安全水塔，包括水箱，水箱为球形，水箱上分别连接进水管和出水管，其特征是：还包括前左三角形支撑筒、前右三角形支撑筒、长方体支撑筒、支撑柱、连杆和斜杆，
前左三角形支撑筒、前右三角形支撑筒和长方体支撑筒这三者都垂直地固定在地面上，前左三角形支撑筒和前右三角形支撑筒分别固定在长方体支撑筒的两侧，前左三角形支撑筒和前右三角形支撑筒之间固定支撑柱；
前左三角形支撑筒和前右三角形支撑筒这两者的横截面都为等腰三角形，长方体支撑筒的横截面为矩形，前左三角形支撑筒、前右三角形支撑筒和长方体支撑筒这三者通过水平设置的连杆连接，连杆沿垂直方向设有至少五层；
以连杆所在的横截面上看，前左三角形支撑筒、前右三角形支撑筒、长方体支撑筒和固定支撑柱这四者按如下所述连接：设长方体支撑筒有一组相对的边分别为甲边和乙边，位于长方体支撑筒甲边上相邻的两个顶点分别和前左三角形支撑筒和前右三角形支撑筒这两者的顶点重合，位于长方体支撑筒乙边上相邻的两个顶点分别通过连杆连接前左三角形支撑筒和前右三角形支撑筒这两者底边上外侧的端点，前左三角形支撑筒和前右三角形支撑筒这两者底边上内侧的端点通过连杆分别连接支撑柱，相邻两层的连杆通过斜杆连接；
水箱固定在长方体支撑筒的顶端。
所述的非对称钢结构安全水塔，其特征是：前左三角形支撑筒、前右三角形支撑筒、长方体支撑筒这三者都由钢管柱、H型钢梁和彩钢板构成，钢管柱作为顶点，H型钢梁水平分层设置并依次连作为相邻顶点的钢管柱，相邻两层的H型钢梁通过斜杆连接，彩钢板覆盖在相邻的H型钢梁和连接相邻H型钢梁的钢管柱构成的外表面上，彩钢板上开有通风窗，钢管柱、H型钢梁、支撑柱、连杆和斜杆构成桁架系统。
所述的非对称钢结构安全水塔，其特征是：前左三角形支撑筒和前右三角形支撑筒这两者底边两个端点的钢管柱以及支撑柱都为5根相同圆心角的弧形圆管立柱，所述弧形的凹面朝向后支撑筒的甲边，所述弧形的圆心角不大于30°；
以连杆所在的横截面上看，前左三角形支撑筒底边的两个端点、支撑柱和前右三角形支撑筒底边的两个端点这五个点位于同一条圆弧上，且这五个点将所述同一条圆弧四等分，所述圆弧的圆心角为固定值100°。
所述的非对称钢结构安全水塔，其特征是：还包括操作平台，操作平台水平设于后支撑筒的上部且位于水箱下方。
塔类高耸构筑物往往是工厂的地标建筑。优美的塔类高耸构筑物宛如城市雕塑，与工业厂房建筑群共同构成花园工厂的景观。建筑师根据创新的立意，设计出各种各样优美的造型，钢结构是实现建筑师不规则方案造型的重要手段。
本实用新型使用时，依据下列原则来实现建筑造型的立意，设计布置计算钢构件：
i. 水道专业根据安全水塔的储水量和水头压力要求，确定水塔的高度和球体水箱的直径。
ii. 建筑师从美观和黄金分割的角度，在确定的高度和球体水箱直径的基础上，确定三个支撑筒的尺寸和5根相同弧形圆管立柱的圆心角及半径，给出初步的三维效果图。
iii. 结构师按确定好的高度、球体直径、三个支撑筒的尺寸和立面上弧形圆管立柱的圆心角及半径，并根据实际工程所在地的风荷载和地震作用，计算钢构件断面。
iv. 建筑师根据水塔附近厂房彩板的颜色，选择水塔长方体支撑筒彩钢板的色彩，选择外露的三角形支撑筒及桁架钢构件油漆的颜色。
v. 建筑师按计算出的构件实际断面，修改效果图。
若效果图上的构件的大小影响美观，可局部调整三个支撑筒的尺寸，直至造型效果和结构计算均满足为止。
本实用新型的技术方案包括外观造型和结构型式两部分。
I. 外观造型：
水塔外观好似正在行进中的帆船，取帆船“同舟共济、风雨同行，乘风破浪、扬帆远航”的良好寓意。
顶部水箱为球体，支撑在钢结构的长方体支撑筒上；外部为弧形空间钢管桁架系统。长方体支撑筒采用彩钢板做外墙围护，门采用空腹双面镀锌钢板门，窗采用彩钢板窗，两个三角形支撑筒和外部弧形的桁架系统共同形成帆船造型，同时把进水管和出水管围护起来，起到美观的作用。本实用新型整体采用虚实对比的手法，造型轻盈、飘逸，具有很强的结构特点及现代风格，是工程技术和建筑艺术的综合创作。
结合海滨的特点，本实用新型长方体支撑筒的彩钢板色彩选用浅青蓝或云白色；外露的两个三角形支撑筒和桁架系统钢构件的油漆色彩采用稚蓝或白色；球体的水箱为水塔储水空间，色彩选用孔雀蓝，满足功能要求同时，起到画龙点睛的作用；操作平台的栏杆、钢梁等色彩也采用孔雀蓝，与球体相呼应；门窗的色彩与附近主厂房门窗一致，形成色彩呼应。
II. 结构型式：
本实用新型是一种采用异型钢结构的安全水塔，本实用新型做采用的结构型式既满足了建筑外型的美观及使用功能需要，又有效解决了高风载区结构的抗风问题，结构设计经济合理。
根据水塔建筑造型，顶部水箱采用钢结构球体；下部长方体支撑筒为四根钢管柱和H型钢梁形成的钢框架支撑体系；外部沿100°角圆周均匀布置的五根竖向弧形的钢管柱，从而和长方体支撑筒的钢管柱之间拉接形成空间管桁架系统。竖向荷载为球形的水箱，主要通过长方体支撑筒传给基础。塔类高耸结构的主控水平荷载为风荷载，主要受风面为封闭的长方体支撑筒和顶部的球形水箱；风荷载产生的巨大的倾翻力矩，由长方体支撑筒和弧形的空间管桁架共同承受。基础根据地质条件确定采用PHC桩或钻孔灌注桩。
为抵抗风载对高耸结构的影响，在封闭的长方体支撑筒外空间管桁架范围布置两个三角形支撑筒，以增强结构的刚度。三个支撑筒之间通过连杆连接或铰相连。这种结构体系可有效减少质量中心与刚度中心的偏置对结构的影响。为减小结构平、立面不规则对结构的影响及增强结构的刚度，主要采取了以下措施：
i. 在支撑筒外的楼层平面均设置水平支撑杆件，加强结构的水平刚度；
ii. 结构竖向每隔两个节间设置横隔增加结构的整体刚度及减小结构的扭转；
iii. 在相贯节点处增加节点板，增强节点刚度。
本实用新型的建筑造型效果如下：克服了传统安全水塔造型单一性、呆板和木讷的缺点，造型和立意新颖，体现了现代化工厂的人文气息，具有强烈的时代感。优美的水塔高耸建筑宛如城市之雕塑，与厂房建筑共同构成工厂的天际线；成为花园工厂的地标性建筑物，给人美好的精神寄托与鼓舞。在保证水道工艺使用功能不变、可实现性的基础上，使水塔呈现城市雕塑般的魅力，达到美化工厂景观的目的。
本实用新型的结构型式效果如下：一方面克服了钢筋混凝土结构难以实现水塔复杂建筑造型的缺点，另一方面在满足优美建筑造型的基础上，采取了一些不改变建筑造型增加结构刚度的结构加强措施，增大了抵抗高耸结构巨大风载和倾翻力矩的能力。
附图说明
图1是本实用新型未覆盖彩钢板时的结构示意图；
图2是本实用新型覆盖彩钢板后的结构示意图；
图3是本实用新型横截面示意图。
具体实施方式
以下通过具体实施例进一步说明本实用新型。
实施例1
一种非对称钢结构安全水塔，包括水箱1、前左三角形支撑筒21、前右三角形支撑筒22、长方体支撑筒23、支撑柱31、连杆32和斜杆33，如图1～图3所示，具体结构是：
水箱1为球形，水箱1上分别连接进水管和出水管；
前左三角形支撑筒21、前右三角形支撑筒22和长方体支撑筒23这三者都垂直地固定在地面上，前左三角形支撑筒21和前右三角形支撑筒22分别固定在长方体支撑筒23的两侧，前左三角形支撑筒21和前右三角形支撑筒22之间固定支撑柱31；
前左三角形支撑筒21和前右三角形支撑筒22这两者的横截面都为等腰三角形，长方体支撑筒23的横截面为矩形，前左三角形支撑筒21、前右三角形支撑筒22和长方体支撑筒23这三者通过水平设置的连杆32连接，连杆32沿垂直方向至少设置五层；
以连杆32所在的横截面上看，前左三角形支撑筒21、前右三角形支撑筒22、长方体支撑筒23和固定支撑柱31这四者按如下所述连接：设长方体支撑筒23有一组相对的边分别为甲边231和乙边232，位于长方体支撑筒23甲边231上相邻的两个顶点分别和前左三角形支撑筒21和前右三角形支撑筒22这两者的顶点重合，位于长方体支撑筒23乙边232上相邻的两个顶点分别通过连杆32连接前左三角形支撑筒21和前右三角形支撑筒22这两者底边上外侧的端点，前左三角形支撑筒21和前右三角形支撑筒22这两者底边上内侧的端点通过连杆32分别连接支撑柱31，相邻两层的连杆32通过斜杆33连接；
水箱1固定在长方体支撑筒23的顶端。
本实施例中：长方体支撑筒23由钢管柱41、H型钢梁42和彩钢板43构成，钢管柱41作为顶点，H型钢梁42水平分层设置并依次连作为相邻顶点的钢管柱41，相邻两层的H型钢梁42通过斜杆33连接，彩钢板43覆盖在相邻的H型钢梁42和连接相邻H型钢梁42的钢管柱41构成的外表面上，彩钢板43上开有通风窗44，钢管柱41、H型钢梁42、支撑柱31、连杆32和斜杆33构成桁架系统。
本实施例中：前左三角形支撑筒21和前右三角形支撑筒22这两者底边两个端点的钢管柱41以及支撑柱31都为相同的弧形，所述弧形的凹面朝向长方体支撑筒23的甲边231，所述弧形的圆心角不大于30°；
以连杆32所在的横截面上看，前左三角形支撑筒21底边的两个端点、支撑柱31和前右三角形支撑筒22底边的两个端点这五个点位于同一条圆弧上，且这五个点将所述同一条圆弧四等分，所述圆弧的圆心角为固定值100°，即图3中的θ都为25°；图3中的R表示这横断面上五根圆管柱所在同一条圆弧的半径。
本实施例中：还包括操作平台5，操作平台5水平设于长方体支撑筒23的上部且位于水箱1下方。
塔类高耸构筑物往往是工厂的地标建筑。优美的塔类高耸构筑物宛如城市雕塑，与工业厂房建筑群共同构成花园工厂的景观。建筑师根据创新的立意，设计出各种各样优美的造型，钢结构是实现建筑师不规则方案造型的重要手段。
本实施例使用时，依据下列原则来实现建筑造型的立意，设计布置计算钢构件：
i. 水道专业根据安全水塔的储水量和水头压力要求，确定水塔的高度和球体水箱的直径。
ii. 建筑师从美观和黄金分割的角度，在确定的高度和球体水箱直径的基础上，确定三个支撑筒的尺寸和立面5根相同弧形圆管立柱的圆心角及半径，给出初步的三维效果图。
iii. 结构师按确定好的高度、球体直径、三个支撑筒的尺寸和立面上弧形圆管立柱的圆心角及半径，并根据实际工程所在地的风荷载和地震作用，计算钢构件断面。
iv. 建筑师根据水塔附近厂房彩板的颜色，选择水塔长方体支撑筒彩钢板的色彩，选择外露的三角形支撑筒及桁架钢构件油漆的颜色。
v. 建筑师按计算出的构件实际断面，修改效果图。
若效果图上的构件的大小影响美观，可局部调整三个支撑筒的尺寸，直至造型效果和结构计算均满足为止。
本实施实例的主要控制尺寸及标高：安全水塔总高度为72.6m，球体水箱直径为8.8m；长方体支撑筒平面尺寸为4.5m×3.0m，高度为55.0m，为由四根钢管柱和H型钢梁形成的钢框架支撑体系；立面5根相同的弧形管柱的圆弧半径为284m，圆心角为15°；5根弧形圆管立柱平面位于圆心角为100°的圆弧上，5根圆管立柱把100°的圆弧分成四等分，±0.000m标高所在圆弧半径为7.5m；5根圆管立柱平面所在圆弧的圆心，位于长方体支撑筒短边尺寸3.0m方向的中轴线上，把长边4.5m分成2.5m和2.0m；检修平台标高为48.4m。
本实施例的技术方案包括外观造型和结构型式两部分。
I. 外观造型：
水塔外观好似正在行进中的帆船，取帆船“同舟共济、风雨同行，乘风破浪、扬帆远航”的良好寓意；
顶部水箱1为球体，支撑在钢结构的长方体支撑筒23上；外部为弧形空间钢管桁架系统。长方体支撑筒23采用彩钢板43做外墙围护，门采用空腹双面镀锌钢板门，窗采用彩钢板窗，两个三角形支撑筒和外部弧形的桁架系统共同形成帆船造型，同时把进水管和出水管围护起来，起到美观的作用。本实施例整体采用虚实对比的手法，造型轻盈、飘逸，具有很强的结构特点及现代风格，是工程技术和建筑艺术的综合创作。
结合海滨的特点，本实施例长方体支撑筒的彩钢板色彩选用浅青蓝；外露的两个三角形支撑筒和桁架系统钢构件的油漆色彩选用稚蓝；球体的水箱1为水塔储水空间，色彩选用孔雀蓝，满足功能要求同时，起到画龙点睛的作用；操作平台5的栏杆、钢梁等色彩也采用孔雀蓝，与球体相呼应；空腹双面镀锌钢板门色彩选用中灰绿，彩钢板窗色彩选用浅豆绿，门窗的色彩与附近主厂房门窗一致，形成色彩呼应。
II. 结构型式：
本实施例是一种采用异型钢结构的安全水塔，本实施例做采用的结构型式既满足了建筑外型的美观及使用功能需要，又有效解决了高风载区结构的抗风问题，结构设计经济合理。
根据水塔建筑造型，顶部水箱1采用钢结构球体；下部长方体支撑筒23为四根钢管柱41和H型钢梁42形成的钢框架支撑体系；外部沿100°角圆周均匀布置的五根竖向弧形的钢管柱41，从而和长方体支撑筒23的钢管柱41之间拉接形成空间管桁架系统。竖向荷载为球形的水箱1，主要通过长方体支撑筒23传给基础。塔类高耸结构的主控水平荷载为风荷载，主要受风面为封闭的长方体支撑筒23和顶部的球形水箱1；风荷载产生的巨大的倾翻力矩，由长方体支撑筒23和弧形的空间管桁架共同承受。基础根据地质条件确定采用PHC桩或钻孔灌注桩。
为抵抗风载对高耸结构的影响，在封闭的长方体核心筒外空间管桁架范围布置两个三角形支撑筒21和22，以增强结构的刚度。三个支撑筒之间通过连杆32连接或铰相连。这种结构体系可有效减少质量中心与刚度中心的偏置对结构的影响。为减小结构平、立面不规则对结构的影响及增强结构的刚度，主要采取了以下措施：
i. 在支撑筒外的楼层平面均设置水平支撑杆件，加强结构的水平刚度；
ii. 结构竖向每隔两个节间设置横隔增加结构的整体刚度及减小结构的扭转；
iii. 在相贯节点处增加节点板，增强节点刚度。