《土木工程特种结构》课件 第5章 冷却塔

《土木工程特种结构》第5章冷却塔第5章冷却塔概述5.1冷却塔的布置与选型5.2冷却塔的组成与构造5.3冷却塔的结构设计计算5.45.1概述大型冷却塔是火电/核电厂二次高温循环水的冷却工业设施，是电力建设发展的重大生命线节点工程。火电/核电厂热力循环系统简图冷却塔（CoolingTower）是一种塔形冷却构筑物。在冷却塔内，热水从塔顶向下喷淋成水滴或水膜状，空气则由下向上与水滴或水膜逆向流动，或水平方向交流流动，在气水接触过程中，进行热交换，使水温降低。冷却塔的主要功能是将工业生产中携带废热的冷却水在塔体内部与空气进行热交换，使废热传输给空气并散入大气中，以降低循环水的温度，为被冷却设备提供足够的冷却水，保证工业生产安全、稳定地运行。5.1概述5.1.1冷却塔的分类根据空气进入冷却塔内的情况，冷却塔可分为：自然通风冷却塔机械通风冷却塔混合通风冷却塔根据水与空气流动方向的不同，冷却塔按可分为：逆流式冷却塔横流式冷却塔混流式冷却塔根据水与空气的接触方式的不同，冷却塔可以分为：湿式冷却塔干式冷却塔干湿式冷却塔5.1概述5.1.1冷却塔的分类自然通风和机械通风冷却塔自然通风冷却塔自然通风冷却塔不设置专门的风机设备，依靠塔内外的空气密度差或自然风力形成的空气对流作用来完成热交换。塔外冷空气进入冷却塔后，吸收由热水蒸发和接触散失的热量，温度增加、湿度变大、密度变小；塔外空气温度低、湿度小、密度大；由于塔内外空气密度差异，在进风口内外产生压差，致使塔外空气源源不断地流进塔内且无需通风设备提供动力，故称为自然通风。自然通风冷却塔需要配套建造高大的塔筒。5.1概述5.1.1冷却塔的分类自然通风和机械通风冷却塔机械通风冷却塔机械通风冷却塔根据风机设备的安装位置不同，可分为鼓风式和抽风式。鼓风式冷却塔将风机设备安装在进风口处，便于风机的维护与检修，风机设备不受湿热空气的腐蚀，但可冷却的水量较抽风式冷却塔小。抽风式冷却塔将风机设备安装在冷却塔的顶部，风机设备经常处于湿热空气中，运行易受腐蚀，且因安装位置较高，维护与检修较困难。5.1概述5.1.1冷却塔的分类逆流式和横流式冷却塔逆流式冷却塔逆流式冷却塔中水由上向下，空气由下向上形成逆向流动。冷却过程：来自被冷却设备的热循环水，由水管送入塔的配水系统，配水系统将热水喷洒在填料顶面上，经过填料与填料下的进风空间（又称为雨区）落入集水池，空气在填料区中与热水发生热交换，吸热后的湿热空气借助塔筒的抽力上升后，自塔顶排出。5.1概述5.1.1冷却塔的分类逆流式和横流式冷却塔横流式冷却塔横流式冷却塔中水由上向下，空气则是水平流入，形成交叉流动。冷却过程：经过被冷却设备变热的循环水，由水管流入配水池内，通过池底孔或小型喷头将热水喷洒于淋水填料的顶面，在流经填料区时，与从进风口进入的冷空气进行热交换，然后流入下面的集水池中。与逆流式冷却塔相仿，空气是通过塔内外的空气密度差产生抽力而流动的。5.1概述5.1.1冷却塔的分类湿式和干式冷却塔湿式冷却塔湿式冷却塔，简称湿冷塔，主要通过蒸发传热与接触传热两种方式完成水与大气的热交换，如自然通风逆流式冷却塔和自然通风横流式冷却塔。湿式冷却塔的传热效率高，冷却极限是空气的湿球温度，而缺点则是蒸发使部分冷却水损失到大气中，造成水资源浪费，余下的水由于含盐量增大，还需进行水质稳定处理，否则，造成工艺设备的腐蚀或结垢。因此，湿式冷却塔需要有供给水的水源。5.1概述5.1.1冷却塔的分类湿式和干式冷却塔干式冷却塔干式冷却塔，又称为空冷塔。冷却过程：经过被冷却设备变热的循环水，由热水管进入密闭的散热器；在散热器中与从进风口进入的冷空气进行热交换。升温后的热空气由塔筒排出，冷却后的循环水沿冷水管再送回到被冷却设备中。如此反复，形成闭路循环系统，循环水与空气不直接接触。干式冷却塔没有蒸发，循环水不损失，可节约淡水资源；但其效率低，冷却极限为空气干球温度。因此，干式冷却塔适合于缺水地区，如我国的北方地区。5.1概述5.1.2冷却塔的发展冷却塔伴随采矿业的兴起而发展，最初的冷却塔作为煤矿开发的配套设施而存在。冷却塔的结构发展经历了从圆筒形或多边形到双曲线或多段线壳体的变革，材料从最初的木材发展为钢筋混凝土材料及钢材。1918年，世界上第一座32.3m高的钢筋混凝土冷却塔诞生于荷兰，塔筒采用双曲抛物旋转薄壳结构。在之后的近100年里，双曲线冷却塔在电力、石油、化工、钢铁和轻纺等领域都发挥着巨大的作用。1952年，在辽河电厂建设中，我国自行设计和建造了第一座双曲线钢筋混凝土冷却塔，揭开了国内冷却塔建造的新纪元。之后，我国陆续建成了许多大型自然通风双曲线湿式冷却塔。5.1概述5.1.2冷却塔的发展近年来，为保护环境，满足烟气的大气排放标准，对烟气普遍采用湿法进行脱硫。经过脱硫后的烟气温度一般为60~70℃；为防止烟气温度低于露点，并符合排放标准，需对烟气进行再加热。这不仅增加了设备投资，而且占用土地。因此，建议采用排烟冷却塔。排烟冷却塔可充分利用冷却塔的热交换能力，提高烟气的抬升高度，降低扩散浓度，获得较好的经济和环保效益。5.1概述5.1.2冷却塔的发展目前，双曲线冷却塔的发展趋势：塔型高大化、塔群复杂化。寻求投资最省、材料消耗最少，而安全度最大、冷却效率最高的塔型。通过模型试验和对现有大型冷却塔进行原型观测，提出更科学的计算理论和方法。研制适合建造冷却塔的高强、高耐久性新材料。采用新的结构方案建造冷却塔的塔筒。解决冷却塔对环境的各种不利影响。考虑冷却塔与周围建筑物或自然环境的艺术效果及整体美观。不断改进冷却塔的施工方法。5.2冷却塔的布置与选型5.2.1冷却塔的布置原则湿式和干式冷却塔干式冷却塔干式冷却塔，又称为空冷塔。冷却过程：经过被冷却设备变热的循环水，由热水管进入密闭的散热器；在散热器中与从进风口进入的冷空气进行热交换。升温后的热空气由塔筒排出，冷却后的循环水沿冷水管再送回到被冷却设备中。如此反复，形成闭路循环系统，循环水与空气不直接接触。干式冷却塔没有蒸发，循环水不损失，可节约淡水资源；但其效率低，冷却极限为空气干球温度。因此，干式冷却塔适合于缺水地区，如我国的北方地区。5.2冷却塔的布置与选型5.2.1冷却塔的布置原则冷却塔在厂区总平面规划中的位置应根据生产工艺流程要求，结合其与周围环境之间的相互影响及工业企业的发展扩建规模等因素综合考虑确定，并应满足以下要求：在寒冷地区，为避免或减轻冷却塔在运行过程中从塔顶飘散出去的飘滴、水雾对厂区主要建（构）筑物和露天配电装置的不良影响，冷却塔宜布置在厂区冬季主导风向的下风侧或侧风侧。为了防止煤尘或其他粉尘对循环水的污染，冷却塔宜布置在贮煤场等粉尘污染源的全年主导风向的上风侧或侧风侧。冷却塔宜远离厂内露天热源，如发电厂的露天锅炉等，以免受这些露天热源的影响，使进入冷却塔空气参数的数值长时间高于设计值，导致冷却效果达不到设计要求。5.2冷却塔的布置与选型5.2.1冷却塔的布置原则冷却塔之间或冷却塔与其他建（构）筑物之间的距离除应满足冷却塔的通风要求外，还应满足管、沟、道路、建（构）筑物的防火和防爆要求，以及冷却塔和其他建（构）筑物的施工和检修场地要求。冷却塔的位置宜远离对噪声敏感的区域。当冷却塔内的淋水及水滴落入集水池时，水滴撞击产生噪声。在确定冷却塔的位置时，应考虑其噪声对环境的影响，使冷却塔远离对噪声敏感的区域或采取有效措施降低其噪声。当环境对冷却塔的噪声有限制时，根据工程具体条件可采取以下措施降低噪声：在冷却塔外设隔声屏障；在进风口处设降噪装置；改善配水和集水系统，降低淋水噪声；在集水池水面处设降噪装置；采用高位收水冷却塔。5.2冷却塔的布置与选型5.2.1冷却塔的布置原则冷却塔宜靠近主要用水车间，避免修建过长的循环水管沟，节省投资，降低循环水泵的电耗，利于循环水水质处理的操作。冷却塔的集中或分散布置方案的选择，应根据使用循环水的车间数量、分布位置及各车间生产工艺的用水要求，通过技术经济比较后确定。排烟冷却塔宜布置于炉后区域，靠近脱硫吸收塔。冷却塔布置时宜避开地质不均匀地段，应选择地形、地质条件较好，地基处理简单的场地。在山区和丘陵地带布置冷却塔时，应避免受到湿热空气回流的影响。此外，由于冷却塔的规模巨大，形象宏伟，是工业高度发展的表现，因此在布置时，还应考虑它与周围建筑物和自然环境的美学关系，以获得最佳的艺术效果。5.2冷却塔的布置与选型5.2.2冷却塔的选型在塔型选择时，应从以下几方面考虑：使用要求在确定冷却塔类型时，应首先选用冷却性能可能满足使用要求的塔型。机械通风冷却塔常用于冷却水量相对较小、冷却后水温较低、运行条件有变化的情况；而自然通风冷却塔则用于冷却水量较大，冷却水温降不小于5℃，冷却水温与空气湿球温度差大于3℃的情况。水源情况工业生产企业所在地区水源情况对冷却塔选型有着重要的影响。若当地水源缺乏，宜优选干式冷却塔。基建投资有关资料表明，在基本条件相同的情况下，自然通风干式冷却塔的基建投资最大，机械通风冷却塔的基建投资最小，而自然通风湿式冷却塔的基建投资居中。5.2冷却塔的布置与选型5.2.2冷却塔的选型在塔型选择时，应从以下几方面考虑：运行和维修费用与机械通风冷却塔相比，自然通风冷却塔的运行和维修费用低。与干式冷却塔相比，湿式冷却塔的运行和维修费用少。占用土地由于干式冷却塔的热效率比湿式冷却塔的低，在同样热负荷情况下，干式冷却塔占地大于湿式冷却塔。对周围环境的影响冷却塔的类型不同，对周围环境的影响也不同。自然通风干式冷却塔在运行过程中无噪声，不产生水雾，塔周围环境干净。而自然通风湿式冷却塔和机械通风冷却塔在运行过程中，将产生不同程度的噪声和水雾，塔型选择时，应考虑其对周围环境的影响。5.2冷却塔的布置与选型5.2.2冷却塔的选型确定冷却塔的类型是一个比较复杂的问题，应综合考虑各方面的因素，并进行详细的技术经济比较。自然通风冷却塔具有热交换效率高、运营成本低等优点；而电力行业的冷却水流量大，要求冷却塔处理能力大，运行费用低；因此，自然通风冷却塔在我国电力行业中应用最多。塔体规模小型中型大型超大型淋水面积S/m2S<40004000≤S<80008000≤S<10000S≥10000零米直径D/mD<8080≤D<110110≤D<120D≥120塔高H/mH<100100≤H<145145≤H<160H≥160自然通风逆流湿式冷却塔塔体规模划分表5.3冷却塔的组成与构造冷却塔外部主体结构包括母线为双曲线或多段线的薄壳通风筒、塔筒顶部的刚性环、塔筒底部的下环梁、支承塔筒的斜支柱和支柱底部的基础。通风筒内部主要为冷却工艺结构，包括除水器、配水系统、淋水装置和集水池。5.3冷却塔的组成与构造5.3.1塔筒作为冷却塔的主要构件，塔筒的作用是形成良好的空气动力条件，产生足够的抽力，减少通风阻力，并将排出冷却塔中的湿热空气送往高空，以降低湿热空气造成的各种不利影响。冷却塔塔筒是一种母线为双曲线或类似双曲线的多段曲线钢筋混凝土旋转薄壁壳体结构，这种双曲薄壁结构不仅具有较好的结构力学和流体力学特性，还是一种经济合理的结构形式。塔筒主要包括刚性环、筒壁和环梁三部分。5.3冷却塔的组成与构造5.3.1塔筒筒壁筒壁是钢筋混凝土旋转薄壁壳体。平分筒壁壳体厚度的中线为一条平面曲线，通常称为母线。当这条母线绕其平面内的一条直线旋转时，就形成了一个曲面，该曲面称为中面，这条直线称为旋转轴。在旋转曲面上的这些母线又称为子午线，子午线与旋转轴构成的平面称为子午面。母线上任一点的旋转轨迹都是一个圆，这些圆都是平行圆。平行圆中半径最小的部位称为喉部。5.3冷却塔的组成与构造

5.3冷却塔的组成与构造5.3.1塔筒筒壁双曲面塔筒线型包括环向线型和子午向线型两方面，环向线型是圆曲线，子午向线型（母线）由两段双曲线（两段线）或由两段双曲线及一段直线（三段线）组成。子午向线型由塔筒顶部至喉部的线段是一段双曲线，记为线段Ⅰ；由塔筒喉部至底部的线段由另一段双曲线和一段直线构成，分别记为线段Ⅱ和线段Ⅲ，线段Ⅱ、Ⅲ在交点处斜率一致。两段线是三段线的特殊情况。5.3冷却塔的组成与构造5.3.1塔筒筒壁

5.3冷却塔的组成与构造

5.3冷却塔的组成与构造

自然通风冷却塔筒壁最小厚度淋水面积S/m2常规淡水冷却塔/mm排烟淡水冷却塔/mm排烟或不排烟海水冷却塔/mmS<25001401601702500≤S<40001501701804000≤S<80001601801908000≤S<10000180200210S≥100002002102305.3冷却塔的组成与构造5.3.1塔筒筒壁为了便于冷却塔的运行管理人员进入塔内，在筒壁一侧开设塔门或人孔。人孔呈椭圆形，尺寸以满足单人通过为宜，孔底标高取塔内主水槽顶标高。孔门用钢板制作。人孔宜正对主水槽，由主水槽顶加设盖板和栏杆形成塔内通道。寒冷地区人孔应位于向阳侧。塔外设置从地面到塔门或人孔的扶梯和通向塔顶的爬梯。扶梯应设护栏，爬梯应设护笼。当冷却塔总高度大于100m时，从塔门平台至塔顶的爬梯应设休息平台。塔筒开孔处应设置加强钢筋，在孔洞四周加设水平筋、垂直筋和对角处斜钢筋，每侧水平筋或垂直筋的截面不应小于开孔处被切断钢筋截面的0.75倍。5.3冷却塔的组成与构造5.3.1塔筒刚性环有关研究表明，塔顶刚性环可以显著提高冷却塔的抗风稳定性，提高幅度甚至超过20%。为了增加塔顶刚度和稳定性，自然通风冷却塔塔顶应设置刚性环，并兼作塔顶检修平台，用于设置检修步道和栏杆。图中t为刚性环上下两侧壳体平均壁厚。5.3冷却塔的组成与构造

5.3冷却塔的组成与构造5.3.1塔筒环梁塔筒下部环梁的作用是将上部的荷载均匀地传给其下斜支柱，并加强塔筒的刚度。一般淋水面积为2000m2~5000m2的冷却塔的环梁的高度为2m~3m，壁厚为400mm~700mm。寒冷地区的自然通风逆流式冷却塔常在环梁下部内侧设置宽300mm~400mm，与内壁夹角为45°~60°的挡水檐，以防止水流到支柱上结冰。5.3冷却塔的组成与构造5.3.1塔筒塔筒外表面子午向肋条超大型冷却塔受风荷载作用面积大，为减小风荷载的作用及作用效应，可在塔筒外表面增加子午向肋条提高冷却塔表面的粗糙度，以改善冷却塔表面风压分布，从而减小风荷载的作用及作用效应。

5.3冷却塔的组成与构造5.3.2斜支柱塔筒下部边缘支承在斜支柱上，由此将上部荷载传递到基础上，同时形成进风口。作为塔筒的支撑结构，斜支柱主要承受自重、风荷载和温度应力，并沿塔筒底部等圆弧均匀布置。斜支柱按其几何形状主要有X形、人形、V形和I形四种。大型冷却塔常采用X形支柱。5.3冷却塔的组成与构造5.3.2斜支柱斜支柱在空间是双向倾斜的，且倾斜角大小将影响冷却塔的自振频率和振动幅值。倾斜角为每对斜支柱组成的侧向平面内夹角的1/2。为减少柱顶径向位移，在每对斜支柱组成的平面内，斜支柱的倾斜角不宜小于11°。为保持塔体结构与斜支柱的整体性和减小交接处的附加应力，斜支柱的倾角轴线应与塔筒底部环梁保持一致。斜支柱高度根据冷却塔所需的进风口高度确定。冷却塔的进风口面积对塔内的气流分布和进风口区的气流阻力影响极大，进风口过小会造成冷却塔进口空气流速过高、塔内的风速分布不均匀，塔的阻力增加。自然通风逆流湿式冷却塔的进风口高度应结合进风口空气动力阻力、塔内空气流场分布、冷却塔塔体的各部分尺寸及布置、淋水填料的型式和空气动力阻力等因素，通过技术经济比较确定。5.3冷却塔的组成与构造5.3.2斜支柱斜支柱的截面形式通常有圆形、矩形、多边形等。为了减小冷却塔的通风阻力，冷却塔进风口处的斜支柱应尽量减小断面宽度，并采用气流阻力较小的流线型断面形式，如自然通风冷却塔的斜支柱宜采用圆形断面。矩形斜支柱的计算长度与矩形截面短边长度之比应为12~20；圆形斜支柱的计算长度与圆形截面直径之比宜为10~17；抗震设防烈度8度和9度时宜取取值范围中的较小值。对于斜支柱计算长度，径向宜按斜支柱长度乘以0.9采用，环向宜按斜支柱长度乘以0.7采用。地震时，斜支柱的破坏和丧失承载力是冷却塔遭受震害和倒塌的最重要原因。影响钢筋混凝土支柱延性的主要因素有剪跨比、轴压比、纵向配筋率和塑性铰区的箍筋配置。5.3冷却塔的组成与构造5.3.3塔基塔基主要承受斜支柱传来的全部荷载，多做成带斜面的环形基础（包括倒T型基础和环板型基础），以承受由斜支柱传来的部分环向拉力，也可做成分离的单独基础。冷却塔常采用倒T型基础和环板型基础。

（a）倒T型基础（b）环板型基础1-支柱；2-基础；3-集水池底板；4-混凝土垫层；5-变形缝；6-回水台；7-集水池壁5.3冷却塔的组成与构造5.3.3塔基双曲线自然通风冷却塔塔筒基础型式应根据塔型及地基条件确定。倒T型基础刚性大，能较好地适应地基变形，中小型冷却塔在天然地基较差在地基条件较差时推荐采用，同时倒T型基础的基础梁可兼作集水池的池壁。对于超大型、大中型冷却塔，因进出水管沟尺寸较大，倒T型基础将过大地削弱基础环的刚度，从而降低了它的优越性，宜采用环板型基础。对于岩石地基，可采用单独基础，但应有可靠防滑措施，且上拔力不得大于下压力。基础的沉降对塔筒壳体应力的分布影响较大、敏感性强。自然通风冷却塔塔筒基础在环向应设不少于4个沉降观测点。5.3冷却塔的组成与构造5.3.4冷却工艺结构冷却工艺结构主要包括除水器、配水系统、淋水装置和集水池。5.3冷却塔的组成与构造5.3.4冷却工艺结构除水器除水器，又称收水器，是用来阻止出塔空气中所夹带飘滴的装置。在冷却塔内，除水器可以把将要排出塔外湿空气中的水滴与空气分离。在冷却塔运行过程中，从塔中飘逸出来的飘滴除造成水的大量损失外，还造成对环境的危害。为了防止冷却塔逸出的飘滴对环境的危害，利于人民生活，保证工业企业的安全运行，并在一定条件下节约用水，自然通风冷却塔应装设除水器。除水器的材质目前应用较多的是聚酯玻璃钢或改性聚氯乙烯塑料制成的片材，ABS塑料制成的支架、联杆。除水器应选用除水效率高、风阻力小、经济、耐用的型式，材质宜采用塑料。5.3冷却塔的组成与构造5.3.4冷却工艺结构配水系统冷却塔的配水系统包括配水槽管、喷溅装置和配水竖井三部分。其作用是将来自压力进水管的热水均匀地分布到整个淋水填料的顶面，以提高冷却效果。淋水的均匀性对冷却塔的冷却效果影响极大。配水槽管自然通风冷却塔采用的配水系统分为槽式、管式、管槽结合式和池式。冷却塔的配水系统应满足在同一设计淋水密度区域内配水均匀、通风阻力小、便于维修和能量消耗低等要求，并应根据塔的类型、循环水质和水量等条件进行选择。逆流式冷却塔宜采用管式或管槽结合式，横流式冷却塔宜采用池式或管式。5.3冷却塔的组成与构造5.3.4冷却工艺结构配水系统喷溅装置喷溅装置，又称喷头，是把水尽可能均匀地喷洒在淋水填料上的装置。喷头按其溅散水流的工作原理可分为两类：靠冲击力的作用将水流溅散成小水滴洒向四周靠旋转产生的离心力的作用将水流分散洒向四周一般从喷头的泄流能力、喷溅范围、喷溅均匀性三方面对喷头的水力特性进行评价。喷溅装置应选用结构合理、流量系数适宜、喷溅均匀和不易堵塞的型式。喷溅装置宜采用等间距0.8m~1.5m布置。5.3冷却塔的组成与构造5.3.4冷却工艺结构配水系统配水竖井配水竖井是将压力进水管中的水输送给配水槽管的直立井筒构筑物，布置形式有单竖井和多竖井。当地基较差时，配水竖井应设置沉降观测点。配水竖井或竖管内的水位标高应保证压力配水槽、管内的水流运行稳定。配水竖井或竖管应有放空措施。为避免竖井水流在上升过程中产生旋流，造成竖井内水面不平稳，各主水槽进流不均匀，影响全塔的均匀配水，可在进入竖井的循环水管出口装设导流弧片或在竖井内装设整流格栅，同时还应当适当增大竖井的过流断面以保持较低的上升流速，一般竖井内上升流速不宜大于0.8m/s。5.3冷却塔的组成与构造5.3.4冷却工艺结构淋水装置淋水装置，又称淋水填料，是指将配水系统喷溅下来的热水，以水膜或水滴的形式，最大限度地增加水和空气的接触面积和时间的装置。淋水填料的发展方向是轻型化，各种塑料材质的淋水填料必然得到广泛采用。淋水填料有很多种型式，如S波、双斜波、斜折波、双向波及复合波等。淋水填料的型式和材料的选择应根据冷却塔的类型、循环水的水温和水质、填料的热力特性和阻力性能、填料的物理力学性能、化学性能和稳定性等因素综合确定。淋水填料的支撑方式包括直接搁置式、带托架搁置式、悬挂式。考虑到安全因素，超大型自然通风冷却塔淋水填料宜采用搁置式。5.3冷却塔的组成与构造5.3.4冷却工艺结构集水池集水池设在冷却塔下部，用于汇集多台塔从淋水填料落下来的冷却水。集水池将经过淋水填料冷却后的水蓄贮在池中，并起调节水量的作用，应具有足够的容积。集水池的深度可为2.0m，当集水池有其他贮备水量要求时深度可适当增加。为了保证人身安全，不致因失足落人水池后被水流冲入循环水沟造成危险，在塔的出水口和集水池四周应设安全防护设施。集水池周围应设回水台，其宽度宜为1.0m~3.0m，坡度宜为3%~5%。回水台外围应有防止周围地表水流入池内的措施。进出集水池可搭设临时坡道，也可设永久坡道。冷却塔集水池底板与混凝土垫层间宜设防水层。5.3冷却塔的组成与构造5.3.4冷却工艺结构集水池为防止大面积整片底板因温度和混凝土在凝固过程中产生的收缩等作用引起开裂，及防止底板与塔筒竖井荷载差异而产生沉降开裂，自然通风冷却塔集水池底板宜设伸缩缝。集水池底板与塔筒基础和配水竖井等荷重差异较大的结构间应设沉降缝。伸缩缝与沉降缝宜采用止水带或填柔性防水填料。寒冷地区未投入运行前如要越冬，集水池应采取保温措施，堆放炉渣或稻草；冬季冷却塔停止运行时，集水池应用热水循环或对集水池及环形基础采取保温措施。5.3冷却塔的组成与构造5.3.5冷却塔耐久性冷却塔的塔筒是在相当不利的条件下工作的。塔筒内壁经常有凝结水顺筒壁流下，极易将水泥硬化时析出的石灰溶解；塔筒外壁处于变化的大气中，由于塔筒内汽水的渗出或大气降水的湿润，在严寒的气候条件下会遭受冻融破坏。因此，冷却塔应采用水工混凝土，水泥品种宜采用普通硅酸盐水泥。为了提高混凝土的性能，可在混凝土中可掺塑化剂、减水剂等外加剂，但不得掺用氯盐。当有抗冻要求时，应掺加引气剂。冷却塔塔筒、框架、斜支柱和池壁等与水接触构件的裂缝宽度不应大于0.2mm。冷却塔塔筒内表面应设防水层，防水防腐涂层应采用成熟、安全、可靠的技术和材料，免维护使用期不宜少于10年。冷却塔内外裸露的金属部件、管道和机械设备长期暴露在水汽环境中极易腐蚀，为了延长使用年限，应采取有效的防腐蚀措施。5.3冷却塔的组成与构造5.3.6导风装置为削减大风对冷却塔冷却效果的不利影响，在大风地区建造的自然通风逆流式冷却塔，其填料底部至集水池水面间宜在两相互垂直的直径方向设挡风隔板，也可在进风口外设置导风装置。

（a）平面布置图

（b）立面布置图5.4冷却塔的结构设计计算5.4.1荷载与作用计算自然通风冷却塔塔筒内力计算应考虑的荷载主要有：结构自重、风荷载、温度作用、地震作用、施工荷载、地基不均匀沉降影响、烟道对塔筒的作用。冷却塔结构设计使用年限应为50年。

（a）塔筒自重（b）法线方向分量（c）切线方向分量

在塔筒自重作用下，筒壁壳体截面上产生子午向压力和环向压力，而且子午向的压力大于环向压力。5.4冷却塔的结构设计计算5.4.1荷载与作用计算风荷载大型冷却塔高度超过150m，塔筒是典型的高耸薄壳结构，具有柔度大、自振频率低等特点，是典型的风敏感柔性结构。此类结构典型的三维绕流特性使得其表面风荷载的脉动随机特性和风振作用尤为复杂。作为核电和火电重要构筑物之一，一旦冷却塔遭受破坏，影响巨大且后果不堪设想。风荷载是冷却塔结构设计的主要控制荷载之一，准确、合理地计算风荷载对冷却塔的承载力、稳定性和造价具有决定性的意义。作用在塔筒表面上的风荷载有等效风荷载和内吸力。5.4冷却塔的结构设计计算

5.4冷却塔的结构设计计算

地面粗糙度类别ABC风振系数β1.61.92.3风振系数β5.4冷却塔的结构设计计算

塔间干扰系数参考值1.62.54.01.251.101.01.301.151.05.4冷却塔的结构设计计算

5.4冷却塔的结构设计计算

5.4冷却塔的结构设计计算

5.4冷却塔的结构设计计算

5.4冷却塔的结构设计计算

5.4冷却塔的结构设计计算

5.4冷却塔的结构设计计算5.4.1荷载与作用计算温度作用夏季日照温度作用由于日照是太阳辐射不稳定导热过程，计算复杂，并需要太阳辐射强度、气温幅值及平均值等资料，故采取日照筒壁温差最大值建议值，免去太阳辐射不稳定导热计算，并定为10℃~15℃，具体可根据各地气温而定；热带取较大值，温带如计算可取较小值，寒冷及严寒地区可不考虑日照温度应力。筒壁日照温差沿环向分布见右图，半圆分布较为符合实际日照分布情况。

5.4冷却塔的结构设计计算5.4.1荷载与作用计算地震作用冷却塔系在地震时使用功能不能中断或需尽快恢复的构筑物，按其使用功能的重要性分类，应属乙类抗震设防类别的构筑物。自然通风冷却塔抗震设计应根据设防烈度、结构类型和淋水面积确定其抗震等级，并应满足相应的抗震计算规定和抗震构造措施要求。冷却塔的抗震等级结构类型6度7度8度9度塔筒S<4000m2四四三二4000m2≤S≤9000m2四三二一S>9000m2三二一一淋水装置框架、排架四三二一5.4冷却塔的结构设计计算5.4.1荷载与作用计算地震作用根据冷却塔抗震设防标准，以及其结构本身的抗震性能和计算分析，冷却塔宜按多遇地震确定地震影响系数进行地震作用和作用效应计算，其地震影响系数应根据烈度、场地类别、设计地震分组和结构自振周期以及阻尼比确定。地震影响系数是指单质点弹性体系在地震作用下的最大加速度反应与重力加速度比值的统计平均值。水平地震影响系数最大值应按下表采用；竖向地震影响系数最大值可采用水平地震影响系数最大值的65%。水平地震影响系数最大值地震影响6度7度8度9度多遇地震0.040.08（0.12）0.16（0.24）0.325.4冷却塔的结构设计计算

5.4冷却塔的结构设计计算5.4.1荷载与作用计算地震作用由于冷却塔的结构形式具有较强的抗震性能，故当冷却塔的建设场地和抗震设防烈度等符合下列条件之一时，可不进行抗震验算，但应满足相应的抗震构造措施要求：7度Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类场地或8度Ⅰ、Ⅱ类场地，且淋水面积小于4000m2。7度Ⅰ、Ⅱ类场地或8度Ⅰ类场地，且淋水面积为4000m2~9000m2和基本风压大于0.35kPa。5.4冷却塔的结构设计计算5.4.1荷载与作用计算施工荷载在塔筒的施工期间，某些施工方法会使筒壁承受施工荷载，如悬挂或爬升脚手架的荷载、起吊塔架的缆绳锚固力等。施工荷载一般在设计中不考虑，而是在施工时对筒壁在未达到100%强度前能否承担施工荷载进行验算。这时由施工单位根据所采用的施工方法提出，并委托设计单位进行验算。验算内容为施工期间塔体的屈曲稳定和筒壁强度。当施工荷载较大，筒壁强度不够，施工期间的筒壁不能承受其施工荷载，一般不宜过多地加大结构断面及配筋，引起塔筒厚度变化或材料增加过多，应采用更为合理的施工方式以减小施工荷载对塔筒的影响，或采取临时措施解决。5.4冷却塔的结构设计计算5.4.1荷载与作用计算地基不均匀沉降影响对一般均匀地基，可不验算地基变形。当遇有不均匀地基和受采矿塌陷影响的地区时，应复核地基不均匀沉降对塔筒、斜支柱及基础的承载能力和裂缝宽度的影响。塔高在105m及以下的冷却塔，遇有不均匀地基时，在采取地基处理及加强塔体构造措施之后，一般也可不验算风荷载产生的不均匀沉降，但应验算自重产生的不均匀沉降。当塔高于105m并遇有不均匀地基时，除采取地基处理及加强塔体构造措施外，还应验算自重及风载产生的不均匀沉降。烟道对塔筒的作用对于排烟冷却塔，当烟道支撑在塔筒上时，应考虑烟道对塔筒的作用。5.4冷却塔的结构设计计算

5.4冷却塔的结构设计计算

5.4冷却塔的结构设计计算5.4.2作用效应组合斜支柱斜支柱一般按冷却塔正常运行状况进行设计，并根据需要按冷却塔冬季停运状况进行复核。计算斜支柱的内力时，可把斜支柱与塔筒和塔基按整体考虑，采用有限单元法计算。斜支柱应对塔筒下传至柱上、下端的内力按承载能力和正常使用极限状态计算，并取其最不利情况进行设计。当需要复核冬季停运状态时，斜支柱内力可按下式计算，并应与塔筒自重及实际风荷载作用下传至柱上、下端的内力进行组合计算：

5.4冷却塔的结构设计计算5.4.2作用效应组合塔基冷却塔塔体承受的所有荷载最终都将由塔基传给地基。由于自重及风荷载是主要荷载，其荷载组合应按下式计算：塔体基础内力应按塔筒、斜支柱、基础和地基整体分析计算，并宜考虑基础与地基的变形协调。

5.4冷却塔的结构设计计算5.4.2作用效应组合塔基塔体基础应进行上拔力平衡验算。基础的上拔力指风荷载作用下的拉力大于自重作用下的压力时两者的差值。对于环板型和倒T型基础，基础底面出现上拔力的平面范围应控制圆心角不大于30°，验算时承载能力极限状态荷载组合应按下式计算：对于单独基础，基础底面不应出现净上拔力，且自重产生的压力与风荷载产生的上拔力之比不应小于1.2。

5.4冷却塔的结构设计计算5.4.2作用效应组合淋水装置构架自然通风冷却塔的淋水装置构架宜采用钢筋混凝土结构。在设计冷却塔淋水装置构架时，应考虑以下基本荷载：淋水装置及构架自重配水槽、管、池内的水重淋水填料表面结垢重淋水填料