本實(shí)用新型涉及的是一種空分桿件式冷箱結(jié)構(gòu)，適用于空氣分離制氧氮設(shè)備冷箱、制氬設(shè)備冷箱、制氫設(shè)備冷箱、換熱器冷箱及液化設(shè)備的冷箱等一切含有低溫設(shè)備的封閉性保冷裝置。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)空分冷箱采用板塊式結(jié)構(gòu)體系，這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法為將整個(gè)冷箱分割成幾十個(gè)甚至上百個(gè)板塊單元，每個(gè)單元均由H型鋼或槽鋼作為邊緣構(gòu)件，內(nèi)含斜撐和面板，每個(gè)單元相連時(shí)，邊緣構(gòu)件和邊緣構(gòu)件通過螺栓連接和焊接兩種連接方式組成新桿件，即梁或者柱，所以會(huì)產(chǎn)生大量的梁柱，受運(yùn)輸條件的限制，板塊不可能劃分的很大，但是板塊單元?jiǎng)澐衷叫?，組成的梁柱就越多，連接施工的工作量就越大；而冷箱這種特種結(jié)構(gòu)是中空無樓層板的，主要靠四周的桁架結(jié)構(gòu)傳力，所以組合而成的大量中間柱都是長細(xì)比非常大且無側(cè)向支撐的，所以對(duì)作用在冷箱面板上的珠光砂荷載，氮?dú)鈮毫屠湎涿姘逋怙L(fēng)荷載吸力或壓力的傳遞是沒什么貢獻(xiàn)的，反而浪費(fèi)了大量鋼材還增加了桁架結(jié)構(gòu)平面外的地震力。

這種傳統(tǒng)的空分冷箱結(jié)構(gòu)不但結(jié)構(gòu)中間柱及其地腳錨栓的數(shù)量多、浪費(fèi)大量鋼材、施工工藝復(fù)雜、需要大量制造和安裝工作量還有較長工程建造周期，制造成本高，給整個(gè)項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益拖了后退。

另外，由板塊間的邊緣構(gòu)件組成的梁柱組合構(gòu)件在計(jì)算建模時(shí)更是復(fù)雜，目前軟件只可以根據(jù)組合截面的各項(xiàng)性能指標(biāo)自定義截面，不能生成三維效果圖預(yù)覽桿件截面方向設(shè)置是否正確，極其容易出錯(cuò)，即使正確，這種計(jì)算建模方式也需要很長的工期。

由于這種傳統(tǒng)的冷箱結(jié)構(gòu)體系，如果對(duì)每個(gè)項(xiàng)目都進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，那將會(huì)耗費(fèi)很長的設(shè)計(jì)周期，所以目前國內(nèi)的廠家為了趕進(jìn)度都不進(jìn)行計(jì)算，通過拍腦袋來設(shè)計(jì)，而冷箱高度動(dòng)輒60m以上高度，這將是非常危險(xiǎn)的，每年也會(huì)有不少安全事故發(fā)生，所以對(duì)這種傳統(tǒng)的冷箱結(jié)構(gòu)體系的變革是迫在眉睫了。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于克服傳統(tǒng)板塊式冷箱結(jié)構(gòu)存在的不足，而提供一種結(jié)構(gòu)受力合理、傳力路徑清晰、安全可靠、減少結(jié)構(gòu)中間柱及其地腳錨栓的數(shù)量、節(jié)省大量鋼材、施工工藝簡單、減少了大量制造和安裝工作量并縮短了工程建造周期，給整個(gè)項(xiàng)目帶來可觀經(jīng)濟(jì)效益的空分桿件式冷箱結(jié)構(gòu)。

本實(shí)用新型的目的是通過如下技術(shù)方案來完成的，一種空分桿件式冷箱結(jié)構(gòu)，它主要由四周桁架結(jié)構(gòu)并在四周壁用鋼板作為面板圍護(hù)而成一密閉的、橫截面呈長方形的箱體，所述的四周桁架結(jié)構(gòu)由多段桁架單元依次相接而成，每一段桁架單元包括四根角柱單元，上中下三個(gè)平面上的各四根橫梁，在每一周側(cè)面的上中下橫梁上相交于中橫梁中點(diǎn)的兩根斜撐以及垂直布置于中橫梁中點(diǎn)的拉桿單元；

所述的角柱單元選用方管或H型鋼條，角柱單元的長度為多段桁架單元結(jié)合的高度，且不超過12m，角柱單元之間的上下相接節(jié)點(diǎn)通過剖口熔透焊連接；

所述的橫梁選用H型鋼，其兩端分別通過剖口熔透焊固定連接在相應(yīng)的左右兩根角柱上；

所述的斜撐選用圓管，其兩端分別通過連接板與梁柱連接節(jié)點(diǎn)上焊接的固定板通過螺栓連接；

所述的拉桿單元與橫梁之間通過剖口熔透焊連接。

作為優(yōu)選：所述的四周桁架結(jié)構(gòu)下底部相接有一底桁架單元，它是在所述四根角柱單元上形成的最下段桁架單元下面，其中的四個(gè)側(cè)面上分別設(shè)置有三角撐單元，它包括左右兩個(gè)連接在左右兩角柱單元上的三角柱、以及連接在兩個(gè)三角柱各自外端部與中間拉桿單元與橫梁中點(diǎn)的連接撐桿組成；其中所述左右兩個(gè)三角柱的兩個(gè)連接端點(diǎn)分別通過焊接的連接板與焊接在角柱單元上的固定板用螺栓固定連接；所述連接撐桿也通過焊接的連接板與焊接在橫梁中點(diǎn)上的固定板用螺栓固定連接；

所述角柱和橫梁的H型鋼截面橫向設(shè)置，即H型鋼翼緣與冷箱面板平行設(shè)置。

作為優(yōu)選：所述的四周桁架結(jié)構(gòu)上面設(shè)置有半桁架結(jié)構(gòu)，它包括一側(cè)凸起的兩根角柱和中間對(duì)稱拉桿，在凸起的兩根角柱以及中間兩根對(duì)稱拉桿之間分別連接有四根上端橫梁，并在左右兩根橫梁的中間還相接有一根中間橫梁；

所述的橫梁由二根梁單元通過螺栓連接而成，其中的梁單元的端部用剖口熔透焊焊連有連接用的端頭板，所述的拉桿單元也由兩根桿單元通過螺栓連接而成，且所述桿單元的端部也用剖口熔透焊焊連有連接用的端頭板。

本實(shí)用新型采用桿件式的冷箱結(jié)構(gòu)體系，冷箱是中空無樓層板，四周采用桁架結(jié)構(gòu)體系并用鋼板做面板圍護(hù)的密閉特種鋼結(jié)構(gòu)，冷箱只需要四根角柱作為桁架結(jié)構(gòu)體系的結(jié)構(gòu)柱即可，梁柱截面可采用方管或H型鋼，斜撐截面采用圓管；所有的梁柱桿件均為獨(dú)立桿件，而非傳統(tǒng)冷箱的所有梁柱構(gòu)件均由板塊單元邊緣構(gòu)件通過相互間的連接而成的組合構(gòu)件。

如為滿足工藝要求，桁架結(jié)構(gòu)中間位置也可增加一根落地柱；由于受冷箱內(nèi)珠光砂荷載，氮?dú)鈮毫屠湎涿姘逋怙L(fēng)荷載吸力的作用，故H型鋼截面應(yīng)橫向設(shè)置，即H型鋼翼緣與冷箱面板平行設(shè)置，建模計(jì)算時(shí)可通過生成三維效果圖預(yù)覽桿件截面方向設(shè)置是否正確。

為了桁架結(jié)構(gòu)的斜撐為二力桿，不受平面外荷載的影響，將面板及其加勁肋結(jié)構(gòu)體系和桁架的斜撐脫開，保留一定的間距，使桁架結(jié)構(gòu)平面外的荷載，如珠光砂荷載、氮?dú)鈮毫惋L(fēng)荷載等作用在冷箱面板上的平面外荷載不會(huì)直接傳導(dǎo)給斜撐，這樣更符合桁架結(jié)構(gòu)體系的條件，所以斜撐截面選擇圓管更符合二力桿的受力性能，也更經(jīng)濟(jì)合理。

冷箱是為內(nèi)部低溫設(shè)備保冷的，所以內(nèi)部填滿絕熱材料珠光砂，并與低溫設(shè)備和低溫管道間留有300mm以上的距離，平面布置圖為矩形，無樓層板，所以內(nèi)部各種管道支架及設(shè)備支架直接由桁架結(jié)構(gòu)傳至基礎(chǔ)；樓梯平臺(tái)上的恒活載也通過桁架結(jié)構(gòu)直接傳遞給基礎(chǔ)；內(nèi)部的氮?dú)鈮毫惋L(fēng)荷載是通過面板傳至橫梁，通過柱子再傳到基礎(chǔ)；珠光砂荷載比較特殊，具有內(nèi)摩擦角，傳力路徑比較復(fù)雜，一部分通過內(nèi)部塔器壁的摩擦力直接傳至基礎(chǔ)，另一部分是通過作用在面板上的水平壓力和豎向摩擦力先傳至梁柱，再傳到基礎(chǔ)，還有一部分則直接作用在基礎(chǔ)上，盡管作用在冷箱上的荷載比較復(fù)雜，但該設(shè)計(jì)新方法的結(jié)構(gòu)體系傳力路徑清晰，可以將冷箱的實(shí)際受力狀態(tài)更好地模擬到計(jì)算模型中，對(duì)冷箱結(jié)構(gòu)的各桿件進(jìn)行更精確的計(jì)算。

本實(shí)用新型具有結(jié)構(gòu)受力合理、傳力路徑清晰、安全可靠、減少結(jié)構(gòu)中間柱及其地腳錨栓的數(shù)量、節(jié)省大量鋼材、施工工藝簡單、減少了大量制造和安裝工作量并縮短了工程建造周期，給整個(gè)項(xiàng)目帶來可觀經(jīng)濟(jì)效益等特點(diǎn)。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型所述冷箱結(jié)構(gòu)的立面布置示意圖。

圖2是本實(shí)用新型所述冷箱結(jié)構(gòu)的中間層平面布置示意圖。

圖3是本實(shí)用新型所述冷箱結(jié)構(gòu)的頂層平面布置示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作詳細(xì)的介紹：圖1、2所示，本實(shí)用新型所述的一種空分桿件式冷箱結(jié)構(gòu)，它主要由四周桁架結(jié)構(gòu)并在四周壁用鋼板作為面板圍護(hù)而成一密閉的、橫截面呈長方形的箱體，所述的四周桁架結(jié)構(gòu)由多段桁架單元依次相接而成，每一段桁架單元包括四根角柱單元1，上中下三個(gè)平面上的各四根橫梁2，在每一周側(cè)面的上中下橫梁2上相交于中橫梁中點(diǎn)的兩根斜撐3以及垂直布置于中橫梁中點(diǎn)的拉桿單元4；

所述的角柱單元1選用方管或H型鋼條，角柱單元1的長度為多段桁架單元結(jié)合的高度，且不超過12m，角柱單元1之間的上下相接節(jié)點(diǎn)通過剖口熔透焊連接；

所述的橫梁2選用H型鋼，其兩端分別通過剖口熔透焊固定連接在相應(yīng)的左右兩根角柱單元1上；

所述的斜撐3選用圓管，其兩端分別通過連接板與梁柱連接節(jié)點(diǎn)上焊接的固定板通過螺栓連接；

所述的拉桿單元4與橫梁2之間通過剖口熔透焊連接。

圖1所示，本實(shí)用新型所述的四周桁架結(jié)構(gòu)下底部相接有一底桁架單元，它是在所述四根角柱單元1上形成的最下段桁架單元下面，其中的四個(gè)側(cè)面上分別設(shè)置有三角撐單元，它包括左右兩個(gè)連接在左右兩角柱單元2上的三角柱5、以及連接在兩個(gè)三角柱5各自外端部與中間拉桿單元4與橫梁2中點(diǎn)的連接撐桿6組成；其中所述左右兩個(gè)三角柱5的兩個(gè)連接端點(diǎn)分別通過焊接的連接板與焊接在角柱單元1上的固定板用螺栓固定連接；所述連接撐桿6也通過焊接的連接板與焊接在橫梁2中點(diǎn)上的固定板用螺栓固定連接；

所述角柱單元1和橫梁2的H型鋼截面橫向設(shè)置，即H型鋼翼緣與冷箱面板平行設(shè)置。

圖1、3所示，所述的四周桁架結(jié)構(gòu)上面設(shè)置有半桁架結(jié)構(gòu)，它包括一側(cè)凸起的兩根角柱單元1和中間對(duì)稱拉桿單元4，在凸起的兩根角柱單元1以及中間兩根對(duì)稱拉桿單元4之間分別連接有四根上端橫梁7，并在左右兩根橫梁7的中間還相接有一根中間橫梁8；

本實(shí)用新型所述的橫梁2由二根梁單元通過螺栓連接而成，其中的梁單元的端部用剖口熔透焊焊連有連接用的端頭板，所述的拉桿單元4也由兩根桿單元通過螺栓連接而成，且所述桿單元的端部也用剖口熔透焊焊連有連接用的端頭板。

實(shí)施例：圖1-3所示，本實(shí)用新型所述的空分桿件式冷箱結(jié)構(gòu)中空無樓層板無支撐的矩形結(jié)構(gòu)，由于受冷箱內(nèi)珠光砂荷載，氮?dú)鈮毫屠湎涿姘逋怙L(fēng)荷載吸力的作用，而這三種荷載組成的最不利工況為對(duì)冷箱橫梁水平向外作用且遠(yuǎn)大于橫梁所受的豎向荷載，所以橫梁設(shè)計(jì)為H型鋼且水平設(shè)置，即H型鋼翼緣與冷箱面板平行設(shè)置，使強(qiáng)軸抵抗該最不利組合工況；立面布置圖為桁架結(jié)構(gòu)，柱子截面可取方管或H型鋼，斜撐作為二力桿，截面可取圓管。整個(gè)冷箱抵抗風(fēng)荷載和地震荷載等橫向作用的主要結(jié)構(gòu)體系就是沿冷箱四周的四榀桁架，所以只需四根角柱即可，傳統(tǒng)板塊式冷箱中的大量中間柱都是浪費(fèi)了大量鋼材還增加了桁架結(jié)構(gòu)平面外的地震力，但如果為了滿足工藝要求，如需要設(shè)置支架等，則可在桁架中間適當(dāng)增加一根落地柱。

本實(shí)用新型所述冷箱桁架結(jié)構(gòu)所有桿件間的節(jié)點(diǎn)連接方式如下：

1）柱單元間的連接：桁架柱長度很長，所以可以分成多個(gè)柱單元，但受運(yùn)輸條件限制一般柱單元長度不超過12m，柱單元間的節(jié)點(diǎn)連接方式為剖口熔透焊，焊縫等級(jí)為二級(jí)。

2）梁單元間的連接：桁架梁一般不會(huì)很長，每根梁可以只有一個(gè)梁單元組成，但為了減少現(xiàn)場焊接工作量，梁單元間采用高強(qiáng)螺栓連接，即圖2中的梁單元1和梁單元2間的連接，梁單元的端頭板由工廠鉆好孔并用剖口熔透焊與梁單元焊接好，現(xiàn)場只需安裝高強(qiáng)螺栓。

3）梁柱單元間的連接：為了減少現(xiàn)場焊接工作量，保證梁柱連接節(jié)點(diǎn)的焊接質(zhì)量，梁單元1和柱子的焊接工作在工廠完成，焊接方式為剖口熔透焊，焊縫等級(jí)為二級(jí)。

4）斜撐單元與粱柱單元間的連接：斜撐單元兩端的連接板和焊接在梁柱單元上的連接板均由工廠完成鉆孔和焊接工作，連接板焊縫采用角焊縫，連接板和連接板的螺栓連接到現(xiàn)場安裝，螺栓采用承壓型高強(qiáng)螺栓。

5）拉桿單元間的連接：桁架拉桿一般不會(huì)很長，每根拉桿可以只有一個(gè)拉桿單元組成，但為了減少現(xiàn)場焊接工作量，拉桿單元間采用高強(qiáng)螺栓連接，即圖2中的拉桿單元1和拉桿單元2間的連接，拉桿單元的端頭板由工廠鉆好孔并用剖口熔透焊與拉桿單元焊接好，現(xiàn)場只需安裝高強(qiáng)螺栓。

6）拉桿單元與梁單元間的連接：為了減少現(xiàn)場焊接工作量，保證拉桿和梁連接節(jié)點(diǎn)的焊接質(zhì)量，拉桿單元1和梁的焊接工作在工廠完成，焊接方式為剖口熔透焊，焊縫等級(jí)為二級(jí)。

7）三角撐單元間的連接：冷箱底部有設(shè)備和管道占據(jù)了桁架結(jié)構(gòu)的斜撐位置時(shí)，可將斜撐布置成三角撐形式，三角撐單元間采用相貫剖口熔透焊，焊縫等級(jí)為一級(jí)。

8）三角撐單元與梁柱單元間的連接：三角撐單元端頭的連接板和焊接在梁柱單元上的連接板均由工廠完成鉆孔和焊接工作，連接板焊縫采用角焊縫，連接板和連接板的螺栓連接到現(xiàn)場安裝，螺栓采用承壓型高強(qiáng)螺栓。

9）柱單元和柱底板間的連接：柱單元和柱底板間的連接采用剖口熔透焊，焊縫等級(jí)為一級(jí)，為保證焊接質(zhì)量和減少現(xiàn)場焊接工作量，此焊縫在工廠完成。