一种基于海洋风环境的海上风电升压站表皮结构的制作方法

1.本实用新型涉及海洋工程结构设计领域，具体为一种基于海洋风环境的海上风电升压站表皮结构。


背景技术：

2.海上风电升压站由于其使用特点所在区域具有风资源丰富，热辐射大，海洋环境对钢结构耐腐蚀要求高等特点，为避免风荷载对升压站结构稳定性产生影响而从结构层面多采用优化基础形式加强基础刚度予以应对。同时为降低光照对升压站上设备及使用人员的影响建筑层面多采用较浅颜色(黄色、白色)作为升压站钢结构围壁及甲板的主体颜色。
3.例如：位于瑞典的lillgrund windpower plant项目，此升压站设计为在视觉上与海洋环境相协调，其带有玻璃幕墙的圆柱形绿色内衬玻璃表皮使人联想到灯塔，同时圆柱形的形体能够更好的削弱边角侧风带来的应力影响，与此同时绿色幕墙也为站内环境营造了更好遮阳效果。
4.nysted offshore wind farm项目，采用了钢结构框架配合玻璃幕墙的锥形表皮，其在优化遮阳的同时依据风荷载作用特点降低了迎风面涡旋对升压站结构主体的影响。
5.sunfleet sands项目的人行通道外使用了不锈钢建筑挡风玻璃表皮，在化解下冲风的同时使站内工作人员免受海风影响。
6.而国内海上风电升压站设计现状，在平价上网政策的大背景下，为压缩升压站尺寸，升压站大量的检修用内走廊被取消，使得升压站内部人员的检修作业活动更加依赖外部走廊，而工作人员在外部走廊作业受海洋风环境影响较大，强风天气下甚至对站内人员的安全会产生一定隐患，海上升压站等海上构筑物会显著改变风的流程。此外，海上环境由于无遮挡导致受阳光直射严重，海上风电升压站站内设备及人员工作环境受热辐射影响较大。


技术实现要素：

7.一个或多个实施例提供了如下技术方案：
8.一种基于海洋风环境的海上风电升压站表皮结构，包括升压站外部的表皮本体和支撑表皮本体的框架，表皮结构沿垂直方向分为上、中、下三层区域，上层区域呈下至上不断收缩的正圆锥形，下层区域呈由下至上不断变宽的倒圆锥形，中层区域连接上层区域和下层区域；表皮结构的截面呈八边形。
9.表皮结构包括多组单元框架，多组单元框架拼接形成完整的表皮结构，表皮结构的框架和表皮本体被分割到多组单元框架上。
10.单元框架包括，朝向海上升压站的主框架和朝向外部环境的副框架，主框架和副框架之间具有内衬层，副框架支撑内衬层。
11.主框架包括平行布置的至少两层框架板和连接两层框架板之间的主框架斜撑。
12.内衬层具有内衬层框架。
13.副框架朝向外部环境的一侧具有导风板，副框架朝向升压站的一侧与内衬层通过副框架斜撑连接，使副框架和内衬层之间形成容纳各组导风板的空间。
14.导风板包括与副框架连接的导风板框架，导风板框架还连接多组导风板本体，导风板本体位于导风板框架围成的区域内侧。
15.导风板本体包括15
°
导风板、30
°
导风板、45
°
导风板和60
°
导风板。
16.以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：
17.1、外挂表皮的方式降低了传统单桩/导管架升压站内人员易受不利风环境影响的程度，降低了传统单桩/导管架升压站内人员及站内设备受海上强光环境影响的程度。
18.2、通过参数化的表皮设计，既有针对性且相对经济的削弱了不利风环境与光环境的影响，同时使升压站兼具美观且具标志性的特点。
19.3、仅需在原有升压站基础上通过加设外表皮的方式进行小规模改造即可提升升压站内人员及设备应对海洋不利环境的能力，具有加设灵活、施工方便的特点。
附图说明
20.构成本实用新型的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。
21.图1是本实用新型一个或多个实施例提供的基础型近方形海上升压站整体结构示意图；
22.图2是本实用新型一个或多个实施例提供的取消部分钢围壁、内部衬板结构的海上升压站整体结构示意图；
23.图3是本实用新型一个或多个实施例提供的升压站外部加设表皮框架后的整体结构示意图；
24.图4是本实用新型一个或多个实施例提供的升压站外部加设表皮后的整体结构示意图；
25.图5是本实用新型一个或多个实施例提供的表皮分割为多个单元框架的示意图；
26.图6是本实用新型一个或多个实施例提供的单元框架轴侧角度结构示意图；
27.图7是本实用新型一个或多个实施例提供的单元框架侧视角度结构示意图；
28.图中：1、上层区域，2、中层区域，3、下层区域，4、单元框架，41、主框架，411、主框架斜撑，42、内衬层，421、内衬层框架，43、导风板框架，431、15
°
导风板，432、45
°
导风板，433、30
°
导风板，44、副框架，441、副框架斜撑，45、导风板。
具体实施方式
29.以下详细说明都是示例性的，旨在对本实用新型提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本实用新型所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
30.风是影响、塑造自然和侵蚀土壤、运输沉积物的重要元素，建筑是风的障碍，影响风的形式和速度，目前结构设计侧重于通过结构计算确保建筑物有足够的抗风不倾倒能力，但是在使用过程中通过精细化设计将风压有导向性的进行均匀布置，减小迎风面背风
面的风压差，降低风因子对建筑物角隅、檐口、边棱的不利影响对于建筑物的长期使用维护及建筑物内人员的使用体验具有积极意义，换句话说风流在建筑领域的优化很大程度上取决于建筑的精确形状及精准细部设计。
31.本实施例提出一种以防风和遮阳为目的，基于当地风环境，利用参数化技术的海上升压站表皮结构形式，遵循安全可靠、施工方便及经济合理的原则，通过分析当地风环境，通过消除下冲风、减小风压差、降低边角侧风和化解迎风面涡旋的方式降低海上风环境对海上风电升压站的不利影响，同时通过选用合适的材料在保证适应海洋环境的防腐要求的同时对站内光环境进行优化，引用参数化的设计理念在人脑主观判断的基础下通过计算机数据分析建立适应于当地环境的更有效、更节约的防风、遮阳、标志性表皮结构形式。
32.通过分析海上升压站所在地的风资源特点及全年主导风向结合测风塔提供的相关数据(包括十二年内最大风速、最小风速、平均风速、不同海拔的风速变化等)结合ve(virtual environment)的环境集合模拟分析确定外表皮的形状及纹理特征，通过在建筑角点设置挡风板化解升压站角外阻尼，削弱边角风强度。
33.实施例一：
34.如图1
‑
7所示，一种基于海洋风环境的海上风电升压站表皮结构，包括升压站外部的表皮本体和支撑表皮本体的框架，表皮结构沿垂直方向分为上、中、下三层区域，上层区域呈下至上不断收缩的正圆锥形，下层区域呈由下至上不断变宽的倒圆锥形，中层区域连接上层区域和下层区域。
35.如图1所示的基础型近方形海上升压站，此结构的升压站相对于风环境而言是较为复杂的结构，具有较多的角隅、檐口、边棱等结构，会使升压站上的工作人员容易受到环境风影响而产生危险。
36.如图2所示，为压缩成本，海上升压站取消了一部分钢围壁和内部衬板，使得升压站的检修用的内走廊被取消，升压站内部人员的检修作业活动更加依赖外部走廊，工作人员走廊作业及行走受海洋风环境影响较大。
37.如图3和4所示，在升压站外部增加近似8边型的框架和表皮作为围护结构，形成能够改善海上升压站风环境的表皮结构。
38.如图5所示，表皮结构沿垂直方向分为上、中、下三层区域，上层区域1呈下至上不断收缩的正圆锥形，下层区域3呈由下至上不断变宽的倒圆锥形，中层区域2连接上层区域1和下层区域3.俯视视角下，表皮结构呈八边形。
39.表皮结构的下层区域3位于升压站首层，整体呈由下至上不断变宽的倒圆锥形，用以引导化解下冲风对临时休息室人员产生的不利风环境影响，表皮结构在升压站中、上层区域(分别对应表皮结构的中层区域2和上层区域1)，呈由下至上不断收缩的锥形，通过此种形体降低迎风面与背风面的风压差，减小风影区面积，同时降低迎风面涡旋对站内环境产生的不利影响。
40.表皮结构包括多组单元框架4，由多组单元框架4拼接而成，表皮结构的框架和表皮本体也被分割到多组单元框架4上。
41.例如图5中，分割完成的一组单元框架4为3m*3m的矩形单元。
42.如图6
‑
7所示，单元框架4包括，朝向海上升压站的主框架41和朝向外部环境的副框架44，主框架41和副框架44之间具有内衬层42。
43.主框架41包括平行布置的至少两层框架板和连接两层框架板之间的主框架斜撑411。
44.例如，主框架41和主框架斜撑411采用轻质钢结构外涂防腐涂料以焊接的方式固定在升压站的主体结构上，确保整体结构强度。
45.内衬层42连接内衬层框架421，被内衬层框架421支撑。
46.例如，内衬层42采用穿孔率约为5％且经过防火处理的丙烯酸玻璃，起到隔声、二次防风的效果。内衬层框架421采用直径18mm的轻质圆钢框架，确保结构强度。
47.副框架44朝向外部环境的一侧具有导风板45，副框架44朝向升压站的一侧与内衬层42通过副框架斜撑441连接，使副框架44和内衬层42之间，形成容纳各组导风板的空间。
48.例如，副框架44采用直径18mm的轻质圆钢框架，确保结构强度。
49.导风板45包括与副框架44连接的导风板框架43，导风板框架43还连接多组导风板本体，导风板本体位于导风板框架43围成的区域内侧。
50.导风板本体包括15
°
导风板431、30
°
导风板433、45
°
导风板432和60
°
导风板。各组导风板参数化布置，达到均布风压的效果，同时导风板将风向导向斜上防起到一次弱化风流的作用。
51.不同角度导风板的具体布置位置本实施例不做限制，要依据海上升压站所处的环境，按照ve计算形成的风压灰度图在围护结构表面通过grasshopper计算进行参数化布置，参数化模拟将不同角度的菱形导风板模块呈不同角度的进行智能化排列，进而达到精细化的均布风压效果。例如选用500mm(h)*1000mm的菱形导风板模块经参数化模拟后布置。
52.上述结构中，采用耐腐蚀轻质钢结构作为表皮框架结构，通过焊接方式与升压站本体主梁结构连接，以此方式与升压站主体建立牢固可靠的联系。
53.表皮结构在升压站首层由下至上呈不断变宽的倒圆锥形，用以引导化解下冲风对临时休息室人员产生的不利风环境影响，首层区域表皮外框架挂设浅色钢化玻璃幕墙用以挡风且兼具方便观察及易于逃生的特点。
54.表皮结构在升压站中、上层由下至上呈不断收缩的正圆锥形，通过此种形体降低迎风面与背风面的风压差，减小风影区面积，同时降低迎风面涡旋对站内环境产生的不利影响。
55.框架支撑表皮本体，在表皮边角处通过设置圆弧形挡风板幕墙来减小边角侧风的影响。
56.采用外挂表皮的方式降低了传统单桩/导管架升压站内人员易受不利风环境影响的程度，降低了传统单桩/导管架升压站内人员及站内设备受海上强光环境影响的程度。
57.通过参数化的表皮设计，既有针对性且相对经济的削弱了不利风环境与光环境的影响，同时使升压站兼具美观且具标志性的特点。
58.仅需在原有升压站基础上通过加设外表皮的方式进行小规模改造即可提升升压站内人员及设备应对海洋不利环境的能力，具有加设灵活、施工方便的特点。
59.上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。