混凝土塔筒段和塔架的制作方法

[0001]
本发明属于风力发电机技术领域，涉及一种混凝土塔筒段和包括该混凝土塔筒段的塔架。


背景技术：

[0002]
目前，风力发电机组的塔架通常有钢塔、混凝土塔架以及钢-混凝土塔架。
[0003]
混凝土塔架以及钢-混凝土塔架通常都包括混凝土塔筒段，该混凝土塔筒段通过预应力索进行张拉并与塔筒基础固定连接。预应力索的张拉端通常位于塔筒基础的内部，为了便于安装人员对混凝土塔筒段的预应力索进行张拉，塔筒基础形成为由混凝土材料形成的空心基础，该空心基础内可以具有适于安装人员操作的操作空间，张拉端暴露于该操作空间内。大量工程实践表明，相较于普通实心基础，空心基础虽然在混凝土工程量上有所减少，但是在钢筋用量方面，远大于实心基础，因此较实心基础，该空心基础的制造成本更高，导致具有空心基础的塔架的制造成本较高。
[0004]
因此，需要提供一种混凝土塔筒段和塔架，以降低制造成本。


技术实现要素：

[0005]
本发明的发明目的之一在于提供一种混凝土塔筒段，以能够适应实心塔筒基础。
[0006]
本发明的另一发明目的在于提供一种塔架，具有实心塔筒基础，从而降低了塔架的制造成本。
[0007]
针对上述发明目的，本发明提供如下技术方案：
[0008]
根据本发明的一个方面，提供一种混凝土塔筒段，所述混凝土塔筒段包括底端筒节，所述底端筒节的内表面径向凹陷以形成用于对预应力索进行张拉的张拉操作腔，所述张拉操作腔包括多个第一操作腔和多个第二操作腔，所述底端筒节中设置有底端筒节预应力孔道，所述底端筒节预应力孔道包括从所述底端筒节的上端面向下延伸形成的第一孔道和从所述底端筒节的下端面向上延伸形成的第二孔道，沿所述底端筒节的周向方向，第一数量的所述第一孔道和第二数量的所述第二孔道相互错开，并且所述第一孔道的下端口设置在所述第二操作腔中，所述第二孔道的上端口设置于所述第一操作腔中，由于第一操作腔和第二操作腔设置于底端筒节，从而可以满足在底端筒节对预应力索进行张拉，避免了在塔筒基础内形成空心操作腔以进行张拉，因此，底端筒节可以适用于实心塔筒基础，降低了塔筒基础的制造成本。
[0009]
根据本发明的一具体实施例，多个所述第一操作腔沿着所述底端筒节的周向间隔设置，并在所述底端筒节的轴向方向上与所述第二孔道相对，多个所述第二操作腔沿着所述底端筒节的周向间隔设置，并在所述底端筒节的轴向方向上与所述第一孔道相对，每个第一孔道对应一个第二操作腔，每个第二孔道对应一个第一操作腔，从而使每个预应力索都可以在底端筒节进行张拉。
[0010]
具体地，所述底端筒节包括自上而下轴向布置的第一操作腔分布区、间隔区以及
第二操作腔分布区，多个所述第一操作腔分布在所述第一操作腔分布区中，所述第一孔道位于相邻的两个所述第一操作腔之间并向下延伸穿过所述间隔区，多个所述第二操作腔分布在所述第二操作腔分布区中，所述第二孔道位于相邻的两个所述第二操作腔之间并向上延伸穿过所述间隔区，在所述间隔区中，所述第一孔道和所述第二孔道沿圆周方向交错设置，可以使底端筒节在轴向方向上均有预应力索，以使底端筒节在整个轴向上连续受力，提高了结构强度。
[0011]
更进一步地，所述第一操作腔沿所述底端筒节的轴向向上延伸至所述底端筒节的上端面或者与所述底端筒节的上端面间隔预定距离；以及/或者
[0012]
所述第二操作腔沿所述底端筒节的轴向向下延伸至所述底端筒节的下端面或与所述底端筒节的下端面间隔预定距离。
[0013]
根据本发明的另一示例性实施例，所述混凝土塔筒段还包括上部筒节，所述上部筒节位于所述底端筒节的上方，所述上部筒节中设置有上部筒节预应力孔道，所述上部筒节预应力孔道与所述底端筒节的所述第一孔道连通。
[0014]
具体地，所述混凝土塔筒段还包括中间筒节，所述中间筒节位于所述上部筒节与所述底端筒节之间，所述中间筒节与所述上部筒节同轴设置，所述中间筒节设置有与所述上部筒节预应力孔道对齐的中部筒节预应力孔道。
[0015]
进一步地，所述上部筒节具有平直段和位于所述平直段上端的径向突出段，所述径向突出段相对于所述平直段沿径向向内突出，所述上部筒节预应力孔道位于所述径向突出段中，
[0016]
其中，所述平直段的内表面形成为圆筒状，并且沿轴向方向看时，所述上部筒节预应力孔道位于所述平直段的内表面的径向内侧。
[0017]
优选地，所述混凝土塔筒段还包括中间筒节，所述中间筒节位于所述上部筒节与所述底端筒节之间，所述中间筒节与所述上部筒节同轴设置，
[0018]
沿轴向方向看时，所述上部筒节预应力孔道位于所述中间筒节的内表面的径向内侧。
[0019]
根据本发明的另一具体实施方式，所述混凝土塔筒段还包括用于连接所述上部筒节与所述底端筒节的上预应力索和用于连接所述底端筒节与塔筒基础的下预应力索，上预应力索的张拉端由上向下从所述底端筒节的所述第一孔道穿出，位于所述第二操作腔中，下预应力索固定端固定于所述塔筒基础中，下预应力索的张拉端由下向上从所述第二孔道穿出，位于所述第一操作腔中。
[0020]
根据本发明的另一方面，提供一种塔架，所述塔架包括固定于地面的塔筒基础和本发明提供的混凝土塔筒段，所述混凝土塔筒段固定于所述塔筒基础上。
[0021]
具体地，所述塔筒基础为实心塔筒基础。
[0022]
优选地，所述塔架还包括固定于所述混凝土塔筒段顶端的钢塔筒段。
[0023]
本发明提供的混凝土塔筒段和塔架至少具有如下有益效果：由于底端筒节具有张拉操作腔，可以容置预应力索的张拉端，从而可以使预应力索的张拉操作在该底端筒节内进行，从而克服了现有技术中由于预应力索的张拉端需在空心塔筒基础内进行张拉，而使混凝土塔筒段需与空心塔筒基础配合连接的技术问题。
附图说明
[0024]
通过下面结合附图对实施例进行的描述，本发明的上述和/或其它目的和优点将会变得更加清楚，其中：
[0025]
图1为本发明一具体实施方式提供的塔架的纵向剖视图。
[0026]
图2为图1中的底端筒节的结构图。
[0027]
图3为图2中的底端筒节的局部结构图。
[0028]
图4为图2中的底端筒节的间隔区的横向截面图。
[0029]
图5为图2中的底端筒节的沿第一操作腔的轴线的纵向剖面图。
[0030]
图6为图2中的底端筒节的沿第二操作腔的轴线的纵向剖面图。
[0031]
图7为本发明另一具体实施方式提供的塔架的纵向剖视图。
[0032]
图8为图7中的上部筒节的纵向剖视图。
[0033]
附图标记说明：
[0034]
100、塔筒基础；
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200，200’、混凝土塔筒段；
[0035]
210、210’、上部筒节；
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220、底端筒节；
[0036]
500、钢塔筒段；
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230，230’、中间筒节；
[0037]
211、径向突出段；
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212、平直段；
[0038]
300、下预应力索；
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301、下预应力索固定端；
[0039]
302、第一索具；
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400、上预应力索；
[0040]
401、上预应力索固定端；
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402、第二索具；
[0041]
600、第一操作腔；
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700、第二操作腔；
[0042]
800、第一孔道；
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900、第二孔道。
具体实施方式
[0043]
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。
[0044]
本发明的实施例提供了一种塔架，该塔架包括塔筒基础100和固定在塔筒基础上的塔筒。根据本发明的实施例，塔筒可以至少包括根据本发明实施例提供的混凝土塔筒段。
[0045]
图1示出了根据本发明实施例的塔筒的截面图，其中，左侧为沿第二孔道900的轴线做剖面图获得的塔筒截面，右侧为沿第一孔道800的轴线做剖面图获得的塔筒截面。参照图1，混凝土塔筒段200可以包括多个首尾相连的筒节，例如，包括底端筒节220和位于底端筒节220上方的上部筒节210，还可以包括中间筒节230。具体地，混凝土塔筒段200包括上部筒节210、底端筒节220以及设置在上部筒节210和底端筒节220之间的至少一个中间筒节230。为了简化视图，仅示出了一节中间筒节230。然而，中间筒节230的数量不限于此。
[0046]
根据本发明的实施例，塔架可以为混凝土塔架，在这种情况下，图1所示的混凝土塔筒段200可以通过包括混凝土制成的底端筒节220、上部筒节210，甚至包括多个中间筒节230，从而形成整个塔筒。根据本发明的实施例，塔架还可以为钢-混塔架，在这种情况下，塔架还可以包括连接在图1所示的混凝土塔筒段200的上部的钢塔筒段500。
[0047]
参照图2至图6，根据本发明的示例性实施例，其中，底端筒节220的内表面径向凹陷以形成用于对预应力索进行张拉的张拉操作腔，张拉操作腔包括多个第一操作腔600和多个第二操作腔700。第一操作腔600形成为沿着轴向方向延伸的凹槽，并且多个第一操作腔600沿着圆周方向间隔布置。第二操作腔700也形成为沿着轴向方向延伸的凹槽，并且多个第一操作腔700沿着圆周方向间隔布置。在底端筒节220的圆周方向上，第一操作腔600和第二操作腔700相互错开。
[0048]
底端筒节220中设置有底端筒节预应力孔道，底端筒节预应力孔道包括包括从底端筒节220的上端面向下延伸形成的第一孔道800和从底端筒节220的下端面向上延伸形成的第二孔道900，第一孔道800用于容纳上预应力索400，第二孔道900用于容纳下预应力索300，其中，每个第一孔道800在轴向上对应一个第二操作腔700并连通，第一孔道800的下端口设置在第二操作腔700。相同的，每个第二孔道900在轴向上对应一个第一操作腔600并连通，第二孔道900的上端口设置于第一操作腔600，沿底端筒节220的周向，第一孔道800和第二孔道900交错布置。
[0049]
由于底端筒节220具有张拉操作腔，可以容置预应力索的张拉端，从而可以使预应力索的张拉操作在该底端筒节220内进行，从而克服了现有技术中由于预应力索的张拉端需在空心塔筒基础内进行张拉，而使混凝土塔筒段需与空心塔筒基础配合连接的技术问题。更进一步地，该底端筒节220能够适应实心塔筒基础，从而可以降低塔筒基础的制造成本，也就降低了塔架的制造成本。
[0050]
更进一步地，为了进一步提高底端筒节220的结构强度，第一孔道800和第二孔道900在底端筒节220的轴向方向部分重叠，使得底端筒节220在轴向上均有预应力索，从而使受力连续。
[0051]
具体地，沿着底端筒节220的轴向方向，底端筒节220包括第一操作腔分布区、第二操作腔分布区以及位于第一操作腔分布区和第二操作腔分布区之间的间隔区，第一操作腔分布区位于间隔区上方，第二操作腔分布区位于间隔区下方。在第一操作腔分布区中，周向布置有间隔设置的第一操作腔600；在第二操作腔分布区中，周向布置有间隔设置的第二操作腔700，在间隔区中，未设置操作腔，使得通过间隔区将第一操作腔600和第二操作腔700在高度方向上相互隔开。
[0052]
参照图1至图6，底端筒节220包括自上而下轴向布置的第一操作腔分布区、间隔区、第二操作腔分布区，其中，间隔区将第二操作腔分布区和第一操作腔分布区隔开。
[0053]
参照图2至图6，其中，底端筒节220中设置有底端筒节预应力孔道，底端筒节预应力孔道包括用于容纳上预应力索400的多个第一孔道800和用于容纳下预应力索300的多个第二孔道900，第一孔道800的下端口设置在第二操作腔700中，第二孔道900的上端口设置于第一操作腔600中。
[0054]
在第一操作腔分布区，第一操作腔600由底端筒节220的第一操作腔分布区的内表面沿径向凹陷，形成为沿着轴向方向延伸的凹槽，且相邻的第一操作腔600彼此间隔开，使得在第一操作腔分布区形成为凹槽-凸起间隔设置的形式，第一孔道800沿着轴向方向穿过相邻的两个第一操作腔600之间的凸起区域，因此，相邻的第一操作腔600之间的距离(即凸起区域的宽度)大于第一孔道800的直径。更进一步地，第一操作腔600可以从间隔区沿底端筒节220的轴向向上延伸预定距离，以形成供进行张拉操作的操作空间，例如，第一操作腔
600的上端与底端筒节220的上端面可以隔开预定距离，但不限于此，第一操作腔600的上端可以向上延伸至底端筒节220的上端面，如图2和图3所示。
[0055]
在第二操作腔分布区，第二操作腔700由底端筒节220的第二操作腔分布区的内表面沿径向凹陷，形成为沿着轴向方向延伸的凹槽，且相邻的第二操作腔700彼此间隔开，使得在第二操作腔分布区中形成为凹槽-凸起间隔设置的形式，第二孔道900沿着轴向方向穿过相邻的两个第二操作腔700之间的凸起区域，因此，相邻的第二操作腔700之间的距离(即凸起区域的宽度)大于第二孔道900的直径。
[0056]
更进一步地，第二操作腔700可以沿底端筒节220的轴向方向从间隔区向下延伸预定距离，以形成供进行张拉操作的操作空间，例如，第二操作腔700的下端可以与底端筒节220的下端面隔开预定距离，但不限于此，第二操作腔700的下端可以向下延伸至底端筒节220的下端面(图中未显示)。
[0057]
图5示出了沿第二孔道900的轴线截取的底端筒节220的纵向剖面图。从图5可以看出，第一操作腔600对应位置处的筒节壁厚小于间隔区的筒节壁厚，从而在第一操作腔600和间隔区之间形成有第一台阶，第二孔道900的上端口可以位于该第一台阶上，用于固定下预应力索的张拉端的第一索具302支撑在该第一台阶上。
[0058]
图6示出了沿第一孔道800的轴线截取的底端筒节220的纵向剖面图。在该示例中，第二操作腔700没有贯穿到下端面，而与底部筒节的下端面隔开预定距离。从图6中可以看出，第二操作腔700所在位置处的筒节壁厚小于间隔区的筒节壁厚，从而在第二操作腔700和间隔区之间形成第二台阶，第一孔道800的下端口可以位于该第二台阶上，用于固定上预应力索的张拉端的第二索具402支撑在该第二台阶上。
[0059]
参照图2和图4，沿着底端筒节220的圆周方向第一孔道800和第二孔道900错开设置，不在同一直线上，且沿着底端筒节220的轴向方向，第一孔道800和第二孔道900部分重叠，即，在间隔区中，同时形成有第一孔道800和第二孔道900，其中，第一孔道800和第二孔道900分别为1个。通过图3可以看出，下预应力索的张拉端位于上预应力索的张拉端的上方，从而可以使整个底端筒节220在轴向方向上均有预应力索，以使底端筒节220在整个轴向上连续受力，提高了结构强度。本实施例中，在间隔区第一孔道800和第二孔道900在底端筒节220的周向上交错设置，使得每两个相邻的第一孔道800之间设置有一个第二孔道900，每两个相邻的第二孔道900之间设置有一个第一孔道800。根据本发明的另一实施例，其中，第一数量的第一孔道800和第二数量的第二孔道900相互交替布置。其中，第一数量可以为1-10，第二数量可以为1-10，但不以此为限，可以根据实际需要确定。
[0060]
虽然在附图所示的示例中底端筒节220包括间隔区，然而，间隔区不是必须的。在轴向方向上，第一操作腔分布区和第二操作腔分布区也可以交叠，只要第一操作腔600和第二操作腔700在圆周方向上相互错开即可。在这种情况下，第一操作腔600的下端可以位于第二操作腔700的上端之下。
[0061]
根据本发明的实施例，底端筒节220免除了塔筒基础100处的预应力索张拉所需的空心部分，将预应力索张拉部位移至该底端筒节220处，使得塔筒基础100可以做成实心基础，减少钢筋量和施工难度。
[0062]
参照图1，混凝土塔筒段200还包括上部筒节210，上部筒节210位于底端筒节220的上方，上部筒节210中设置有上部筒节预应力孔道，上部筒节预应力孔道与底端筒节220的
第一孔道800对准并连通。
[0063]
除此，混凝土塔筒段200还可包括中间筒节230，中间筒节230位于上部筒节210与底端筒节220之间，中间筒节230与上部筒节210同轴设置，中间筒节230设置有与上部筒节预应力孔道对齐的中部筒节预应力孔道。
[0064]
继续参照图1，底端筒节220能够通过下预应力索300连接于塔筒基础100，且下预应力索300的下预应力索的张拉端位于该第一操作腔600。更进一步地，底端筒节220能够通过上预应力索400连接于上部筒节210，且该上预应力索400的上预应力索的张拉端位于该第二操作腔700。底端筒节220与上部筒节210可以直接接触，也可以间接接触，例如在底端筒节220与上部筒节210之间连接有中间筒节230。
[0065]
下预应力索300的下预应力索固定端301可以固定地设置在塔筒基础100内，下预应力索的张拉端位于塔筒基础100的外部，并可以从底端筒节220的下部穿入设置在底端塔筒220的第二孔道900，然后进入第一操作腔600中。更具体地，该下预应力索固定端301可以预埋在塔筒基础100内，例如在浇筑之前，先将下预应力索固定端301设置在预浇筑的塔筒基础100所在的位置，然后进行浇筑，以使该下预应力索固定端301形成在该塔筒基础100内。
[0066]
由于混凝土塔筒段200的底端筒节220具有用于容纳下预应力索的张拉端的第一操作腔600，对下预应力索的张拉端的张拉操作可以在塔筒基础100的外部完成，因此与该混凝土塔筒段200配合的塔筒基础100可以为空心塔筒基础或者实心塔筒基础，考虑到制造成本的经济性，该塔筒基础100可以为实心塔筒基础。下预应力索固定端301可以预埋固定于该实心塔筒基础内，图1显示出了与该底端筒节220配合的塔筒基础100为实心塔筒基础。
[0067]
一方面，本发明提供的底端筒节220包括第一操作腔600，使下预应力索的张拉端的张拉操作无需在塔筒基础100内进行，也就无需使塔筒基础100设置为空心塔筒基础，从而可以降低制造塔筒基础的钢筋用量，可以降低制造成本；另一方面，由于底端筒节220位于塔筒基础100的上部，靠近地面，从而便于张拉操作，避免了登高进行张拉操作的过程，从而降低了高空作业的危险，提高了组装效率。
[0068]
更加具体地，该上预应力索固定端401可以固定于上部筒节210，例如但不限于，可以固定于上部筒节210的顶端。安装时，该上预应力索张拉端402可以由上部筒节210的预应力孔道(下面称为上部筒节预应力孔道)的顶端插入，向下依次穿过中间筒节230的中部筒节预应力孔道和底端筒节220的第一孔道800，并由该第一孔道800的下端口穿出，从而可以使该上预应力索的张拉端位于第二操作腔700内。
[0069]
可以理解的是，根据使用需要，也可以省略中间筒节230，则上预应力索的张拉端可以由上部筒节预应力孔道的顶端插入并由第一孔道800的下端口穿出，以使上预应力索的张拉端位于第二操作腔700内。
[0070]
在图1所示的实施例中，中间筒节230可以具有与上部筒节210相同的结构，即，上部筒节210和中间筒节230的厚度大体上相同，内表面和外表面基本上上下对齐，在上部筒节210和中间筒节230中均设置有预应力孔道，分别为上部筒节预应力孔道和中部筒节预应力孔道。该中部筒节230和上部筒节210可以预应力索体内式塔筒段。上部筒节210的截面形状可以与中间筒节230类似，不再赘述。此外，中部筒节230或上部筒节210为体内式塔筒段时，上预应力索的固定端也可以从塔筒的中部向上穿入上部筒节预应力孔道中，而张拉端
从塔筒的中部向下穿入底端筒节预应力孔道中。
[0071]
更进一步地，中间筒节230与底端筒节220的外表面大致上下对齐，如此，在保证了整体结构强度的基础上，更美观。
[0072]
塔筒基础的形成和安装过程：实心的塔筒基础100在浇筑之前，预留用于容纳下预应力索300的基础预应力孔道，将下预应力索300穿入基础预应力孔道，安装并固定下预应力索固定端301；浇筑用于形成塔筒基础100的混凝土，达到要求条件后安装预制好的底端筒节220，将下预应力索300穿入底端筒节220中的第二孔道900内，并进入第一操作腔600，安装下预应力索的张拉端；待塔筒基础100混凝土强度达到要求后，张拉下预应力索300至需要的值，并固定下预应力索的张拉端的第一索具302；依次将预制好的中间筒节230、上部筒节210以及钢塔筒段500，吊装至所需高度；将上部预应力索400由上向下穿入钢塔筒段500、上部筒节210以及中间筒节230中的预留孔道；从底端筒节220的第二操作腔700穿出；并在钢塔筒段500处用对上部预应力索固端端401固定；在第二操作腔700安装上部预应力索的张拉端，张拉上部预应力索400至需要的值，并固定上部预应力索400的张拉端的第二索具402。
[0073]
图7示出了根据本发明的另一实施例提供的混凝土塔筒段安装在塔筒基础上的布局示意图，其中，左侧为沿第二孔道900的轴线做剖面图获得的塔筒截面，右侧为沿第一孔道800的轴线做剖面图获得的塔筒截面。图8为图7示出的塔架的上部筒节的结构图。
[0074]
参照图7和图8，其中，底端筒节220和塔筒基础100图1所示的实施例相同，因此不再赘述。不同的是，上部筒节210’可以具有平直段212和位于平直段212上端的径向突出段211，径向突出段211的内表面相对于平直段212的内表面沿径向向内突出，上部筒节预应力孔道可以位于该径向突出段211上，其中，从该上部筒节210’的顶端往下看，该上部筒节预应力孔道可以位于平直段212的内表面的内侧，且与该平直段212的内表面间隔设置，以防止平直段212的内表面与上预应力索400发生干涉，从而使上预应力索400能够顺利从上部筒节预应力孔道插入到第一孔道800内。
[0075]
径向突出段211的轴向长度与上部筒节210’的轴向总长度的比值可以为1/3。平直段212的内表面和径向突出段211的内表面可以分别为与上部筒节210’的外表面同轴设置的圆柱面，但不以此为限。
[0076]
中间筒节230’可以位于底端筒节220和上部筒节210’之间，并且该中间筒节230’可以为多个，沿混凝土塔筒段200’的中心轴线方向，相邻的中间筒节230’首尾连接。在图7所示的实施例中，中间筒节230’仅显示了一个，但不以此为限。
[0077]
中间筒节230’和上部筒节210’可以具有不同的结构。中间筒节230’与上部筒节210’可以同轴设置，且从混凝土塔筒段200’的顶端向下看，上部筒节预应力孔道可以位于中间筒节230’的径向内侧，以进一步减少混凝土塔筒段的重量，降低制造成本，中间筒节230’的筒壁厚度可以小于径向突出段211的壁厚，从而可以降低整个混凝土塔筒段的用料，降低制造成本。中间筒节230’的内表面可以与上部筒节210’的平直段212的内表面平齐，但不以此为限。在这种情况下，该中间筒节230’不设置中部筒节预应力孔道。本实施例提供的混凝土塔筒段可以称为预应力索体外式塔筒段。
[0078]
本实施例中的塔筒基础的形成和安装过程类似，不同的是，将上部预应力索400由上向下穿入各个筒节的预留孔道的过程中，无需插入中间筒节230’。
[0079]
可以理解的是，本发明提供的塔架可以包括图1中的上部筒节210和图7中的中间筒节230’，也可以图1中的中间筒节230和图7中的上部筒节210’，都在本发明的保护范围内。
[0080]
本发明所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在上面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本发明的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本发明的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组件、材料等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、材料或者操作以避免模糊本发明的各方面。