《复合材料拉挤型材结构冷却塔应用技术规程编制说明》

CSTM团体标准《复合材料拉挤型材结构冷却塔应用技术规

程》编制说明

征询意见阶段☑

1、目的意义

复合材料因其轻质、高强、耐腐蚀等优点被广泛应用于冷却塔行业。随着复

合材料制造技术的发展，其拉挤型材产品越来越多的应用于大型冷却塔，以替代

传统的钢材、木材与钢筋混凝土，并作为主要结构材料使用。复合材料拉挤型材

的力学性能具有较高的可设计性，与钢材、木材等传统材料的物理、化学性能存

在较大差异，复合材料作为发展中的新材料，目前尚无成体系的数据库和资料可

供查询，也缺少相关的设计规范指导设计，复合材料冷却塔行业发展因此受到制

约。

目前国际上也缺少适用性强的相关标准或规范，例如美国冷却技术协会

（CTI）发布的相关指南无法满足我国设计需求。在这种一方面是市场对复合材

料结构冷却塔的旺盛需求，另一方面是产品或结构设计的高门槛的情况下，行业

乱象丛生，安全问题凸显。安全问题若不能及时解决，不仅可能带来人员、财产

损失，还可能扼杀整个新材料产业的发展。

标准规范的长期缺失将带来安全隐患。采用复合材料设计、制造的大型冷却

塔出现安全事故的案例不再是小概率事件，施工和使用过程中发生整体坍塌的事

件时有发生。安全问题若不能及时解决，不仅可能导致人员和财产损失，还可能

扼杀复合材料在冷却塔领域的应用和发展。

本规程顺应市场需求，旨在推动复合材料在冷却塔行业中的应用，同时助力

促进行业的健康和可持续发展。

2、预期的社会效益、经济效益

冷却塔是冷却水循环使用的关键设备，承担着全国约70%的工业和民用冷却

水的循环冷却任务，冷却塔产业的发展前景广阔。复合材料因其轻质、高强、耐

腐等优点被广泛应用于冷却塔行业，以代替自重大、易锈蚀的钢材。同时，复合

材料结构具有比传统钢结构更低的碳排放量，将为我国实现“双碳”战略目标贡

献重量力量。综上，复合材料冷却塔将在我国未来工业化发展进程中提到至关重

要的作用。

本标准的推广和使用，将对提升复合材料冷却塔的结构安全、促进复合材料

冷却设备的行业发展，以及降低冷却塔结构碳排量等方面发挥重要作用。在未来

能源和水源的双重压力下，复合材料冷却塔的社会效益会更加显著，在降低能耗、

节约用水、促进新材料发展方面做出更大的贡献。

3、工作简况

2023年8月CSTM/FC03/TC11中国材料与试验标准化委员会建筑材料标准化领

域委员会纤维增强复合材料标准化技术委员会标准制定计划下达后，成立了标准

编制工作组，该标准（中文版）立项编号为CSTMLX031101346-2023，标准（英

文版）立项编号为CSTMLX031101346-2023E。工作组由清华大学、北京工业

大学、北京玻钢院复合材料有限公司滕州公司、江苏海鸥冷却塔股份有限公司、

南京斯贝尔复合材料仪征有限公司、上海良机冷却技术有限公司、上海金日冷却

设备有限公司、广东览讯科技开发有限公司、浙江东杰冷却塔有限公司、中化工

程沧州冷却技术有限公司组成。

2023年9月，召开了第一次工作的线上会议。会议分析讨论了立项建议书，

确定了修订的方向及主要技术内容，制定了进度计划及任务分工。

2023年9月～2023年11月，查阅、收集国内外及行业的相关标准，由清华大

学、北京工业大学、北京玻钢院复合材料有限公司滕州公司、江苏海鸥冷却塔股

份有限公司、南京斯贝尔复合材料仪征有限公司、上海良机冷却技术有限公司、

上海金日冷却设备有限公司、广东览讯科技开发有限公司、浙江东杰冷却塔有限

公司、中化工程沧州冷却技术有限公司等单位进行了资料收集及验证试验工作，

在此基础上完成标准和编制说明初稿的编写工作。

2023年11月底，组织起草人员、参编单位技术代表召开了第二次编写工作线

上会议，对标准和编制说明初稿进行讨论、完善和修改。根据讨论结果和建议正

式形成了征求意见稿和标准编制说明。

4、标准编制的原则

本标准参考了现行国家标准《结构用纤维增强复合材料拉挤型材》GB/T

31539、《机械通风冷却塔工艺设计规范》GB/T50392、《机械通风冷却塔第1

部分：中小型开式冷却塔》GB/T7190.1、《机械通风冷却塔第2部分：大型开

式冷却塔》GB/T7190.2，以及现行团体标准《复合材料拉挤型材结构技术规程》

T/CECS692，学习、吸收了这些标准的先进技术和方法，保证了本标准的先进性

和科学性。

1)在本标准编写过程中，主要参考了《结构用纤维增强复合材料拉挤型材》

GB/T31539中规定的复合材料拉挤型材产品性能要求，以及《复合材料拉挤型材

结构技术规程》T/CECS692中规定的复合材料拉挤型材结构设计方法；

2)在本标准第6章编写过程中，参考了《机械通风冷却塔工艺设计规范》GB/T

50392中关于冷却塔结构构造和结构布置的相关规定，以保证冷却塔结构设计满

足工艺要求。

5、确定标准主要技术内容的依据

目前国内可用的冷却塔设计标准有GB/T7190.1《机械通风冷却塔第1部分：

中小型开式冷却塔》、GB/T7190.2《机械通风冷却塔第2部分：大型开式冷却

塔》、GB/T7190.3《机械通风冷却塔第3部分：闭式冷却塔》，但是并未充分

考虑复合材料结构的力学性能特点。美国冷却塔协会（CTI）虽然已形成了针对

复合材料冷却塔的相关设计标准CTI-STD137FiberglassPultruded

StructuralProductsforUseinCoolingTowers，但不能满足完全的设计需

求。

首先，GB/T7190.1、GB/T7190.2、GB/T7190.3分别对中小型开式冷却塔、

大型开式冷却塔和闭式冷却塔规定了产品分类和标记、要求、试验方法、检验规

则、标志、包装、运输、贮存及其他等。材料要求方面，该标准仅对塔体材料中

的复合材料件的原材料、外观、氧指数及弯曲性能提出了一般规定和简单的试验

方法。该标准尚未考虑复合材料拉挤型材的轴心受压、受剪或受集中力作用、组

合受力构件以及连接节点的设计等。

其次，CTI-STD137对作为冷却塔应用中的建筑项目的玻璃纤维增强拉挤型

材的分类、结构材料、公差、缺陷、工艺、检验、物理、机械和设计性能提出了

建议。标准中的建议大都是从ASTM中相关的复材标准中确定的，不够全面，而且

尚未考虑复合材料冷却塔的结构特征，例如构造、变形与振动、疲劳等。

综上，目前已有冷却塔设计标准尚未充分考虑复合材料拉挤型材的力学性能

特点，而且很少涉及到对于复合材料冷却塔的结构特征，难以满足目前复合材料

的工业冷却塔结构的设计要求。所以针对上述问题，本标准提出了复合材料冷却

塔结构标准，以保证复合材料冷却塔结构的设计、施工和验收。

本标准的主要技术要素包括复合材料拉挤型材冷却塔的基本力学性能、结构

性能、几何尺寸、截面形状等。参数共有四大类，包括作用和作用效应、材料性

能、几何参数和计算参数。

作用和作用效应：

——构件整体挠度；

——构件弯曲挠度；

——构件剪切挠度；

——受弯构件局部稳定承载力；

——旋转平面面内横向振动荷载设计值；

——旋转平面面内纵向振动荷载设计值；

——旋转平面面外法向振动荷载设计值；

——受弯构件承载力设计值；

——受弯构件整体稳定抗弯承载力；

——受弯构件局部失稳的抗弯承载力；

——受弯构件发生强度破坏时的抗弯承载力；

——螺栓块剪切承载力；

——螺杆受剪承载力；

——轴心受力承载力设计值；

——轴心受压构件的整体稳定承载力；

——轴心受压构件的局部稳定承载力；

——轴心受压承载力；

——单螺栓剪切承载力；

——螺栓间剪切承载力；

——动力设备的当量静荷载；

——动力设备的振动荷载；

——抗剪承载力设计值；

——抗剪屈曲承载力设计值；

——发生材料破坏时的抗剪承载力设计值；

——实际剪切应力；

——实际强轴弯曲应力；

——实际弱轴弯曲应力；

——实际剪切应力。

材料性能：

——纵向压缩弹性模量；

——纵向拉伸弹性模量；

——横向压缩弹性模量；

——横向拉伸弹性模量；

——拉挤型材强度容许值；

——容许轴向应力；

——容许强轴弯曲应力；

——容许弱轴弯曲应力；

——容许剪切应力；

——胶层材料受剪强度设计值;

——拉挤型材强度设计值；

——拉挤型材强度标准值；

——纵向螺栓挤压强度标准值；

——纵向压缩强度标准值；

——纵向拉伸强度标准值；

——面内剪切强度标准值；

——层间剪切强度标准值；

——横向螺栓挤压强度标准值；

——横向压缩强度标准值；

——横向拉伸强度标准值；

——面内剪切模量；

——转子的总质量；

——动力设备的自重；

Tg——玻璃化温度；

——结构的阻尼比；

νLT——面内泊松比；

——结构的自振圆频率。

几何参数：

——构件全截面面积；

——构件净截面面积；

——工字型材的腹板截面面积；

——构件截面回转半径；

——构件截面宽厚比；

——有效长细比。

计算参数：

——疲劳计算参数；

——转子质心与转轴几何中心的当量偏心距；

——衡量转子平衡品质等级的参数；

——有效截面折减系数；

——动力设备的工作转速；

——应力循环次数；

——结构与动力设备的频率比；

——拉挤型材构件的安全系数；

——动力放大系数；

——拉挤型材材料分项系数；

——拉挤型材环境影响系数；

——拉挤型材温度影响系数；

——容许应力幅；

——动力设备的工作圆频率。

6、主要试验或验证结果

材料特性检验：依据GB/T1447-2005等多项相关国家标准，对复合冷却塔专

用方管和槽钢两种复材进行检验，其中对方管进行了包括纵向拉伸强度、纵向弯

曲强度、纵向压缩强度和横向压缩强度共4个检验项目，对槽钢进行了包括纵横

双向的拉伸强度、拉伸模量、压缩强度、压缩模量、螺栓挤压强度、耐水后拉伸

强度、拉伸强度保留率、耐水后压缩强度和压缩强度保留率，以及横向弯曲强度

和氧指数共20个检验项目。

结构振动检验：依据ISO2372标准对全玻璃钢型冷却塔结构进行振动监测，

振动结果合格。

复合材料拉挤型材冷却塔整体检验：依据标准GB/T7190.1-2008《玻璃纤维

增强塑料冷却塔第1部分：中小型玻璃纤维增强塑料冷却塔》的相关规定，将“全

复合材料结构防腐型冷却塔”产品送往国家玻璃钢制品质量监督检验中心进行检

验，检验项目包括热力性能、噪声、外观、耗电比、飘水率、树脂含量、固化度、

弯曲强度和巴氏硬度共9个项目，均满足要求。

7、与国际、国外同类标准水平的对比情况

方法标准与相关国际＼国外＼国家＼行业＼地方＼团体标准

主要参数对比表

标准号本标准（必填）GB/T31539CTIESG-152

复合材料拉挤型材结构冷结构用纤维增强复合StructuralDesignofFRP

标准名称

却塔应用技术规程材料拉挤型材Components

产品标准，

应用标准，

（仅包括产品力学性

（包括结构设计方法、施设计标准

标准类型能和物理性能，不包

工方法、验收方法、维护（仅包括结构设计方法）

括结构设计和施工方

方法等）

法等）

结构设计原则容许应力法无此规定容许应力法

纵向拉伸强度≥300MPa纵向拉伸强度≥206.8MPa

横向拉伸强度≥55MPa规定了三种力学性能横向拉伸强度≥48.2MPa

等级，包括M30级、

纵向拉伸模量≥23GPa纵向拉伸模量≥17.9GPa

材料力学性能M23级、M17级，其

横向拉伸模量≥7GPa中M23级如左侧表横向拉伸模量≥5.5GPa

纵向压缩强度≥250MPa格所示纵向压缩强度≥206.8MPa

横向压缩强度≥70MPa横向压缩强度≥110.3MPa

纵向压缩模量≥20GPa纵向压缩模量≥17.9GPa

横向压缩模量≥7GPa横向压缩模量≥6.9GPa

剪切强度≥25MPa剪切强度≥20.7MPa

巴柯尔硬度≥50

巴柯尔硬度

≥50纤维体积含量≥

巴柯尔硬度≥45

纤维体积含量

≥40%40%

纤维体积含量无规定

树脂不可溶分含量

材料物理性能≥树脂不可溶分含量

树脂不可溶分含量无规定

90%≥90%

吸水率≤0.6

吸水率

≤0.6吸水率≤0.6玻璃化转变温度无规定

玻璃化转变温度

≥80玻璃化转变温度≥

80

主要结构构件横截面上计

拉挤型材横截面上任

入受力面积的部分的壁厚

一壁厚应不小于

结构构件≥5mm3.0mm；有耐久性要无此规定

次要结构构件横截面上计求的产品，任一壁厚

入受力面积的部分的壁厚