钢结构冷却塔具有自重轻、施工速度快及可重复利用等优点。随着新建冷却塔体型的不断增大,钢结构成为大型冷却塔结构选型的新方向。目前国内外学者对于钢结构冷却塔的研究主要以某一工程实例为依托,对其进行抗震、施工技术等方面的研究,而对钢结构冷却塔体系方面的研究较少。因此,有必要对钢结构冷却塔开展深入的研究,研发合理和经济适用的钢结构冷却塔体系,为实际工程应用提供技术条件。本文的研究工作主要有以下几个方面:(1)筛选了四种大型钢结构冷却塔体系:双层四角锥网壳体系、双层平行桁架网壳体系、单层矩形网格网壳体系及单层三角形网格网壳体系。运用APDL参数化语言,编制了适用于四种钢结构冷却塔体系的几何建模程序、荷载施加程序和优化选杆程序,为各体系的深入研究奠定了良好的基础。基于6种不同的荷载组合工况,完成了四种体系的静力分析。总结了对各体系起控制作用的荷载工况,研究了各体系在自重、风荷载以及温度荷载作用下的力学性能,并总结归纳了各体系的杆件内力分布规律。(2)考虑结构几何非线性和材料非线性,对四种钢结构冷却塔体系进行稳定性分析,研究了各体系的破坏模式。针对单层体系稳定性较差的问题,提出了多种加强方案,并对各方案进行对比分析,得到了最优加强方案。(3)在220m、124m及90m高度下,考虑不同网壳厚度和网格尺寸,对四种体系开展了共计266个模型的计算分析,总结了各体系力学性能随各参数的变化规律,得到了双层钢结构冷却塔体系的网格尺寸与网壳厚度之比的最佳取值范围,为大型钢结构冷却塔的理论研究与工程设计提供参考。在各高度下对比四种体系的用钢量及力学性能,得到双层四角锥网壳体系为最优体系。设计了“X”形柱、“人”字形柱及“八”字形柱三种下部支承结构方案,研究不同下部支承结构对钢结构冷却塔体系受力性能的影响,综合考虑结构安全性及经济性能,得到“X”形柱为最优下部支承方案。