自立式钢烟囱基础顶面内力计算

广东省轻纺建筑设计院自立式钢烟囱基础顶面内力计算与基础设计钢烟囱基础顶面内力计算 一、钢烟囱基本信息烟囱直径：d =2500mm ； 烟囱高度：H =20000mm烟囱运行重量：15T （折合150kN ） 二、烟囱基础地震作用计算1）罐体基本自振周期 根据《烟囱设计规范》（GB50051-2013）钢烟囱基本自振周期按如下公式计算，dH T 2211024.026.0-⨯+= （1） 式中，1T 为结构基本自振周期；H 为结构高度；d 为烟囱直径。

已知H =20m ，d =2.5m ，代入公式（1）求得T 1=0.644s 。

2）地震动设计参数抗震设防烈度为8度，设计地面基本加速度0.20g ，场地类别为Ⅲ类，地震分组为二组。

根据《构筑物抗震设计规范》（GB50191-2012）表5.1.5-1及5.1.5-2得，对于多遇地震场地水平地震影响系数最大值αmax =0.16，场地特征周期T g =0.55s 。

根据《烟囱设计规范》，取钢烟囱的阻尼比为0.01。

根据5.1.6条第2款：当构筑物阻尼比不等于0.05时，地震影响系数曲线的阻尼调整系数和形状参数需参考下述公式计算。

ζζγ63.005.09.0+-+= （2）式中，γ为曲线下降段的衰减指数；ζ为阻尼比。

代入数据求得γ=1.0111。

ζζη6.108.005.012+-+= （3）式中，2η为阻尼调整系数，当小于0.55时取为0.55。

代入数据求得2η=1.4167。

根据5.1.6条1款图5.1.6地震影响系数曲线：T g <T 1<5T g ，故计算地震影响系数，19325.016.04167.1644.055.00111.1max 2g =⨯⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=αηαγT T （4） 且max 12.0αα>。

3）水平地震作用计算烟囱基本自振周期的等效总重力荷载G eq =150kN 。

根据5.2.1条第1款，结构总水平地震作用标准值kN 9875.28eq EK ==G F α，则水平地震作用倾覆弯矩标准值kN.m 875.289EK =M 。

直径1.4m烟囱计算书烟囱形式：直径1400mm，高15m，基础顶至10m标高采用φ2600x12的钢管，上段采用φ2596x10钢管，计算时将烟囱按标高分为0-10m，10-15m，15-20m，20-28.1m共4段。

1、有关几和参数：见下表：几何参数、风压高度变化系数和脉动影响系数标高(m) 外径B(m)形心高度z (m)风荷载作用面积(m2)形心处的外径(m)z/H高度变化系数脉动影响系数28.1 2.596 24.05 21.03 2.596 0.856 1.39 0.823 20 2.596 17.5 12.98 2.596 0.623 1.20 0.823 15 2.596 12.5 12.98 2.596 0.445 1.07 0.823 15 1.4 7.5 21 1.4 0.5 1.13 0.823 02、风荷载体型系数：总高度为15m，平均直径为近似可按1.4m，μzω0d2=μz*0.6*1.42=1.176μz，地面粗糙度类别为B类，所以μz≥1.0，得μzω0d2>0.015，H/d=15/1.4=10.72，又因此钢烟囱表面“光滑”，所以可得μs=0.6+(0.5-0.6)/(7-25)*(10.8-25)=0.523、风载的高度变化系数地面粗糙度类别为B类，查《建筑结构荷载规范》表7.2.1,得各高度处的风压高度变化系数μz见上表。

4、风振系数根据《建筑结构荷载规范》7.4.2 条，知本烟囱可只考虑第一振型的影响，顺风向风振系数可按βz=1+(ξνφz)/μz计算。

查《建筑结构荷载规范》附录E 结构基本自振周期的经验公式得烟囱基本自振周期为T1=0.011H=0.011x15=0.165s ＜0.25s，故不需要考虑顺风向风振影响。

5、各段风荷载的集中力应用《建筑结构荷载规范》中式7.1.1条ωk=βzμsμzω0求风荷载，各分段的集中力Pi=ωk A w，此处A w的为风荷载作用面积，其计算过程见下表：风荷载标值计算标高z (m) 风荷载作用面积μsω0μzβzωk(kN/m2)集中力P k(kN)24.05 21.03 0.52 0.6 1.39 1.86 0.52*0.6*1.39*1.86=0.8121.03*0.81=17.0317.5 12.98 0.52 0.6 1.20 1.60 0.52*0.6*1.2*1.60=0.6012.98*0.60=7.7912.5 12.98 0.52 0.6 1.07 1.38 0.52*0.6*1.07*1.38=0.4312.98*0.43=5.587.5 21 0.52 0.6 1.1 1 0.52*0.6*1.1*1=0.343221*0.3432=7.26、底部产生的弯矩和剪力V k=7.2 kNM k=7.2*7.5=54 kN.m7、叛断是否考虑横向风振当烟囱坡度≤2%时，对于钢烟囱应按国家标准《建筑结构荷载规范》（GB 50009）的规定验算横风向风振影响。

某钢厂自立式钢烟囱结构设计魏保敏【摘要】Taking the 45 m self-standing steel chimney as an example,the paper specifically describes self-standing steel chimney design meth-ods,features and design matters. Through software compiling computation program,it calculates and compares self-standing steel chimney,an fi-nally determines its design section,which has certain guiding role for designing self-standing steel chimney structure.%以45 m 高自立式钢烟囱为例，详细阐述了自立式钢烟囱的设计方法、特点以及设计中应注意的问题，并通过软件编制计算程序，对自立式钢烟囱进行计算、比较，最终确定了其设计断面，对自立式钢烟囱的结构设计有一定的参考作用。

【期刊名称】《山西建筑》【年(卷),期】2015(000)028【总页数】2页(P38-39)【关键词】自立式;钢烟囱;结构设计【作者】魏保敏【作者单位】中冶南方工程技术有限公司，湖北武汉 430223【正文语种】中文【中图分类】TU391某钢厂除尘工程，根据通风专业要求需设置烟囱，烟囱高度45 m，直径4.6 m，最高烟气温度40 ℃；基本风压0.35 kN/m2,地面粗糙度为B类，地震设防烈度6度，地震加速度0.05g，地震分组为第一组，场地类别为Ⅱ类。

2.1 材料选用钢烟囱分为塔架式、拉索式、自立式烟囱。

根据工程条件，结合实际情况，本设计采用钢烟囱。

钢烟囱、检修平台、旋转爬梯的材质均采用Q235B，其质量应符合现行国家标准GB/T 700碳素结构钢的规定。

（一）设计资料1.烟囱型式：单筒式钢筋混凝土烟囱2.钢内筒高210m，内直径8.0m钢筋混凝土外筒高205m，出口直径11m3.极端最低温度：-5度，极端最高温度：40度4.地震烈度：7度。

场地土类别：I类5.烟囱高度210m，安全等级为一级，风荷载采用百年一遇，换算后风荷载的为1.034Kpa6.烟囱零米标高相当于绝对标高12.00m，基础埋深-6.20m，持力层为中风化花岗岩，地基承载力特征值fa k≥800Kpa（二）设计原则1.钢筋混凝土外筒基础采用环板基础，混凝土等级为C402.内筒型式：自立式钢内筒，重量不传至外筒，计算外筒时不考虑内筒刚度，计算外筒时作为外加惯性荷载计入其重量。

内筒防腐按进口泡沫玻璃考虑，厚度为38mm，重量为13kg/㎡3．钢筋混凝土筒身采用C40混凝土。

外筒为内筒施工预留施工孔（9mx9m），外筒烟道孔按6.48mx16.68m考虑，底标高为12.73m4.计算软件为：钢筋混凝土烟囱计算软件Multi-flue Chimney V3.05.钢筋混凝土外筒内部设6层平台，平台处设置止晃点。

顶层平台为混凝土平台，按承重平台考虑，其余为钢平台，按检修平台考虑。

平台标高分别为：35.0m，70.0m，105.0m，140.0m，175.0m，203.6m（三）荷载计算1.钢内筒荷载计算（1）钢内筒筒壁自重荷载（壁厚按20mm计算）q1=rxA=rx∏x(r1·r1-r2·r2)=78x3.14x(4.058·4.058-4.038·4.038)=39.66KN/m(2) 钢内筒玻璃砖自重荷载：q2=rxA=rx∏xD=13x3.14x8.076=3.30 KN/m(3) 每个钢内筒沿竖向线性荷载：q= q1+ q2=39.66+3.30=42.96 KN/m2.平台荷载计算顶部平台恒载标准值；6 kN/㎡顶部平台活载标准值；7 kN/㎡其他平台恒载标准值；1.5kN/㎡其他平台活载标准值；3 kN/㎡35m平台：半径R=8.04m，A=3.14x8.04x8.04-3.14x4.35x4.35=143.56恒载标准值；1.5x143.56=215.34 KN活载标准值；3x143.56=430.68KN70m平台：半径R=6.60m，A=3.14x6.60x6.60-3.14x4.35x4.35=77.36恒载标准值；1.5x77.36=116.04 KN活载标准值；3x77.36=232.09KN105m平台：半径R=5.62m，A=3.14x5.62x5.62-3.14x4.35x4.35=39.76恒载标准值；1.5x39.76=59.64 KN活载标准值；3x39.76=119.28KN140m平台：半径R=4.95m，A=3.14x4.95x4.95-3.14x4.25x4.25=20.22恒载标准值；1.5x20.22=30.33 KN活载标准值；3x20.22=60.66KN175m平台：半径R=4.95m，A=3.14x5.15x5.15-3.14x4.45x4.45=21.10恒载标准值；6x21.10=31.65 KN活载标准值；3x21.10=63.30KN203.6m平台：半径R=4.95m，A=3.14x5.2x5.2-3.14x4.5x4.5=21.32恒载标准值；6x21.32=127.92 KN活载标准值；7x21.32=149.24KN计算各层外加垂直荷载时，平台活荷载折减系数取0.65计算各层外加惯性荷载时，不考虑顶层平台活荷载，考虑顶层平台积灰荷载1kN/㎡，其余平台荷载折减系数0.5，同时计入钢筒重量。

中华人民共和国国家标准烟囱设计规范Code for desing of chinmeys GB 50051━2002主编部门：中华人民共和国建设部批准部门：中华人民共和国建设部施行日期：2 0 0 3 年5 月1 日中华人民共和国建设部公告第101 号建设部关于发布国家标准《烟囱设计规范》的公告1 总则1.0.1 为了在烟囱设计中贯彻执行国家的技术经济政策，做到技术先进、经济合理、安全适用、确保质量，制定本规范。

1.0.2 本规范用于砖烟囱、钢筋混凝土烟囱、钢烟囱、套筒式烟囱、多管式烟囱、烟囱基础和烟道设计。

1.0.3 本规范是按照国家标准《建筑结构可靠度设计统一标准》（GB 50068）和国家标准《建筑结构设计术语和符号标准》（GB/T 50083）规定的原则制定的。

1.0.4 烟囱设计除应符合本规范规定外，尚应符合国家现行的有关强制性标准的规定。

1.0.5 本规范采用的设计基准期为50 年。

2 术语、符号2.1 术语2.1.1 烟囱chimney用于排放工业与民用炉窑高温烟气的高耸构筑物。

2.1.2 筒身shafi烟囱基础以上部分，包括筒壁、隔热层和内衬等部分。

2.1.3 筒壁shell烟囱筒身的最外层结构，用于保证筒身稳定。

2.1.4 隔热层insulation置于筒壁与内衬之间，使筒壁受热温度不超过规定的最高温度。

2.1.5 内衬lining分段支承在筒壁牛腿之上的自承重砌体结构，对隔热层起到保护作用。

2.1.6 钢烟囱steel chimney筒壁材质为钢材的烟囱。

2.1.7 钢筋混凝土烟囱reinforced concrete chimney筒壁材质为钢筋混凝土的烟囱。

2.1.8 砖烟囱brick chimney筒壁材质为砖砌体的烟囱。

2.1.9 自立式钢烟囱selfsupporting steel chimney筒身在不加任何附加受力支撑条件下，与基础一起构成一个稳定结构的钢烟囱。

结构计算书工程名称：威海恒邦化工有限公司乳山化肥厂3万吨/年合成氨搬迁改造工程项目：三废混燃炉-烟囱基础计算：校对：审核：北京蓝图工程设计有限公司2008年10月7 日计算书一、设计资料1、烟囱高度H=45 m ，基础顶高出室外地坪500mm。

2、基本风压ω=0.65 KN/m2 ，地面粗糙度B类，3、本工程结构安全等级:二级;设计使用年限50年:抗震设防烈度:六度;设计基本地震加速度值:0.05g，设计地震分组：第一组;场地类别为II 类.4、烟气温度：0T160Cg二、上部钢烟囱永久荷载上部荷载见附图1；三、风荷载及弯矩计算;ωK= βZ µs µz ω0ωK ——风荷载标准值（KN/m2）;βZ——高度z处的风振系数;µs——风荷载体形系数;ω0——基本风压（KN/m2）;1、钢烟囱结构自振周期计算：经验公式：一般情况：T1=（0.007~0.013）H依据：建筑结构荷载规范（GB 50009-2001）(2006年版)附录E.1.1对于自立式钢烟囱，有经验可得：T1=0.013H ，H=45 .5m可得T1=0.013Х45.5 = 0.59 s2、顺风向ω0=0.65KN/m2时风荷载系数计算：（1）、风荷载高度变化系数µz将烟囱分为9部分：如图一：每一部分的控制截面为该部分的线截面处，其编号等同与部分编号查：建筑结构荷载规范（GB 50009-2001）(2006年版)表7.2.1得：地面粗糙度B类图一（2）、风荷载体型系数µs查：建筑结构荷载规范（GB 50009-2001）(2006年版)表7.3.1 由 1/7<H/d=45.0/[(3.016.+2.016)/2]=18<25 µz ω0 d 2 = 1.62X0.65X2.5162 >0.015 0≈∆ µs =60.056.0)1825(7255.06.06.0≈=-⨯---(3)、风振系数 βZ 计算 zzz μξνϕβ+=1 z β ——风振系数ξ——脉动增大系数 ν ——脉动影响系数z ϕ——振型系数1、脉动增大系数 ξ查 建筑结构荷载规范（GB 50009-2001）(2006年版)表7.4.3 ω0 T 12 = 226.059.065.02=⨯KN S 2/m 2 地面粗糙度 B 类,钢结构： ()07.2226.04.02.04.004.224.224.2=-⨯---=ξ四、 脉动影响系数 νν=ν1x υθθB1）脉动影响系数ν1查 建筑结构荷载规范（GB 50009-2001）(2006年版)表7.4.4-1 当 H=45.5 ，B 类时：ν1=0.86 。

30米钢烟囱安装计算书烟囱形式：直径2700毫米，高30米，基础顶至10米标高采用φ2700×14的钢管，上段采用φ2687×12钢管，计算时将烟囱按标高分为0-10米，10-15米，15-20米，20-30米共四段。

一、有关几和参数：见下表：几何参数、风压高度变化系数和脉动影响系数标高(米) 外径B(米)形心高度z (米)风荷载作用面积(平方米)形心处的外径(米)z/H高度变化系数脉动影响系数30 2.687 24.55 21.241 2.687 0.967 1.40 0.824 20 2.687 18 14.09 2.687 0.734 1.21 0.824 15 2.687 13 14.09 2.687 0.556 1.08 0.824 10 2.700 5.5 27 2.700 0.289 1.01 0.824 0二、风荷载体型系数：总高度为30米，平均直径为近似可按2.7米，μzω0d2=μz×0.6×2.72=4.4μz，地面粗糙度类别为B类，所以μz≥1.0，得μzω0d2>0.015，H/d=30/2.7=11.1，又因此钢烟囱表面“光滑”，所以可得μs=0.6+(0.5-0.6)/(7-25)×(10.8-25)=0.52三、风载的高度变化系数地面粗糙度类别为B类，查《建筑结构荷载规范》表7.2.1,得各高度处的风压高度变化系数μz见上表。

四、风振系数根据《建筑结构荷载规范》7.4.2 条，知本烟囱可只考虑第一振型的影响，顺风向风振系数可按βz=1+(ξνφz)/μz计算。

查《建筑结构荷载规范》附录E 结构基本自振周期的经验公式得烟囱基本自振周期为T1=0.011H=0.011×30=0.33s>0.25s，故需要考虑顺风向风振影响。

由ω0T12=0.6×0.33×0.33=0.065kNs2/平方米，查得脉动增大系数ξ＝1.69+(1.77-1.69)/(0.06-0.04)*(0.065-0.04)=1.873。