特种结构-第六章-烟囱

烟囱筒壁温度计算方法有平壁法和环壁法两种。 当烟囱筒壁和基础环壁外半径r2与内半径r1的比值 小于1.1时，可采用平壁法计算受热温度，否则应 采用环壁法计算受热温度。钢筋混凝土烟囱一般采 用平壁法计算。
烟囱在风荷载、日照温差、基础倾斜、地震等
作用下，会引起筒身侧向挠度，使烟囱中心轴发生 水平偏移，这种偏移使结构自重对筒身各水平截面 产生附加弯矩，成为筒身附加弯矩。附加弯矩应通 过计算确定。
烟囱内部的烟气温度，按烟囱使用时的最高 温度采用。如因除尘和余热利用等原因，进入烟 囱的烟气温度远低于炉内温度时，应注意考虑由 于降温设备故障而出现的事故性高温。
烟囱外部的空气温度，应按下列规定采用： 1、计算烟囱最高受热温度和确定材料在温 度作用下的折减系数时，应采用极端最高温度。 2、计算筒壁温度差时，应采用极端最低温 度。
本风压Wcrl10可按下列公式计算：
1 ) 当 1.3vcrl vh时
二、筒壁 钢筋混凝土烟囱的优点是：自重较小，造型美 观，整体性好，耐久性好，抗震性较好，防腐的维 修费用较少，可采用滑膜施工等优点。 钢筋混凝土筒壁一般设计成圆锥形，筒壁外坡 度为2%，筒壁的厚度应由计算确定。可随分节高度 自下而上阶梯形减薄，同一节厚度相同。 筒壁分节高度是按滑模施工模板高度的总倍数 确定，一般≤1.5m。筒壁最小厚度不宜小于160mm。 筒壁混凝土强度等级不宜低于C25级，钢筋宜采用 HRB335级。筒壁内纵向钢筋一般靠外侧配置，环向 钢筋应配置在纵向钢筋的外侧。当筒壁厚度大于 450mm时内侧也应配筋。
n 筒壁或计算土层的导热系数[w/(m·k)]
t1 内衬厚度（m） t2 隔热层厚度（m） tn 筒壁或计算土层厚度（m）
in 内衬内表面传热系数[w/(m2·k)] ex 筒壁或计算土层外表面传热系数[w/(m2·k)]
Rex 筒壁或计算土层外表面的热阻（m2·K/W）
wh

vc2rl 1600
0.04

2 1

h2
式中
wh 烟囱顶端风压设计值
第1振型对应的临界风速（m/s)，按国家
v crl
标准《建筑结构荷载规范》GB50009的规 定计算
1
风振计算时，第1振型结构阻尼比，钢筋 混凝土烟囱取0.05，钢烟囱取0.01
烟囱顶端风振系数，按国家标准《建筑结 h 构荷载规范》GB50009的规定计算
Ri 第i层热阻（ m2 • K / W ）
平壁法传热计算简图
总热阻按下式计算
其中
Rtot Rin R1 R2 Rn Rex
Rin

1
in
R1

t1
1
R2

t2
2
Rn

tn
n
1
Rex ex
Rin 内衬内表面的热阻（m2·K/w)
1 内衬的导热系数[w/(m·k)] 2 隔热层的导热系数[w/(m·k)]
当烟囱坡度≤2％时，对于钢筋混凝土烟囱、 钢烟囱（不含塔架式钢烟囱）应按国家标准《建筑 结构荷载规范》GB50009的规定验算横风向风振影 响。当按《建筑结构荷载规范》GB50009判断烟囱 可能出现跨临界强风共振时，对于第1振型横风向 风振，当烟囱顶端设计风压值Wh满足下式时，烟囱 承载能力极限状态仍由顺风向设计风压控制。
cwt
在荷载标准值和温度共同作用下混凝土的应力 值（N/mm2）
swt 在荷载标准值和温度共同作用下竖向钢筋的应 力值（N/mm2）
st 在温度作用下环向和竖向钢筋的应力值
fctk

（N/mm2） 混凝土在温度作用下的强度标准值（N/mm2）
f ytk 钢筋在在温度作用下的强度标准值N/mm2）
内衬厚度应按温度计算确定，由基础起按全高
设置，内衬是分节设置的，以保证上下自由伸缩， 内衬被支承在筒壁内侧的环形悬臂上。
基础内衬厚度不应小于200mm或一砖，其他各 节不应小于100mm或半砖。
2.隔热层 钢筋混凝土筒壁与内衬之间的空隙 就是用来做隔热层的。
隔热层可由空气隔热层（一般厚50mm）或填 保温散粒材料（一般厚80mm~200mm）做成。
当不满足上式时，第1振型横风向风振可能起 控制作用，应计算横风向风振效应（弯矩和剪 力）。
⑴ 横风向风振锁住区，最不利起点高度H1按下 列公式计算：
1 )当1.3vcrl vh时， 2 )当1.3vcrl vh时
H1
H
1
1.3
1
H1

H

vcrl vh

⑵ 临界风速时，在10m标高处对应的顺风向基
五、附属设备 烟囱的附属设备有爬梯、平台、信号灯、防 雷设施和清灰孔等。
爬梯应在离地面2.5m高度开始设置直到顶 端，爬梯应设置在常年风向的上风向。当烟囱高 度为60m~100m时，可仅在顶部设置检修平台， 当烟囱高度大于100m时，在中部适当增设检修平 台。
烟囱周围的地面应设置坡度为2%的散水坡， 散水坡的外径应大于基础底板的直径。
烟囱的类型有：砖烟囱、钢筋混凝土烟囱、钢 烟囱
烟囱的结构型式有：单筒式烟囱、套筒式烟囱、 多管式烟囱以及全负压烟囱。
§6-1 烟囱的构造 钢筋混凝土烟囱由基础、筒壁、内衬、隔热层、
筒首和附属设施（爬梯、防雷设施、信号灯平台、 休息平台、检修平台等）组成。
一、基础 基础形式与烟囱筒壁的重力、抗震设防烈度、 地基承载力特征值有关，常用的有：刚性基础、钢 筋混凝土环板或圆板基础、壳体基础、桩基。 基础混凝土强度等级一般不应低于C20级，壳体 基础不应低于C30级，受力钢筋宜采用HRB335级。 基础的埋深主要取决于地基承载力、地下水位 的高低和水平烟通道的设计位置。一般将烟通道设 置在地面以上。
(N/mm2)；
ct 、 t―t 混凝土在温度作用下的轴心抗压强度、轴心
抗拉强度分项系数，按表3.2.5的规定采用。
混凝土在温度作用下的弹性模量应考虑温度折 减，按下式计算：
Ect cEc
式中 Ect―混凝土在温度作用下的弹性模量 （N/mm2)；
c ―混凝土在温度作用下的弹性模量折减系数，
(3）正常使用极限状态的应力计算。应分别计 算水平截面和垂直截面的混凝土和钢筋应力。
(4）正常使用极限状态的裂缝宽度验算。
正常使用极限状态的计算：计算在荷载标准 值和温度共同作用下混凝土与钢筋应力以及温度 单独作用下的钢筋应力，应满足下列条件：
cwt 0.4 fctk swt 0.5 f ytk st 0.5 f ytk
烟囱的结构重要性系数
安全等级
烟囱高度
结构重要性系数Leabharlann 一级≥2001.1
二级
<200
1.0
注：对于电厂烟囱的安全等级还应同时按照电厂单机容 量进行划分。当单机容量大于或等于200兆瓦（MW）时为一级， 否则为二级。
烟囱设计的温度计算包括筒壁、内衬、隔热 层的内外表面的温度和钢筋混凝土筒壁中钢筋的 温度。
一、用平壁法计算内衬、隔热层、筒壁或基 础环壁、烟道壁各点的受热温度可按下式计算
Tcj
Tcj

Tg

Tg Ta Rto t
j
Ri
i 0
计算点受热温度（℃）
Tg 烟气温度（℃） Ta 空气温度（℃）
内衬、隔热层、筒壁或基础环壁及环壁外
Rtot 侧计算土层等总热阻（ m2 • K / W )
§6-2 烟囱所用混凝土和钢筋的有关规定
钢筋混凝土烟囱筒壁的混凝土宜按下列规定采 用：
1、混凝土宜采用普通硅酸盐水泥或矿渣硅酸盐 水泥配制，强度等级不应低于 C25；
2、混凝土的水灰比不宜大于0.5，每立方米混 凝土水泥用量不应超过450kg；
3、混凝土的骨料应坚硬致密，粗骨料宜采用玄 武岩、闪长岩、花岗岩、石灰岩等破碎的碎石或河 卵石。细骨料宜采用天然砂，也可采用上述岩石经 破碎筛分后的产品，但不得含有金属矿物、云母、 硫酸化合物和硫化物；
按表3.2.6的规定采用；
Ec―混凝土弹性模量（N/mm)，按国家标准 《混凝土结构设计规范》（GB50010）的规定采用。
HPB235和HRB335钢筋的强度标准值应按表3.3.2 的规定采用。
HPB 235 和 HRB 335 级钢筋的强度设计值应 按下列公式计算：
f yt

f ytk
yt
f

yt

f ytk
yt
、 f ytk
f
/ ytk

HPB235和HRB335级钢筋在温度作用 下的抗拉、抗压强度标准值，N/mm2
yt
HPB235和HRB335级钢筋在温度作用 下的抗拉、抗压强度分项系数，钢 筋混凝土筒壁取1.6，壳体基础取 1.2
f
yt、f
/ yt

对于高度小于等于21Om的单筒式钢筋混凝土烟 囱的筒壁设计，应进行下列几项计算或验算：
(l）附加弯矩计算：l）计算筒壁水平截面承载 能力极限状态的附加弯矩。当在地震区时，尚应计 算地震作用下的附加弯矩。2）计算正常使用极限状 态下的附加弯矩。此时不应考虑地震作用。
(2）水平截面承载能力极限状态计算。地震区 的烟囱应分别按无地震作用和有地震作用两种情况 进行计算。
受热温度值应按以下规定采用：轴心受压及轴 心受拉时取计算截面的平均温度；弯曲受压时取表 面最高受热温度。
混凝土在温度作用下的强度设计值应按下列公式 计算：
fct

f c tk
ct
ftt

fttk
tt
式中 fct、ftt―混凝土在温度作用下的轴心抗压、 轴心抗拉强度设计值（N/mm2)；