自立式钢烟囱V1.31
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 。
烟囱
烟囱的工作原理烟囱能够自然排烟的原理是由于烟囱中的热烟气收到浮力的作用，使之由下而上自然流动，在烟囱底部形成负压。
接下来让我们看下烟囱中涉及到的流体学知识，也可以更好的了解烟囱的结构。
从窑内火焰空间到烟囱底部的两个截面列出伯努利方程： （a ）ΔP 1+0+221ωρ=ΔP 2+H 1g(ρa -ρ)+222ωρ+∑21h —令ΔP 1=0得-ΔP 2=H 1g(ρa -ρ)+222ωρ+∑21h —（b ）∑h =ΔP 2+H 1g(ρa -ρ)+222ωρ+∑21h —（说明了总压损来自于几何压头增量、动压头增量，还有摩擦阻力和局部阻力） 再列出烟囱底部和顶部两截面的伯努利方程式： （c ）ΔP 2+Hg(ρa -ρm )+222ωρm =ΔP 3+0+223ωρm +h fΡm -------------------烟囱中热烟气的平均密度H f ——————————烟气在烟囱中的摩擦阻力 （h f =λmav avd H ρω22）λ——————烟囱的摩阻系数，对砖烟囱和混凝土烟囱，可取λ=0.05，钢板烟囱λ=0.02 d av ————————————烟囱的平均内径（d av =2d d BT +）-ΔP 2=Hg(ρa -ρm )+222ωρm -223ωρm -h f（d ）Hg(ρa -ρm )=∑h +222ωρm -223ωρm +h f（式中表明烟囱的抽力是由于其几何压头形成的，烟囱越高，烟气温度越高，空气温度越低则烟囱的抽力越大，反之则小）（烟囱中热烟气的几何压头是推动力，他用于克服气体在窑炉系统中的总阻力，以及烟气在烟囱中的摩擦阻力与动压头增量）烟囱的设计首先介绍下烟囱设计小知识：砖烟囱具有取材方便、造价低和使用年限长等优点，在中小型锅炉中得到广泛的应用。
砖烟囱高度一般在50m 以下，筒身用砖砌筑，筒壁坡度为2%~3%，并按高度分为若干段，每段高度不宜超过15m 。
筒壁厚度由下至上逐段减薄，但每一段内的厚度应相同。
某钢厂自立式钢烟囱结构设计
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。
Mathcad - 钢烟囱设计计算书
钢烟囱设计计算书（自立式）1 设计依据1.1 《建筑结构荷载规范》GB 50009-20121.2 《建筑抗震设计规范》GB 50011-20101.3 《烟囱设计规范》GB 50051-2013 2 设计参数 钢烟囱计算高度H e 16m :=材料强度Q235f t 215MPa:=烟囱底、顶标高z 120m :=下部高度H 18m:=上部高度H 2H e H 1−8m =:=下部内径d 11700mm :=上部内径d 21700mm:=上部壁厚t 26mm:=下部截面面积上部截面面积下部截面抵抗矩上部截面抵抗矩下部截面回转半径I 1A 1i 120.012m4=:=上部截面回转半径I 2A 2i 220.012m4=:=截面长细比3 风荷载计算 基本风压ω00.35kPa:=根据规范《石油化工管式炉钢结构设计规范》SHT3070-2005附录B规定，则圆形烟囱体型系数μs 0.70:=烟囱筒体质量m e0γs A 1H 1⋅A 2H 2⋅+()⋅ 4.039ton ⋅=:=烟囱附加设备质量m e12323kg:=烟囱总质量m e m e0m e1+ 6.6ton⋅=:=N e m e g ⋅58.713kN⋅=:=参照规范《石油化工管式炉钢结构设计规范》SHT3070-2005附录B，则直筒式烟囱基本自振周期参照规范《建筑结构荷载规范》GB 50009-2012附录F，则钢烟囱基本自振周期钢烟囱基本自振周期T 1max T 1a T 1b , ()0.208s=:=根据《建筑结构荷载规范》GB 50009-2012第8·4条，可不考虑顺风向风振的影响。
z高度处的风振系数βz计算峰值因子g 1 2.5:=10m高度名义湍流强度I 100.14:=备注：对应A、B、C和D类地面粗糙度，可分别取012、014、023和039结构阻尼比结构第1阶自振频率地面粗糙度修正系数备注：对应A、B、C和D类地面粗糙度，分别取128、100、054和026x 15>脉动风荷载的共振分量因子H1a 1.6m:=结构第1阶振型系数z为高度下部z为全高度处脉动风荷载垂直方向的相关系数脉动风荷载水平方向的相关系数ρx 1.00:=系数查表取值k0.910:=α10.218:=地面粗糙度类别B风压高度变化系数脉动风荷载的背景分量因子z高度处的风振系数风荷载标准值ωk1βz1μs ⋅μz1⋅ω0⋅0.319kPa ⋅=:=ωk2βz2μs ⋅μz2⋅ω0⋅ 1.298kPa⋅=:=烟囱底部截面受力计算：风荷载水平力标准值风荷载弯矩标准值风荷载水平力设计值V w 1.4V kw ⋅31.01kN ⋅=:=风荷载弯矩设计值M w 1.4M kw 248.06kN·m⋅=:=螺栓数量及直径计算根据《钢结构设计规范》表8·3·4，螺栓间距s取3倍至16倍螺栓孔径螺栓孔外挑宽度Δ1150mm:=螺栓圆周长L 1πd 12Δ1⋅+()⋅ 6.283m =:=螺栓数量估算螺栓数量取偶数个为地脚螺栓最大拉力查《钢结构设计手册》表10-6，螺栓直径d取20mm，对应最大拉力为34.3kN又由《石油化工管式炉钢结构设计规范》SHT3070-2005第9·3·13条，考虑锚栓的腐蚀裕度3mm 最终选择锚栓直径为M24。
钢烟囱计算书
自立式钢烟囱一. 工程概况该结构为一自立式钢烟囱，安全等级为二m，壁厚从上至下分别为1012现在壁厚变化处作1-1、2-2、3-3剖面。
二. 设计依据主要计算根据是：1. 甲方提供的各种数据文件、资料和图2. 我国现行有关规范、规程，主要包《烟囱设计规范》（GB50051-《建筑结构荷载规范》（GB50009-《钢结构设计规范》（GB50017-《建筑抗震设计规范》（GB50011-三. 截面性质四. 荷载信息2.风荷载标准值：∑H/D=12.00，则μs=0.53w0=0.6kN/m2T1=0.39s，则w0 T12=0.09荷载规范》风荷载分布图（kN/m）弯矩图（kN·m）3. 地震荷载标准值：根据《烟囱设计规范》（GB50051-2002）式α1＝0.12，H0= M0=α1 G E H0=375.56kN·m∵T1=0.39s，T g=∴η0=0.55，V0=η0α1 G E=五. 荷载组合1. 荷载效应组合按下式确定：γ0（γG S GK+γQ1S Q1K）≤R2. 地震作用效应组合按下式确定：γGE S GE+γEhS EhK+ψcweγ具体为如下2种组合情况：1) 1.2×恒载+ 1.42) 1.2×恒载+ 1.4其中，γ0＝1.0，γRE＝0.8六. 强度及局部稳定验算f t=γs f=1.00×215=215N/mm2，f t/γRE＝268.75根据《烟囱设计规范》（GB50051-风荷载作用下：σcrt w10=0.4E t/k×t3/d3=351.57N/mm2σcrt w20=0.4E t/k×t2/d2=263.68N/mm2σcrt w30=0.4E t/k×t1/d1=219.73N/mm2地震作用下：σcrt E10=0.4E t/k×t3/d3=439.47N/mm2σcrt E10/γRE＝549.33N/mm21. 1.2×恒载+1.4×风载 1-1截面：σ1＝N1/A1+M1y1/I1= 4.34N/mm2＜f t= τ1=2V1/A1=0.84N/mm＜f v=125N/mm22-2截面：σ2＝N2/A2+M2y2/I2=12.81N/mm2＜f t= τ2=2V2/A2= 1.33N/mm＜f v=125N/mm23-3截面：σ3＝N3/A3+M3y/I3=20.40N/mm2＜f t= τ3=2V3/A3= 1.42N/mm＜f v=125N/mm22. 1.2×恒载+1.4×0.2×风载+1.3×地震3-3截面：σ3＝N3/A3+M3y/I3=12.21 N/mm2＜f t/γRE= τ3=2V3/A3=0.60 N/mm2＜f v/γRE=七. 稳定验算根据《烟囱设计规范》（GB50051-i=√(I3/A3)=878.24mmλ=μl/i=68.32，则φ=0.76N EX=πE t A3/（1.1λ2）=49445.11kN1. 1.2×恒载+1.4×风载 σ＝N3/φ3A3+M3y3/[I3（1-0.821.19 2. 1.2×恒载+1.4×0.2×风载+1.3×地震σ3＝N3/φA3+M3y3/[I3（1-0.812.96八. 柱脚验算1. 锚栓验算选用20个Φ39锚栓，材料选用Q235，锚锚栓中心离底板外边缘距离为100mm，筒锚栓数量n=20构外壁距离锚栓中心离底板外边缘距离为100mm筒壁内侧底板长度为100mm锚栓中心线形成的圆直径d0= 2.7m轴向压力N=0.9*（G1+G2+G3）=209.75kN根据《烟囱设计规范》（GB50051-锚栓最大拉力P max=4M/（nd0）－91.06kN2. 底板厚度验算底板面积A =2450440mm 2底板惯性矩I = 2.10E+12mm 4如采用加劲肋，则σcbt ＝G /A +My /I = 1.01N/mm 2a =πd /n =456mm ，b =b /a =0.44，则β＝0.05205M max =βσcbt a 2=10956N·mm t ≥√（6M max /f t ）=17.5mm ，取底板厚度为25 mm 。
中华人民共和国国家标准烟囱设计规范
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。
自立式钢烟囱计算表格
自立式钢烟囱的计算涉及到多个因素，包括烟囱的高度、直径、材料、设计要求等。以下是一个简单的自立式钢烟囱计算表格：
序号
项目
计算公式/方法
备注
1
烟囱高度（H）
根据工艺要求和场地条件确定
2பைடு நூலகம்
烟囱直径（D）
根据烟气流量和流速确定
3
烟囱壁厚（t）
根据烟囱直径、高度和设计压力计算
4
烟囱重量（W）
根据烟囱直径、高度和材料密度计算
5
烟囱基础承载力（F）
根据烟囱重量和基础面积计算
6
烟囱风压（P）
根据风速和风压系数计算
7
烟囱设计压力（Pd）
根据工艺要求和排放标准确定
8
烟囱抗风能力（V）
根据风压和烟囱结构确定
在实际应用中，还需要根据具体情况考虑其他因素，如地震影响、温度变化等。同时，需要结合专业的结构设计软件进行详细的结构分析和设计。
特 种 结 构
(a)现代化粮仓
(b)散装水泥料筒仓 图1-44 筒仓
(c)煤仓
1.4筒 仓
谢谢观看！
特种结构
1.1烟 囱
图1-30 砖烟囱
图1-31 辽宁绥中电厂钢筋混凝土烟囱
1.1烟 囱
图1-32 自立式钢烟囱
图1-33 塔架式钢烟囱
图1-34 拉线式玻璃 钢烟囱
1.1烟 囱
水塔是用于储水和配水的高耸结构，是建筑工程中常用的给水 工程构筑物，用来保持和调节给水管网中的水量和水压。水塔由水 箱、塔身和基础三部分组成。
图1-35 圆柱壳式水箱水塔
图1-36 倒锥壳式水箱水塔
1.2水 塔
(a)
(b)
(c)
图1-37 水塔水箱的几种形式
(d)
1.2水 塔
按所用的材料不同，水塔可分为钢筋混凝土水塔、钢水塔、砖 石塔身和钢筋混凝土水箱组合的水塔。水塔的基础有钢筋混凝土圆 板基础、环板基础、单锥壳与组合锥壳基础，以及桩基础。当水塔 容量较小、高度不大时，也可用砖石材料砌筑的刚性基础。
图1-38 瑞典马尔默水塔
1.2水 塔
按 所 用 的 材 料 不
按 平 面 形 状 不 同
按 施 工 方 法 不 同
同
1.3水 池
图1-39 室外游泳池
图1-40 地下封闭式污水处理池
1.3水 池
图1-41 水厂清水池
图1-42 蓄水池
图1-43 景观喷水池
1.3水 池
筒仓是用于贮存粒状和粉状松散物体（如粮食、面粉、水泥、 碎煤、精矿粉等）的筒状立式容器。筒仓可作为生产企业调节和短 期贮存生产用原料的附属设施，也可作为长期贮存粮食的仓库。
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0
0
0
XH
10
55 m
0 2600 2572
14 6.255602
14
0
表格计算区域
筒壁
自重计算
重量(KN)
壁厚(mm)
内衬 体积(M3)
重量(KN)
每节底部 重量(KN)
各截面轴 力(kn)
风载体型 系数 Us
T1 (S)
周期计算
0
1.3 1.153181
43.74941
0
0
0 43.74941 43.74941
θv
θB
/
/
/
/
1.3 2.319158 0.875
1
1
1.3 2.319158 0.875
1
1
1.3 2.319158 0.875
1
1
1.3 2.319158 0.875
1
1
1.494298
1.3 2.319158 0.875
1
1
1.422376
1.3 2.319158 0.875
1
1
中间参数
1.341765
筒壁
m
m
mm
mm
壁厚(mm) 体积(M3)
0
55
2600 2572
14
1
50
2
45
3
40
5 2600 2572 5 2600 2572 5 2600 2572
14 0.568691 14 0.568691 14 0.568691
100000
25
100000
20
4
35
5
30
100000
15
6
25
100000
10
7
20
100000
5
8
15
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0
9
10
5 100000
10
5
10 100000
11
0
5 2600 2572 5 2600 2572 5 2600 2572 5 2600 2572 5 2600 2572 5 2600 2572 5 2600 2572 5 2600 2572
14 0.568691 14 0.568691 14 0.568691 14 0.568691 14 0.568691 14 0.568691 14 0.568691 14 0.568691
厚；3表中橙色文字需根据实际情况输入，蓝色文字可根据需要修改，黑色文字不允许修改；
弹性模量 剪变模量 线膨胀系数 质量密度 空气密度 重力加速度
KN/m^2 KN/m^2 KN/m^2 KN/m^2 KN/m^2 KN/m^
E= 2.1E+08 kN/m2 烟囱底高度 G= 7.9E+07 kN/m2 分节长度
53.58325 N/m
7 20 36.40615 210 8 15 44.84179 210
烟囱整体稳定满足要求 烟囱强度满足要求
烟囱弯矩设计值
校核截面 底部 KN.
3614.985 4856.815 m
9 10 53.58325 210 10 5 62.49355 210 11 0 71.48616 210
1.3 2.319158 0.875
1
1
55 m 1.249295
1.3 2.319158 0.875
1
1
8.7498813 Kn.m 1.139422
1.3 2.319158 0.875
1
1
206000000 kN/m2
1
1.3 2.319158 0.875
1
1
0.0950794 m4
1
1.3 2.319158 0.875
0
0
0 43.74941 481.2435
1.3
C1
C2 C3
BH/B0
481.2435
481.2435
0
0
0
0
0 393.7447
周期计算
T2
T3 uz
us
(S)
(S) /
/
0.1841217 0.065749 1.726838
1.674966 1.619435 1.559534
顺向风计算
ξ
v1
11 0 55 0.16 10
合计 校核截 面处 烟囱高
度
超过100的需要按 表格中逐个填入壁 允许修改；
作者:Echo 联系方式：wyvernheart@
右边为计算区域，一般 不用控制
参数
控制
100000
45
100000
40
100000
35
100000
30
截面分段
截面号 标高 节高 筒壁外径 内衬外径
1.3
中间参数
43.74941
0
0
0 43.74941 306.2458
1.3
H
43.74941
0
0
0 43.74941 349.9953
1.3
Wo
43.74941
0
0
0 43.74941 393.7447
1.3
Et
43.74941
0
0
0 43.74941 437.4941
1.3
Io
43.74941
1
1
3.519
1
1.3 2.319158 0.875
数据输入
烟囱顶高度
选用材料许用
H
55 m 应力
210 N/mm2
烟囱底外径 烟囱顶外径
Dn1
2.6 m 基本风压
Wo
0.4 KN/m^2
Dn2
2.6 m 地面粗糙度
B
烟囱壁厚 地震分组 地震影响
Tt
14 mm
第
二组
多遇地震
场地土类别
II 类
风载体型系数 us
1.3
抗震设防烈度
7度
允许最
截面号 标高 最大应力 大应力
1.3
43.74941
0
0
0 43.74941 87.49881
1.3
43.74941
0
0
0 43.74941 131.2482
1.3
43.74941
0
0
0 43.74941 174.9976
1.3
43.74941
0
0
0 43.74941 218.747
1.3
43.74941
0
0
0 43.74941 262.4964
0 55
1 50 1.467896 210
2 45 4.426953 210
数据输出
3 40 8.908559 210 4 35 14.55985 210
校核截面（截面标高） Hxh
10 m
5 30 21.13454 210
结构考虑1振型横向风振
6 25 28.45374 210
校核截面应力
Mxh
烟囱局部稳定满足要求
α＝ 1.2E-05 /C 内衬材料厚度
ρ＝ 7850 kg/m3 内衬材料密度 ρ＝ 1.25 kg/m3 g＝ 9.8 m/s2 有无破风圈
荷载组合系数
γo
1
γRE
0.8
γG
1.2
γW
1.4
γEh
1.3
γEv
0.5
γEw
0.2
0 5 0 7850
m m mm kg/m3
没有
右边为计算区域， 不用控制
烟囱轴力设计值(大有利） 379.7846 470.8165 KN
烟囱轴力设计值(大不利） 489.2456 590.0045 KN
烟囱剪力设计值
222.5676 KN
说明：1没考虑烟囱温度影响，要求H/B>8；2默认计算烟囱高度限值为100m(超过100的需要按
振型分解反映普计算地震力）,节高、壁厚按一致计算，也可将程序另存后在右边表格中逐个填入壁