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，
d
H T 2
211024.026.0-⨯+= （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。
ζ
ζ
γ63.005.09.0+-+= （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。
ζ
ζ
η6.108.005.012+-+= （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 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 。 三、风荷载作用计算 1）风荷载标准值k w 计算 根据《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）8.1.1条第1款，对垂直于建筑物表面的风荷载标准值，按照如下公式计算， 0z s z k w w μμβ= （6） 式中，k w 为风荷载标准值；z β为高度z 处的风振系数；s μ为风荷载体型系数；z μ为风压高度变化系数；0w 为基本风压。项目所在地50年重现期基本风压为0.65kN/m 2，地面粗糙度类别为B 类。 广东省轻纺建筑设计院 z 根据《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）8.4.1条，对于自振周期1T 大于0.25s 的高耸结构，需要考虑风压脉动对结构产生顺风向影响。根据8.4.3条，仅考虑结构第一振型的影响。高度z 处的风振系数z β按照如下公式计算， 2z 10z 121R B gI ++=β （7） 式中，g 为峰值因子，取2.5；10I 为10m 高度名义湍流强度，对于B 类地面粗糙度，取为0.14； z B 为脉动风荷载的背景分量因子；R 为脉动风荷载的共振分量因子。根据8.4.4条，脉动风荷载的共振分量因子按如下公式计算， () 3 /42 1 2 1116x x R += ζπ （8） w 1130w k f x = ，x 1>5 （9） 式中，f 1为结构第一阶自振频率，取为自振周期的倒数；k w 为地面粗糙度修正系数，对于B 类粗糙度地面取为1.0；1ζ为结构阻尼比，取为0.01。脉动风荷载的背景分量因子按下式计算， () z a z kH B μφρρ1z x z 1= （10） 式中，()z 1φ为结构第一阶振型系数，根据附录表G .0.2取值；H 为结构总高度；x ρ为脉动风荷载水平方向相关系数；z ρ为脉动风荷载垂直方向相关系数；对于粗糙度B 类高耸结构，系数k 、a 1依次取为0.910及0.218。水平方向及竖直方向相关系数按下式计算， B B B 50 e 501050/x -+=-ρ （11） H H H 60 e 601060/z -+=-ρ （12） 式中，B 为迎风面宽度；H 为结构总高度。 3）风荷载体形系数s μ计算 根据《建筑结构荷载规范》8.3.1条表8.3.1，20z d w μ=4.0625z μ，对于地面粗糙度类别为B 类，z μ≥1.0，故20z d w μ≥4.0625，H /d =20.0/2.5=8，近似认为烟囱表面光滑，按照线性插值计算s μ=0.5056。 4）风压高度变化系数z μ计算 烟囱高度为20.0m ，故考虑0~10m 、10~15m 、15~20m 三段。10m 处z μ取1.00,15m 处z μ取1.13，20m 处z μ取1.23。高度z =10.0m 处，第一阶振型系数()z 1φ=0.340；高度z =15.0m 处，第一阶振型系数()z 1φ=0.690；高度z =20.0m 处，第一阶振型系数()z 1φ=1.000。 具体计算如下： 1）计算z =10.0m 处的风荷载标准值 由（9）式，78016.5765 .00.1644 .0/130300w 11=⨯⨯==w k f x ； 代入（8）式，() ( ) 8714.178016 .57178016.5701.06163 /422 3 /42 1 2 11=+⨯= += πζπ x x R 。 广东省轻纺建筑设计院 x z 由表8.2.1，查得z μ为1.000；由附录表G .0.2求得()z 1φ为0.340。由以上数据代入公式（10）得， ()5100.000.1340 .086486.099174.000.20910.0218.01z x z 1=⨯⨯⨯⨯==z a z kH B μφρρ。代入公式（7） 得，7575.18714.115100.014.05.22112122z 10z =+⨯⨯⨯⨯+=++=R B gI β。 代入公式（6）得，20z s z k m /kN 5776.065.0000.15056.07575.1=⨯⨯⨯==w w μμβ 高度10.00m 处的线风荷载为F =0.5776×2.5=1.4440kN/m 。 2）计算z =15.0m 处的风荷载标准值 由（9）式，78016.5765 .00.1644 .0/130300w 11=⨯⨯==w k f x ； 代入（8）式，() () 8714.178016.57178016.5701.06163 /42 2 3 /42 1 2 11=+⨯= += πζπ x x R 。 由B =2.5，H =20.00，代入（11）、（12）式，求得x ρ为0.99174，z ρ为0.86486。 由表8.2.1，查得z μ为1.130；由附录表G .0.2求得()z 1φ为0.690。由以上数据代入公式（10）得， ()9158.0130.1690 .086486.099174.000.20910.0218.01z x z 1=⨯⨯⨯⨯==z a z kH B μφρρ。代入公式（7） 得，3602.28714.119158.014.05.22112122z 10z =+⨯⨯⨯⨯+=++=R B gI β。 代入公式（6）得，20z s z k m /kN 8765.065.0130.15056.03602.2=⨯⨯⨯==w w μμβ 高度15.00m 处的线风荷载为F =0.8765×2.5=2.1913kN/m 。 3）计算z =20.0m 处的风荷载标准值 由（9）式，78016.5765 .00.1644 .0/130300w 11=⨯⨯==w k f x ； 代入（8）式，() ( ) 8714.178016 .57178016.5701.06163 /422 3 /42 1 2 11=+⨯= += πζπ x x R 。 由B =2.5，H =20.00，代入（11）、（12）式，求得x ρ为0.99174，z ρ为0.86486。 由表8.2.1，查得z μ为1.230；由附录表G .0.2求得()z 1φ为1.000。由以上数据代入公式（10）得， ()2193.1230.1000 .186486.099174.000.20910.0218.01z x z 1=⨯⨯⨯⨯==z a z kH B μφρρ。代入公式（7） 得，8110.28714.112193.114.05.22112122z 10z =+⨯⨯⨯⨯+=++=R B gI β。 代入公式（6）得，20z s z k m /kN 1363.165.0230.15056.08110.2=⨯⨯⨯==w w μμβ 高度20.00m 处的线风荷载为F =1.1363×2.5=2.8408kN/m 。 故风荷载对基础顶面的水平剪力标准值F wk =1/2×1.4440×10+1/2×（1.4440+2.1913）×5+1/2×（2.1913+2.8408）×5=7.220+9.08825+12.58025=28.8885kN ；风荷载对基础顶面的倾覆弯矩标准值M =1/2×1.4440×10×2/3×10+1/2×（1.4440+2.1913）×5×（1/2×5+10）+1/2×（2.1913+2.8408）×5×（1/2×5+15）=381.891kN.m 。 广东省轻纺建筑设计院 的弯矩基本组合为： M =1.3×水平地震+1.4×0.2×风荷载=483.77kN.m 取转换系数为1.35，则作用在基础顶面附加弯矩标准值为358.350kN.m 。 考虑水平地震及风荷载作用下的水平剪力基本组合为： F =1.3×水平地震+1.4×0.2×风荷载=45.773kN.m 取转换系数为1.35，则作用在基础顶面附加剪力标准值为33.910kN 。 钢烟囱基础设计： 一、基础平面尺寸确定 取基础平面底座为4.0×4.0m ，基础高度h 为1.85m ，砼容重γ取为26kN/m 3，则基础自重G k =4.02×1.85×26=769.6kN 。基础顶面高出室外地面0.500m ，故此处无覆土重量。已知上部罐体传至基础顶面的竖向力F k =150kN 。根据《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）第5.2.2条1款， kpa A G F p 475.570 .46.7691502 k k k =+=+= 对于偏心荷载作用时， ()kpa W M A G F p kpa W M A G F p 998.17477.39475.57952.96477.39475.570.4685.1910.33350.358475.57k k k k min 3k k k k max =-=-+==+=⨯⨯++ =++= 基础底面换填碎石垫层，地基承载力特征值取f a 取为150kpa ，则有a k f p <且a k max 2.1f p <，故基础尺寸满足承载力要求。 二、基础底板配筋计算 由于基础没有变阶及柱子，故不需进行抗冲切及受剪承载力验算。根据《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）第8.2.12条， 26 0y s mm 35.969)401850(3609.010463.5689.0=-⨯⨯⨯==h f M A ，折合为242.34mm 2/m 。按照最小配筋 率0.15%配置基础底筋，计算面积为2775mm 2/m ，实配钢筋为Ⅲ25@150，则实配面积为3272mm 2/m ，按照双向配置。基础顶面配置双层双向分布筋，取每延米不小于底部钢筋面积的15%，实配钢筋为Ⅲ12@150，则实配面积为754 mm 2/m 。 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， d H T 2 211024.026.0-⨯+= （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。 ζ ζ γ63.005.09.0+-+= （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。 ζ ζ η6.108.005.012+-+= （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 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：0 T 160C g 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 ω0 ωK ——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 s 2、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 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。烟囱属于结构迎风面宽度远小于其高度的情况，且其外形、质量沿高度比较均匀，脉动系数可按表《建筑结构荷载规范》7.4.4-1 确定，查得当总高度为30.0时，脉动影响系数为ν =0.79+(0.83-0.79)/(30-20)*(30-20)=0.83。迎风面宽度远小于其高度的高耸结构，其振型系数φz可按表F.1.1 采用。 顺风向风振系数计算 标高 z (米) z/H φzξνμzβz 24.05 0.867 0.79+(0.86-0.79)/(0.9-0 .8)*(0.867-0.8)=0.85 1.76 0.83 1.39 1+(1.76*0.85 *0.83)/1.39= 1.61 17.5 0.634 0.46+(0.59-0.46)/(0.7-0 .6)*(0.634-0.6)=0.51 1.76 0.83 1.20 1+(1.76*0.83 *0.51)/1.2=1. 46 （如果不单独存档，不盖入库章） 计 算 书 xxxx 项目 xxxx 装置 66米钢烟囱 文件编号：xxxx 钢烟囱设计软件QY-Chimney *********工程建设有限公司 2017年10月 目录 1、设计资料.......................................................................... 错误!未定义书签。 2、计算依据.......................................................................... 错误!未定义书签。 3、筒体自重计算.................................................................... 错误!未定义书签。 4、筒体截面参数.................................................................... 错误!未定义书签。 5、筒体温度计算.................................................................... 错误!未定义书签。 6、动力特征计算.................................................................... 错误!未定义书签。 7、风荷载计算....................................................................... 错误!未定义书签。 8、考虑瞬时极端最大风速时的风荷载计算（只计算顺风向风压）.. 错误!未定义书签。 9、地震作用及内力计算.......................................................... 错误!未定义书签。 10、附加弯矩计算.................................................................. 错误!未定义书签。 11、荷载内力组合.................................................................. 错误!未定义书签。 12、钢烟囱强度与稳定计算 ..................................................... 错误!未定义书签。 13、考虑瞬时极端最大风速下验算结果...................................... 错误!未定义书签。 14、筒壁容许应力计算............................................................ 错误!未定义书签。 15、钢烟囱底座计算............................................................... 错误!未定义书签。 16、钢烟囱位移结果............................................................... 错误!未定义书签。 17、加强圈间距计算............................................................... 错误!未定义书签。 90m自立式钢烟囱结构设计 第28卷2010年第6期(总第150期) 挑置G8乳扎%托曾鞋08凸彀扰 90m自立式钢烟囱结构设计 王辉李丽 (鞍钢设计研究院鞍山114021) 问题研究 摘要阐述了在没有计算软件和国标图集辅助设计的情况下,90m自立式钢烟囱结构设计时需重点考虑 的几个问题和构造要求. 关键词自立式钢烟囱计算构造 1前言 鞍钢股份线材厂60万t线材生产线新建步进 粱式加热炉要求配套设计一座钢烟囱,高90m,上 口内径2.5m,烟气人口温度400~C.由于该烟囱所 处位置三面紧靠厂房外墙,没有足够的操作空间, 故无法采用拉索式,因此决定采用自立式.由于 目前还没有针对钢烟囱的计算软件,且90m高自 立式钢烟囱超出国标图集中可供参考的设计高 度,这些无疑为设计增加了一定的难度. 2设计时需重点考虑的几个问题 (1)基础形式选择:烟囱基础形式分为刚性基 础,板式基础,壳体基础和桩基础.设计时应在综 合考虑基础受力大小,状态,地质条件和适用要求 等多方面因素后,选择最适合的基础形式.本工 程因为基础受力较大,且地质条件不好,存在受力 层承载力较低和地基软弱土层较厚的情况,所以 决定采用人_]l-挖空灌注桩基础. (2)烟囱形式选择:自立式钢烟囱由于是悬臂 构件,烟囱底部受力最大,因此最合理的结构形式是一E4,下大的截头圆锥形以及由此演变的其他形式(见图1). I_ j● 1_ i }_ \l/}f_I●{㈦裁头阋锥形o需蔷霪段盏幕 一 58一 图1自力式钢烟囱的型式 本工程采用的是截头圆锥形(见图1(a)),斜 率控制在2%左右.这种形式的优点是受力合理, 但在加工制作上有一定的难度. (3)拼装方案:自立式钢烟囱在高度方向一般 是分节制造,现场拼装.分节长度根据施工吊装 能力,场地大小等因素综合考虑,每节长度短则分段数量多,每节吊装重量小,但高空接头数量也多;如每节长度长的则分段数量少,每节吊装重量大,高空接头数量少.在综合考虑上述因素以及 施工单位的施工能力和进度要求等条件下,最终 将分节长度控制在10～18m,高空每节之间的接头方式采用焊接.焊接的优点是简单,烟囱外形整齐,涂装障碍少,但对施工单位的施工能力提出了较高的要求. (4)计算:由于目前还没有针对钢烟囱的计算 自立式钢烟囱大导程螺旋破风圈计 算施工工法 自立式钢烟囱大导程螺旋破风圈计算施工工法 一、前言随着工业的发展和环保意识的增强，自立式钢烟囱成为了很多工程项目中不可或缺的设备。然而，在高大、自立式钢烟囱中，由于风的作用而产生的风压力和风振动常常会对烟囱的稳定性和安全性产生较大的影响。为了解决这个问题，大导程螺旋破风圈被设计出来并广泛应用于大型自立式钢烟囱的施工中。 二、工法特点大导程螺旋破风圈是一种可以有效降低烟囱受风力影响的控制措施。它通过在烟囱的外部表面增加一层螺旋形的圈带，使得风通过烟囱时形成旋转流动，从而破坏风的层流状态，减小风对烟囱的影响。 三、适应范围大导程螺旋破风圈适用于高大型自立式钢烟囱，特别是在风压力较大的地区或环境中，效果更加显著。 四、工艺原理大导程螺旋破风圈的实际工程应用主要是通过计算烟囱的尺寸、风载荷和破风圈的形状参数，以及结构稳定性等因素，来确定合理的破风圈的设计方案。同时，还需要结合实际工程情况，采取相应的技术措施，如破风圈的制作、安装和调试等，以保证施工过程的顺利进行和工程质量的有效控制。 五、施工工艺大导程螺旋破风圈的施工工艺涉及到烟囱的加工、制作、破风圈的制造和安装等过程。首先，根据设计要求，制作出合适尺寸的破风圈的模具。然后，将破风圈材料进行切割、翻边、焊接等加工工艺。最后，将制作好的破风圈安装到烟囱的外部表面上，进行调整和固定。 六、劳动组织根据实际工程的规模和要求，确定合适的人员配备和施工组织架构，确保施工过程中人员的合理分工和协作。同时，还要合理规划施工进度，确保施工任务的按时完成。 七、机具设备大导程螺旋破风圈的施工需要使用一些特定的机具设备，如焊接设备、切割设备、翻边设备等。这些设备需要具备良好的性能和操作性，以满足施工工艺的要求。 八、质量控制为了保障工程质量和达到设计要求，施工过程中需要进行严格的质量控制。采取相应的测试和检验方法，确保破风圈的尺寸、形状和质量符合要求。同时，要对焊接接头、固定件等进行质量检查，确保施工工艺的可靠性和稳定性。 九、安全措施在施工过程中，需要加强对安全事项的警示和管理。特别是对高处作业和焊接作业的安全要求，要求施工人员穿戴安全防护用具，严格落实安全操作规程，加强施工现场的巡视和监管，确保施工过程中的安全。 十、经济技术分析通过对大导程螺旋破风圈施工工法进行经济技术分析，可以全面评估施工工法的效益和可行性。根据 自立式钢烟囱与钢内筒提升方法分析 自立式钢烟囱是一种上部可以固定在屋顶或者是支撑结构上，下部没有任何支撑的烟 囱结构。钢内筒是指钢质的内部烟道管道，是热风炉、高炉等工业设施中常用的烟道结构。本文将分析自立式钢烟囱和钢内筒的提升方法。 1、吊装法 吊装法是使用吊车、龙门架等设备，将自立式钢烟囱整体吊装升起，进行定位和固定。此法可以实现快速、安全的钢烟囱提升。在实际应用中，需要考虑以下几个问题： （1）吊点位置的确定：应根据施工方案确定吊点位置，避免过分荷载引发事故。 （2）吊装高度的控制：应根据烟囱高度、吊装设备承载能力等因素，控制吊装高度，防止滑落或者倾倒等安全问题。 2、分段提升法 分段提升法是指将自立式钢烟囱分为若干个短节和上部平台，先通过手推、起吊等方 式将下部的短节组装完成，并通过安全绳索和支撑杆加固。然后再将平台部分放在上面， 逐个组装固定短节，以此逐步提升整个烟囱的高度。该方法比较灵活，并且可以避免大型 吊装设备对施工现场的影响，但需要相对较长的施工时间。 二、钢内筒提升方法 1、浇筑法 钢内筒的提升中，采用浇筑法比较常见。浇筑法是通过筒体内置升降设备，持续地往 上注浆，实现钢内筒不断向上提升的过程。该方法在特殊地形中使用比较常见，比如峡谷、河流、高山等场景。 2、自爬法 自爬法是指通过自带的升降装置，支持内筒从低处爬升到高处。该方法在较小的高度 范围内使用比较方便，但需要注意控制好升降速度，防止因失控引发安全问题。 吊装法适用于钢内筒口径大于6米的情况下。将内筒整体吊装到安装位置，接下来进 行钢柱的固定。需要注意的是，钢内筒吊装需要强有力的支撑力，才可以保证安全运输和 安装。 总之，自立式钢烟囱和钢内筒的提升方法各有优缺点，施工时需要根据具体情况，结 合施工方案和现场条件，选择合适的提升方式。 烟囱荷载计算书 (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11m 3.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1.034Kpa 6.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C40 2.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12.73m 4.计算软件为:钢筋混凝土烟囱计算软件Multi-flue Chimney V3.0 5.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/m 2.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/㎡ 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。 2.2 荷载与作用 1)烟囱的荷载与作用：a.恒载：结构自重、土压力、拉线的拉力。b.活载：风荷载、烟气温度作用、检修荷载、平台活荷载、地震作用、地基沉降等。 2)风荷载作用。a.本工程的基本风压为0.35 kN/m2。b.自立式钢烟囱，当其坡度 不大于2%时，应根据雷诺数的不同情况进行横风向风振验算；并应符合下列规定：用于横风向风振验算的雷诺数、临界风速和烟囱顶部风速，应按《烟囱设计规范》的公式计算。当雷诺数小于3×105，且烟囱顶部风速大于临界风速时，自立式钢 烟囱可不计算亚临界横风向共振荷载。当雷诺数不小于3.5×106，且1.2倍的烟 囱顶部风速大于临界风速时，应验算其共振响应。当雷诺数不小于3×105且不大于3.5×106时，可不计算横风向共振荷载。在验算横风向共振时，应计算风速小 于基本设计风压工况下可能发生的最不利共振响应。 3)地震作用。a.抗震设防烈度为6度和7度时，可不计算竖向地震作用；8度和9度时，应计算竖向地震作用。b.水平地震作用可按现行国家标准GB 50011建筑抗震设计规范规定的振型分解反应谱法进行计算。 2.3 计算要点 1)自立式钢烟囱的直径d和对应位置高度h之间的关系应根据强度和变形要求， 经过计算后确定，并宜满足h≤30d的要求；否则，应采取措施，譬如扩大烟囱下 35米钢烟囱计算书 一、设计依据： 1.《烟囱设计规范》（GB50051-2003） 2.《建筑结构荷载规范》（GB 50009-2002） 3.《高耸结构设计规范》（GB J135-91） 4.《钢结构设计规范》（GB 50017-2004） 5.《建筑抗震设计规范》（GB50011-2002） 6.《高耸结构设计手册》 王肇民 主编 中国建筑工业出版社 7.《工程结构荷载与可靠度设计原理》 李国强等编 中国建筑工业出版社 8.《烟囱工程手册》 中国冶金建设集团包头钢铁设计研究总院 二、计算技术资料： 1.基本风压20/55.0m kN w =，地面粗糙度为B 类，地震设防烈度为七度； 2烟气最高温度：110o C ，不设隔热层； 3.烟囱钢材：Q235-B ； 4.烟囱安全等级为一级，烟囱重要性系数0.1=o γ； 5.烟囱高35米，内径 为6000毫米, 20米以下壁厚t=18毫米、20米以上壁厚t=16毫米，满足《烟囱设计规范》(GB50051-2003)9.3.3条要求。 三、判断是否考虑风荷载的顺风向风振以及横风向风振效应 由ANSYS 程序计算该烟囱的基本自震周期 T 1=0.16s<0.25s 高度35米处风压高度变化系数42.1=H μ 烟囱临界风速s m S T D v t cr /1732 .016.0528 .51=⨯== 结构顶部风速s m w v H w H /8.4125 .155 .042.14.1200020000 =⨯⨯⨯= = ρ μγ 67105.3106.669000Re ⨯>⨯==D v cr ,但H cr v v < 根据《高耸结构设计规范》和《建筑结构荷载规范》，需要考虑风荷载的顺风向风振，而不考虑横风向风振效应。 四、风荷载作用计算 014.016.060.02210=⨯=T w ，查得脉动增大系数51.1=ξ，脉动影响系数83.0=v ，风 压高度变化系数42.1=z μ，风荷载体型系数0.1=s μ 五、地震作用 地震设防烈度为七度， 类场地。地震作用一般不控制，故不验算。 六、结构验算 按 6028×16毫米计算 1.烟囱截面特性计算（烟囱外径D =6.028米，烟囱内径r D =6.000米） 面积)(4 2 2r D D A -= π =0.2425米2 惯性矩)(64 4 4r D D I -= π =0.9217米4 截面抵抗矩D I W 2= =0.3335米3 回转半径A I i = =1.9495米 长细比== i l 2λ31，查得稳定系数=ϕ0.932 2.结构内力计算 钢烟囱设计 10钢烟囱 10.1一般规定 10.1.1钢烟囱可分为塔架式、自立式和拉索式。外筒为钢筒壁的套筒式和多管式钢烟囱，外筒可按本章第10.3节有关自立式钢烟囱的规定进行设计，内筒布置与计算应按本规范第8章有关规定进行设计。 10.1.2钢塔架及拉索计算可按现行国家标准《高耸结构设计规范》GB50135的有关规定进行。 10.1.3当烟气温度较高时，对于无隔热层的钢烟囱应在其底部2m高度范围内，采取隔热措施或设置安全防护栏。 10.1.4钢烟囱选用的材料应符合现行国家标准《钢结构设计规范》GB50017的规定。 10.2塔架式钢烟囱 10.2.1钢塔架可根据排烟筒的数量确定，水平截面可设计成三角形和方形。 10.2.2钢塔架沿高度可采用单坡度或多坡度形式。塔架底部宽度与高度之比，不宜小于 1/8。 10.2.3对于高度较高，底部较宽的钢塔架，宜在底部各边增设拉杆。 10.2.4钢塔架的计算应符合下列规定： 1在风荷载和地震作用下，应根据排烟筒与钢塔架的连接方式，计算排烟筒对塔架的作用力。 2当钢塔架截面为三角形时，在风荷载与地震作用下，应计算三种作用方向[图 10.2.4(a)]。 3当钢塔架截面为四边形时，在风荷载与地震作用下，应计算两种作用方向[图10.2.4(b)]。 图10.2.4塔架外力作用方向 4当钢塔架与排烟筒采用整体吊装时应对钢塔架进行吊装验算。 5钢塔架应计算由脉动风引起的风振影响，当钢塔架的基本自振周期小于0.25s时，可不计算风振影响。 6钢塔架杆件的自振频率应与塔架的自振频率相互错开。 7对承受上拔力和横向力的钢塔架基础，除地基应进行强度计算和变形验算外，尚应进行抗拔和抗滑稳定性验算。 10.2.5钢塔架腹杆宜按下列规定确定： 1塔架顶层和底层宜采用刚性K型腹杆。 2塔架中间层宜采用预加拉紧的柔性交叉腹杆。 3塔柱及刚性腹杆宜采用钢管，当为组合截面时宜采用封闭式组合截面。 4交叉柔性腹杆宜采用圆钢。 自立式钢烟囱设计案例 某矿焦槽除尘钢烟囱，烟囱总高度H=42m，烟气温度Tgas=40℃, 筒身全部采用Q235 钢，无隔热层，筒身 10.8m 处开 4000*4620 的一个矩形洞口。 夏季极端最高温度T sum = 40.00℃ 冬季极端最低温度T win = -4.00℃ 最低日平均温度T win = -5.00℃ 烟囱日照温差△T = 20.00℃ 基本风压。0 = 0.35kN/m2 瞬时极端最大风速: 50.00(m/s) 地面粗糙度: B类 地形修正系数C t : 1.00 烟囱筒体几何缺陷折减系数δ= 0.50 烟囱安全等级: 二级 抗震设防烈度: 6度(0.05g) 设计地震分组: 第一组 建筑场地土类别: Ⅱ类 筒壁腐蚀厚度裕度: 2.00mm 烟囱底板材料: Q235(B) 烟囱底板内径D1: 4500.00mm 烟囱底板外径D2: 6000.00mm 偏心弯矩M e : 0.00kN.m 地脚螺栓材料: Q235(B) 地脚螺栓数量n: 36 地脚螺栓腐蚀裕量c2 : 4.0mm 地脚螺栓中心线直径D3: 5500mm 筋板材料: Q235(B) 筋板高度hj: 1000.00mm 盖板材料: Q235(B) 盖板类型: 环形盖板 是否有垫板: 是 垫板厚度td: 20mm 垫板宽度 （1）基本设计资料输入 根据设计资料中的信息，按界面中参数输入。其中“荷载效应分项系数”即为荷载组合项，程序自动设置，用户可以自己修改。“瞬时极端最大风速”并非规范内容，若甲方有需求，则由甲方提供参数，若没有需求，这个参数不用管，后续对应它的结果不考虑。 （2）烟囱材料定义 用于隔热层及筒身的材料定义，按实际输入即可。 自立式钢烟囱与钢内筒提升方法分析 随着现代工业的发展，钢烟囱已经成为很多工厂和厂房的常见设备。而对于一些大型 的工业建筑来说，常常需要对钢烟囱进行维护和检修。而钢烟囱的内筒则是重中之重，其 提升过程需要谨慎并且采用合适的方法。在本文中，我们将从自立式钢烟囱和钢内筒的提 升方法方面进行详细的分析。 自立式钢烟囱是指可以独立支撑在建筑物上的烟囱，一般大型的工厂建筑都是采用这 种类型的钢烟囱。而钢烟囱的内筒则是用来承受烟气和热气的管道，其在使用过程中需要 定期进行维护和检修。在进行维护和检修时，往往需要将内筒提升至地面进行维修。内筒 的提升方法成为了很多工程师和工人关注的焦点。 钢内筒的提升方法需要考虑到安全和稳定。由于钢内筒通常比较长且重，因此其提升 过程需要使用起重机或者其他专业设备。在进行提升之前，需要对提升设备进行全面检查，确保其安全性和稳定性。还需要对提升现场进行环境检查，保证提升过程不会受到外界干 扰和阻碍。 钢内筒的提升方法需要进行合理的规划和设计。在进行提升之前，需要针对具体的情 况进行规划和设计，包括提升路径、使用设备、人员配备等。针对不同的情况，需要采用 不同的提升方法，比如直接提升、分段提升等。在设计提升方案时，需要考虑到内筒的重量、长度、形状等因素，确保能够安全、快速地完成提升任务。 钢内筒的提升方法还需要进行详细的操作流程和安全措施的制定。在进行具体的提升 工作时，需要根据设计方案和实际情况确定详细的操作流程，包括提升速度、提升方向、 提升角度等。还需要制定详细的安全措施，确保提升过程中不会出现意外和事故。比如设 置安全警示标识、固定提升设备、划定安全区域等。 在进行钢内筒提升方法选择的过程中，还需要考虑到人员技术和经验的要求。作为关 键的提升工作，需要有经验丰富的工程师和操作人员进行操作。钢内筒提升过程中涉及到 的技术和操作要求比较高，因此操作人员需要经过专业培训和考核，保证其具备相关的技 术和经验。 还需要考虑到提升过程中可能出现的突发情况的应对措施。在进行提升工作的过程中，难免会出现意外情况，比如天气突变、设备故障等。需要提前制定好相应的应对措施，确 保在出现问题时能够及时、有效地应对，避免造成不必要的损失和影响。 钢内筒的提升方法是一个需要谨慎对待的工程技术问题。在进行提升工作时，需要全 面考虑安全、稳定、规划、设计、操作流程、人员技术和经验、突发情况等多方面的因素。只有在充分考虑了这些因素的基础上，才能够确保提升工作的顺利进行，避免出现安全事 烟囱基础设计 12烟囱基础 12.1一般规定 12.1.1烟囱地基基础的计算，除应符合本规范的规定外，尚应符合国家现行标准《建筑地基基础设计规范》GB50007和《建筑桩基技术规范》JGJ94的有关规定。在抗震设防地区还应符合现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB50011的规定。 12.1.2基础截面极限承载能力计算和正常使用极限状态验算，应按现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB50010的有关规定进行。 12.1.3对于有烟气通过的基础，材料强度应计算温度作用的影响。 12.3刚性基础计算 12.3.1刚性基础的外形尺寸（图12.3.1），应按下列公式确定： 图12.3.1刚性基础(mm) 1当为环形基础时： 2当为圆形基础时： 式中：b1、b2——基础台阶悬挑尺寸(m)； h——基础高度(m)； tanα——基础台阶宽高比，按现行国家标准《建筑地基基础设计规范》GB50007的规定采用； D——基础顶面筒壁内直径(m)。 12.4板式基础计算 12.4.1板式基础外形尺寸（图12.4.1）的确定，宜符合下列规定： 图12.4.1基础尺寸与底面压力计算 1当为环形基础时，宜按下列公式计算： 2当为圆形基础时，宜按下列公式计算： 式中：β——基础底板平面外形系数，根据r1与r z的比值，由图12.4.11-2查得，或按 进行计算； r z——环壁底面中心处半径。其余符号见图12.4.1。 12.4.2计算基础底板的内力时，基础底板的压力可按均布荷载采用，并应取外悬挑中点处的最大压力（图12.4.1），其值应按下式计算： 式中：M z——作用于基础底面的总弯矩设计值(kN·m)； N——作用于基础顶面的垂直荷载设计值(kN)（不含基础自重及土重）； A——基础底面面积(m2)； I——基础底面惯性矩(m4)。 12.4.3在环壁与底板交接处的冲切强度可按下列公式计算(图12.4.3)： 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。 2.1.10 拉索式钢烟囱guyed steel chimney 筒身与拉索共同组成稳定体系的钢烟囱。 单筒式钢筋混凝土烟囱计算书 项目名称____________ 构件编号____________ 口期____________ 设计_______________ 校对_______________ 审核____________ 一、设计资料 1.基本设计资料 烟囱总高度H = 50m 烟囱顶部内直径D o = 1.35m 烟气温度Tg出=700 00°C 夏季极端最高温度嘔=38 40X：冬季极端最低温度T wm = -30 40r 烟囱口照温差Z\T = 20 00°C 基本风压g = 0.40kN/m3 地面粗糙度B类空气密度p=l 25kN/m3 烟囱安全等级：二级环境类别：一类抗震设防烈度：7度(0.15g) 设计地震分组：第一组建筑场地土类别【类筒壁竖向钢筋等级:HRB335 筒壁坏向钢筋等级:HPB235 燃煤含硫量$袒=0 43% 烟道底部标高0.00m 混凝土刚度折减系数0 90m 2. 3.几何尺寸信息烟囱总截面数:6 筒身代表截面：截面5 烟囱筒身分肖参数丧(1) 11”2” 2.上表中标高及长度单位为m 烟囱筒身分节参数表(2) 4.基础设计参数 基础形式圆形基础 基础混凝土等级C30 基础钢筋等级HRB335 底板卜部配筋形式：径环向配筋 地下烟道：无 基础及其上土平均畫度冷=20 00 kN/m3 地基土抗震承载力调整系数4 = 100 基础宽度修正系数7b = l 00 基础埋深修正系数农=100 基础埋^ 3 00m 自动计算沉降经验系数 基础几何尺寸： 环壁顶部厚度r t= 1 00 m ri =4 57m r2 = 3 77m 门=2 32m h= 1.50m hi = 1.00m ±0.000相当于绝对标高32.000m 天然地面标高31000m 土层参数表 No 土层名称底部标高（m）重度(kN/m3) 圧缩模量（MPa）承载力QcPa） 1 粘土17 00 18 00 3 40 140 00 碎石7 00 19 00 15.00 350 00 二、计算依据 《建筑结构荷载观范》GB 50009-2001 （W卜简称“荷我规范”） 《建筑抗震设计规范》GB 50011-2001（以下简称“抗震规范”） 《烟囱设计规范》GB 50051-2002（以下简称“烟囱规范”） 《建筑地基基础设计规范》GB 50007-2002（以卜•简称“基础规范”） 《混凝土结构设计规范》GB 50010-2002（以卜•简称“混凝土规范”） 《烟囱工程于•册》（中国计划出版社，2004年7月第1版，以下简称“烟囱于•册”） 《钢筋混凝土烟囱》050212（以下简称“烟囱图集”） 三、筒身自重计算 简壁内侧挑出牛腿支承内衬和隔热层的重量，因此每节卞部重量不包括本节的内衬及隔热层的觅量，该觅量由下一节來承受。如果存在洞II的话则扣除洞II部位的垂量。每节根部自币:包括其上面所有分节的自重加上附加审最，每节重最等于本节所有自重加匕附加重量。主要应用如卞公式： n+r^i r m= _；_ 筒身自逐表格（1） No. Eli VxCm 3) 重量OcN） 内衬隔热层1 隔热层2 筒壁内衬隔热层1 隔热层2 筒壁自立式钢烟囱基础顶面内力计算
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