底框架式钢烟囱计算分析
玻璃钢烟囱的设计技术及相关标准
玻璃钢烟囱的设计技术及相关标准
石家庄开发区技源科技有限公司 李国树
1、前言 近年来玻璃钢烟囱得到了快速发展，目前已成为众多设计院竞相关注的重点材料。但多
数玻璃钢生产厂家甚至是化工、电力设计院对玻璃钢烟囱的设计技术了解不是很全面，存在 很多问题，这也就阻碍了玻璃钢烟囱的推广和应用。 2、玻璃钢烟囱的相关标准
根据不同的 K 和 F，各个系数可以根据考虑的载荷情况得出，如第 8 项所给。 通过使用 8.1 中所给的方法，可以用这些系数确定可容许设计应变，以便建立可容 许设计强度（8.2），此设计强度将用于第 4 项和第 9 项中描述的整体设计分析。 A1 是与材料性能测试核实相关的设计系数， A2 是与化学环境相关的设计系数， A3 是与设计温度和树脂 HDT 影响相关的设计系数，并根据方程（6）获得：其中（6） 为
（3）偶然荷载：罕遇地震作用、拉线断线、撞击、爆炸等。
基本风压按国家标准《建筑结构荷载规范》（GB 50009）规定的 50 年一遇的风压采用，
但基本风压不得小于 0.35kN/m。对于安全等级为一级的烟囱，基本风压应按 100 年一遇的
风压采用。
3.2 使用温度范围
湿法脱硫后正常运行情况下烟气的温度为 40~50℃，在极端情况下，温度会有波动，玻
1、玻璃钢内筒可选用悬挂式结构（整体悬挂式、分段悬挂式），自立式结构，悬挂式玻 璃钢内筒应进行悬挂结点强度计算及悬挂下端最大水平位移计算。
2 应按照温度变化最大差值计算内筒热应力并考虑加热膨胀节的数量。 3 悬挂式玻璃钢烟囱宜选用承重平台， 4 止晃装置计算 （1） 内筒与外筒之间的止晃拉紧索承受的拉力，应根据内外筒变形协调计算。 （2）玻璃钢内筒与拉紧索相连的加强支撑环的弯矩、环向拉力及沿内筒半径方向的剪 力， 3.9 玻璃钢烟囱的材料设计 玻璃钢烟囱在材料设计中应该注意以下几点：， （1)、内衬防腐蚀树脂的选择： 选择内衬树脂主要根据烟气的腐蚀性、温度、含水率等情况作一正确的选择，目前市场 常用的为乙烯基酯树脂，如亚仕兰的 D470、D411、上纬的 SW907、SW901、华昌的 W2-1、MFE-2 等树脂。但并不是价格越高树脂性能就越好，不同类型的树脂耐腐蚀的特性不一样，例如 HET 酸树脂就比较适合应用于含氯化学介质的烟气，如盐酸蒸汽等；另外在选择树脂时还必 须考虑其力学性能，尤其是高温下的力学性能要充分考虑，因为 FRP 在高温下的力学性能会 有一定程度的下降，而烟囱内的气体温度有时会比较高，这种情况下树脂的耐温性能就至关 重要。此外还应考虑作为内衬树脂必须要有较高的断裂延伸率、韧性要好。按照美国 ASTMD5364-2002 的规定：所选用的树脂至少具有如下性能：在 82℃、25％的硫酸中的耐久 性不低于 1 年、最低强度保留率不低于 50％。测定方法未 ASTM C581，或者在实际可预见的 使用环境条件中试验。
框架结构设计研究方法
框架结构设计的基本原则与要求
框架结构设计的基本原则
• 结构安全性原则：确保结构在各种荷载作用下具有足够的强度、刚度与稳定性
• 结构功能性原则：满足建筑功能需求，保证结构的空间利用率与使用性能
• 结构经济性原则：在满足结构安全性与功能性的前提下，尽量降低工程成本
• 结构验收：检查结构尺寸、标高、轴线等是否符合设计要求
• 材料验收：检查材料质量证明书、检验报告等是否符合规范要求
• 设备验收：检查设备性能、安装质量等是否符合设计要求
框架结构施工完成的评定标准
• 结构性能评定：根据结构试验与计算结果，评定结构的性能指标
• 工程质量评定：根据工程质量检验与验收结果，评定工程的质量等级
• 钢结构框架结构：以钢材为主要材料，具有较好的抗拉性能
• 混合结构框架：采用多种材料组合，如钢筋混凝土与钢的组合框架
框架结构的特点
• 框架结构具有较高的空间利用率，能够满足建筑空间需求
• 框架结构的抗震性能较好，能够满足地震区的抗震设防要求
• 框架结构的施工工艺相对简单，有利于缩短工程周期
框架结构在建筑工程中的应用领域
框架结构在住宅建筑中的应用
• 住宅建筑中的多层框架结构、高层框架结构等
• 住宅建筑中的公寓、别墅等框架结构
框架结构在公共建筑中的应用
• 公共建筑中的办公楼、商场、酒店等框架结构
• 公共建筑中的体育馆、展览馆等大跨度框架结构
框架结构在工业建筑中的应用
• 工业建筑中的厂房、仓库等框架结构
• 工业建筑中的烟囱、栈桥等特殊框架结构
• 动态分析方法：如自振频率法、振型法、模态叠加法等
江苏模板计算规则
第二十一章模板工程说明本章分为现浇构件模板、现场预制构件模板、加工厂预制构件模板和构筑物工程模板四个部分，使用时应分别套用。
为便于施工企业快速报价，在附录中列出了混凝土构件的模板含量表，供使用单位参考。
按设计图纸计算模板接触面积或使用混凝土含模量折算模板面积，两种方法仅能使用其中一种，相互不得混用。
使用含模量者，竣工结算时模板面积不得调整。
构筑物工程中的滑升模板按混凝土体积以立方米计算。
倒锥形水塔水箱提升以"座"为单位。
1.现浇构件模板子目按不同构件分别编制了组合钢模板配钢支撑、复合木模板配钢支撑，使用时，任选一种套用。
2.预制构件模板子目，按不同构件，分别以组合钢模板、复合木模板、木模板、定型钢模板、长线台钢拉模、加工厂预制构件配混凝土地模、现场预制构件配砖胎模、长线台配混凝土地胎模编制，使用其它模板时不予换算。
3.模板工作内容包括清理、场内运输、安装、刷隔离剂、浇灌混凝土时模板维护、拆模、集中堆放、场外运输。
木模板包括制作(预制构件包括刨光、现浇构件不包括刨光)，组合钢模板、复合木模板包括装箱。
4.现浇钢筋混凝土柱、梁、墙、板的支模高度以净高(底层无地下室者高需另加室内外高差)在3.6m以内为准，净高超过3.6m的构件其钢支撑、零星卡具及模板人工分别乘以下表系数。
根据施工规范要求属于高大支模的，其费用另行计算。
构件净高超过3.6米增加系数表注：轴线未形成封闭框架的柱、梁、板称独立柱、梁、板。
5.支模高度净高(1)柱：无地下室底层是指设计室外地面至上层板底面、楼层板顶面至上层板底面；(2)梁：无地下室底层是指设计室外地面至上层板底面、楼层板顶面至上层板底面：(3)板：无地下室底层是指设计室外地面至上层板底面、楼层板顶面至上层板底面：(4)墙：整板基础板顶面(或反梁顶面)至上层板底面、楼层板顶面至上层板底面。
6.设计T、L、十形柱，其单面每边宽在1000mm内按T、L、十形柱相应子目执行，其余按直形墙相应定额执行。
脚手架工程量计算
脚手架工程量计算脚手架是为高空施工操作、堆放和运送材料而设置的架设工具或操作平台。
脚手架工程的工作内容主要是各种类型脚手架工程量的计算。
（1）外脚手架工程量计算规则①凡设计室外地坪至檐口（或女儿墙上表面）的砌筑高度在15米以下的按单排脚手架计算；砌筑高度在15米以上的或砌筑高度虽不足15米，但外墙门窗及装饰面积超过外墙表面积60%以上时，均按双排脚手架计算。
②外脚手架按外墙外边线长度，乘以外墙砌筑高度以平方米计算，突出外墙宽度在24cm 以内的墙垛，附墙烟囱等不计算脚手架；宽度超过24cm以外时按图示尺寸展开计算，并入外脚手架工程量之内。
不扣除门窗洞口所占面积。
③同一建筑物高度不同时，应按不同高度分别计算。
④各种独立柱按图示周长加3.6m乘以柱高，以平方米套用双排外脚手架。
（2）里脚手架工程量计算规则①建筑物内墙，凡设计室内地坪至顶板下表面的砌筑高度在3.6米以下的，按里脚手架计算，里脚手架按墙面垂直投影面积计算；砌筑高度超过3.6米以上时，按单排外脚手架计算。
②围墙脚手架，凡室外自然地坪至围墙顶面的砌筑高度在3.6米以下的，按里脚手架计算；砌筑高度超过3.6米以上时，按单排脚手架计算。
（3）满堂脚手架工程量计算规则①室内天棚装饰面距设计室内地坪在3.6米以上时，应计算满堂脚手架。
计算满堂脚手架后，墙面装饰工程则不再计算脚手架。
②满堂脚手架按室内净面积计算，其高度在3.6-5.2m之间时，计算基本层，超过5.2m时，每增加1.2m按增加一层计算，不足0.6m的不计。
满堂脚手架增加层=（室内净高度-5.2）/1.2 （结果应四舍五入到整数）③整体满堂钢筋混凝土基础，凡其宽度超过3m以上时，按期地板面积计算满堂脚手架。
（4）其他脚手架工程量计算规则①高度超过3.6m墙面装饰不能利用原砌筑脚手架时，可以计算装饰脚手架。
装饰脚手架按双排脚手架乘以0.3计算。
②立挂式安全网，按架网部分的实挂长度乘以实挂高度计算。
脚手架工程量计算规则与范例-有详细的分析
脚手架工程量计算规则与范例一、脚手架工程量计算规则1．砌筑脚手架的工程量计算(1)外墙脚手架的工程量，按外墙外边线总长乘以外墙的砌筑高度以平方米(㎡)面积计算。
突出外墙面宽度在24cm以内的墙垛、附墙烟囱等，不另计算脚手架。
但突出外墙面宽度超过24cm时，按其图纸尺寸展开面积计算，并入外墙脚手架的工程量内。
（2)内墙里脚手架的工程量,按装饰墙面的垂直投影面积以平方米(㎡)计算.(3）砌筑独立柱脚手架的工程量,按图示柱外围周长另加3。
6m乘以柱高，以平方米（㎡)面积计算.2．现浇钢筋混凝土柱框架脚手架工程量计算（1)现浇混凝土柱的脚手架工程量,按柱图示周长另加3.6m乘以柱高,以平方米（㎡）面积计算。
（2）现浇混凝土梁、墙的脚手架工程量，按设计室内地坪或楼板上表面至楼板底之间的高度，乘以梁、墙的净长，以平方米(㎡)面积计算。
3．装饰工程脚手架的工程量计算（1）室内满堂脚手架的工程量，按室内主墙间净面积计算。
满堂脚手架基本层适用于搭设高度在3。
6m～5.2m之间,其高度超过5。
2m后，每超过1。
2m按一个增加层计算,超过高度不足0.6m的，不计算增加层。
但超过高度虽不足1.2m而大于0。
6m，应计算增加层。
（2)挑脚手架的工程量，按搭设长度和层数以延长米（m)计算。
(3)悬空脚手架的工程量,按搭设水平投影面积以平方米(㎡)计算.4．其他脚手架的工程量计算（1）水平防护架的工程量，按实际铺板的水平投影面积，以平方米(㎡）计算。
（2)垂直防护架的工程量，按自然地坪至最上一层横栏之间的搭设高度，乘以实际搭设长度以平方米（㎡）面积计算。
（3)架空运输脚手架的工程量，按搭设长度以延长米（m)计算。
（4）烟囱、水塔脚手架的工程量,应区分不同搭设高度，以座计算。
(5)电梯井脚手架的工程量，按单孔以座计算。
（6)附属斜道脚手架的工程量，应区分不同高度以座计算。
（7)砌筑贮仓脚手架的工程量，不分单筒或贮仓组，均按单筒外边线周长乘以室外地坪至贮仓上口之间的高度,以平方米（㎡）面积计算。
模板计算方法
模板一般就是按照与砼接触面的面积进行计算，你可以按照当地的计算规则学习一下就可以了，也可以借鉴一下以下的，各地的具体规则只是局部有不大相同的一、本章中模板是分别按本省施工中常用的组合钢模板、定型钢模板、竹模板、木模板编制的，实际施工采用不同模板时可以调整。
二、现浇混凝土梁、板、柱、墙是按支撑高度3.6m编制的，超过3.6m时，每超过1m （不足1m者按1m计），超过部分工程量另按超高的项目计算。
三、拱形、弧形构件是按木模考虑的，如实际使用钢模时，套用直形构件项目，人工乘以系数1.2。
四、构造柱模板套用矩形柱项目。
五、倒锥壳水塔塔身钢滑升模板项目，也适用于一般水塔塔身滑升模板工程。
六、烟囱钢滑升模板项目均已包括烟囱筒身、牛腿、烟道口；水塔钢滑模均已包括直筒、门窗洞口等模板用量。
七、项目中钢筋混凝土烟囱筒身、圆形贮仓筒壁及造粒塔筒壁，是采用钢滑模或木模施工的。
其他项目，是按组合式钢模或木模施工计算的，如实际施工方法或采用的模板品种、数量与项目规定不同时，可以调整。
八、采用钢滑模施工的项目内包括了提升支撑杆的用量，如设计不同时，可以调整。
如设计规定利用支撑杆代替结构钢筋，在计算钢筋用量时，应扣除支撑杆的重量，如支撑杆施工后拔出者，其回收率和拔杆费用另行计算。
九、如大面积模板需要加大刚度，在构件中设置对拉螺栓，并同混凝土一起现浇在构件中不取出周转使用，可根据经批准的施工组织设计，按实际用量及单价调整。
十、斜梁（板）是按坡度30°以内综合取定的。
坡度在45°以内，按相应项目人工乘以系数1.05。
坡度在60°以内，按相应项目人工乘以系数1.1。
十一、剪力墙计算时，按以下规定计算。
1、剪力墙较长边是墙厚的4倍以下时，按柱的相应项目计算。
2、剪力墙较长边是墙厚的4倍以上，7倍以下时，按短肢剪力墙项目计算。
3、剪力墙较长边是墙厚的7倍以上时，按墙的相应项目计算。
十二、现浇空心楼板执行平板项目。
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。
[新版]2004江苏定额模板计算说明
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00第二十章模板工程说明0本章分为现浇构件模板、现场预制构件模板、加工厂预制构件模板和构筑物工程模板四个部分，使用时应分别套用。
为便于施工企业快速报价，在附录中列出了混凝土构件的模板含量表，供使用单位参考。
按设计图纸计算模板接触面积或使用砼含模量折算模板面积，两种方法仅能使用其中一种，相互不得混用。
使用含模量者，竣工结算时模板面积不得调整。
构筑物工程中的滑升模板是以立方米险为单位的模板系综合考虑。
倒锥形水塔水箱提升以"座"为单位。
1、现浇构件模板子目按不同构件分别编制了组合钢模板配钢支撑、复合木模板配钢支撑，使用时，任选一种套用。
2、预制构件模板子目，按不同构件，分别以组合钢模板、复合木模板、木模板、定型钢模板、长线台钢拉模、加工厂预制构件配混凝土地模、现场预制构件配砖胎模、长线台配混凝土地胎模编制，使用其他模板肘，不予换算。
3、模板工作内容包括清理、场内运输、安装、刷隔离剂、浇灌混凝土时模板维护、拆模、集中堆放、场外运输。
木模板包括制作(预制构件包括刨光、现浇构件不包括刨光)：组合钢模板、复合木模板包括装箱。
4、现浇钢筋混凝土柱、梁、墙、板的支模高度以净高(底层无地下室者高需另加室内外高差)在3.6m以内为准，净高超过3.6m的构件其钢支撑、零星卡具及模板人工分别乘以下系数。
但其脚手架费用另按脚手架工程有关规定执行。
注：轴线未形成封闭框架的柱、梁、板称独立柱、梁、板。
5、支模高度净高是指①柱：无地下室底层是指设计室外地面至上层板底面、楼层板顶面至上层板底面；②梁：无地下室底层是指设计室外地面至上层板底面、楼层板顶面至上层板底面；③板：无地下室底层是指设计室外地面至上层板底面、楼层板顶面至上层板底面；④墙：整板基础板顶面(或反梁顶面)至上层板底面、楼层板顶面至上层板底面。
6、设计⊥、L、+形柱，其单面每边宽在1000mm内按⊥、L、+形柱相应子目执行，每根柱两边之和超过2000mm则该柱按直形墙相应定额执行。
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底框架式钢烟囱计算分析
【摘要】利用sap2000软件对底框架式钢烟囱进行整体受力分析，对比底框架式钢烟囱整体计算与分离单独简化计算结果的差异，分析底框架式钢烟囱简化计算的弊端.总结此类结构的有效计算方法。
【关键词】底框架式钢烟囱；风荷载；基本自振周期
1.引言
在工业建筑中，高耸结构是一种常见的结构类型，例如烟囱，水塔，石油化工塔，输电高塔等各类塔体结构，他们有其独特的计算方法，同时必须满足与其相应的各种规范。
烟囱是高耸结构中最具代表性的一种构筑物，按材料不同可分为钢筋混凝土烟囱，砖烟囱和钢烟囱；按结构形式不同，钢烟囱又可分为塔架式、自立式和拉索式三种。
自立式钢烟囱是最常用的一种，其受力明确，计算和构造均较简单，但由于工艺布置要求，烟囱常常无法落地或需要架高，这就需要在底部做一个框架底座，这就形成了底框架式钢烟囱。
2.基本概况
本例为某1080m3高炉工程，在其冲渣系统中，渣沟上方需设置排气烟囱，底部设计为混凝土框架跨过渣沟，上部为钢筒体。
烟囱顶部高度为40m，直径3m，底部用16个螺栓与框架相连。
基本风压为0.6kn/m2，抗震设防烈度6度，如图1。
3.计算方法
烟囱的荷载和作用有三类，永久荷载与作用（如结构自重），可变荷载与作用（如风荷载，温度作用，常遇地震作用及烟气压力等），偶然荷载（如罕遇地震作用，爆炸等）。
本例中风荷载起控制作用，分析中仅考虑了风荷载对结构的影响。
3.1简化计算
框架式钢烟囱简化计算时常常把钢烟囱和框架分开来计算，钢烟囱按自立式钢烟囱计算，然后将底部反力施加到框架上再行计算框架。
图1. 水渣烟囱
3.1.1风荷载计算
采用sap2000软件建立上部钢烟囱模型，得出t1=0.301
据《建筑结构荷载规范》7.4节：
w0t12=0.054，查表得ξ=1.746；
βz=1+ξvφz/μz=1+1.746×0.85×1/1.56=1.951
wk=βzμsμz w0d=1.951×0.6×1.56×0.6×3=3.287kn/m
3.1.2传于框架上的荷载
由程序计算可得
水平荷载v=60.5kn
底部弯矩m=1025.4kn·m
地脚螺栓最大拉力pmax=240kn
3.1.3框架内力
采用sap2000软件建立底部框架模型，将上部荷载传于模型上，
即可得到底部框架的内力、位移等供于设计的数据，如图2。
图2底部框架弯矩与位移图
（mmax=47 kn·m， dmax=5.2㎜）
3.2整体计算
采用sap2000软件对整体进行有限元建模，筒体采用壳单元模拟，框架采用杆系单元模拟，建模中构件截面尺寸与真实结构一致，模型如图3所示。
3.2.1风荷载计算
图2 水渣烟囱整体模型
自振周期由程序计算得t1=0.636
w0t12=0.243，查表得ξ=2.083；
βz=1+ξvφz/μz=1+2.083×0.85×1/1.56=2.135
wk=βzμsμz w0d=2.135×0.6×1.56×0.6×3=3.60 kn/m
3.2.2传于框架上的荷载
由程序计算可得
水平荷载v=66.2kn
底部弯矩m=1122.0kn·m
地脚螺栓最大拉力pmax=230kn
3.2.3框架内力
内力由程序计算，如图所示
图4整体结构弯矩与位移图
（mmax=52 kn·m， dmax=5.6㎜）
4.对比分析
对比以上两种计算方法的结果，我们发现，似乎框架内力和位移的差别并不是很大，主要的差别在结构的自振周期上，整体模型的自振周期是单独模型的两倍多；而在风荷载的计算中，自振周期的大小影响了风振系数的计算，从而改变了风荷载的取值；整体结构的风荷载是单独结构的1.1倍，最终导致框架的内力和位移也产生了1.1倍的差别。
对结构而言，上部钢烟囱是一个较高的柔性结构，底部框架是一个可刚可柔的结构，两者组合而成的是一个整体，人为分割开来考虑是欠妥当的。
自振周期是结构的固有特性，分离单独简化计算改变了结构的固有特性，自振周期必然会有较大的差别。
表1中列举了底部框架相同，上部烟囱高度不同的几个结构的自振周期，随着烟囱高度的降低，结构越来越刚强，自振周期越来越小，整体结构与上部钢烟囱自振周期的差距越来越大，随之风荷载的差距也越来越大，见表2。
由于30m高烟囱的自振周期t1≤0.25s，按照荷载规范的要求可不计算风振系数，这与整体结构考虑风振系数相差较大，风荷载相差多达一倍有余。
表1 底部框架相同的结构自振周期对比
表2 底部框架相同的结构风荷载对比
表3中列举了上部钢烟囱高度相同，而底部框架刚度不同的几个结构的自振周期，随着底部框架刚度的减弱，结构越来越柔，自振周期越来越大，整体结构与上部钢烟囱自振周期的差距越来越大，
随之风荷载的差距也越来越大，见表4。
表3 烟囱高度相同的结构自振周期对比
表4 烟囱高度相同的结构风荷载对比
5.结论
框架式钢烟囱是一个整体，分离单独简化计算时，其结构固有特性发生了改变，自振周期与整体计算的结果相差较大，这将引起后续一系列的问题，荷载、内力、构造都将有很大的不同，可见用其数据进行设计是偏于不安全的。
现在各种结构设计软件众多，整体计算并不是什么难事，对此类结构必须进行整体建模计算以求得到更为真实可靠的结果，用以指导我们的设计。
参考文献
[1]中国工程建设标准化协会，编.建筑结构荷载规范.中国建筑工业出版社，中国建筑工业出版社，2005-02
[2]烟囱设计规范.中国计划出版社，2008-05-01
[3]烟囱工程手册.中国计划出版社，2004-07-01
[4]sap2000中文版使用指南.人民交通出版社，2011年12月29日。