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。

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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 。