烟囱设计实例

烟囱形式：直径2600mm，高28.1m，基础顶至10m标高采用φ2600x12的钢管，上段采用φ2596x10钢管，计算时将烟囱按标高分为0-10m，10-15m，15-20m，20-28.1m共4段。

1、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

2、风荷载体型系数：

总高度为28.1m，平均直径为近似可按2.6m，μzω0d2=μz*0.6*2.62=4.1μz，

地面粗糙度类别为B类，所以μz≥1.0，得μzω0d2>0.015，H/d=28.1/2.6=10.8，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

3、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。

4、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=0.011x28.1=0.31s>0.25s，故需要考虑顺风向风振影响。由

ω0T12=0.6*0.31*0.31=0.058 kNs2/m2，查得脉动增大系数ξ＝

1.69+(1.77-1.69)/(0.06-0.04)*(0.058-0.04)=1.762。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28.1时，脉动影响系数为

ν=0.79+(0.83-0.79)/(30-20)*(28.1-20)=0.823。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

5、各段风荷载的集中力

应用《建筑结构荷载规范》中式7.1.1条ωk=βzμsμzω0求风荷载，各分段的集中力Pi=ωkAw，此处Aw的为风荷载作用面积，其计算过程见下表：

风荷载标值计算

6、底部产生的弯矩和剪力

Vk=17.03+7.79+5.58+8.58=38.98 kN

Mk=17.03*24.05+7.79*17.5+5.58*12.5+8.58*5=658 kN.m

7、叛断是否考虑横向风振

当烟囱坡度≤2%时，对于钢烟囱应按国家标准《建筑结构荷载规范》（GB 50009）的规定验算横风向风振影响。由《建筑结构荷载规范》7.6节知，雷诺数Re＝69000vD，其中风速

vH=sqrt(2000μHω0/ρ)=sqrt(2000*1.39*0.6/1.25)=36.5m/s

Re＝69000vcrD=69000*34.2*2.6=6.1x106>3.5x106

υcr=D/T1/St=2.6/(0.010*28.1)/0.2=46.26>36.5*1.2=43.8 m/s

不用考虑横向风振

8、钢烟囱强度验算

本烟囱为自立式钢烟囱，H/d=28.1/2.6=10.8<20，满足自立式钢烟囱的直径d和高度h之间的关系宜满足h≤20d的要求。

考虑到此钢烟囱较轻，所以风荷载应起控制作用不考虑地震。烟囱所受轴力近似考虑为烟囱自重，烟囱截面面积为Ａn=π（2.6*2.6－2.576*2.576）/4=0.098m2，

Wn=1/32xπ(D3-d3)=π（2.6*2.6*2.6－2.576*2.576*2.576）/32=0.047，自重G=1.2*78.5*0.098*28.1＝259 kN，弯矩设计值M=1.4Mk=1.4*658=921kN.m

钢烟囱的应力为：

σ=N/Ａn+M/Wn=

259/0.098+921/0.047=22238 kN/m2=22.2 N/mm2<215

N/mm2

σcrt=0.4(Et/k)*(t/di)=0.4*(206000/1.5)*(12/2500)=263 N/mm2>σ

满足要求

9、地脚锚栓计算

在2m标高以下烟囱基础用C25砼灌实，其重量为25*π/4*2.476*2.476*2=240kN

采用Q345B级M52锚栓，受拉承载力为316.4 kN，

Pmax=4M/nd0-N/n=4*921/(28*3.0)-(259+240)/28=26<316.4 kN，满足要求

10、基础计算：

采用砼圆形基础，直径为=6 m 埋深6m，fak=350kPa，Ｗ=(1/32)π*63=21.2，Ａ=πx62/4=28.3 m2

考虑地基承载力较高，故不对其进行修正

Vk =38.98kN

Ｍk=658 kN.m

Nk =259/1.2+240 =455

kN

土及基础重：Ｇk =20*6*28.3=3396 kN

地基反力：

Pmax=(Nk +Ｇk )/A+Mk/W=

(455+3396)/28.3+(658+38.98*6)/21.2=178

Pmin=(Nk +Ｇk )/A-Mk/W=(455+3396)/28.3-(658+38.98*6)/21.2＝94满足要求

11、烟囱稳定性验算：

烟囱倾覆力矩为为M=1.4*(658+38.98*6)=1248 kN.m

烟囱抗倾覆力矩为(Nk +Ｇk )*d/2=(455+3396)*6/2=11553 kN.m>M 满足要求