钢烟囱计算实例(114)
烟囱管径阻力复核计算实例
一、烟囱自生通风力计算基本数据：锅炉三台，每台烟气量：1800m ³/h ，1800m ³/h ，1800m ³/h ，排烟温度为100℃。
烟道长度：Ф700：垂直段L1=155mФ700：水平长度47m计算：1、烟囱自生力通风力hzshzs=h(ρk º-ρ) g (Pa)式中：ρk º—周围空气密度，按ρk º=1.293 Kg/m ³ρ—烟气密度，Kg/m ³g —重力加速度，9.81m/ s ²标准状况下的烟气密度ρ0 =1.34 Kg/m ³则ρ=ρ0 273/273+t =1.34*273/(273+100)=0.98 Kg/m ³ hzs=155*(1.293-0.98)*9.81=475.93Pa2、考虑当地大气压，温度及烟囱散热的修正。
当地大气压P=100530pa,最热天气地面环境温度t=35℃ 则ρk=ρk º [273/(273+35)]*100530/101325=1.14 Kg/m ³ 烟囱内每米温降按1D A △t=0.33℃(A=0.8,D1=3*2T ），则出口烟气温度为：100-（155+47）*0.33=33.34℃则烟气内的平均烟温为t pj =100-202*0.33/2=66.67℃烟囱内烟气的平均密度为：ρ=1.34*[273/(273+66.67)]*100530/101325=1.07Kg/m³修正后的hzs=155*（1.14-1.07）*9.81=106.4（pa）二、烟囱阻力计算已知条件：锅炉三台，每台烟气量：1800m³/h，1800m³/h，1800m³/h排烟温度为100℃烟道长度：Ф550：垂直段L1= 155mФ550：水平长度47m入口温度：100℃烟囱出口温度：33.34℃：ΣΔhy=Δh m+Δh j+Δh yc式中Δh m——烟道摩擦阻力Δh j ——局部阻力Δh yc——烟囱出口阻力Δh m=λ·L/d dl ·(w2/2)·ρpa式中λ——摩擦阻力系数，对金属烟道取0.02L——烟道总长度，L=202mW——烟气流速，m/s 3*1800m3/h= 3.9m/s3.14*(0.7/2)2*3600d dl——烟道当量直径，圆形烟道为其内径ρ——烟气密度，Kg/m³ρ=ρ0·273/(273+t pj)=1.07ρ0——标准状况下烟气密度，1.34 Kg/m³；tpj——烟气平均温度Δh m=0.02*202/0.7*(3.92/2)*1.07=46.96paΔh j =90度弯头个数*0.7*w2/2*p=2*0.7*3.92/2*1.07=11.39Δh yc=є*(w2/2)*p ε——出口阻力系数，查表1.3=1.3*(3.92/2)*1.07=10.58paΣΔhy=46.96+11.39+10.58=68.93pa自拔力：106.4pa ＞阻力：68.93pa，理论上自拔力大于阻力，因此烟囱可以克服自身阻力顺畅排烟。
钢烟囱结构计算
钢烟囱结构计算一、筒身自重计算及拉索自重（1）筒身自重筒壁1220.2960.00878.5 1.17/G rt kN m πρπ==⨯⨯⨯=烟囱全高自重13541G G kN =⨯=筒（2）拉索自重钢丝绳采用镀锌钢丝绳16NAT6（6+1）+NF1470ZZ124 89.9 GB/T 8918-1996 拉索自重：8.99N/m 每根索长：2538.9cos50S m ==︒每根拉索自重：28.9938.9350G m N =⨯=近似计算三根索，自重全部由筒身承担：3350=1.05k G N =⨯索二、风荷载产生的弯矩设计值及拉索拉力设计值（1）风荷载另行计算，结果如下：烟囱25m 位置设定拉索，25m 位置以上，风荷载设计值 1.4 1.74=2.44k /N m =⨯ 25m 位置以下，风荷载设计值 1.4 1.52=2.13k /N m =⨯（2）风荷载产生的弯矩设计值近似计算如下：22111= 2.4410=122kN m 22M q l =⨯⨯⨯⨯⋅ ()()2212221277.653535225122.3kN m 8825QH H h M h -⨯⨯-⨯===⋅⨯(公式参烟囱工程手册7.3-2) 作用在烟囱上总水平力： 2.4410 2.1325=77.65k Q N =⨯+⨯（3）拉索拉力设计值177.653570.95kN<124kN 2sin 225sin 50QH S h α⨯===⨯⨯︒(公式参烟囱工程手册7.3-3) 16φ钢丝绳最小破断拉力为124kN ，故16φ镀锌钢丝绳满足要求。
（4）拉索拉力焊缝计算假设拉索翼缘板厚8t mm =，焊缝长度200w l mm =32270.9501044.34/210/2008t w S N mm N mm l t σ⨯===<⨯ 满足要求。
（5）拉索拉力对烟囱产生的竖向压力P 设计值cos cos5070.9591.2k 180180cos cos 3P S N n α︒==⨯= 三、承重能力极限状态设计（1）筒壁局部稳定性的临界应力值按《烟囱工程手册》公式（7.2-7）计算如下：520.40.4 1.88108668.4/1.5600t crt E t N mm K d σ⨯⨯=⨯=⨯= 式中：300°温度作用下钢材的弹性模量550.92 2.0510 1.8810t E =⨯⨯=⨯局部抗压强度调整系数 1.5K =（2）在荷载（自重和风）作用下钢烟囱强度计算按《烟囱工程手册》公式（7.2-6）计算如下：i i t ni niN M f A W ⨯≤ 及 crt σ 式中：计算截面处净截面面积()222600584148714ni A mm π=⨯-=计算截面处净截面抵抗矩2230.770.7760082217600ni W d t mm ==⨯⨯=2210/t f N mm = 2668.4/crt N mm σ=钢烟囱水平计算截面i 的轴向压力设计值： 1.2i ik N N =()1 1.2 1.171091.2105.2N kN =⨯⨯+=2251.2 1.1710 1.0591.2124kN 2N ⎡⎤⎛⎫=⨯⨯+++= ⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦()3 1.2 1.171025 1.0591.2141.6kN N =⨯⨯+++=⎡⎤⎣⎦钢烟囱水平计算截面i 的最大弯矩设计值： 1.4i ik M M =111.4122kN m k M M ==⋅221.4122.3kN m k M M ==⋅30kN m M ≈⋅（3）钢烟囱整体稳定验算拉索式钢烟囱整体稳定验算的计算简图可近似假定为两端简支的压杆。
直径1.4m烟囱计算
直径1.4m烟囱计算书烟囱形式：直径1400mm，高15m，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标高(m) 外径B(m)形心高度z (m)风荷载作用面积(m2)形心处的外径(m)z/H高度变化系数脉动影响系数28.1 2.596 24.05 21.03 2.596 0.856 1.39 0.823 20 2.596 17.5 12.98 2.596 0.623 1.20 0.823 15 2.596 12.5 12.98 2.596 0.445 1.07 0.823 15 1.4 7.5 21 1.4 0.5 1.13 0.823 02、风荷载体型系数：总高度为15m，平均直径为近似可按1.4m，μzω0d2=μz*0.6*1.42=1.176μz，地面粗糙度类别为B类，所以μz≥1.0，得μzω0d2>0.015，H/d=15/1.4=10.72，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)=0.523、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=0.011x15=0.165s ＜0.25s，故不需要考虑顺风向风振影响。
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=ωk A w，此处A w的为风荷载作用面积，其计算过程见下表：风荷载标值计算标高z (m) 风荷载作用面积μsω0μzβzωk(kN/m2)集中力P k(kN)24.05 21.03 0.52 0.6 1.39 1.86 0.52*0.6*1.39*1.86=0.8121.03*0.81=17.0317.5 12.98 0.52 0.6 1.20 1.60 0.52*0.6*1.2*1.60=0.6012.98*0.60=7.7912.5 12.98 0.52 0.6 1.07 1.38 0.52*0.6*1.07*1.38=0.4312.98*0.43=5.587.5 21 0.52 0.6 1.1 1 0.52*0.6*1.1*1=0.343221*0.3432=7.26、底部产生的弯矩和剪力V k=7.2 kNM k=7.2*7.5=54 kN.m7、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。
钢烟囱计算实例
式（5.1.5-1）η 2 = 1 +
0.05 − ζ 0.05 − 0.01 = 1+ = 1.519 0.06 + 1.7ζ 0.06 + 1.7 × 0.01
查《抗震设计规范》表 5.1.4-1 得 α max =0.16 Tg=0.4s＜T1=0.78s＜5Tg=5x0.4=2.0s，由《抗震设计规范》图 5.1.5 地震影响系数曲
烟囱计算实例
设计条件： 某钢烟囱高度为 60 米，上口外径 2.1 米，底部外径 3.6 米，坡度为 1.25%， 如图所示。已知该地区基本风压为 0.7KN/m2，地面粗糙度类别为 B 类（基本风压和地面 粗糙度类别一般在项目气象资料，自然条件中给出。若没有具体资料可以参考《建筑结构 荷载规范》附录 D） 。将烟囱沿高度分成三段。 要求：a）计算各段的平均风荷载。 b）计算底部截面差生的弯矩和剪力标准值。 c）判别是否考虑脉动风引起的横向风振。
（5）计算各段风荷载和集中力 应用《荷载规范》式（7.1.1） Wk = β z µ z µ s w0 ，各段集中力 Pk = Wk A,A 为各段迎风面积。 计算结果见表-4 风荷载标准值计算 标高 z （m） 49.65 29.71 9.75 μz 1.666 1.415 1.000 βz 1.896 1.493 1.094 μs 0.7 0.7 0.7 W0 0.7 0.7 0.7 Wk(KN/m2) 1.548 1.035 0.536 A(m2) 47 57 67 表-4 Pk(KN) 72.7 59.0 36.0
风压高度变化系数μs 和脉动影响系数 v 标高（m） 49.65 29.71 9.75 μs 1.666 1.415 1.000 θB =b/B 0.66 0.79 0.93 风振系数 β z 计算 标高 z（m） 49.65 29.71 9.75 z/H 0.83 0.50 0.16 ϕz 0.735 0.287 0.033 ξ 2.256 2.256 2.256 θv 1.55 1.55 1.55 v 0.88 0.88 0.88
m钢烟囱计算书
目录1、设计资料基本设计资料烟囱总高度H =烟气温度T gas = ℃烟囱底部高出地面距离: 0mm夏季极端最高温度T sum = ℃冬季极端最低温度T win = ℃最低日平均温度T win = ℃烟囱日照温差△T = ℃基本风压?0 = m2瞬时极端最大风速: (m/s)地面粗糙度: B类烟囱筒体几何缺陷折减系数? =烟囱安全等级: 二级抗震设防烈度: 7度设计地震分组: 第一组建筑场地土类别: Ⅱ类筒壁腐蚀厚度裕度:衬里起始高度:设置破风圈: 是自定义设计温度下筒壁钢材的许用应力: 是否计算抽力: 否材料信息序号使用部位材料名称最高使用温度(℃)密度(kg/m3)导热系数?(W /(m·K))1 筒壁钢材S31603 250几何尺寸信息烟囱总分段数: 18烟囱筒身分段参数表编号标高(m) 烟囱筒壁外直径(mm) 分段高度(m)0 -----123456789101112131415161718烟囱总截面数: 21烟囱筒身分节参数表(1)截面编号标高(m)烟囱筒壁外直径(mm)分节高度(m)筒壁厚度(mm)坡度(%)0 -----1234567891011121314151617181920烟囱筒身分节参数表(2)截面编号标高(m)附加重量(kN)附加风载(kN)洞口数量洞口形状洞口宽度(mm)洞口高度(mm)洞口直径(mm)5 0 矩形0 0 -----6 0 矩形0 0 -----7 0 矩形0 0 -----8 0 矩形0 0 -----9 0 矩形0 0 -----10 0 矩形0 0 -----11 0 矩形0 0 -----12 0 矩形0 0 -----13 0 矩形0 0 -----14 0 矩形0 0 -----15 0 矩形0 0 -----16 0 矩形0 0 -----18 1 圆形----- ----- 180020 0 矩形0 0 -----是否设置爬梯: 否烟囱底座设计参数烟囱底板材料: Q235(B)烟囱底板内径D1:烟囱底板外径D2:偏心弯矩M e: 地脚螺栓材料: Q235(B)地脚螺栓数量n: 20地脚螺栓腐蚀裕量c2:地脚螺栓中心线直径D3: 4500mm筋板材料: Q235(B)筋板高度hj:盖板材料: Q235(B)盖板类型: 环形盖板是否有垫板: 否2、计算依据《烟囱设计规范》 GB 50051-2013《建筑结构荷载规范》GB 50009-2012《建筑抗震设计规范》GB 50011-2010《钢结构设计规范》GB 50017-2003《烟囱设计手册》(2014年5月第1版)《不锈钢结构技术规程》CECS 410：2015 《低合金高强度结构钢》GB/T 1591-2008《钢结构设计手册》（第三版）《钢结构连接节点设计手册》（第二版）不锈钢S31603强度设计值见下表：3、筒体自重计算筒身自重表格(1)截面编号标高(m) 重量(kN) 筒壁1234567891011121314151617181920合计--筒身自重表格(2)截面编号标高(m)附加重量(kN)破风圈重(kN)本节总重量(kN)每节根部重量(kN)0 --1 29 292 29 593 40 984 20 1185 40 1586 29 1877 29 2168 64 2809 102 38110 62 44411 45 48812 37 52513 41 56614 32 59815 66 66416 41 70417 45 74918 65 81419 86 90020 67 967合计-- 967 967 筒身总重量 G = (每节重量) =6、动力特征计算前五阶自振周期分别为:T1 =T2 =T3 =T4 =T5 =前五阶振型相对位移计算结果标高(m) 第一振型(相对值)第二振型(相对值)第三振型(相对值)第四振型(相对值)第五振型(相对值)0 0 0 0 07、风荷载计算横向风振判断第1振型时的临界风速计算错误!式中D2/3-----2H/3高度处烟囱的外直径烟囱雷诺数R e错误!R e = 69000V cr1D2/3 = 69000 ×× = × 106R e≥× 106，×V H > V cr1需要考虑横风向风荷载已经设立破风圈，不考虑横风向作用风荷载标准值计算顺风向风压时风荷载计算结果标高R o?z?B?v z/H R?1(z) B z?z?k (m)90090090090020002000200020002000200020002000200020002000200020002000200020002000注：R0——筒身截面外半径（mm）风弯矩标准值计算风荷载及风弯矩标准值计算结果标高(m) Q i M wki-- --682667188881176139916392000231026043072343438674158451649235531648677548643注: 1、Q i表示作用于每一节中心处的集中风荷载, 单位为kN2、M wki = ∑(Q i h i), 单位为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）瞬时极端最大风速时风荷载计算结果标高R o?z?B?v z/H R?1(z) B z?z?k (m)90090090090020002000200020002000200020002000200020002000200020002000200020002000风荷载标准值计算结果标高(m) Q i M wki-- --913569621189157518742196267930953488411646015180557060496594740886851038011569 注: 1、Q i表示作用于每一节中心处的集中风荷载, 单位为kN2、M wki = ∑(Q i h i), 单位为8、地震作用及内力计算地震作用下的剪力(kN)标高第一振型第二振型第三振型第四振型第五振型振型组合值(m)地震作用下弯矩标高第一振型第二振型第三振型第四振型第五振型振型组合值(m)1858128149180203227262293324376418470506 551 603 684 815 992 11169、附加弯矩计算标高(m) 承载能力极限状态风荷载附加弯矩M ai承载能力极限状态地震附加弯矩M Eai正常使用极限状态风荷载附加弯矩M aki10、荷载内力组合荷载组合工况表组合1 S = + + + ××S Lk组合2 S = + + + ××S Lk组合3 S = + ××S wk + + ××S Lk组合4 S = + + ××S wk + ×M aE组合5 S = + + ××S wk + ×M aE组合6 S = + + + ××S wk +组合7 S = + - + ××S wk +组合8 S = + + + ××S wk +组合9 S = + - + ××S wk +组合10 S = + +组合11 S = + +标高(m)组合1 组合2 组合3N M N M N M 0 0 0 0 0 0 29 100 35 100 40 62 59 392 70 392 79 243 98 1063 118 1063 133 661 118 1314 142 1314 159 817 158 1740 190 1740 213 1082 187 2069 224 2069 252 1285 216 2423 259 2423 291 1505 280 2955 335 2955 377 1835 381 3411 458 3411 515 2118 444 3844 533 3844 599 2386 488 4534 586 4534 659 2814 525 5067 630 5067 709 3144 566 5704 680 5704 765 3539 598 6132 718 6132 807 3804 664 6658 796 6658 896 4129 704 7257 845 7257 951 4500 749 8148 899 8148 1011 5051 814 9545 976 9545 1099 5913 900 11391 1080 11391 1215 7048 967 12676 1160 12676 1305 7836标高(m)组合4 组合5N M N M0 0 0 035 45 29 4570 156 59 156 118 387 98 387 142 467 118 467 190 596 158 596 224 694 187 694 259 799 216 799 335 956 280 956 458 1092 381 1092 533 1223 444 1223 586 1435 488 1435 630 1601 525 1601 680 1802 566 1802 718 1939 598 1939 796 2108 664 2108 845 2303 704 2303 899 2597 749 2597 976 3063 814 3063 1080 3686 900 3686 1160 4123 967 4123标高(m)组合10N(kN) M0 0 29 96 59 376 98 1020 118 1260 158 1669 187 1984 216 2324 280 2834 381 3272 444 3687 488 4349 525 4860 566 5471 598 5881 664 6385 704 6958 749 7812 814 9150 900 10915967 12144标高(m)组合11N(kN) M0 0 29 100 59 392 98 1063 118 1314 158 1740 187 2069 216 2423 280 2955 381 3411 444 3844 488 4534 525 5067 566 5704 598 6132 664 6658 704 7257 749 8148 814 9545 900 11391 967 1267611、钢烟囱强度与稳定计算钢烟囱强度计算截面编号标高(m)A ni(m2)W ni(m3)N i(kN)M iN iA ni±M iW ni(N/mm2)f t(N/mm2)⎝⎛⎭⎫N iA ni±M iW ni/f t(%)0 -- -- -- -- -- -- --1 35 1002 70 3923 118 10634 142 13145 190 17406 224 20697 259 24238 335 29559 458 341110 533 384411 586 453412 630 506713 680 570414 718 613215 796 665816 845 725717 899 814818 976 954519 1080 1139120 1160 12676钢烟囱局部稳定计算钢烟囱局部稳定验算表(一)截面编号标高(m)t(mm)D i(mm)?N?B A ni(m2)W ni(m3)N i(kN)M i?N(N/mm2)?B(N/mm2)0 -- -- -- -- -- -- -- -- -- --1 1796 35 1002 1796 70 3923 1796 118 10634 3996 142 13145 3996 190 17406 3996 224 20697 3996 259 24238 3996 335 29559 3996 458 341110 3996 533 384411 3996 586 453412 3996 630 5067 13 3996 680 5704 14 3996 718 6132 15 3996 796 6658 16 3996 845 7257 17 3996 899 8148 18 3996 976 9545 19 3996 1080 11391 203996116012676钢烟囱局部稳定验算表(二)截面 编号 标高 (m) f yt (N/mm 2) ?? E t ×105 (N/mm 2) ?et ??crt?N +?B(N/mm 2) ()σN +σB /σcrt(%)0 -- -- -- -- -- -- -- -- -- 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20钢烟囱整体稳定性计算 截面位置 A bi (m 2) W bi(m 3) 计算长 度l 0(m)长细比? 稳定 系数? N Ex (kN) N i (kN) M i ? (N/mm 2) f t(N/mm 2)?/f t(%) 底部48525116012676钢烟囱孔洞应力计算 根据烟囱规范式（）计算σ = ⎣⎡⎦⎤N A 0 + MW 0αk ≤ f t标高(m) ?k A0(m2)W0(m3)N(kN)M?N/(mm2)f tN/(mm2)结果976 9545不通过(洞口补强)(12、考虑瞬时极端最大风速下验算结果标高(m)A ni(m2)W ni(m3)N i(kN)M iN iA ni±M iW ni(N/mm2)f y(N/mm2)⎝⎛⎭⎫N iA ni±M iW ni/f y(%)-- -- -- -- -- -- --29 9659 37698 1020118 1260158 1669187 1984216 2324280 2834381 3272444 3687488 4349525 4860566 5471598 5881664 6385704 6958749 7812814 9150900 10915967 12144烟囱底板厚度计算底板面积：A(m2)底板抵抗矩：W(m3)底板压应力：?cbt(kN/m2)筒壁外侧为三边支撑板自由边长度a(m)两端与自由边相邻的边长度b(m)?M max m)底板厚度t(mm)筒壁内侧为一边支撑板筒壁内侧为一边支撑板C(m)M max m)底板厚度t(mm)底板厚度取较大结果且要大于14mm ，因此取底板厚度t为45mm地脚螺栓直径计算单个地脚螺栓的拉力(kN)所需地脚螺栓净面积(mm2)地脚螺栓计算直径d1(mm)地脚螺栓所需直径d(mm)地脚螺栓所需面积(mm2)最终取地脚螺栓为30-M76筋板厚度计算底板分布反力得到的压力N1(kN)锚栓产生的拉力N2(kN)根据筋板抗拉强度计算的筋板厚度t1(mm)根据筋板抗剪强度计算的筋板厚度t2(mm)构造要求t3(mm)筋板厚度取以上三者的较大值，最终取值为28mm盖板厚度计算盖板类型为环形盖板筋板内侧间距l3'(mm)筋板自由外伸宽度b(mm)盖板上地脚螺栓孔直径d3(mm)计算盖板厚度t g(mm)构造要求：盖板厚度不小于底板厚度，最终取值为38mm筒壁各截面位移结果截面编号标高(m)基本风压作用下位移(mm)瞬时最大风速作用下位移(mm)地震作用下位移(mm)0 1 2 3 4 5 6 7 8 9101112131415161718192015、加强圈间距计算编号标高(m)D r(mm)t r(mm)E t×105(N/mm2)??(N/mm2)f rv co(m/s)加强筋截面H s(m)0 -- -- -- -- -- -- -- --1 1800 102 1800 103 1800 104 4000 105 4000 106 4000 107 4000 108 4000 129 4000 1210 4000 1211 4000 1212 4000 1213 4000 1414 4000 1415 4000 1416 4000 1417 4000 1418 4000 14计算结果：1.塔筒体上部1/3筒高处需设置破风圈，以消除横风向风振;2.标高处管道按直径1800的开洞计算，根据计算结果，洞口处需要补强；3.沿筒高壁厚变化，厚度分别为16mm，14mm，12mm。
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。
钢烟囱计算书最终
向基本风压
wcr10：
wcr10=（1.3Vcr1）2 （10/H）2α
0.998
/1600=
wcr10T12= 查GB0009表7.4.3 ξ=
0.07 2.04
横向风振临界风
速对应的顺风向
各截面风压标准
值计算如下：
截面号
标高 μz μs ξ ν1 θν θB ν=
wk=βz
ψz
βz= μsμ
zwcr10
标高3.4m
1 h（m）
0
22 1.284 0.502 2.04 0.81
1
15 1.14 0.502 2.04 0.81
2
8
1 0.502 2.04 0.81
3
0
1 0.502 2.04 0.81
3.4
1 0.502 2.04 0.81
Bz/B0
ν1θ νθB
Z/H
1+ξ （kN/
ψz
νψ z/μs
m2）
1
1 0.81
1 1 2.29 1.47
1 1 0.81 0.681818 0.56 1.82 1.04
1 1 0.81 0.363636 0.19 1.32 0.66
1
1 0.81
0 0.02 1.03 0.52
1 1 0.81 0.154545 0.04 1.06 0.53
6
cnpt
266209092.xlsD2000
2.5 Mpa
导热系数：
700℃：≤
0.25 W/m.K
1000℃：≤
0.25 W/m.K
使用温度：
80 ℃
线变化率：
1000℃X3h：
30米钢烟囱安装计算书
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。
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μs
θB =b/B
θv
v
1.666
0.66
1.55
0.88
1.415
0.79
1.55
0.88
1.000
0.93
1.55
0.88
表-2 修正后 v （θBθvv）
0.900 1.078 1.269
风振系数 βz 计算
表-3
标高 z（m）
z/H
ϕz
49.65 29.71 9.75
0.83
0.735
0.50
烟囱顶部直径与底部直径之比为 0.58，查《荷载规范》附录 F 中表 F.1.3 得到各段形 心高度处第 1 振型系数 ϕz 见表-3。
根据《荷载规范》式（7.4.3）风振系数
βz
=1+
ξυϕz µz
，计算结果见表-3。
标高（m）
49.65 29.71 9.75
风压高度变化系数μs 和脉动影响系数 v
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《钢结构规范》表 8.3.4，3d0=3x40=120mm＜螺栓间距 s＜16d0=16x40=640mm（d0 螺栓孔径）， 取 s=250mm，则数量 n=12246/250≈49 个，取偶数个 n=48，则 s=12246/48=255mm，满足以
上要求。根据《烟囱设计规范》式（9.3.2-5） Pmax
M=1.3 M 0 +0.2x1.4 M k =1.4x5713.4=8882.3KNm（1.3 为地震作用分项系数，1.4 为风 荷载分项系数，0.2 为风荷载组合值系数） 经过以上计算比较，设计值采用抗震设计时最不利。 （2）计算螺栓数量及直径 螺栓圆周长为 L=3.14x3.9=12.246m，锚栓直径构造要求最小不宜小于 d=36mm，根据
要求：a）地脚螺栓数量及螺栓大小。 b）验算是否设抗剪键。
解答：（1）荷载组合计算设计值 a、非抗震设计时，根据《荷载规范》3.2 节 烟囱底部的剪力和弯矩设计值分别为：V=1.4Vk =1.4x167.7=234.8KN
M=1.4 M k =1.4x5713.4=7998.8KNm（1.4 为风荷载分项系数） b、抗震设计时，根据《抗震设计规范》5.4 节 烟囱底部的剪力和弯矩设计值分别为： V=1.3V0 +0.2x1.4Vk =1.3x146+0.2x1.4x167.7=236.8KN
风荷载作用 面积（m2）
60
2.1
49.65
47
40
2.6
20
3.1
29.71
57
0
3.6
9.75
67
（2）风荷载体形系数
形心处 外径 b （m）
2.36 2.86 3.36
z/H
0.83 0.50 0.16
表-1
b/B
0.66 0.79 0.93
根据《石油化工管式炉钢结构设计规范》 SH/T 3070-2005 附录 B 规定圆型烟囱体型
式（5.5.5-2）V0 = ηcα1GE =0.712x0.127x1610=146KN
1.1 地脚螺栓计算
设计条件：烟囱基础地脚螺栓所在圆直径 d0=3.9m，其它条件采用上例所列。上例计 算的标准值如下：烟囱底部风载工况下：
地震设防烈度 8 度，地震加速度为 0.2g，设计地震分组为第二组，场地类别为Ⅱ类， 烟囱总重为 1610KN，其它条件同上例。 风载工况下 MVk k==5176173..74kkNNm ，地震工况下 MV00==5164062kkNNm
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线:
α1
=
(Tg T1
)γ η2αmax
=
( 0.4 0.78
)0.973 ×1.519 × 0.16 = 0.127
（4）计算烟囱底部地震剪力及弯矩标准值
Ge 近似取烟囱总重力 1610KN，根据《烟囱设计规范》
式（5.5.5-1） M 0 = α1GE H0 =0.127x1610x27.4=5602 KNm
据式（7.6.1-3）ν H =
2000µH w0 = ρ
2000×1.56× 0.7 = 41.8m/s 1.25
式（7.6.1-1）Re=69000vD=69000x41.8x2.6=7.5x106＞3.5x106
式（7.6.1-2）ν cr
Hale Waihona Puke =D Ti St= 2.6 =16.7m/s＜1.2 0.78× 0.2
H0= (2 × 2.1+3.6) × 60 =27.4m 3× (2.1+3.6)
（2）计算烟囱底部剪力修正系数ηc 根据《抗震设计规范》5.1.4 款，查得特征周期 Tg=0.4s。结构基本自振周期 T1=0.78s （计算过程见上例）。由《烟囱设计规范》表 5.5.5，线性插值求得ηc =0.712。
烟囱计算实例
设计条件：某钢烟囱高度为 60 米，上口外径 2.1 米，底部外径 3.6 米，坡度为 1.25%， 如图所示。已知该地区基本风压为 0.7KN/m2，地面粗糙度类别为 B 类（基本风压和地面 粗糙度类别一般在项目气象资料，自然条件中给出。若没有具体资料可以参考《建筑结构 荷载规范》附录 D）。将烟囱沿高度分成三段。 要求：a）计算各段的平均风荷载。
（3）计算地震影响系数 α1 根据《烟囱设计规范》5.5.1 款，钢烟囱阻尼比ζ=0.01，由《抗震设计规范》5.1.5
款：式（5.1.5-1）γ = 0.9 + 0.05 − ζ = 0.9 + 0.05 − 0.01 = 0.973
0.5 + 5ζ
0.5 + 5× 0.01
式（5.1.5-1）η2
=
4M nd0
−
N n
=
4×8882.3 − 1610 = 156.3 KN 48×3.9 48
查《钢结构设计手册》表 10-6 得 d=42mm，对应最大拉力为 156.9KN，又由《石油化工管
式炉钢结构设计规范》9.3.13 款，考虑锚栓的腐蚀裕度 3mm，最终选择锚栓直径为
d=42+3=45mm，螺栓个数为 48 个。
ν H =1.2x41.8=50.2
m/s
根据 7.6.1 条第 2 款规定需考虑横向风振。
2） 地震荷载计算
设计条件：地震设防烈度 8 度，地震加速度为 0.2g，设计地震分组为第二组，场地类
别为Ⅱ类，烟囱总重为 1610KN，其它条件同上例。
要求：烟囱底部的剪力及弯矩标准值。
解答：（1）计算形心高度 H0
对自立式高耸结构在 z 高度处的风振系数βz 可按《荷载规范》式（7.4.2）计算，根
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据 7.4.3 条可求得脉动增大系数ζ。W0T12=0.7x0.782=0.426kN.S2/m2,查表 7.4.3 得脉动增 大系数ζ=2.256。
由 H=60m 和地面粗糙度 B 类从《荷载规范》表 7.4.4-1 查得脉动影响系数 v=0.88。烟 囱顶部直径与底部直径比为 2.1/3.6=0.58，查《荷载规范》表 7.4.4-2 求得修正系数θv =1.55，修正后的脉动影响系数见表-2
b）计算底部截面差生的弯矩和剪力标准值。 c）判别是否考虑脉动风引起的横向风振。
1） 风荷载计算
解答：（1）有关几何参数
第三段形心高度 z=40+20x(2.6+2x2.1)/(2.6+2.1)=49.65m,同理其它两段计算结果见
表-1。其中 B 为底部宽度 3.6 米。
几何参数
标高 z （m）
外径（m） 形心高度 z（m）
计算结果见表-4
标高 z （m） 49.65 29.71 9.75
μz
1.666 1.415 1.000
风荷载标准值计算
βz
μs
W0
1.896
0.7
0.7
1.493
0.7
0.7
1.094
0.7
0.7
（6）底部截面产生的剪力和弯矩标准值
Wk(KN/m2)
1.548 1.035 0.536
A(m2)
47 57 67
0.287
0.16
0.033
（5）计算各段风荷载和集中力
ξ
2.256 2.256 2.256
v
0.900 1.078 1.269
μz
1.666 1.415 1.000
βz
1.896 1.493 1.094
应用《荷载规范》式（7.1.1）Wk = βz µzµsw0 ，各段集中力 Pk =Wk A,A 为各段迎风面积。
表-4
Pk(KN)
72.7 59.0 36.0
Vk =36.0+59.0+72.7=167.7KN
M k =36.0x9.75+59.0x29.71+72.7x49.65=5713.4KNm
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（7）判别是否考虑横向风振 根据《荷载规范》，当结构沿高度截面缩小时（倾斜度不大于 0.02），可近似取 2/3 高 度处的风速和直径，则在 2/3H=2/3x60=40m 处，D=2.6m，式（7.6.1-3）μH =1.56，据 7.6.1 条判断需否考虑横向风振。
（3）水平抗剪验算
根据《钢结构规范》8.4.13 款规定，水平摩擦力 f=μN=0.4x1610=644KN＞V=236.8KN
因此不需设置抗剪键，就可满足要求。
烟囱计算简图
系数μs=0.7。 （3）风压高度变化系数
按照地面粗糙度为 B 类，由《荷载规范》表 7.2.1 可查得不同高度 z 处的风压高度变
化系数见表-2。
（4）风振系数
烟囱的自振周期应按照《石油化工管式炉钢结构设计规范》附录 B 计算，也可以采用