某异形烟囱设计

17780
计算过程省略，有些中间计算结果不能完整显示。计
Βιβλιοθήκη Baidu5017
表 3 烟囱专用程序）- T1=2.72s（第一周期）
算结果摘要于表 2。
Case
FX FY FZ
MX
MY
MZ
/kN /kN /kN /(kN m) /(kN m) /(kN m)
383
21670
625
25391
5）从计算结果中，可以看到，风荷载的总弯矩为 24950kN·m，总剪力为 394kN；地震荷载的总弯矩为 27490kN·m，总剪力为 697kN，总重为 17780kN。与
本工程的有限元分析单元为面对象，因此，模型建 好以后，选择“分割面”命令，将所有的面对象分割成最 大 1200mm×1200mm 尺寸，以满足有限元分析精度。
2）完成建模后 首先定义材料和面截面。由于烟气为强腐蚀，按 照规范规定，本工程用到 C40 混凝土和 HRB335 钢 筋。参照规范，将这些材料信息输入程序，完成材料 定义。然后选择“定义面截面”命令来分别定义每截 烟囱的面截面信息。烟囱顶部 32m 范围筒壁壁厚为 200mm，以下每 10m 增加 20mm，底部 10m 筒壁壁 厚为 340mm。 其次定义荷载工况。分别定义 DEAD、BRICK、 WX、WY、T1、T2 工况。其中，DEAD 工况为静载工况 DEAD 类型，自重乘数为 1，由程序自动计算烟囱自 重。BRICK 工况也是静载工况 DEAD 类型，自重乘 数为 0，在后面指定面对象荷载时用来输入浇注料荷 重。WX、WY 为 X、Y 两个方向的风荷载工况 WIND 类 型，并指定中国 2002 规范，输入相关风荷载信息。T1、 T2 分别为竖向和壁厚方向的温度荷载。 在反应谱函数定义中，选择中国规范 2002，输入 相应的地震荷载参数（8 度 0.2g、特征周期 0.35、阻尼 比 0.05）（见图 2）。 定义好以上荷载工况后，定义分析工况。分析工 况中，将 DEAD 工况和 BRICK 工况合并为一个分析 工况 D-B，增加一个 MODAL 模态分析工况。地震分 析工况根据反应谱分别定义 X、Y、Z 三个方向（QX、 QY、QZ）。风荷载和温度分析工况则按照荷载工况定 义。
4.0
0.0
-21935.6
0.0 图 3 应力分布图 量或矩阵，出来的计算结果也是对应
W
-23.9 -336.4
5.4
19528.7
-2541.5
0.9
BRICK
0.0
0.0 5309.2
0.0
380.1
0.0 的向量或矩阵。
No 5 -967.6
0.0 20294.9
0.0
-38449.0
0.0
应力较大。这与普通烟囱是不一样的，在设计时，需
ψz：= (0.02 0.06 0.14 0.23 0.34 0.46 0.59 0.79
要对这些部位做加强处理。
0.86 1.00 1.00)
反映在施工图中，洞口以及顶部均设计了加强
υ：=0.9
环梁，而烟囱竖向配筋也按照应力分布情况，对 70m
μs：=0.6
17759
Ma
13839
Sap 2000 计算结果基本一致。内衬重量为 5017kN，与
No 5 52916-13839 Ma
52916 =39907
Sap 2000
Sap 2000 计算结果中的 BRICK 工况接近。
（其中 No.5 为基本组合中的第 5 种组合）
w0：=0.45
图 3 显示的是 No.5 组合下的应力分布情况，颜
0.0
建筑与结构设计
Architectural and Structural Design
标高附近做了加强。 2.2 MathCAD 计算过程
1)MathCAD 可以用来执行、证明 和共享所有的计算和设计工作。可以 非常直观地使用数学公式实时计算， 功能十分强大，使用非常方便。
2)Excel 计算表能够完成同样的 事情，但缺点是公式非常的不直观， 因此很容易出错，而 MathCAD 没有 这个问题，直接写出计算公式，并设 定好公式中的参数后，即自动计算出 结果，并且与真实的计算书完全一 致。既直观且不容易出错，而且同样 的计算书可以用于不同的工程计算。
【文献标志码】A
范围内，对称开设 2 个 4.0mx5.0m 的洞口。左侧为 AutoCAD 中建立的烟囱外轮廓线和中轴线，以及烟 囱外轮廓坡度值和筒壁壁厚。
坡度 壁厚
Design of an Alien Chimney
ZHANG Shun-yu, ZHANG Tong-yi ,FENG Zhi-mao
2 设计计算
本烟囱采用 Sap 2000 软件进行计算分析，并采 用烟囱规范组编制的计算程序进行复核计算。同时， 还使用了 MathCAD 进行手算复核。
Sap 2000 为通用结构分析与设计软件。 烟囱规范组编制的计算程序为烟囱的专用计算 程序（以下简称烟囱专用程序），通过输入数据表来 计算烟囱的主要设计内容。 MathCAD 为标准的数学及工程计算软件，可快 速直观地完成实时公式计算。对于手 算 来 说 ，比
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建筑与结构设计
Architectural and Structural Design
ξ：=0.05
T1：=2.15
x：= 30
(1)
3) 以下是 MathCAD 计算过程。 其中“:=”后面是赋值，“=”后面是程序
Q
625.1
0.0 111.2
0.0
25312.4
0.0
Q
0.0
649.6
0.0
25619.7
0.0
687.3
自动计算的结果。赋值可以直接是向
Q
111.3
0.0 1674.0
0.0
1432.3
0.0
W
-354.9
0.0
ÁÂÃÄÅÂÃÁÂÃ 附加弯距；
其中，附加弯矩值在烟囱规范中有明确计算方
法，在 Sap 2000 中不方便计算，因此，Sap 2000 的组
合定义中，暂时不考虑附加弯矩。在与烟囱专用程序
计算结果的对比中，此附加弯矩作为组合的一部分，
须单独考虑。
完成以上定义后，将其指定到相应的面对象上，
在此不再赘述。
μz：= (1 1.25 1.42 1.56 1.67 1.77 1.86 1.95 2.02
色越深，应力越大。从该应力分布可以看出，烟囱的
2.09 2.16)
最小截面处（70m 标高）以及底部开洞处、下部、顶部
d：=(8.7 7.7 6.7 5.8 5.1 4.6 4.3 4.3 4.6 5.1 5.8)
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建筑与结构设计
Architectural and Structural Design
Excel 计算表更加易于使用，更加直观，不易出错。 以下分别介绍相应的计算过程。 2. 1 Sap2000 计算过程
1)Sap 2000 的分析功能十分强大，建模功能也是 很方便。本工程先在 AutoCAD 中绘制出烟囱的外轮 廓线以及中心轴，然后导入到 Sap 2000 中，选择 " 拉 伸线成面 " 命令，方便地完成烟囱模型的建立。比较 麻烦的是顶部斜切面的建模，通过 Ansys 软件做好 斜切面后，将数据导入 Sap 2000，即可完成整个烟囱 的建模。
1 项目简介
某供热厂的烟囱总高度为 112m，为上口放大的 形状，并且上口有一斜向切面。该烟囱工艺设计要求 最小内径为 3.2m，经与工艺协商，确定烟囱外轮廓尺 寸，如图 1 所示。
图 1 中，右侧为 Sap2000 计算模型。下部 10m
图 1 烟囱模型
烟囱内的烟气为强腐蚀性，因此烟囱内衬采用 浇注料，下部 20m 为 250mm 厚，上部为 150mm 厚。 浇注料的容重为 16kN/m3。
普通烟囱的形状有显著区别，受力也有显著不同。本烟囱采用
Sap 2000 软件进行计算分析，并采用烟囱规范组编制的计算
程序进行复核计算。同时，还使用了 MathCAD 进行手算复核。
通过 3 种计算方式，对计算结果做出合理的评估，以指导施工
图设计。
【关键词】烟囱；反应谱；风荷载；地震荷载；组合
【中图分类号】TU279.7+42
3）查看分析结果
本文仅表达标准组合下的基底反力，且仅限于
用于比较分析的几种典型工况和组合。
详见表 1。
4）查看应力分布图
表 1（sap2000）- T1= 2.15s（第一周期）
Case
F
F
/kN
/kN
F
M
M
M
/kN / kN m / kN m / kN m
D-B
0.0
0.0 17729.5
0.0
1096.0
【文章编号】1007-9467（2010）02-0041-05
建筑与结构设计
Architectural and Structural Design
某异形烟囱设计
■张顺宇，张同亿，冯芝茂（中国中元国际工程公司，北京 100089）
【摘 要】某供热厂的烟囱总高度为 112m，为上口放大的形状，
并且上口有一斜向切面。烟囱的最小截面位于 70m 标高处，与
(China Ippr International Engineering Corporation，Beijing 100089，China)
【Abstract】A chimney in a heating plant is total 112 m high. It has a blown-up diameter of stack opening with a diagonal plane. The minimum section of the chimney is located at 70 m elevation. Its shape is significant difference than the ordinary chimney, and its internal force is also. Sap 2000was used to analysis the chimney. The specific program (Designed by the organizer of the Code for Design of Chimneys) and MathCAD was also used to check the result. By the three kinds of calculations, a reasonable assessment results has been made to guide the construction design. 【Keywords】chimney; response spectrum; wind load; quake load; combination
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图 2 反应谱定义
再次定义支座属性和质量源。支座属性选择“固 端”。质量源定义选择“来自对象、附加质量以及荷 载”，并在荷载栏中，选择 BRICK 工况，以便程序准 确识别地震参与质量。
最后定义荷载组合。 筒身极限承载能力状态，按下列 7 种基本组合： （1）1.0 恒 +1.4 风 + 附加弯距； （2）1.2 恒 +1.4 风 + 附加弯距； （3）1.35 恒 +1.4 风 + 附加弯距； （4）1.0 恒 -0.5 竖向地震 +0.28 风 +1.3 水平地震 + 地震附加弯距； （5）1.2 恒 +0.5 竖向地震 +0.28 风 +1.3 水平地 震 + 地震附加弯距； （6）1.0 恒 -1.3 竖向地震 +0.28 风 +0.5 水平地震 + 地震附加弯距； （7）1.2 恒 +1.3 竖向地震 +0.28 风 +0.5 水平地 震 + 地震附加弯距。 地基承载能力计算采用以下 5 种标准组合： （1）恒 + 风 + 风荷载附加弯距标准值； （2）恒 +0.2 风 + 水平地震 -0.4 竖向地震 + 地震 附加弯距； （3）恒 +0.2 风 + 水平地震 +0.4 竖向地震 + 地震 附加弯距； （4）恒 +0.2 风 +0.4 水平地震 - 竖向地震 + 地震 附加弯距； （5）恒 +0.2 风 +0.4 水平地震 + 竖向地震 + 地震
表 2 MathCAD 计算结果
4）计算说明如下：
Case FX FY FZ
MX
MY
/kN /kN /kN /(kN m) /(kN m)
MZ /(kN m)
烟囱总共分为 11 节，每 10m 为一节，因此图中 无论是赋值还是计算结果均存在数组，每个数组有
394 697
24950 27490
11 个数值，分别对应烟囱的每一节。限于篇幅，有些