烟囱设计要求(烟囱设计参数算法)

Posted 2023-06-02

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烟囱设计要求(烟囱设计参数算法)

15米烟囱计算书

烟囱形式：直径500毫米，高15米，基础顶至4.5米标高采用φ1800x4.5的洗涤塔作为烟囱基础，上段采用φ0.5PP管，计算时将烟囱按标高分为4.5-7米，7-11米，11-15米共3段，经查《建筑结构荷载规范》附件E5.1，厦门50年一遇基本风压为0.8 KN/㎡。

一、有关几和参数：

见下表：

几何参数、风压高度变化系数

标高 (米)	外径B (米)	形心高度 z (米)	风荷载作用面积 (米2)	形心处的外径 (米)	z/H	高度变化系数
15	0.5	13	2	0.5	0.866	1.13
11	0.5	9	2	0.5	0.6	1
7	0.5	5.75	1.25	0.5	0.383	1
4.5	1.8	1.5	8.1	1.8	0.33	1

二、风荷载体型系数：

总高度为15米，平均直径为近似可按0.5米，μzω0d2=μz*0.6*0.52=0.13μz，

地面粗糙度类别为B类，所以μz≥1.0，得μzω0d2>0.015，H/d=15/0.5=30≥25，又因此烟囱表面“光滑”，所以可得μs=0.6

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8.2.1,得各高度处的风压高度变化系数μz见下表。

四、风振系数

根据《建筑结构荷载规范》8.4.3 条，知本烟囱可只考虑第一振型的影响，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=0.013x15=0.195s＜0.25s，故只考虑顺风向风振影响，顺风向风振系数可按

计算,式中：

g——峰值因子，可取2.5；

I——10m高度名义湍流强度，对应B类地面粗糙度，可取0.14；

R——脉动风荷载的共振分量因子；

Bz——脉动风荷载的背景分量因子。

其中R的计算公式为：

，

——结构第1阶自振频率(Hz)；

——地面粗糙度修正系数，对B类类地面粗糙度分别取1.0；

——结构阻尼比，对于高度不大于50米的烟囱，可取0.05；

经计算 R=0.33

其中Bz的计算公式为：

ϕ(z)——结构第1阶振型系数；

H——结构总高度(m)，对B类地面粗糙度，H的取值分别不应大于350m；

ρx——脉动风荷载水平方向相关系数；

ρz——脉动风荷载竖直方向相关系数；

k、a1——系数，按下表取值，k为0.910、a1为0.218；

根据《建筑结构荷载规范》8.4.6 条

式中：

B——结构迎风面宽度(m)，B⩽2H。

对迎风面宽度较小的高耸结构，水平方向相关系数可取。

经计算

。

ϕ(z) 结构第1阶振型系数的取值按下表：

则：

标高z（米）	z/H	φz	R	μz	Bz	βz
13	0.866	0.82	0.33	1.13	1.03	1.65
9	0.6	0.46	0.33	1	0.66	1.41
5.7	0.383	0.23	0.33	1	0.55	1.34
1.5	0.33	0.15	0.33	1	0.36	1.18

五、各段风荷载的集中力

应用《建筑结构荷载规范》中式8.1.1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

标高 z (米)	风荷载作用面积	μs	ω0	μz	βz	ωk(kN/米2)	集中力Pk(kN)
13	2	0.6	0.8	1.07	1.65	0.60.81.07*1.65=0.84	2*0.84=1.68
9	2	0.6	0.8	1.00	1.41	0.60.81.0*1.41=0.68	2*0.68=1.38
5.7	1.25	0.6	0.8	1.00	1.34	0.60.81.0*1.34=0.64	1.25*0.64=0.8
1.5	8.1	0.6	0.8	1.00	1.18	0.60.81.0*1.18=0.57	8.1*0.57=4.61

六、烟囱与地面产生的弯矩和剪力

Vk=1.68+1.38+0.8+4.61=8.4 kN

Wk=1.68*13+1.38*9+0.8*5.7+4.61*1.5=45.74 kN.米

七、烟囱强度验算

本烟囱为PP材质，根据PP板材检测报告，其弯曲强度为32Mpa，烟囱壁厚5mm，烟囱直接焊接在洗涤塔上，烟囱与洗涤塔结合处强度为：

=79.38KN＞Wk

满足要求，烟囱不会在焊接处断裂。

烟囱直接焊接在洗涤塔上，洗涤塔自重Ｇk =85KN,最大静摩擦力为85KN×0.6=51KN，远远大于Vk 8.4KN，所以可以把洗涤塔看作基础。

八.风绳计算,

烟囱分别在7米、9米、13米位置分别采用支架及钢索线固定，钢索线直径10mm，钢索线强度查机械设计手册得知，最小破裂拉力为48KN。

各个位置的安装及受力情况，详见图纸，则各个固定点对烟囱根部产生的力矩，如下表：

固定高度	固定方式	最小拉力	与该位置集中力对比
13	ф10mm钢索线	20.2KN	＞1.68KN
9	ф10mm钢索线	36.6KN	＞1.38KN
7	80mm角铁支架	15KN	＞0.8KN

满足要求，钢索线无断裂风险。

九、烟囱稳定性验算：

烟囱倾覆力矩为为米=1.4*45.74=64.03kN.米

假设烟囱无钢索线及支架固定，烟囱抗倾覆力矩为Ｇk *d/2=85*1.8/2=76.5 kN.米>64.03KN.米，满足要求。