钢烟囱设计.docx

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钢烟囱设计

钢烟囱设计

10钢烟囱

10.1一般规定

10.1.1钢烟囱可分为塔架式、自立式和拉索式。

外筒为钢筒壁的套筒式和多管式钢烟囱，外筒可按本章第10.3节有关自立式钢烟囱的规定进行设计，内筒布置与计算应按本规范第8章有关规定进行设计。

10.1.2钢塔架及拉索计算可按现行国家标准《高耸结构设计规范》GB50135的有关规定进行。

10.1.3当烟气温度较高时，对于无隔热层的钢烟囱应在其底部2m高度范围内，采取隔热措施或设置安全防护栏。

10.1.4钢烟囱选用的材料应符合现行国家标准《钢结构设计规范》GB50017的规定。

10.2塔架式钢烟囱

10.2.1钢塔架可根据排烟筒的数量确定，水平截面可设计成三角形和方形。

10.2.2钢塔架沿高度可采用单坡度或多坡度形式。

塔架底部宽度与高度之比，不宜小于1/8。

10.2.3对于高度较高，底部较宽的钢塔架，宜在底部各边增设拉杆。

10.2.4钢塔架的计算应符合下列规定：

1在风荷载和地震作用下，应根据排烟筒与钢塔架的连接方式，计算排烟筒对塔架的作用力。

2当钢塔架截面为三角形时，在风荷载与地震作用下，应计算三种作用方向[图10.2.4（a）]。

3当钢塔架截面为四边形时，在风荷载与地震作用下，应计算两种作用方向[图10.2.4（b）]。

图10.2.4塔架外力作用方向

4当钢塔架与排烟筒采用整体吊装时应对钢塔架进行吊装验算。

5钢塔架应计算由脉动风引起的风振影响，当钢塔架的基本自振周期小于0.25s时，可不计算风振影响。

6钢塔架杆件的自振频率应与塔架的自振频率相互错开。

7对承受上拔力和横向力的钢塔架基础，除地基应进行强度计算和变形验算外，尚应进行抗拔和抗滑稳定性验算。

10.2.5钢塔架腹杆宜按下列规定确定：

1塔架顶层和底层宜采用刚性K型腹杆。

2塔架中间层宜采用预加拉紧的柔性交叉腹杆。

3塔柱及刚性腹杆宜采用钢管，当为组合截面时宜采用封闭式组合截面。

4交叉柔性腹杆宜采用圆钢。

10.2.6钢塔架平台与排烟筒连接时，可采用滑道式连接（图10.2.6）。

10.2.7钢塔架应沿塔面变坡处或受力情况复杂且构造薄弱处设置横隔，其余可沿塔架高度每隔2个～3个节间设置一道横隔。

塔架应沿高度每隔20m～30m设一道休息平台或检修平台。

10.2.8钢塔架抗震验算时，其构件及连接节点的承载力抗震调整系数可采用表10.2.8数值。

图10.2.6滑道式连接

表10.2.8塔架构件及连接节点承载力抗震调整系数

10.2.9塔架式钢烟囱的水平弯矩，应按排烟筒与塔架变形协调进行计算。

10.2.10排烟筒的构造要求应与自立式钢烟囱相同。

10.3自立式钢烟囱

10.3.1自立式钢烟囱的直径d和对应位置高度h之间的关系应根据强度和变形要求，经过计算后确定，并宜满足下式的要求；当不满足下式要求时，烟囱下部直径宜扩大或采用其他减震等措施：

10.3.2自立式钢烟囱应进行下列计算：

1弯矩和轴向力作用下，钢烟囱强度应按下式进行计算：

式中：

Mi——钢烟囱水平计算截面i的最大弯矩设计值（包括风弯矩和水平地震作用弯矩）（N·mm）；

Ni——与Mi相应轴向压力或轴向拉力设计值（包括结构自重和竖向地震作用）（N）；

Ani——计算截面处的净截面面积（mm2）；

Wni——计算截面处的净截面抵抗矩（mm3）；

ƒt——温度作用下钢材抗拉、抗压强度设计值（N/mm2），按本规范第4.3.6条进行计算。

2弯矩和轴向力作用下，钢烟囱局部稳定性应按下列公式进行验算：

式中：

σcrt——烟囱筒壁局部稳定临界应力（N/mm2）；

ƒy——钢材屈服强度（N/mm2）；

γs——钢材在温度作用下强度设计值折减系数，按本规范第4.3.6条确定；

t——筒壁厚度（mm）；

Et——温度作用下钢材的弹性模量（N/mm2）；

Di——i截面钢烟囱外直径（mm）；

δ——烟囱筒体几何缺陷折减系数，当

≤0.01l时（图10.3.2），取δ＝1.0；当

＝0.02l时，取δ＝0.5；当0.01l＜

＜0.02l时，采用线性插值；不允许出现

＞0.02l的情况。

图10.3.2钢烟囱筒体几何缺陷示意

3在弯矩和轴向力作用下，钢烟囱的整体稳定性应按下列公式进行验算：

式中：

Abi——计算截面处的毛截面面积（mm2）；

Wbi——计算截面处的毛截面抵抗矩（mm3）；

NEx——欧拉临界力（N）；

λ——烟囱长细比，按悬臂构件计算；

——焊接圆筒截面轴心受压构件稳定系数，按本规范附录B采用。

4地脚螺栓最大拉力可按下式计算：

式中：

Pmax——地脚螺栓的最大拉力（kN）；

M——烟囱底部最大弯矩设计值（kN·m）；

N——与弯矩相应的轴向压力设计值（kN）；

d——地脚螺栓所在圆直径（m）；

ｎ——地脚螺栓数量。

5钢烟囱底座基础局部受压应力，可按下式计算：

式中：

σcbt——钢烟囱（包括钢内筒）荷载设计值作用下，在混凝土底座处产生的局部受压应力（N/mm2）；

G——烟囱底部重力荷载设计值（kN）；

At——钢烟囱与混凝土基础的接触面面积（mm2）；

W——钢烟囱与混凝土基础的接触面截面抵抗矩（mm3）；

ω——荷载分布影响系数，可取ω＝0.675；

β1——混凝土局部受压时强度提高系数，按现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB50010的有关规定计算；

ƒct——混凝土在温度作用下的轴心抗压强度设计值。

6烟道入口宜设计成圆形。

矩形孔洞的转角宜设计成圆弧形。

孔洞应力应满足下式要求：

式中：

A0——洞口补强后水平截面面积，应不小于无孔洞的相应圆筒壁水平截面面积（mm2）；

W0——洞口补强后水平截面最小抵抗矩（mm3）；

ƒt——温度作用下的钢材抗压强度设计值（N/mm2）；

N——洞口截面处轴向力设计值（N）；

M——洞口截面处弯矩设计值（N·mm）；

αk——洞口应力集中系数，孔洞圆角半径r与孔洞宽度b之比，r/b＝0.1时，可取αk＝4，r/b≥0.2时，取αk＝3，中间值线性插入。

10.3.3钢烟囱的筒壁最小厚度应满足下列公式要求：

烟囱高度不大于20m时：

烟囱高度大于20m时：

式中：

tmin——筒壁最小厚度（mm）；

C——腐蚀厚度裕度，有隔热层时取C＝2mm，无隔热层时取C＝3mm。

10.3.4隔热层的设置应符合下列规定：

1当烟气温度高于本规范表3.3.1规定的最高受热温度时，应设置隔热层。

2隔热层厚度应由温度计算确定，但最小厚度不宜小于50mm。

对于全辐射炉型的烟囱，隔热层厚度不宜小于75mm。

3隔热层应与烟囱筒壁牢固连接，当采用不定型现场浇注材料时，可采用锚固钉或金属网固定。

烟囱顶部可设置钢板圈保护隔离层边缘。

钢板圈厚度不应小于6mm。

4应沿烟囱高度方向，每隔1m～1.5m设置一个角钢支承环。

5当烟气温度高于560℃时，隔热层的锚固件可采用不锈钢（1Cr18Ni9Ti）制造。

烟气温度低于560℃时，可采用一般碳素钢制造。

10.3.5破风圈的设置应符合下列规定：

1当烟囱的临界风速小于6m/s～7m/s时，应设置破风圈。

当烟囱的临界风速为7m/s～13.4m/s、小于设计风速，且采用改变烟囱高度、直径和增加厚度等措施不经济时，也可设置破风圈。

2设置破风圈范围的烟囱体型系数应按1.2采用。

3需设置破风圈时，应在距烟囱上端不小于烟囱高度1/3的范围内设置。

4破风圈型式可采用螺旋板型或交错排列直立板型，并应符合下列规定：

1）当采用螺旋板型时，其螺旋板厚度不小于6mm，宽度为烟囱外径的1/10。

螺旋板为三道，沿圆周均布，螺旋节距可为烟囱外直径的5倍。

2）当交错排列直立板型时，其直立板厚度不小于6mm，长度不大于1.5m，宽度为烟囱外径的1/10，每圈立板数量为4块，沿烟囱圆周均布，相邻圈立板相互错开45°。

10.3.6烟囱顶部可设置用于涂刷油漆的导轨滑车及滑车钢丝绳。

10.4拉索式钢烟囱

10.4.1当烟囱高度与直径之比大于30（h/d＞30）时，可采用拉索式钢烟囱。

10.4.2当烟囱高度与直径之比小于35时，可设一层拉索。

拉索宜为3根，平面夹角宜为120°，拉索与烟囱轴向夹角不应小于25°。

拉索系结位置距烟囱顶部应小于h/3处。

10.4.3烟囱高度与直径之比大于35时，可设两层拉索；上层拉索系结位置，宜距烟囱顶部小于h/3处；下层拉索系结位置，宜设在上层拉索至烟囱底的1/2高度处。

10.4.4拉索式烟囱在风荷载和地震作用下的内力计算，可按现行国家标准《高耸结构设计规范》GB50135的规定计算，并应计及横风向风振的影响。

10.4.5拉索式钢烟囱筒身的构造措施，应与自立式钢烟囱相同。