烟囱基础设计.docx

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烟囱基础设计

烟囱基础设计

12烟囱基础

12.1一般规定

12.1.1烟囱地基基础的计算，除应符合本规范的规定外，尚应符合国家现行标准《建筑地基基础设计规范》GB50007和《建筑桩基技术规范》JGJ94的有关规定。

在抗震设防地区还应符合现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB50011的规定。

12.1.2基础截面极限承载能力计算和正常使用极限状态验算，应按现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB50010的有关规定进行。

12.1.3对于有烟气通过的基础，材料强度应计算温度作用的影响。

12.3刚性基础计算

12.3.1刚性基础的外形尺寸（图12.3.1），应按下列公式确定：

图12.3.1刚性基础（mm）

1当为环形基础时：

2当为圆形基础时：

式中：

b1、b2——基础台阶悬挑尺寸（m）；

h——基础高度（m）；

tanα——基础台阶宽高比，按现行国家标准《建筑地基基础设计规范》GB50007的规定采用；

D——基础顶面筒壁内直径（m）。

12.4板式基础计算

12.4.1板式基础外形尺寸（图12.4.1）的确定，宜符合下列规定：

图12.4.1基础尺寸与底面压力计算

1当为环形基础时，宜按下列公式计算：

2当为圆形基础时，宜按下列公式计算：

式中：

β——基础底板平面外形系数，根据r1与rz的比值，由图12.4.11-2查得，或按

进行计算；

rz——环壁底面中心处半径。

其余符号见图12.4.1。

12.4.2计算基础底板的内力时，基础底板的压力可按均布荷载采用，并应取外悬挑中点处的最大压力（图12.4.1），其值应按下式计算：

式中：

Mz——作用于基础底面的总弯矩设计值（kN·m）；

N——作用于基础顶面的垂直荷载设计值（kN）（不含基础自重及土重）；

A——基础底面面积（m2）；

I——基础底面惯性矩（m4）。

12.4.3在环壁与底板交接处的冲切强度可按下列公式计算（图12.4.3）：

图12.4.3底板冲切强度计算

1－验算环壁内边缘冲切强度时破坏锥体的斜截面；

2－验算环壁外边缘冲切强度时破坏锥体的斜截面；

3－冲切破坏锥体的底截面

式中：

F1——冲切破坏体以外的荷载设计值（kN），按本规范第12.4.4条计算；

ƒtt——混凝土在温度作用下的抗拉强度设计值（kN/m2）；

bb——冲切破坏锥体斜截面的下边圆周长（m）；

bt——冲切破坏锥体斜截面的上边圆周长（m）；

h0——基础底板计算截面处的有效厚度（m）；

βh——受冲切承载力截面高度影响系数，当h不大于800mm时，βh取1.0；当h大于或等于2000mm时，βh取0.9，其间按线性内插法采用。

12.4.4冲切破坏锥体以外的荷载Fl，可按下列公式计算：

1计算环壁外边缘时：

2计算环壁内边缘时：

1）环形基础：

2）圆形基础：

12.4.5环形基础底板下部和底板内悬挑上部均采用径、环向配筋时，确定底板配筋用的弯矩设计值可按下列公式计算：

1底板下部半径r2处单位弧长的径向弯矩设计值：

2底板下部单位宽度的环向弯矩设计值：

3底板内悬挑上部单位宽度的环向弯矩设计值：

12.4.6圆形基础底板下部采用径、环向配筋，环壁以内底板上部为等面积方格网配筋时，确定底板配筋用的弯矩设计值，可按下列规定计算：

1当r1/rz≤1.8时，底板下部径向弯矩和环向弯矩设计值，分别应按本规范公式（12.4.5-1）和公式（12.4.5-2）进行计算。

2当r1/rz＞1.8时，基础外形不合理，不宜采用。

采用时，其底板下部的径向和环向弯矩设计值，应分别按下列公式计算：

3环壁以内底板上部两个正交方向单位宽度的弯矩设计值，应按下式计算：

12.4.7圆形基础底板下部和环壁以内底板上部均采用等面积方格网配筋时，确定底板配筋用的弯矩设计值，可按下列公式计算：

1底板下部在两个正交方向单位宽度的弯矩：

2环壁以内底板上部在两个正交方向单位宽度的弯矩：

12.4.8当按本规范公式（12.4.5-3）、公式（12.4.6-3）或公式（12.4.7-2）计算所得的弯矩MθT或MT不大于0时，环壁以内底板上部不宜配置钢筋。

但当

，或基础有烟气通过且烟气温度较高时，应按构造配筋。

12.4.9环形和圆形基础底板外悬挑上部可不配置钢筋，但当地基反力最小边扣除基础自重和土重、基础底面出现负值

时，底板外悬挑上部应配置钢筋。

其用于配筋的弯矩值可近似按承受均布荷载q的悬臂构件进行计算，且均布荷载q可按下式计算：

12.4.10底板下部配筋，应取半径r2处的底板有效高度h0，并应按等厚度进行计算。

当采用径、环向配筋时，其径向钢筋可按r2处满足计算要求呈辐射状配置；环向钢筋可按等直径等间距配置。

12.4.11圆形基础底板下部不需配筋范围半径rd（图12.4.11-1），应按下列公式计算：

1径、环向配筋时：

2等面积方格网配置时：

式中：

β0——底板下部钢筋理论切断系数，按r1/rz由图12.4.11-2查得；

图12.4.11-1不需配筋范围rd

图12.4.11-2β与β0系数

d——受力钢筋直径（mm）。

12.4.12当有烟气通过基础时，基础底板与环壁，可按下列规定计算受热温度：

1基础环壁的受热温度，应按本规范公式（5.6.4）进行计算。

计算时环壁外侧的计算土层厚度（图12.4.12）可按下式计算：

式中：

H1——计算土层厚度（m）；

H、D——分别为由内衬内表面计算的基础环壁埋深（m）和直径（m），见图12.4.12所示。

图12.4.12计算土层厚度示意

2基础底板的受热温度，可采用地温代替本规范公式（5.6.4）中的空气温度Ta，应按第一类温度边界问题进行计算。

计算时基础底板下的计算土层厚度（图12.4.12）和地温可按下列规定采用：

1）计算底板最高受热温度时H2＝0.3m，地温取15℃。

2）计算底板温度差时H2＝0.2m，地温取10℃。

3计算出的基础环壁及底板的最高受热温度，应小于或等于混凝土的最高受热温度允许值。

12.4.13计算基础底板配筋时，应根据最高受热温度，采用本规范第4.2节和第4.3节规定的混凝土和钢筋在温度作用下的强度设计值。

12.4.14在计算基础环壁和底板配筋，且未计算温度作用产生的应力时，配筋宜增加15%。

2.5壳体基础计算

12.5.1壳体基础的外形尺寸（图12.5.1）应按下列规定确定：

1倒锥壳（下壳）的控制尺寸r2应按下列公式确定：

图12.5.1正倒锥组合壳基础

1－上环梁；2－正锥壳；3－倒锥壳

式中：

Gk——基础自重标准值和至埋深z2处的土重标准值之和（kN）；

pkmax、pkmin——分别为下壳经向长度内，沿环向（r2处）单位长度范围内，在水平投影面上的最大和最小地基反力标准值（kN/m）。

2下壳经向水平投影宽度l可按下列公式确定：

式中：

pk——在荷载标准值作用下，下壳经向水平投影宽度l和沿半径为r2的环向单位弧长范围内产生的总地基反力标准值（kN/m）；

θ0——地基塑性区对应的方位角，可根据e/r2查表12.5.1，e＝Mk/（Nk＋Gk）。

表12.5.1θ0与e/r2的对应值

3下壳内、外半径r3、r1可按下列公式确定：

4下壳与上壳（正锥壳）相交边缘处的下壳有效厚度h可按下列公式确定：

式中：

Qc——下壳最大剪力（N），计算时不计下壳自重；

ƒt——混凝土的抗拉强度设计值（N/mm2）；

p1——在荷载设计值作用下，下壳经向水平投影宽度l和沿半径为r2的环向单位弧长范围内产生的总地基反力设计值（kN/m），按本规范公式（12.5.1-5）计算，其中Gk、Nk采用设计值。

12.5.2正倒锥组合壳体基础的计算可按下列原则进行：

1正锥壳（上壳）可按无矩理论计算。

2倒锥壳（下壳）可按极限平衡理论计算。

12.5.3正锥壳的经、环向薄膜内力，可按下列公式计算：

式中：

N1、M1——分别为壳上边缘处总的垂直力（kN）和弯矩设计值（kN·m）；

Na、Nθ——分别为壳体计算截面处单位长度的经向、环向薄膜力（kN）；

H1——作用于壳上边缘的水平剪力设计值（kN）；

ra、r——分别为壳体上边缘及计算截面的水平半径（m）（图12.5.1）；

α——壳面与水平面的夹角（°）（图12.5.1）。

12.5.4倒锥壳的计算，可按下列步骤进行：

1倒锥壳水平投影面上的最大土反力qymax可按下列公式计算（图12.5.4-1）：

图12.5.4-1倒锥壳土反力

式中：

qymax——倒锥壳水平投影面上的最大土反力（kN/mm2）；

φ0——土的计算内摩擦角（°）；

φ——土的实际内摩擦角（°）；

c0——土的计算黏聚力；

c——土的实际黏聚力；

γ0——土的重力密度（kN/mm3）；

H0——作用在bc面上总的被动土压力（kN）；

Q0——作用在bc面上总的剪切力（kN）。

2壳体特征系数Cs，当Cs＜2时应为短壳，Cs≥2时应为长壳。

Cs可按下式计算：

式中：

h——为倒锥壳与正锥壳相交处倒锥壳的厚度（m）。

3倒锥壳内力（图12.5.4-2）可按下列公式计算：

图12.5.4-2几何尺寸

1）当为短壳时：

环向拉力Nθ：

2）当为长壳时（图12.5.4-3）：

图12.5.4-3长壳环向压、拉力分布

a、b－分别为下壳外部和内部环向拉、压合力作用点间的距离

环向拉力Nθ1：

12.5.5组合壳上环梁的内力可按下列公式计算（图12.5.5）：

式中：

NθM——环梁的环向力（kN）（以受拉为正）；

Ma——环梁单位长度上的扭矩（kN·m）（围绕环梁截面重心以顺时针方向转动为正）；

Mθ——环梁的环向弯矩（kN·m）（以下表面受拉为正）；

Naai，Nabi——分别为第i个（i＝1代表烟囱筒壁；i＝3代表基础的正锥壳）壳体小径边缘和大径边缘处单位长度上的薄膜经向力（kN）（以受拉为正）；

re——环梁截面重心处的半径（m）；

ei——分别为壳体（i＝1，3）的薄膜经向力至环梁截面重心的距离（m）（图12.5.5）。

图12.5.5上环梁受力

12.5.6组合壳体基础底部构件的冲切强度，可按本规范第12.4.2条～第12.4.4条的有关规定计算。

冲切破坏锥体斜截面的下边圆周长Sx和冲切破坏锥体以外的荷载Qc（图12.5.6），应按下列公式计算：

图12.5.6正倒锥组合壳

1验算外边缘时：

2验算内边缘时：

式中：

h0——计算截面的有效高度（m）。

12.6桩基础

12.6.1当地基存在下列情况之一时，宜采用桩基础：

1震陷性、湿陷性、膨胀性、冻胀性或侵蚀性等不良土层时。

2上覆土层为强度低、压缩性高的软弱土层，不能满足强度和变形要求时。

3在抗震设防地区地基持力层范围内有可液化土层时。

12.6.2烟囱桩基础可采用预制钢筋混凝土桩、混凝土灌注桩和钢桩。

桩型、桩横断面尺寸及桩端持力层的选择应综合计入地质情况、施工条件、施工工艺、建筑场地环境等因素，并应充分利用各桩型特点以满足安全、经济及工期等方面的要求，可按现行行业标准《建筑桩基技术规范》JGJ94的规定进行设计。

12.6.3烟囱桩基础的承台平面可为圆形或环形，桩的平面布置应以承台平面中心点，呈放射状布置。

桩的分布半径，应根据烟囱筒身荷载的作用点的位置，在荷载作用点（基础环壁中心）两侧布置，并应内疏外密，应以加大群桩的平面抵抗矩，不宜采用单圈布置。

桩间距应符合现行行业标准《建筑桩基技术规范》JGJ94的要求。

12.6.4烟囱桩基竖向承载力计算应按现行行业标准《建筑桩基技术规范》JGJ94的规定进行。

偏心荷载作用时，以承台中心对称布置的桩可按下列公式计算：

式中：

Nik——相应于荷载效应标准组合时，第i根桩的竖向力（kN）；

Fk——相应于荷载效应标准组合时作用于桩基承台顶面的竖向力（kN）；

Gk——桩基承台自重及承台上土自重标准值；

Mk——相应于荷载效应标准组合时作用承台底面的弯矩值（kN·m）；

Ra——单桩竖向承载力特征值（kN）；

ri——第i根桩所在圆的半径（m）；

n——桩基中的桩数。

12.6.5烟囱桩基的桩顶作用效应计算、桩基沉降计算及桩基的变形允许值、桩基水平承载力与位移计算、桩身承载力与抗裂计算、桩承台计算等，均应符合现行行业标准《建筑桩基技术规范》JGJ94的规定。

12.6.6烟囱桩基承台的内力分析，应按基本组合考虑荷载效应，对于低桩承台（在承台不脱空条件下）可不计入承台及上覆填土的自重，可采用净荷载计算桩顶反力；对于高桩承台应取全部荷载。

对于桩出现拉力的承台，其上表面应配置受拉钢筋。

12.6.7桩基础防腐蚀应符合现行国家标准《工业建筑防腐蚀设计规范》GB50046的有关规定。

12.7基础构造

12.7.1烟囱与烟道沉降缝设置，应符合下列规定：

1当为地面烟道或地下烟道时，沉降缝应设在基础的边缘处。

2当为架空烟道时，沉降缝可设在筒壁边缘处。

3当为壳基础时，宜采用地面烟道或架空烟道。

12.7.2基础的底面应设混凝土垫层，厚度宜采用100mm。

12.7.3设置地下烟道时，基础宜设贮灰槽，槽底面应低于烟道底面250mm～500mm。

12.7.4设置地下烟道的基础，当烟气温度较高，采用普通混凝土不能满足本规范第3.3.1条规定时，宜将烟气入口提高至基础顶面以上。

12.7.5烟囱周围的地面应设护坡，坡度不应小于2%。

护坡的最低处，应高出周围地面100mm。

护坡宽度不应小于1.5m。

12.7.6板式基础的环壁宜设计成内表面垂直、外表面倾斜的形式，上部厚度应比筒壁、隔热层和内衬的总厚度增加50mm～100mm。

环壁高出地面不宜小于400mm。

12.7.7板式基础底板下部径向和环向（或纵向和横向）钢筋的最小配筋率不宜小于0.15%，配筋最小直径和最大间距应符合表12.7.7的规定。

当底板厚度大于2000mm时，宜在板厚中间部位设置温度应力钢筋。

表12.7.7板式基础配筋最小直径及最大间距（mm）

12.7.8板式基础底板上部按构造配筋时，其钢筋最小直径与最大间距，应符合表12.7.8的规定。

表12.7.8板式基础底板上部的构造配筋（mm）

12.7.9基础环壁设有孔洞时，应符合本规范第7.5.3条的有关规定。

洞口下部距基础底部距离较小时，该处的环壁应增加补强钢筋。

必要时可按两端固接的曲梁进行计算。

12.7.10壳体基础可按图12.7.10及表12.7.10所示外形尺寸进行设计。

壳体厚度不应小于300mm。

壳体基础与筒壁相接处，应设置环梁。

图12.7.10壳体基础外形

表12.7.10壳体基础外形尺寸

12.7.11壳体上不宜设孔洞，如需设置孔洞时，孔洞边缘距壳体上下边距离不宜小于1m，孔洞周围应按本规范第7.5.3条规定配置补强钢筋。

12.7.12壳体基础应配双层钢筋，其直径不应小于12mm，间距不应大于200mm。

受力钢筋接头应采用焊接。

当钢筋直径小于14mm时，亦可采用搭接，搭接长度不应小于40d，接头位置应相互错开，壳体最小配筋率（径向和环向）均不应小于0.4%。

上壳上下边缘附近构造环向钢筋应适当加强。

12.7.13壳体基础钢筋保护层不应小于40mm。

12.7.14壳体基础不宜留施工缝，如必须设置时，应对施工缝采取处理措施。

12.7.15桩基承台构造应符合以下规定：

1承台外形尺寸宜满足板式基础合理外形尺寸（12.4.1）的要求；底板厚度不应小于300mm；承台周边距桩中心距离不应小于桩直径或桩断面边长，且边桩外缘至承台外缘的距离不应小于150mm。

2承台钢筋保护层厚度不应小于40mm，当无混凝土垫层时，不应小于70mm。

承台混凝土强度等级不应低于C25。

3承台配筋应按计算确定，底板下部钢筋最小配筋率不宜小于0.15%（径向和环向），且环壁及底板上、下部配筋最小直径和最大间距应符合表12.7.7和表12.7.8的规定；当底板厚度大于2000mm时，宜在板厚中间部位设置温度应力钢筋。

4承台其他构造要求应与本节的要求相同，并应符合现行行业标准《建筑桩基技术规范》JGJ94的规定。