烟囱设计荷载与作用.docx
- 文档编号:26141800
- 上传时间:2023-06-17
- 格式:DOCX
- 页数:15
- 大小:315.37KB
烟囱设计荷载与作用.docx
《烟囱设计荷载与作用.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《烟囱设计荷载与作用.docx(15页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
烟囱设计荷载与作用
烟囱设计荷载与作用
5荷载与作用
5.1荷载与作用的分类
5.1.1烟囱的荷载与作用可按下列规定分类:
1结构自重、土压力、拉线的拉力应为永久作用。
2风荷载、烟气温度作用、大气温度作用、安装检修荷载、平台活荷载、裹冰荷载、地震作用、烟气压力及地基沉陷等应为可变作用。
3拉线断线应为偶然作用。
5.1.2烟气产生的烟气温度作用和烟气压力作用应按正常运行工况和非正常运行工况确定。
因脱硫装置或余热锅炉设备故障等原因所引起的事故状态,应按非正常运行工况确定,并应按短暂设计状况进行设计。
5.1.3本规范未规定的荷载与作用,均应按现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB50009和《建筑抗震设计规范》GB50011的规定采用。
5.2风荷载
5.2.1基本风压应按现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB50009规定的50年一遇的风压采用,但基本风压不得小于0.35kN/m2。
烟囱安全等级为一级时,其计算风压应按基本风压的1.1倍确定。
5.2.2计算塔架式钢烟囱风荷载时,可不计入塔架与排烟筒的相互影响,可分别计算塔架和排烟筒的基本风荷载。
5.2.3塔架式钢烟囱的排烟筒为两个及以上时,排烟筒的风荷载体型系数,应由风洞试验确定。
5.2.4对于圆形钢筋混凝土烟囱和自立式钢结构烟囱,当其坡度小于或等于2%时,应根据雷诺数的不同情况进行横风向风振验算;并应符合下列规定:
1用于横风向风振验算的雷诺数Re、临界风速和烟囱顶部风速,应分别按下列公式计算:
式中:
vcr,j——第j振型临界风速(m/s);
vH——烟囱顶部H处风速(m/s);
v——计算高度处风速(m/s),计算烟囱筒身风振时,可取v=vcr,j;
d——圆形杆件外径(m),计算烟囱筒身时,可取烟囱2/3高度处外径;
St——斯脱罗哈数,圆形截面结构或杆件的取值范围为0.2~0.3,对于非圆形截面杆件可取0.15;
Tj——结构或杆件的第j振型自振周期(s);
μH——烟囱顶部H处风压高度变化系数;
ω0——基本风压(kN/m2)。
2当Re<3×105,且vH>vcr,j时,自立式钢烟囱和钢筋混凝土烟囱可不计算亚临界横风向共振荷载,但对于塔架式钢烟囱的塔架杆件,在构造上应采取防振措施或控制杆件的临界风速不小于15m/s。
3当Re≥3.5×106,且1.2vH>vcr,j时,应验算其共振响应。
横风向共振响应可采用下列公式进行简化计算:
式中:
ζj——第j振型结构阻尼比,对于第一振型,混凝土烟囱取0.05;无内衬钢烟囱取0.01、有内衬钢烟囱取0.02;玻璃钢烟囱取0.035;对于高振型的阻尼比,无实测资料时,可按第一振型选用;
ωczj——横风向共振响应等效风荷载(kN/m2);
H——烟囱高度(m);
H1——横风向共振荷载范围起点高度(m);
H2——横风向共振荷载范围终点高度(m);
α——地面粗糙度系数,按现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB50009的规定取值,对于钢烟囱可根据实际情况取不利数值;
φzj——在z高度处结构的j振型系数;
λj(Hi/H)——j振型计算系数,根据“锁住区”起点高度H1或终点高度H2与烟囱整个高度H的比值按表5.2.4选用。
表5.2.4λj(Hi/H)计算系数
注:
中间值可采用线性插值计算。
4当雷诺数为3×105≤Re≤3.5×106时,可不计算横风向共振荷载。
5.2.5在验算横风向共振时,应计算风速小于基本设计风压工况下可能发生的最不利共振响应。
5.2.6当烟囱发生横风向共振时,可将横风向共振荷载效应SC与对应风速下顺风向荷载效应SA按下式进行组合:
5.2.7在径向局部风压作用下,烟囱竖向截面最大环向风弯矩可按下列公式计算:
式中:
Mθin——筒壁内侧受拉环向风弯矩(kN·m/m);
Mθout——筒壁外侧受拉环向风弯矩(kN·m/m);
μz——风压高度变化系数;
r——计算高度处烟囱外半径(m)。
5.3平台活荷载与积灰荷载
5.3.1烟囱平台活荷载取值应符合下列规定:
1分段支承排烟筒和悬挂式排烟筒的承重平台除应包括承受排烟筒自重荷载外,还应计入7kN/m2~11kN/m2的施工检修荷载。
当构件从属受荷面积大于或等于50m2时应取小值,小于或等于20m2时应取大值,中间可线性插值。
2用于自立式或悬挂式钢内筒的吊装平台,应根据施工吊装方案,确定荷载设计值。
但平台各构件的活荷载应取7kN/m2~11kN/m2。
当构件从属受荷面积大于或等于50m2时可取小值,小于或等于20m2时应取大值,中间可线性插值。
3非承重检修平台、采样平台和障碍灯平台,活荷载可取3kN/m2。
4套筒式或多管式钢筋混凝土烟囱顶部平台,活荷载可取7kN/m2。
5.3.2排烟筒内壁应根据内衬材料特性及烟气条件,计入0~50mm厚积灰荷载。
干积灰重力密度可取10.4kN/m3;潮湿积灰重力密度可取11.7kN/m3;湿积灰重力密度可取12.8kN/m3。
5.3.3烟囱积灰平台的积灰荷载应按实际情况确定,并不宜小于7kN/m2。
5.4裹冰荷载
5.4.1拉索式钢烟囱的拉索和塔架式钢烟囱的塔架,符合裹冰气象条件时,应计算裹冰荷载。
裹冰荷载可按现行国家标准《高耸结构设计规范》GB50135的有关规定进行计算。
5.5地震作用
5.5.1烟囱抗震验算应符合下列规定:
1本规范未作规定的均应按现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB50011的有关规定执行。
2在地震作用计算时,钢筋混凝土烟囱和砖烟囱的结构阻尼比可取0.05,无内衬钢烟囱可取0.01,有内衬钢烟囱可取0.02,玻璃钢烟囱可取0.035。
3抗震设防烈度为6度和7度时,可不计算竖向地震作用;8度和9度时,应计算竖向地震作用。
5.5.2抗震设防烈度为6度时,Ⅰ、Ⅱ类场地的砖烟囱,可仅配置环向钢箍或环向钢筋,其他抗震设防地区的砖烟囱应按本规范第6.5节的规定配置竖向钢筋。
5.5.3下列烟囱可不进行截面抗震验算,但应满足抗震构造要求:
1抗震设防烈度为7度时Ⅰ、Ⅱ类场地,且基本风压
≥0.5kN/m2的钢筋混凝土烟囱。
2抗震设防烈度为7度时Ⅲ、Ⅳ类场地和8度时Ⅰ、Ⅱ类场地,且高度不超过45m的砖烟囱。
5.5.4水平地震作用可按现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB50011规定的振型分解反应谱法进行计算。
高度不超过150m时,可计算前3个振型组合;高度超过150m时,可计算前3个~5个振型组合;高度大于200m时,计算的振型数量不应少于5个。
5.5.5烟囱竖向地震作用标准值可按下列公式计算:
1烟囱根部的竖向地震作用可按下式计算:
2其余各截面可按下列公式计算:
式中:
FEvik——计算截面i的竖向地震作用标准值(kN),对于烟囱根部截面,当FEvik<FEv0时,取FEvik=FEv0;
GiE——计算截面i以上的烟囱重力荷载代表值(kN),取截面i以上的重力荷载标准值与平台活荷载组合值之和,活荷载组合值系数按本规范表3.1.8-2的规定采用;套筒或多筒式烟囱,当采用自承重式排烟筒时,GiE不包括排烟筒重量;当采用平台支承排烟筒时,平台及排烟筒重量通过平台传给外承重筒,在GiE计入平台及排烟筒重量;
GE——基础顶面以上的烟囱总重力荷载代表值(kN),取烟囱总重力荷载标准值与各层平台活荷载组合值之和,活荷载组合值系数按本规范表3.1.8-2的规定采用;套筒或多筒式烟囱,当采用自承重式排烟筒时,GE不包括排烟筒重量;当采用平台支承排烟筒时,平台及排烟筒重量通过平台传给外承重筒,在GE中计入平台及排烟筒重量;
C——结构材料的弹性恢复系数,砖烟囱取C=0.6;钢筋混凝土烟囱与玻璃钢烟囱取C=0.7;钢烟囱取C=0.8;
Kv——竖向地震系数,按现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB50011规定的设计基本地震加速度与重力加速度比值的65%采用,7度取Kv=0.065(0.1);8度取Kv=0.13(0.2);9度取Kv=0.26;Kv=0.1和Kv=0.2分别用于设计基本地震加速度为0.15g和0.30g的地区;
αvmax——竖向地震影响系数最大值,按现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB50011的规定,取水平地震影响系数最大值的65%。
5.5.6悬挂式和分段支承式排烟筒竖向地震力计算时,可将悬挂或支承平台作为排烟筒根部、排烟筒自由端作为顶部按本规范第5.5.5条进行计算,并应根据悬挂或支承平台的高度位置,对计算结果乘以竖向地震效应增大系数,增大系数可按下列公式进行计算:
式中:
β——竖向地震效应增大系数;
βvi——修正前第i层悬挂或支承平台竖向地震效应增大系数;
ζ——平台刚度对竖向地震效应的折减系数;
GvE——悬挂(或支承)平台一根主梁所承受的总重力荷载(包括主梁自重荷载)代表值(kN);
L——主梁跨度(m);
E——主梁材料的弹性模量(kN/m2);
I——主梁截面惯性矩(m4);
Tvg——竖向地震场地特征周期(S),可取设计第一组水平地震特征周期的65%。
5.6温度作用
5.6.1烟囱内部的烟气温度,应符合下列规定:
1计算烟囱最高受热温度和确定材料在温度作用下的折减系数时,应采用烟囱使用时的最高温度。
2确定烟气露点温度和防腐蚀措施时,应采用烟气温度变化范围下限值。
5.6.2烟囱外部的环境温度,应按下列规定采用:
1计算烟囱最高受热温度和确定材料在温度作用下的折减系数时,应采用极端最高温度。
2计算筒壁温度差时,应采用极端最低温度。
5.6.3筒壁计算出的各点受热温度,均不应大于本规范第3.3.1条和表4.4.2规定的相应材料最高使用温度允许值。
5.6.4烟囱内衬、隔热层和筒壁以及基础和烟道各点的受热温度(图5.6.4-1和图5.6.4-2),可按下式计算:
图5.6.4-1单筒烟囱传热计算
1-内衬;2-隔热层;3-筒壁
式中:
Tcj——计算点j的受热温度(℃);
Tg——烟气温度(℃);
Ta——空气温度(℃);
Rtot——内衬、隔热层、筒壁或基础环壁及环壁外侧计算土层等总热阻(m2·K/W);
Ri——第i层热阻(m2·K/W);
Rin——内衬内表面的热阻(m2·K/W)。
图5.6.4-2套筒烟囱传热计算
1-内筒;2-隔热层;3-空气层;4-筒壁
5.6.5单筒烟囱内衬、隔热层、筒壁热阻以及总热阻,可分别按下列公式计算:
式中:
Ri——筒身第i层结构热阻(i=1代表内衬;i=2代表隔热层;i=3代表筒壁)(m2·K/W);
λi——筒身第i层结构导热系数[W/(m·K)];
αin——内衬内表面传热系数[W/(m2·K)];
αex——筒壁外表面传热系数[W/(m2·K)];
Rex——筒壁外表面的热阻(m2·K/W);
d0、d1、d2、d3——分别为内衬、隔热层、筒壁内直径及筒壁外直径(m)。
5.6.6套筒烟囱内筒、隔热层、筒壁热阻以及总热阻,可分别按下列公式进行计算:
式中:
β——有通风条件时的外筒与内筒传热比,外筒与内筒间距不应小于100mm,并取β=0.5;
αs——有通风条件时,外筒内表面与内筒外表面的传热系数。
5.6.7矩形烟道侧壁或地下烟道的烟囱基础底板的总热阻可按本规范公式(5.6.5-1)计算,各层热阻可按下列公式进行计算:
式中:
ti——分别为内衬、隔热层、筒壁或计算土层厚度(m)。
5.6.8内衬内表面的传热系数和筒壁或计算土层外表面的传热系数,可分别按表5.6.8-1及表5.6.8-2采用。
表5.6.8-1内衬内表面的传热系数αin
表5.6.8-2筒壁或计算土层外表面的传热系数αex
5.6.9在烟道口高度范围内烟气温差可按下式计算:
式中:
△T0——烟道入口高度范围内烟气温差(℃);
β——烟道口范围烟气不均匀温度变化系数,宜根据实际工程情况选取,当无可靠经验时,可按表5.6.9选取。
表5.6.9烟道口范围烟气不均匀温度变化系数β
注:
多烟道时,烟气温度Tg按各烟道烟气流量加权平均值确定。
5.6.10烟道口上部烟气温差可按下式进行计算:
式中:
△Tg——距离烟道口顶部z高度处的烟气温差(℃);
ζt——衰减系数;多烟道且设有隔烟墙时,取ζt=0.15;其余情况取ζt=0.40;
z——距离烟道口顶部计算点的距离(m);
d0——烟道口上部烟囱内直径(m)。
5.6.11沿烟囱直径两端,筒壁厚度中点处温度差可按下式进行计算:
式中:
——从烟囱内衬内表面到烟囱筒壁中点的总热阻(m2·K/W)。
5.6.12自立式钢烟囱或玻璃钢烟囱由筒壁温差产生的水平位移,可按下列公式计算:
式中:
ux——距离烟道口顶部z处筒壁截面的水平位移(m);
θ0——在烟道口范围内的截面转角变位(rad);
HB——筒壁烟道口高度(m);
αz——筒壁材料的纵向膨胀系数;
d——筒壁厚度中点所在圆直径(m);
△Tm0——z=0时△Tm计算值。
5.6.13在不计算支承平台水平约束和重力影响的情况下,悬挂式排烟筒由筒壁温差产生的水平位移可按下式计算:
5.6.14钢或玻璃钢内筒轴向温度应力应根据各层支承平台约束情况确定。
内筒可按梁柱计算模型处理,并应根据各层支承平台位置的位移与按本规范第5.6.12条或第5.6.13条计算的相应位置处的位移相等计算梁柱内力,该内力可近似为内筒计算温度应力。
内筒计算温度应力也可按下列公式计算:
式中:
——筒身弯曲温度应力(MPa);
——温度次应力(MPa);
——筒壁内外温差引起的温度应力(MPa);
Ezc——筒壁纵向受压或受拉弹性模量(MPa);
Ezb——筒壁纵向弯曲弹性模量(MPa);
△Tw——筒壁内外温差(℃)。
5.6.15钢或玻璃钢内筒环向温度应力可按下式计算:
式中:
αθ——筒壁材料环向膨胀系数;
Eθb——筒壁环向弯曲弹性模量(MPa)。
5.7烟气压力计算
5.7.1烟气压力可按下列公式计算:
式中:
pg——烟气压力(kN/m2);
ρa——烟囱外部空气密度(kg/m3);
ρg——烟气密度(kg/m3);
h——烟道口中心标高到烟囱顶部的距离(m);
ρao——标准状态下的大气密度(kg/m3),按1.285kg/m3采用;
ρgo——标准状态下的烟气密度(kg/m3),按燃烧计算结果采用;无计算数据时,干式除尘(干烟气)取1.32kg/m3,湿式除尘(湿烟气)取1.28kg/m3;
Ta——烟囱外部环境温度(℃);
Tg——烟气温度(℃)。
5.7.2钢内筒非正常操作压力或爆炸压力应根据各工程实际情况确定,且其负压值不应小于2.5kN/m2。
压力值可沿钢内筒高度取恒定值。
5.7.3烟气压力对排烟筒产生的环向拉应力或压应力可按下式计算:
式中:
σθ——烟气压力产生的环向拉应力(烟气正压运行)或压应力(烟气负压运行)(kN/m2);
r——排烟筒半径(m);
t——排烟筒壁厚(m)。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 烟囱 设计 荷载 作用