自立式钢烟囱的设计
【摘要】近几年随着国家对环保非常重视,在工业厂房设计中对排烟脱硫的要求也越来越来严格,出现了大量要求排放高度超出屋面一定高度的烟囱,为了节约用地,加快施工进度,出现了大量的自立式内设浇筑料的轻型钢烟囱。下面根据工程实践经验,阐述自立式钢烟囱的设
计方法。
【关键词】自立式;钢烟囱;浇筑料;风振效应;雷诺数;共振
1.工程概况
青岛某工程合金锭车间为轻型钢结构厂房,其车间内设有双室炉、熔炼炉、保温炉和铸造机等设备,根据通风专业要求和总图的布置,需要在紧邻外墙处设置烟囱,烟囱高度25m,直径2m,采用等截面设计,最高烟气温度217℃;青岛基本风压0.6kN/m2,地面粗糙度为B类,地震设防烈度6度,地震加速度0.05g,地震分组为第二组,场地类别为Ⅱ类,夏季极端最高温度为35.4℃,冬季极端最低气温-15.5℃,大气湿度75%。根据通风等专业要求和总图平面布置状况,确定采用等截面自立式钢烟囱,内设轻质浇筑料。
2.荷载计算
钢烟囱分为自立式、塔架式和拉索式三种结构形式。对于不同的结构形式,其荷载与作用也不尽相同。对于自立式钢烟囱其荷载与作用主要包括:永久荷载(包括自重、土重、土压力等)、可变荷载与作用(包括风荷载、烟气温度作用、安装检修荷载、平台活荷载、裹冰荷载、大气温度作用、常遇地震作用、烟气压力及地基沉陷等)、偶然作用(包括罕遇地震作用等)。对于内设浇筑保温料的自立式轻型钢烟囱来说风荷载与烟气温度作用是重要荷载。
2.1筒壁受热温度计算:在钢烟囱设计中对于温度作用的考虑通常是采取折减钢材强度和弹性模量的方法,由于钢材在高温作用下其强度和弹性模量都会有不同程度的降低,为了充分发挥材料的特性,设计中通常在筒壁内设置保温隔热材料以降低传达到筒壁的温度。烟囱筒壁温度的计算方法有平壁法和环壁法两种,当烟囱筒壁外半径r2与内半径r1的比值小于1.1时,可采用平壁法;否则应采用环壁法以提高计算精度。
2.2.筒身自重计算:筒壁和内衬的自重按各自的体积与重力密度之积,分节进行计算。本工程中各节自重Gi及每个截面处的轴力Nki如下表:
2.3.风荷载及其弯矩计算自立式钢烟囱属于高耸结构,由于自重轻,结构阻尼较小,除了顺风向风荷载起控制作用外,有时横风向风振也起控制作用。因此钢烟囱风荷载的计算不仅要考虑顺风向风荷载效应,还要考虑横向风荷载效应。
本工程中地震作用不起控制作用,所以仅验算风荷载作用下的强度和稳定即可;经验算强度和稳定均满足。
3.其它有关计算
钢烟囱通常有烟管接口或检修孔,对于局部开洞处应进行补强计算;烟囱与基础之间通常采用地脚锚栓连接,所以尚应进行地脚锚栓、烟囱底板及加劲板等的布置和计算;篇幅所限,计算从略。
4.有关构造要求
烟囱筒壁厚度除满足计算要求外,尚应考虑一定的腐蚀裕度,通常有隔热层时应增加2mm,无隔热层时应增加3mm;钢结构采用的焊条、螺栓、节点板等构件连接材料的腐蚀性能不应低于构件主体材料的耐腐蚀能力。
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