單筒式鋼筋混凝土煙囪的設(shè)計(jì)思路

單筒式鋼筋混凝土煙囪的設(shè)計(jì)思路隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，國(guó)家對(duì)環(huán)境保護(hù)的重視越來越高，其中，工業(yè)和民用排放煙氣的煙囪，對(duì)其設(shè)計(jì)的要求也逐步提高。在設(shè)計(jì)煙囪時(shí)，要充分考慮煙囪設(shè)計(jì)的工藝特點(diǎn)、自然條件、技術(shù)條件、受熱溫度允許值等多個(gè)方面。本文以單筒式鋼筋混凝土煙囪的設(shè)計(jì)為例，淺談單筒式鋼筋混凝土煙囪的設(shè)計(jì)思路。

一、煙囪設(shè)計(jì)的建筑特點(diǎn)

工業(yè)和民眾排放煙氣均需用到煙囪，是排放高溫?zé)煔獗夭豢缮俚慕ㄖ?。在?shí)際使用過程中，因?yàn)闊焽璧氖褂霉τ貌灰?，工業(yè)種類各異等原因，通過煙囪排放的煙氣所含介質(zhì)也具有顯著的差異性特征，因此設(shè)計(jì)煙囪時(shí)，必須從實(shí)際需要出發(fā)進(jìn)行設(shè)計(jì)。例如，用于火力發(fā)電用途的煙囪雖然對(duì)溫度的要求不高（一般低于200攝氏度），但對(duì)煙囪的抽力有較高的要求，因此火力發(fā)電煙囪的高度一般高于其他煙囪。在我國(guó)用于電力系統(tǒng)的煙囪，其高度均高于200米。用于化工系統(tǒng)的煙囪，其排放的煙氣溫度并不高，但是有大量的具有腐蝕性的物質(zhì)含在煙氣里，因此在設(shè)計(jì)此類用途的煙囪時(shí)需充分考慮煙囪的防腐性能。在冶金工業(yè)系統(tǒng)中，因?yàn)橐苯鸸I(yè)的高溫要求，煙氣溫度一般超過700攝氏度，因此設(shè)計(jì)煙囪時(shí)需要考慮煙囪的耐熱性能，對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)化隔熱處理。對(duì)于民用煙囪，煙氣中不含有特殊成分，溫度也不高，因此煙囪的高度多在20米至60米之間，但因?yàn)槊裼缅仩t房的廣泛分布，因此建設(shè)民工煙囪的數(shù)量很多。根據(jù)以上可以看出，需要根據(jù)不同的工藝需要對(duì)煙囪進(jìn)行設(shè)計(jì)，需要充分考慮煙氣中所含的物質(zhì)、煙氣的溫度、煙囪上口內(nèi)徑、高度、煙道口的大小和位置等。

二、煙囪設(shè)計(jì)的條件要求

2.1自然條件方面

因?yàn)槎鄶?shù)煙囪的高度較高，因此在設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮地震設(shè)防強(qiáng)度、地質(zhì)條件和氣候特征等。同時(shí)考慮到煙囪中煙氣的溫度問題，在設(shè)計(jì)時(shí)也要考慮某區(qū)域內(nèi)一年中的最高和最低溫度。

2.2技術(shù)條件方面

在對(duì)煙囪進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮以下技術(shù)條件：一是煙囪的上口內(nèi)徑、平面位置和煙囪的高度；二是要考慮煙囪的標(biāo)高、孔洞尺寸和煙道的布置；三是煙氣的腐蝕性、流速、溫度、濕度，并考慮是否會(huì)因某一因素的變動(dòng)而引起煙氣溫度的升高；四是煙囪周邊地質(zhì)情況，包括煙囪沉降是否會(huì)受到周邊建筑的影響等；五是其他方面，如具有較高高度的煙囪是否應(yīng)安裝飛行安全標(biāo)志，是否應(yīng)設(shè)置梯子平臺(tái)以及是否需要考慮避雷設(shè)施等情況。

2.3溫度條件方面

煙囪各組成部分所使用的材料不同，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)保證各部分材料符合《煙囪設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定溫度要求。

三、計(jì)算煙囪溫度

3.1空氣溫度

在計(jì)算煙囪筒壁溫度時(shí)，應(yīng)充分考慮所在區(qū)域年內(nèi)最低和最高溫度。在考慮煙囪隔熱層、內(nèi)襯、筒壁等的最高耐熱溫度和所用材料在溫度下的折減系數(shù)時(shí)，使用年內(nèi)最高溫度計(jì)算。其中磚筒壁溫度不超過400攝氏度；鋼筋混凝土筒壁不超過150攝氏度。在考慮鋼筋混凝土煙囪筒壁截面應(yīng)力、裂縫和磚煙囪的環(huán)筋、環(huán)箍時(shí)，使用年內(nèi)最低溫度計(jì)算。

3.2煙氣溫度

在考慮煙囪各部受熱溫度和進(jìn)行溫差計(jì)算時(shí)，采用煙囪使用過程中的最高煙氣溫度。煙氣在煙囪升降過程中的溫度變化不計(jì)算在內(nèi)。

3.3筒身受熱溫度

4計(jì)算煙囪筒身

4.1計(jì)算規(guī)定

在設(shè)計(jì)鋼筋混凝土煙囪筒壁時(shí)，需要進(jìn)行如下計(jì)算：一是計(jì)算附加彎矩。包括正常使用極限狀態(tài)下附加彎矩的計(jì)算和筒壁水平截面承載能力極限狀態(tài)附加彎矩的計(jì)算；二是計(jì)算水平截面承載能力極限狀態(tài)；三是計(jì)算正常使用極限狀態(tài)的應(yīng)力。

4.2計(jì)算附加彎矩

4.3計(jì)算筒身承載能力

4.4計(jì)算筒身正常使用狀態(tài)

4.5計(jì)算筒身裂縫寬度

其中φ是裂縫間縱向受拉鋼筋應(yīng)變不均勻系數(shù)，αer是構(gòu)件受力特征系數(shù)。但φ≤0.2時(shí)，φ值為0.2；當(dāng)φ>1時(shí)，φ值為1；直接承受重復(fù)荷載的構(gòu)件，φ值為1。σsk表示鋼筋混凝土構(gòu)件在各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)荷載和溫度的共同作用下，縱向受拉鋼筋的應(yīng)力；σs表示鋼筋混凝土構(gòu)件在荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合下，縱向受拉鋼筋引力；deq表示受拉區(qū)縱向鋼筋的等效直徑；Es表示鋼筋彈性模量；c表示從最外層縱向受拉鋼筋邊緣到受拉區(qū)底邊的距離；當(dāng)c數(shù)值小于20時(shí)，取值為20，當(dāng)c數(shù)值大于65時(shí)，取值為65，區(qū)間內(nèi)數(shù)值不變；pte表示按有效受拉混凝土截面面積計(jì)算的縱向受拉鋼筋配筋率。計(jì)算最大裂縫寬度時(shí)，當(dāng)pte小于0.01時(shí)pte取值為0.01。αT表示混凝土線膨脹系數(shù)；fsk表示混凝土抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值；Atc表示有效受拉混凝土截面面積；As表示受拉區(qū)縱向鋼筋截面面積；di表示受拉區(qū)第i種縱向鋼筋的直徑；vi表示受拉區(qū)第i種縱向鋼筋的相對(duì)粘接特性系數(shù)；ni表示受拉區(qū)第i種縱向鋼筋的跟數(shù)。

5小結(jié)

在