自立式鋼煙囪基礎(chǔ)頂面內(nèi)力計(jì)算

廣東省輕紡建筑設(shè)計(jì)院PAGEPAGE4自立式鋼煙囪基礎(chǔ)頂面內(nèi)力計(jì)算與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)鋼煙囪基礎(chǔ)頂面內(nèi)力計(jì)算一、鋼煙囪基本信息煙囪直徑：d=25煙囪高度：H=20煙囪運(yùn)行重量：15T（折合150kN）二、煙囪基礎(chǔ)地震作用計(jì)算1）罐體基本自振周期根據(jù)《煙囪設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50051-2013）鋼煙囪基本自振周期按如下公式計(jì)算，（1）式中，為結(jié)構(gòu)基本自振周期；H為結(jié)構(gòu)高度；d為煙囪直徑。已知H=20m，d=2.5m，代入公式（1）求得T1=2）地震動(dòng)設(shè)計(jì)參數(shù)抗震設(shè)防烈度為8度，設(shè)計(jì)地面基本加速度0.20g，場(chǎng)地類別為Ⅲ類，地震分組為二組。根據(jù)《構(gòu)筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50191-2012）表5.1.5-1及5.1.5-2得，對(duì)于多遇地震場(chǎng)地水平地震影響系數(shù)最大值αmax=0.16，場(chǎng)地特征周期Tg=根據(jù)《煙囪設(shè)計(jì)規(guī)范》，取鋼煙囪的阻尼比為0.01。根據(jù)5.1.6條第2款：當(dāng)構(gòu)筑物阻尼比不等于0.05時(shí)，地震影響系數(shù)曲線的阻尼調(diào)整系數(shù)和形狀參數(shù)需參考下述公式計(jì)算。（2）式中，為曲線下降段的衰減指數(shù)；為阻尼比。代入數(shù)據(jù)求得=1.0111。（3）式中，為阻尼調(diào)整系數(shù)，當(dāng)小于0.55時(shí)取為0.55。代入數(shù)據(jù)求得=1.4167。根據(jù)5.1.6條1款圖5.1.6地震影響系數(shù)曲線：Tg<T1<5Tg，故計(jì)算地震影響系數(shù)，（4）且。3）水平地震作用計(jì)算煙囪基本自振周期的等效總重力荷載Geq=150kN。根據(jù)5.2.1條第1款，結(jié)構(gòu)總水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值，則水平地震作用傾覆彎矩標(biāo)準(zhǔn)值。三、風(fēng)荷載作用計(jì)算1）風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB50009-2012）8.1.1條第1款，對(duì)垂直于建筑物表面的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值，按照如下公式計(jì)算，（6）式中，為風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值；為高度z處的風(fēng)振系數(shù)；為風(fēng)荷載體型系數(shù)；為風(fēng)壓高度變化系數(shù)；為基本風(fēng)壓。項(xiàng)目所在地50年重現(xiàn)期基本風(fēng)壓為0.65kN/m2，地面粗糙度類別為B類。2）順風(fēng)向風(fēng)振系數(shù)計(jì)算根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB50009-2012）8.4.1條，對(duì)于自振周期大于0.25s的高聳結(jié)構(gòu)，需要考慮風(fēng)壓脈動(dòng)對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生順風(fēng)向影響。根據(jù)8.4.3條，僅考慮結(jié)構(gòu)第一振型的影響。高度z處的風(fēng)振系數(shù)按照如下公式計(jì)算，（7）式中，g為峰值因子，取2.5；為10m高度名義湍流強(qiáng)度，對(duì)于B類地面粗糙度，取為0.14；為脈動(dòng)風(fēng)荷載的背景分量因子；為脈動(dòng)風(fēng)荷載的共振分量因子。根據(jù)8.4.4條，脈動(dòng)風(fēng)荷載的共振分量因子按如下公式計(jì)算，（8），x1>5（9）式中，f1為結(jié)構(gòu)第一階自振頻率，取為自振周期的倒數(shù)；kw為地面粗糙度修正系數(shù)，對(duì)于B類粗糙度地面取為1.0；為結(jié)構(gòu)阻尼比，取為0.01。脈動(dòng)風(fēng)荷載的背景分量因子按下式計(jì)算，（10）式中，為結(jié)構(gòu)第一階振型系數(shù)，根據(jù)附錄表G.0.2取值；H為結(jié)構(gòu)總高度；為脈動(dòng)風(fēng)荷載水平方向相關(guān)系數(shù)；為脈動(dòng)風(fēng)荷載垂直方向相關(guān)系數(shù)；對(duì)于粗糙度B類高聳結(jié)構(gòu)，系數(shù)k、a1依次取為0.910及0.218。水平方向及豎直方向相關(guān)系數(shù)按下式計(jì)算，（11）（12）式中，B為迎風(fēng)面寬度；H為結(jié)構(gòu)總高度。3）風(fēng)荷載體形系數(shù)計(jì)算根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》8.3.1條表8.3.1，=4.0625，對(duì)于地面粗糙度類別為B類，≥1.0，故≥4.0625，H/d=20.0/2.5=8，近似認(rèn)為煙囪表面光滑，按照線性插值計(jì)算=0.5056。4）風(fēng)壓高度變化系數(shù)計(jì)算煙囪高度為20.0m，故考慮0~10m、10~15m、15~20m三段。10m處取1.00,15m處取1.13，20m處取1.23。高度z=10.0m處，第一階振型系數(shù)=0.340；高度z=15.0m處，第一階振型系數(shù)=0.690；高度z=20.0m處，第一階振型系數(shù)=1.000。具體計(jì)算如下：1）計(jì)算z=10.0m由（9）式，；代入（8）式，。由B=2.5，H=20.00，代入（11）、（12）式，求得為0.99174，為0.86486。由表8.2.1，查得為1.000；由附錄表G.0.2求得為0.340。由以上數(shù)據(jù)代入公式（10）得，。代入公式（7）得，。代入公式（6）得，高度10.00m處的線風(fēng)荷載為F=0.5776×2.5=1.44402）計(jì)算z=15.0m處的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值由（9）式，；代入（8）式，。由B=2.5，H=20.00，代入（11）、（12）式，求得為0.99174，為0.86486。由表8.2.1，查得為1.130；由附錄表G.0.2求得為0.690。由以上數(shù)據(jù)代入公式（10）得，。代入公式（7）得，。代入公式（6）得，高度15.00m處的線風(fēng)荷載為F=0.8765×2.5=3）計(jì)算z=20.0m處的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值由（9）式，；代入（8）式，。由B=2.5，H=20.00，代入（11）、（12）式，求得為0.99174，為0.86486。由表8.2.1，查得為1.230；由附錄表G.0.2求得為1.000。由以上數(shù)據(jù)代入公式（10）得，。代入公式（7）得，。代入公式（6）得，高度20.00m處的線風(fēng)荷載為F=1.1363×2.5=2.8408故風(fēng)荷載對(duì)基礎(chǔ)頂面的水平剪力標(biāo)準(zhǔn)值Fwk=1/2×1.4440×10+1/2×（1.4440+2.1913）×5+1/2×（2.1913+2.8408）×5=7.220+9.08825+12.58025=28.8885kN；風(fēng)荷載對(duì)基礎(chǔ)頂面的傾覆彎矩標(biāo)準(zhǔn)值M=1/2×1.4440×10×2/3×10+1/2×（1.4440+2.1913）×5×（1/2×5+10）+1/2×（2.1913+2.8408）×5×（1/2×5+15）=381.891kN.m。根據(jù)《構(gòu)筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50191-2012）第5.4條，考慮水平地震及風(fēng)荷載作用下的彎矩基本組合為：M=1.3×水平地震+1.4×0.2×風(fēng)荷載=483.77kN.m取轉(zhuǎn)換系數(shù)為1.35，則作用在基礎(chǔ)頂面附加彎矩標(biāo)準(zhǔn)值為358.350kN.m?？紤]水平地震及風(fēng)荷載作用下的水平剪力基本組合為：F=1.3×水平地震+1.4×0.2×風(fēng)荷載=45.773kN.m取轉(zhuǎn)換系數(shù)為1.35，則作用在基礎(chǔ)頂面附加剪力標(biāo)準(zhǔn)值為33.910kN。鋼煙囪基礎(chǔ)設(shè)計(jì)：一、基礎(chǔ)平面尺寸確定取基礎(chǔ)平面底座為4.0×4.0m，基礎(chǔ)高度h為1.85m，砼容重γ取為26kN/m3，則基礎(chǔ)自重Gk=4.02×1.85×26=769.6kN?；A(chǔ)頂面高出室外地面0.500m，故此處無(wú)覆土重量。已知上部罐體傳至基礎(chǔ)頂面的豎向力Fk=對(duì)于偏心荷載作用時(shí)，基礎(chǔ)底面換填碎石墊層，地基承載力特征值取fa取為150kpa，則有且，故基礎(chǔ)尺寸滿足承載力要求。二、基礎(chǔ)底板配筋計(jì)算由于基礎(chǔ)沒(méi)有變階及柱子，故不需進(jìn)行抗沖切及受剪承載力