广东省轻纺建筑设计院自立式钢烟囱基础顶面内力计算与基础设计钢烟囱基础顶面内力计算 一、钢烟囱基本信息烟囱直径：d =2500mm ； 烟囱高度：H =20000mm烟囱运行重量：15T （折合150kN ） 二、烟囱基础地震作用计算1）罐体基本自振周期 根据《烟囱设计规范》（GB50051-2013）钢烟囱基本自振周期按如下公式计算，dH T 2211024.026.0-⨯+= （1） 式中，1T 为结构基本自振周期；H 为结构高度；d 为烟囱直径。

已知H =20m ，d =2.5m ，代入公式（1）求得T 1=0.644s 。

2）地震动设计参数抗震设防烈度为8度，设计地面基本加速度0.20g ，场地类别为Ⅲ类，地震分组为二组。

根据《构筑物抗震设计规范》（GB50191-2012）表5.1.5-1及5.1.5-2得，对于多遇地震场地水平地震影响系数最大值αmax =0.16，场地特征周期T g =0.55s 。

根据《烟囱设计规范》，取钢烟囱的阻尼比为0.01。

根据5.1.6条第2款：当构筑物阻尼比不等于0.05时，地震影响系数曲线的阻尼调整系数和形状参数需参考下述公式计算。

ζζγ63.005.09.0+-+= （2）式中，γ为曲线下降段的衰减指数；ζ为阻尼比。

代入数据求得γ=1.0111。

ζζη6.108.005.012+-+= （3）式中，2η为阻尼调整系数，当小于0.55时取为0.55。

代入数据求得2η=1.4167。

根据5.1.6条1款图5.1.6地震影响系数曲线：T g <T 1<5T g ，故计算地震影响系数，19325.016.04167.1644.055.00111.1max 2g =⨯⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=αηαγT T （4） 且max 12.0αα>。

3）水平地震作用计算烟囱基本自振周期的等效总重力荷载G eq =150kN 。

根据5.2.1条第1款，结构总水平地震作用标准值kN 9875.28eq EK ==G F α，则水平地震作用倾覆弯矩标准值kN.m 875.289EK =M 。

三、风荷载作用计算1）风荷载标准值k w 计算 根据《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）8.1.1条第1款，对垂直于建筑物表面的风荷载标准值，按照如下公式计算，0z s z k w w μμβ= （6） 式中，k w 为风荷载标准值；z β为高度z 处的风振系数；s μ为风荷载体型系数；z μ为风压高度变化系数；0w 为基本风压。

项目所在地50年重现期基本风压为0.65kN/m 2，地面粗糙度类别为B 类。

广东省轻纺建筑设计院z 根据《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）8.4.1条，对于自振周期1T 大于0.25s 的高耸结构，需要考虑风压脉动对结构产生顺风向影响。

根据8.4.3条，仅考虑结构第一振型的影响。

高度z 处的风振系数z β按照如下公式计算，2z 10z 121R B gI ++=β （7） 式中，g 为峰值因子，取2.5；10I 为10m 高度名义湍流强度，对于B 类地面粗糙度，取为0.14；z B 为脉动风荷载的背景分量因子；R 为脉动风荷载的共振分量因子。

根据8.4.4条，脉动风荷载的共振分量因子按如下公式计算，()3/42121116x x R +=ζπ（8）w 1130w k f x =，x 1>5 （9）式中，f 1为结构第一阶自振频率，取为自振周期的倒数；k w 为地面粗糙度修正系数，对于B类粗糙度地面取为1.0；1ζ为结构阻尼比，取为0.01。

脉动风荷载的背景分量因子按下式计算，()z a z kH B μφρρ1z x z 1= （10）式中，()z 1φ为结构第一阶振型系数，根据附录表G .0.2取值；H 为结构总高度；x ρ为脉动风荷载水平方向相关系数；z ρ为脉动风荷载垂直方向相关系数；对于粗糙度B 类高耸结构，系数k 、a 1依次取为0.910及0.218。

水平方向及竖直方向相关系数按下式计算，BB B 50e 501050/x -+=-ρ （11）HH H 60e 601060/z -+=-ρ （12）式中，B 为迎风面宽度；H 为结构总高度。

3）风荷载体形系数s μ计算根据《建筑结构荷载规范》8.3.1条表8.3.1，20z d w μ=4.0625z μ，对于地面粗糙度类别为B 类，z μ≥1.0，故20z d w μ≥4.0625，H /d =20.0/2.5=8，近似认为烟囱表面光滑，按照线性插值计算s μ=0.5056。

4）风压高度变化系数z μ计算烟囱高度为20.0m ，故考虑0~10m 、10~15m 、15~20m 三段。

10m 处z μ取1.00,15m 处zμ取1.13，20m 处z μ取1.23。

高度z =10.0m 处，第一阶振型系数()z 1φ=0.340；高度z =15.0m 处，第一阶振型系数()z 1φ=0.690；高度z =20.0m 处，第一阶振型系数()z 1φ=1.000。

具体计算如下：1）计算z =10.0m 处的风荷载标准值由（9）式，78016.5765.00.1644.0/130300w 11=⨯⨯==w k f x ；代入（8）式，()()8714.178016.57178016.5701.06163/4223/421211=+⨯=+=πζπx x R 。

广东省轻纺建筑设计院x z 由表8.2.1，查得z μ为1.000；由附录表G .0.2求得()z 1φ为0.340。

由以上数据代入公式（10）得，()5100.000.1340.086486.099174.000.20910.0218.01z x z 1=⨯⨯⨯⨯==z a z kH B μφρρ。

代入公式（7）得，7575.18714.115100.014.05.22112122z 10z =+⨯⨯⨯⨯+=++=R B gI β。

代入公式（6）得，20z s z k m /kN 5776.065.0000.15056.07575.1=⨯⨯⨯==w w μμβ 高度10.00m 处的线风荷载为F =0.5776×2.5=1.4440kN/m 。

2）计算z =15.0m 处的风荷载标准值由（9）式，78016.5765.00.1644.0/130300w 11=⨯⨯==w k f x ；代入（8）式，()()8714.178016.57178016.5701.06163/4223/421211=+⨯=+=πζπx x R 。

由B =2.5，H =20.00，代入（11）、（12）式，求得x ρ为0.99174，z ρ为0.86486。

由表8.2.1，查得z μ为1.130；由附录表G .0.2求得()z 1φ为0.690。

由以上数据代入公式（10）得，()9158.0130.1690.086486.099174.000.20910.0218.01z x z 1=⨯⨯⨯⨯==z a z kH B μφρρ。

代入公式（7）得，3602.28714.119158.014.05.22112122z 10z =+⨯⨯⨯⨯+=++=R B gI β。

代入公式（6）得，20z s z k m /kN 8765.065.0130.15056.03602.2=⨯⨯⨯==w w μμβ 高度15.00m 处的线风荷载为F =0.8765×2.5=2.1913kN/m 。

3）计算z =20.0m 处的风荷载标准值由（9）式，78016.5765.00.1644.0/130300w 11=⨯⨯==w k f x ；代入（8）式，()()8714.178016.57178016.5701.06163/4223/421211=+⨯=+=πζπx x R 。

由B =2.5，H =20.00，代入（11）、（12）式，求得x ρ为0.99174，z ρ为0.86486。

由表8.2.1，查得z μ为1.230；由附录表G .0.2求得()z 1φ为1.000。

由以上数据代入公式（10）得，()2193.1230.1000.186486.099174.000.20910.0218.01z x z 1=⨯⨯⨯⨯==z a z kH B μφρρ。

代入公式（7）得，8110.28714.112193.114.05.22112122z 10z =+⨯⨯⨯⨯+=++=R B gI β。

代入公式（6）得，20z s z k m /kN 1363.165.0230.15056.08110.2=⨯⨯⨯==w w μμβ 高度20.00m 处的线风荷载为F =1.1363×2.5=2.8408kN/m 。

故风荷载对基础顶面的水平剪力标准值F wk =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 ；风荷载对基础顶面的倾覆弯矩标准值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 。

广东省轻纺建筑设计院的弯矩基本组合为： M =1.3×水平地震+1.4×0.2×风荷载=483.77kN.m取转换系数为1.35，则作用在基础顶面附加弯矩标准值为358.350kN.m 。

考虑水平地震及风荷载作用下的水平剪力基本组合为： F =1.3×水平地震+1.4×0.2×风荷载=45.773kN.m取转换系数为1.35，则作用在基础顶面附加剪力标准值为33.910kN 。

钢烟囱基础设计：一、基础平面尺寸确定 取基础平面底座为4.0×4.0m ，基础高度h 为1.85m ，砼容重γ取为26kN/m 3，则基础自重G k =4.02×1.85×26=769.6kN 。

基础顶面高出室外地面0.500m ，故此处无覆土重量。

已知上部罐体传至基础顶面的竖向力F k =150kN 。

根据《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）第5.2.2条1款，kpa A G F p 475.570.46.7691502k k k =+=+= 对于偏心荷载作用时，()kpaWM A G F p kpaW M A G F p 998.17477.39475.57952.96477.39475.570.4685.1910.33350.358475.57kk k k min 3k k k k max =-=-+==+=⨯⨯++=++= 基础底面换填碎石垫层，地基承载力特征值取f a 取为150kpa ，则有a k f p <且a k max 2.1f p <，故基础尺寸满足承载力要求。