三管钢烟囱的风荷载计算及相关设计

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第37卷第9期 2011年3月

山西建筑 S HANXI ARC H I TECTURE

l 37No . 9 Vo.

M ar . 2011

文章编号:1009 6825(2011) 09 0062 02

三管钢烟囱的风荷载计算及相关设计

王敦科 王 丽

摘 要:根据工程实例, 介绍了三管烟囱风荷载的计算思路和理论, 着重阐述了风荷计算模型的建立和体型系数的计算, 简要陈述了验算横风向风振的几个公式, 最后通过得出的风荷载验算了烟囱位移, 确定了烟囱壁厚。

关键词:三管烟囱, 风荷载, 位移中图分类号:TU 761. 2

文献标识码:A

其中, 为迎风面阻塞率, 如图3所示, =2d /D 。本例d =2. 4m, D =6. 4+2. 4=8. 8m , 代入式(3), 可得 =0. 545, s =1. 218。

1 设计概况

某钢铁厂设计三管排气烟囱, 呈正三角形布置, 烟囱直径2. 4m , 高58. 5m, 见图1。该烟囱排放废气为常温, 无腐蚀性。厂址位于

城市郊区, 基本风压 0=0. 35k N /m2。

2. 2 顺风向荷载

建筑结构荷载规范 [2](2006年版) 7. 4. 1条规定, 对于高度大于30m 且高宽比大于1. 5的房屋和基本自振周期T 1>0. 25s 的各种高耸结构以及大跨度屋盖结构, 均应考虑风压脉动对结构发生顺风向风振的影响。根据 建筑结构荷载规范 [2](2006年版) 附录

2 风荷载计算

烟囱荷载主要包括:结构自重、风荷载、地震作用、裹冰荷载等, 由于厂址位于6度设防区, 可不进行截面抗震验算, 风荷载计算是很重要的一项, 以此来确定烟囱壁厚和基础所受的弯矩。风荷载标准值计算式:

k = s z z 0

风压高度变化系数; 0为基本风压, k N /m。

z , z 均与烟囱高度有关, 烟囱所受风荷载随高度增加而增加, 因此, 将烟囱分成6个单元, 具体模型见图2。每个单元h i 上

近似按均布荷载考虑, 则各个单元的风振系数和风压高度变化系数与该单元的高度H i 有关,H i =

2

E . 1. 1, 高耸结构的自振周期:

T 1=(0. 007~0. 013)H

(4)

其中, H 为构筑物高度, 钢结构可取高值, 所以, 取钢烟囱的

自振周期T 1=0. 013 58. 5=0. 76s>0. 25s , 应验算顺风向风振影响。

高度z 处的风振系数:

z =1+

v z

z

(5)

(1)

其中, s 为风荷载体型系数; z 为高度z 处的风振系数; z 为

其中, 为脉动增大系数, 与 0T 21有关, 可查 建筑结构荷载规范 (2006年版) 表7. 4. 3; v 为脉动影响系数, 由于结构迎风面

宽度较大, B =8. 8m , H /B=6. 65, 可查 建筑结构荷载规范 (2006年版) 表7. 4. 4 3; z 为振型系数, 仅考虑第一振型, 可查 建筑结构荷载规范 (2006年版) 附录表F. 1. 2; z 为风压高度变化系数, 由H i 查表。计算结果见表1, 烟囱顺风向荷载见图4。

表1 烟囱风荷计算参数及结果

单元123456

H i m [1**********]8. 5

v

z

z

s

z 11. 25

1. 421. 561. 671. 76

kN /m 2

i q i = i B kN /m2kN /m0. 450. 620. 770. 931. 101. 22

3. 985. 48

6. 818. 209. 7210. 74

h 。

j

j =1

i

当构筑物受风力作用时, 可能发生顺风向风振, 也可能发生

横风向风振, 横风向风振都是由不稳定的空气动力形成, 其性质远比顺风向更为复杂, 包括旋涡脱落、颤振、扰振等。如二者同时发生, 则应考虑其组合后的荷载总效应。

S =C +S A

其中, S C 为横风向荷载效应; S A 为顺风向荷载效应。

0. 0481. 0520. 1761. 1520. 3521. 2680. 5641. 3910. 8251. 5341. 01. 616

(2)

2. 040. 531. 2180. 35

2. 1 确定体型系数

G B 50051 2002烟囱设计规范[1]5. 2. 3条规定, 当排烟筒为两个或两个以上时, 排烟筒的风荷载体型系数应由风洞试验确定,

条文说明中介绍了上海东方明珠电视塔的风洞试验, 并根据各国试验结果总结出:三个排烟筒的整体风荷载体型系数, 可取:

s =1+0. 4

(3)

2. 3 横风向荷载

圆形截面结构可根据雷诺数R e 的大小进行横风向风振校核:

R e =69000vd (6) 其中, v 为计算所用风速, 可取临界风速v cr 值; d 为结构截面

收稿日期:2010 11 29

作者简介:王敦科(1981 ), 男, 助理工程师, 武汉理工大学设计研究院一所, 湖北武汉 430070

( ), 硕士, , , 武汉

第37卷第9期

2011年3月文章编号:1009 6825(2011) 09 0063 03

山西建筑 S HANXI ARCH I TECTURE

l 37No . 9 Vo.

M ar . 2011

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巨型悬挂体系双向耗能阻尼器开发与应用研究

王开国 李兴章 裴星洙

摘 要:在巨型悬挂体系下, 讨论了对阻尼器设计的要求, 提出双U 形阻尼器的模型与工作原理, 通过振动信号采集系统对安装阻尼器后的悬挂子结构进行实验分析, 并绘制该阻尼器的滞回曲线, 最后验证了阻尼器的设计要求和耗能效果。

关键词:双U 形阻尼器, 振动信号采集, 滞回曲线中图分类号:TU 352

文献标识码:A

0 引言

工业进程促使人口向城市集中, 造成城市用地日趋紧张, 建筑遂向高空发展, 由多层发展为高层。为了节省建筑占地面积, 高层悬挂体系应运而生。为达到抗震要求, 有必要在巨型悬挂体系下进行新型阻尼器的应用研究。

2 双U 形双向耗能阻尼器

1 高层悬挂体系介绍

巨型悬挂体系是由框架主结构和悬挂在内部的子结构组成, 框架主结构以型钢为材料。

为满足抗震要求, 由抗震理论分析表明, 在主结构与子结构之间设置阻尼器能够有效提高整体结构的抗震性能, 如图1, 图2所示。半径。

由于风荷载和地震作用方向的不确定性, 这就要求安装在巨型悬挂体系主结构和子结构间的阻尼器, 具有能够消耗任意方向的性能, 而一般通用的阻尼器只能满足单方向的减震耗能要求。 经计算, v cr =15. 8m /s , R e =2. 6 106, 可知3 105

3 位移控制

烟囱在风荷载作用下将发生侧移, 为了烟囱的正常使用, 必须将位移控制在允许范围内。图4中, 烟囱的分段分布荷载可转化为分段集中荷载, 如图5所示。根据结构力学力法原理, 烟囱上某一点的位移由所有作用在烟囱上的荷载共同影响产生, i =

F , 可根据 建筑结构静力计算手册(第

j

ij

ij

2版) [3]第五

表2 烟囱各点位移计算结果

位移i [ ]

10. 0070. 050

2

0. 0530. 150

3

0. 1240. 250

4

0. 2190. 350

5

0. 3230. 450

60. 4220. 483

m

7

0. 4700. 585

节 柱位移计算公式计算。取烟囱壁厚14mm, EI (三管) =2. 93

107kN m 2, [ ]=H /100, 烟囱各点处的位移见表2, 可知 i

[1] GB 50051 2002, 烟囱设计规范[S].

[2] GB 50009 2001, 建筑结构荷载规范(2006年版) [S].

[3] 建筑结构静力计算手册 编写组. 建筑结构静力计算手册

[M].第2版. 北京:中国建筑工业出版社, 1998.

D

(7)

T i S t

其中, T i 为结构振型i 的自振周期, 可取基本自振周期T 1; S t

v cr =

为斯托罗哈数, 对圆形截面结构取0. 2。

The w i nd l oad calculation and related desi gn for three chimney of steel

W ANG Dun ke W ANG L i

Abstrac t :Th i s article acco rd i ng to the pro j ect examp l e , introduced t h ree ch i m ney of stee lw i nd l oad compu tati on m en tality and t he theo ry , e m phaticall y e laborated t he w i nd l oad computati on mode l estab lish m en t and the bu ild coeffic i ent com putation , t h is arti c le stated br i e fly the checking ca lcu l a ti on cross w i nd w i nd w ard i nsp i red severa l f o r mu l as , fi na lly through the w i nd load check i ng ca lcu l a ti on chi m ney displace m en t wh ich ob ta i ned , has deter m i ned t he chi m ney w all thickness . K ey word s :t hree chi m ney o f stee, l w i nd l o ad , d i sp l acement

收稿日期:2010 11 27

作者简介:王开国(1987 ), 男, 江苏科技大学土木学院土木系本科生, 江苏张家港 215600

李兴章(1987 ), 男, 江苏科技大学土木学院土木系本科生, 江苏张家港 215600

( ), 教授,