钢筋混凝土烟囱设计(design of rein for cedconcrete chimney)

钢筋混凝土烟囱用以排放工业窑炉燃烧废气。为了改善燃烧条件，减轻烟气对环境的污染，烟囱必须具有一定的高度。冶金厂矿中，高度超过50m的烟囱，多采用钢筋混凝土结构，一般高度为100～120m。其优点是抗风、抗震性能好、施工简便、维修量小。烟囱设计主要内容包括烟囱构造、烟囱形式、烟囱计算和烟囱基础。

烟囱构造烟囱由筒壁、内衬(或内筒)、隔热层及附属设施(爬梯、避雷设备、信号灯及平台等)以及基础组成。其构造特点是：(1)筒壁常常设计成圆锥形，其外形一般采用1～2个坡度，其坡度为0%～2%，当烟囱较高，受风荷载或地震作用较大时，坡度也可达2%～5%。筒壁厚度通常随筒身分节高度，自上而下逐渐增大，同一节厚度相同。分节高度应为移动模板高度的倍数，一般取10m，且不宜超过15m。筒壁厚度不宜小于160mm，混凝土强度一般采用C20～C30。(2)当筒壁开洞时，其洞口的圆心角应不大于70^。，如在同一水平截面有两个洞口时，则洞口应对称布置，总的开洞圆心角不应超过140^。，洞边则应配置钢筋补强或局部加厚筒壁进行加强。(3)筒壁内常常设置内衬(内筒)和隔热层，以缓减烟气的温度对筒壁的影响，减少筒壁内外温差，当烟气含有腐蚀性介质时能够有效地起到防护筒壁的作用。(4)烟囱外部设有爬梯、平台和避雷设施以方便管理、检修和保证烟囱的安全使用。此外，为了保证夜间飞机飞行的安全，筒壁外侧还需安设检修和安装信号灯的平台。

烟囱形式根据使用要求，烟囱的结构形式可以分为单筒式、双筒式和多筒式等几种。

(1)单筒式烟囱。它的筒身由钢筋混凝土筒壁和内衬(包括隔热层)组成。内衬一般分段设置，直接支承在从筒壁挑出的环形牛腿上。内衬常用砖砌体，隔热层则由高炉渣、矿渣棉、膨胀珍珠岩、硅藻土砖等材料或空气层构成。这种烟囱的特点是构造简单、施工方便、造价较低。但是砖砌体的密实性很差，而松散体的隔热材料容易受潮、结块和沉实，隔热效果降低。所以单筒式烟囱不宜用于含有SO₂等腐蚀介质的高温烟气和湿度较大的烟气。

(2)双筒式烟囱。这种烟囱是在钢筋混凝土外筒内设立排烟的内筒，也称为“筒中筒”烟囱。它的特点是内筒排烟，外筒承受荷载，二者分开。在内筒与外筒之间留有适当宽度设立平台及上下用梯，以供检查、检修和通风。内筒可以分段支承在外筒的平台或斜柱与环梁组成的挑台上，也可以作成独立的自承重结构。内筒因使用条件不同可采用砖、钢、钢筋混凝土、玻璃纤维增强塑料或硬塑料等制成的简体。这种烟囱适用于排放含有腐蚀介质的高温烟气。

(3)多筒式烟囱。它的结构形式和双筒式相似，但其内部则为2～4个排烟内筒(衬)，它适于多台锅炉，一台设立一个烟管的情况，便于锅炉检修或预留扩建锅炉等情况。

烟囱计算烟囱是高耸结构，它所承受的荷载，除了结构自重外，主要的荷载为风荷载或地震作用等水平荷载。此外，还有烟气温度产生的温度作用以及由于日晒在简壁产生的温差与地基倾斜所产生的附加弯矩等。我国“烟囱设计规范”对于筒壁计算采用了既控制使用阶段钢筋和混凝土的应力值，又进行了强度计算。此外，尚应控制裂缝宽度。对于冶金工厂，当其排放的烟气含有腐蚀性介质时，必须考虑烟气的温度效应和腐蚀作用，应当根据烟气中含有腐蚀介质的成分、浓度、温度和露点温度等，综合分析结露的可能，合理选择烟囱型式、内衬材料及防腐措施等，才能确保烟囱的正常使用。

烟囱基础一般常用的基础有刚性基础、钢筋混凝土环板和圆板基础、壳体基础和桩基。壳体基础，可以节省大量混凝土，但施工困难且耐腐蚀性能稍差，所以一般多采用圆板或环板基础。

烟囱应建在可靠的地基上。要求地基土均匀、无不良下卧层，有足够的承载力并避免沉降过大或倾斜。所以应在勘探时充分掌握荷载影响范围内的土层情况(一般影响深度约为0.8～1.4倍基础直径)。当地基土不良时，应采取加固措施或采用桩基与其他深基础。