宋 少 剛

(太原理工大學(xué)建筑設(shè)計研究院,山西 太原 030024)

某垃圾焚燒發(fā)電廠工程異形煙囪結(jié)構(gòu)設(shè)計

宋 少 剛

(太原理工大學(xué)建筑設(shè)計研究院,山西 太原 030024)

以某垃圾焚燒發(fā)電廠工程異形煙囪結(jié)構(gòu)設(shè)計為例，通過建立其力學(xué)分析模型，計算了塔體結(jié)構(gòu)受力情況，并對結(jié)構(gòu)計算難點進行了研究，給出了造型、薄弱部位以及鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)筒處理方法，使工程得以順利建成，同時達到了良好的運行效果。

煙囪，結(jié)構(gòu)，塔體，計算

一般煙囪多為圓形，外觀上較單一。廈門市某垃圾焚燒發(fā)電廠工程的煙囪設(shè)計為滿足其美觀及實用性要求，對其外筒截面進行了創(chuàng)新，采用了異型截面的設(shè)計方案。本工程外筒采用剪力墻結(jié)構(gòu)，內(nèi)筒為集束式鋼煙囪，主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件為鋼筋混凝土剪力墻。本工程功能單一，但由于建筑造型獨特，給結(jié)構(gòu)設(shè)計帶來了很大的難度和挑戰(zhàn)。該工程煙囪總高70 m，其中0 m～57.450 m煙囪外筒截面為八棱體截面，57.450 m～61.080 m為燈籠型截面，61.080 m～70.00 m為八棱體截面。煙囪外筒底部加8個混凝土剪力墻作為支撐，內(nèi)筒為不變的八棱體截面，和觀光塔外形類似。經(jīng)查閱資料，國內(nèi)垃圾焚燒發(fā)電廠工程類似煙囪較少。本文可以為垃圾焚燒發(fā)電廠此類煙囪的設(shè)計提供借鑒。

1 工程概況

城市生活垃圾焚燒廠是一項環(huán)境保護工程，隨著我國城市現(xiàn)代化建設(shè)和環(huán)境保護的提高，垃圾焚燒發(fā)電廠已成為城市環(huán)境建設(shè)中的一個焦點。本廠區(qū)設(shè)計力爭在設(shè)計質(zhì)量、水平上都有所提高創(chuàng)新，使該工程成為具有田園化、生態(tài)型的大型綜合廠區(qū)，并使之成為當(dāng)?shù)匾惶幍貥诵徒ㄖ??；谶@個思想，本工程的煙囪被打造成一個“中國燈籠”的造型，給人一個美的寓意，并且燈籠的造型兼做檢修平臺使用，做到了造型與使用功能相結(jié)合的目的(見圖1)。本工程地處廈門，基本風(fēng)壓為0.8 kN/m2，抗震設(shè)防烈度為7度，一組，設(shè)計地震加速度值為0.10g，場地土為Ⅱ類，場地粗糙程度為B類?；撅L(fēng)壓為0.8 kN/m2。

2 塔體結(jié)構(gòu)布置

本工程煙囪外筒為混凝土外壁，鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)，內(nèi)筒為集束式鋼煙囪。主要平面布置如圖2所示。

3 塔體結(jié)構(gòu)計算分析

計算模型的建立：

此煙囪外形造型特殊，和電視塔、觀光塔類似，在外形上和普通的垃圾焚燒廠煙囪差別較大。對此，先進行結(jié)構(gòu)模型的建立，經(jīng)分析簡化，本工程和純剪力墻結(jié)構(gòu)的高層建筑物極為類似，唯一不同的是里面有兩個鋼煙管，但通過對煙管進行保溫處理，其煙囪平臺已經(jīng)與普通房間無太大差異。經(jīng)分析簡化，對本工程采用剪力墻結(jié)構(gòu)進行分析設(shè)計，建立其力學(xué)分析模型。對整體結(jié)構(gòu)采用三維空間分析模型分析程序satwe計算，計算時考慮最大風(fēng)速、地震設(shè)防各工況的作用及組合。

主要振型計算結(jié)果如表1所示，主要振型振型圖如圖3所示。

表1 主要振型計算結(jié)果

經(jīng)計算分析，本布置方案能滿足《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》等相關(guān)規(guī)范的要求，這說明結(jié)構(gòu)布置上是合理的，對本工程可以采用此方案進行設(shè)計。

4 結(jié)構(gòu)計算分析難點

1)難點一：因本工程57.450 m～61.080 m為燈籠型截面，對結(jié)構(gòu)來說這是一個懸挑結(jié)構(gòu)，在此處增加了很多荷載，因增加荷載位置相對較高，這對整體結(jié)構(gòu)非常不利。針對此造型要求，最初擬定了兩個方案：

第一個方案：煙囪外筒采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，對懸挑部位采用鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計，達到燈籠造型的目的，因鋼結(jié)構(gòu)自重輕，并且可以采用斜撐、拉桿等方法處理，使力比較均勻的傳遞到豎向受力構(gòu)件上，這從結(jié)構(gòu)受力角度來講比較有利。

第二個方案：煙囪外筒采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，這和第一個方案相同，對懸挑部位采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)直接做懸挑，來達到滿足建筑造型的目的，因混凝土自重比較大，在高處增加荷載，從結(jié)構(gòu)受力上來講對結(jié)構(gòu)是不利的。

因為本工程為垃圾焚燒發(fā)電廠煙囪，其中的煙氣具有一定的腐蝕性，如做成鋼結(jié)構(gòu)體系，鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件經(jīng)過一段時間必須做防腐處理，并且懸挑平臺位置較高，運行期間的維護比較困難。而采用混凝土結(jié)構(gòu)，防腐處理則較為簡單，在施工期間處理即可，在運行期間不用做特殊處理。經(jīng)過論證，在滿足結(jié)構(gòu)要求的條件下，盡量為本垃圾焚燒廠后期運營減少難度，最后采用了第二個方案，采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)作懸挑構(gòu)件。使結(jié)構(gòu)除了滿足受力要求外，還很好的解決了一個耐久性的問題。

為了減少懸挑部位對結(jié)構(gòu)的不利影響，在方案布置上，還盡量縮短懸挑的長度，以減少計算跨度，減輕懸挑部分自重；并在懸挑部位采用了輕集料混凝土，進一步減少了懸挑部分的荷載。

2)難點二：本工程的另一個難點是，判斷結(jié)構(gòu)的主要風(fēng)壓力在煙囪本身還是在燈籠形的檢修平臺。因垃圾焚燒廠采用此種造型較少，缺乏相應(yīng)的工程經(jīng)驗。對此，我們查閱了大量的相關(guān)方面的資料，發(fā)現(xiàn)南京奧林匹克體育中心體育科技中心觀光塔外形與此類似，并且體育中心觀光塔進行了風(fēng)洞實驗，通過對風(fēng)洞實驗數(shù)據(jù)進行計算處理可得，高聳結(jié)構(gòu)的主要風(fēng)壓力在塔身而非塔臺。這為我們此次設(shè)計提供了成功經(jīng)驗。

我們又通過計算機進行多次計算分析，計算結(jié)果得出結(jié)構(gòu)的主要風(fēng)壓力在塔身，并非塔臺。觀光塔的成功經(jīng)驗結(jié)合本工程的多次計算比對，讓我們弄清楚了結(jié)構(gòu)的主受力體系。

5 特殊處理

1)造型上的特殊處理：煙囪外筒底部加8個混凝土剪力墻作為支撐，這不光在建筑上是個造型的要求，并且對結(jié)構(gòu)受力也是一個有利因素，此支撐加大了結(jié)構(gòu)底盤的剛度，使結(jié)構(gòu)的剪力更均勻的分散出去，加大了結(jié)構(gòu)的安全儲備，保證結(jié)構(gòu)的安全，同時起到美觀的作用。并且通過加支撐和不加支撐進行建模計算比較，加上模擬的混凝土支撐后是起一定的作用的，這在一定程度上增大了結(jié)構(gòu)的安全儲備。

2)薄弱部位的特殊處理：經(jīng)計算分析發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的薄弱部位為四角較短的剪力墻，為此，此處配筋全界面按邊緣構(gòu)件配筋，以加強其整體性。

6 鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)筒的處理

鋼內(nèi)筒結(jié)構(gòu)受力形式比較簡單，主要問題在處理煙囪的防腐蝕上。

煙囪的防腐蝕設(shè)計，應(yīng)考慮下列因素：煙囪內(nèi)煙氣的腐蝕等級；結(jié)構(gòu)重要性；煙囪的運行方式(經(jīng)常性或間隙性運行方式)；煙囪內(nèi)是否有結(jié)露現(xiàn)象；技術(shù)經(jīng)濟比較；檢修條件。煙囪的腐蝕，主要包括自然環(huán)境腐蝕和排氣筒內(nèi)的煙氣腐蝕，煙囪的防護設(shè)計，也主要是針對這兩種腐蝕的防護。自然環(huán)境的腐蝕，主要是雨雪、空氣中有害成分(大多來源于工業(yè)生產(chǎn)的排放物)的腐蝕等，對這種腐蝕，有許多有效的防護措施，較為常見。本文主要闡述煙囪排氣筒內(nèi)壁針對煙氣腐蝕的防護設(shè)計。

本工程在鋼煙囪內(nèi)側(cè)采用涂能耐高溫的耐酸性防護涂料，采用了國內(nèi)成熟的防腐蝕涂料進行設(shè)計。另外，排氣筒筒首部分，是最易腐蝕的部位，設(shè)計時應(yīng)采取專門的防護措施，采用不銹鋼制造，高度為1.5倍左右的排氣筒出口直徑。

7 結(jié)語

垃圾焚燒廠鋼筋混凝土煙囪不單單可以設(shè)計成較普遍的形狀，也可以設(shè)計為更為美觀且實用的異型結(jié)構(gòu)。通過對此異型混凝土煙囪結(jié)構(gòu)進行建模及受力情況分析，得到外筒壁懸挑平臺段及直線段的控制工況。本工程已經(jīng)建設(shè)完成，并順利投入生產(chǎn)使用，可以為垃圾焚燒發(fā)電廠異型煙囪的設(shè)計及施工提供參考。

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On structural design for special-shaped chimney at project of some waste incineration power plant

Song Shaogang

(ArchitecturalDesignInstitute,TaiyuanUniversityofTechnology,Taiyuan030024,China)

Taking the design for the special-shaped chimney structure at some waste incineration power plant as the example, the paper establishes its dynamic analysis model, calculates the stress of the tower structure, researches the difficulties in the structural calculation, and provides the treatment for the patterns, weak parts and internal cylinder of steel structure, so as to have smooth construction and achieve better operation.

chimney, structure, tower, calculation

2015-03-10

宋少剛(1981- ),男,工程師

1009-6825(2015)14-0030-02

TU318

A