自立式钢烟囱抗涡振设计及程序编制

杨洋 高非 曾青 曹险峰

摘要：圆截面高耸结构易引起涡振，本文总结了自立式钢烟囱的抗涡振设计方法，指出了不同雷诺数情况下，钢烟囱的控制工况，并对其结构及荷载进行了归纳，实现了自立式钢烟囱的参数化设计，并编制了专用的设计程序，为今后的设计提供了工具和参考。

关键词：自立式钢烟囱；涡振；参数化设计

Abstract: circular cross section tower structure easy cause vortex vibration, this paper summarizes the free-standing steel chimney vibration resistance of the vortex design method, and points out that the different Reynolds number, the control condition steel chimney, and its structure and load were summarized, realize the free-standing steel chimney parametric design, and prepare the special design program for future design provides tools and reference.

Keywords: free-standing steel chimney; Vortex vibration; Parametric design

中图分类号： TU233 文献标识码：A 文章编号：

0 前言

圆形截面的结构在工业建筑中，最常见的就是烟囱。当风以一定的速度吹向烟囱，特别是吹向刚度较小的自立式钢烟囱时，平行的气流在钢烟囱的两侧交替形成旋涡，旋涡的出现与消失引起结构两侧压力的改变（如图1所示），迫使钢烟囱发生垂直于风向的横向振动，由于其形成于背风面涡流有规律地脱落，横风向的振动又称涡振。涡振是钢烟囱结构经常需要面对的问题，如果处理不当，涡振引起钢烟囱结构共振，将导致烟囱失稳，甚至毁灭性的破坏。

图1涡流脱落示意图

为了避免或减轻涡振，关键就是钢烟囱结构自振周期的控制，而目前规范提供的公式无法准确计算结构自振周期。本文继承前人的研究成果，将有限元分析方法应用于钢结构烟囱的设计，并归纳得出钢结构烟囱抗涡振设计的要点，进而进行结构参数化，并编制相关程序，进而辅助工程设计。

1 抗涡振设计方法

1.1 计算方法总结

针对涡振，《建筑结构荷载规范》（2006年版）（GB50009-2001）及《烟囱设计规范》（GB50051-2002）都有论述。

虽然规范确定了计算方法，但使用起来仍然不方便。……