中华人民共和国国家标准烟囱设计规范GB 50051━2002 1
主编部门：中华人民共和国建设部
批准部门：中华人民共和国建设部
施行日期：2 0 0 3 年 5 月1 日
中华人民共和国建设部公告
第101 号
建设部关于发布国家标准
《烟囱设计规范》的公告
现批准《烟囱设计规范》为国家标准，编号为GB 50051-2002，自2003 年5 月1日起实施。其中，第3.1.1、3.1.3、3.2.2、4.1.6、5.2.1、5.6.1、5.6.2、6.6.10、7.1.1、7.1.2、8.1.4、9.3.3、11.6.7、11.6.8、11.6.12、11.6.13、13.1.1 条力强制性条文，必须严格执行。原《烟囱设计规范》GBJ 51-83 及原《烟囱设计规范》GBJ 51-83 的强制性条文同时废止。
本规范由建设部标准定额研究所组织中国计划出版社出版发行。
中华人民共和国建设部
二○○三年一月十日
前 言
根据建设部标准定额司文件及[（99）建标标便字第20 号]文的要求，由包头钢铁设计研究总院会同有关参编单位对1983 年国家计委批准的《烟囱设计规范》GBJ 51-83进行全面修订。
在修订过程中，规范编制组开展了专题理论研究和试验研究，进行了广泛的调查分析，总结了近年来国内外烟囱工程设计经验和科研成果，并以多种方式广泛征求了全国有关单位的意见，经反复讨论、修改和试设计，最后经审查定稿。
本规范共分13章和3个附录，这次修订的主要内容如下：
1.将原规范采用的基本安全系数表示的极限状态设计法，改为采用荷载分项系数、组合系数、材料分项系数的近似概率极限状态设计法。
2.对钢筋混凝土烟囱增加了筒壁双侧配筋及开设两个孔洞的计算公式。
3.增加了套筒式烟囱、多管式烟囱、钢烟囱和烟道内容。
4.增加了烟囱防腐和航空障碍灯内容。
5.增加了烟囱横风向风振、地下温度场、竖向地震作用及环壁法受热温度等计算公式。
本规范中以黑体字标志的条文为强制性条文，必须严格执行。本规范由建设部负责管理和对强制性条文的解释，包头钢铁设计研究总院负责具体技术内容的解释。在执行过程中，请各单位结合工程实践，认真总结经验，如发现需要修改或补充之处，请将意见和建议寄包头钢铁设计研究总院国家标准《烟囱设计规范》管理组（包头市130 信箱，邮编：014010，传真：0472-2128941 Email：beris＠public.hh.nm.cn）。
本规范主编单位、参编单位和主要起草人：
主编单位： 包头钢铁设计研究总院
参编单位： 西安建筑科技大学 大连理工大学 西北电力设计院 华东电力设计院 山东电力工程咨询院 中国成都化工工程公司
长沙冶金设计研究总院 鞍山焦化耐火材料设计研究院 北京市计量科学研究所
主要起草人：牛春良 杨春田 于淑琴 宋玉普 卫云亭 陆卯生 赵德厚 鞠洪国 王赞泓 黄惠嘉 黄承逵 赵国藩 岳鹤龄 狄原沆
傅国勤 魏业培 张长信 蔡洪良 解宝安 乔永胜 郭 亮 朱向前 张小平
1 总 则
1.0.1 为了在烟囱设计中贯彻执行国家的技术经济政策，做到技术先进、经济合理、安全适用、确保质量，制定本规范。
1.0.2 本规范用于砖烟囱、钢筋混凝土烟囱、钢烟囱、套筒式烟囱、多管式烟囱、烟囱基础和烟道设计。
1.0.3 本规范是按照国家标准《建筑结构可靠度设计统一标准》（GB 50068）和国家标准《建筑结构设计术语和符号标准》（GB/T 50083）规定的原则制定的。
1.0.4 烟囱设计除应符合本规范规定外，尚应符合国家现行的有关强制性标准的规定。
1.0.5 本规范采用的设计基准期为50 年。
2 术语、符号
2.1 术 语
2.1.1 烟囱 chimney
用于排放工业与民用炉窑高温烟气的高耸构筑物。
2.1.2 筒身 shafi
烟囱基础以上部分，包括筒壁、隔热层和内衬等部分。
2.1.3 筒壁 shell
烟囱筒身的最外层结构，用于保证筒身稳定。
2.1.4 隔热层 insulation
置于筒壁与内衬之间，使筒壁受热温度不超过规定的最高温度。
2.1.5 内衬 lining
分段支承在筒壁牛腿之上的自承重砌体结构，对隔热层起到保护作用。
2.1.6 钢烟囱 steel chimney
筒壁材质为钢材的烟囱。
2.1.7 钢筋混凝土烟囱 reinforced concrete chimney
筒壁材质为钢筋混凝土的烟囱。
2.1.8 砖烟囱 brick chimney
筒壁材质为砖砌体的烟囱。
2.1.9 自立式钢烟囱 selfsupporting steel chimney
筒身在不加任何附加受力支撑条件下，与基础一起构成一个稳定结构的钢烟囱。
2.1.10 拉索式钢烟囱 guyed steel chimney
筒身与拉索共同组成稳定体系的钢烟囱。
2.1.11 塔架式钢烟囱 framed steel chimney
筒身与塔架共同组成稳定体系的钢烟囱。
2.1.12 单筒式烟囱 single tube chimney
内衬分段支承在筒壁上的普通烟囱。
2.1.13 套筒式烟囱 tube-in-tube chinlney
筒壁内设置一个排烟筒的烟囱。
2.1.14 多管式烟囱 multi-flue chimney
两个或多个排烟筒共用一个筒壁或塔架组成的烟囱。
2.1.15 烟道 flue
排烟系统的一部分，用以将烟气从炉窑导入烟囱。
2.1.16 横风向风振 across-wind sympathetic vibration
在烟囱背风侧产生的旋涡脱落频率较稳定且与结构自振频率相等时，产生的横风向的共振现象。
2.1.17 临界风速 critical wind speed
结构产生横风向共振时的风速。
2.1.18 锁住区 lock in range
风的旋涡脱落频率与结构自振频率相等的范围。
2.1.19 破风圈 strake（vane）
用于破坏风的旋涡脱落规律的稳定装置。
2.1.20 温度作用 temperature action
结构或构件受到外部或内部条件约束，当外界温度变化时或在有温差的条件下，不能自由胀缩而产生的作用。
2.1.21 传热系数 heat transfer coefficient
结构两侧空气温差为1K，在单位时间内通过结构单位面积的传热量，单位：w/（m2·K）。
2.1.22 导热系数 thermal conductivity
材料导热特性的一个物理指标。数值上等于热流密度除以负温度梯度。单位：W/（m·K）。
2.1.23 附加弯矩 additional bending moment
因结构侧向变形，结构自重荷载在结构各水平截面产生的弯矩。
2.1.24 航空障碍灯 warning lamp
在机场一定范围内，用于标识高耸构筑物或高层建筑外形轮廓与高度、对航空飞行器起到警示作用的灯具。
2.1.25 板式基础 mat foundation
支承整个建筑或构筑物的大面积钢筋混凝土板基础。
2.1.26 圆形基础 circular foundation
平面外形为圆形的板式基础。
2.1.27 环形基础 ring-like foundation
平面外形为环形的板式基础。
2.1.28 壳体基础 shell foundation
以壳体结构形成的空间薄壁基础。
2.2 符 号
2.2.1 作用、作用效应和有关系数
2.2.2 材料性能和有关系数
2.2.3 几何参数
2.2.4 其他
3 材 料
3.1 砖 石
3.1.1 砖烟囱筒壁的材料应按下列规定采用：
烧结普通粘土砖强度等级不应低于MU10，水泥石灰混合砂浆强度等级不应低于M5。
3.1.2 烟囱及烟道的内衬材料可按下列规定采用：
1 当烟气温度低于400℃时，可采用强度等级为MU10 的烧结普通粘土砖和强度等级为M2.5 的混合砂浆；
2 当烟气温度为400～500℃时，可采用强度等级为MU10 的烧结普通粘土砖和耐热砂浆；
3 当烟气温度高于500℃时，可采甩粘土质耐火砖和粘土质火泥泥浆，也可采用耐热混凝土。
3.1.3 石砌基础的材料应采用未风化的天然石材，并应根据地基土的潮湿程度按下列规定采用：
1 当地基土稍湿时，应采用强度等级不低于MU30的石材和强度等级不低于M5的水泥砂浆砌筑；
2 当地基土很湿时，应采用强度等级不低于MU30的石材和强度等级不低于M7.5的水泥砂浆砌筑；
3 当地基土合水饱和时，应采用强度等级不低于MU40的石材和强度等级不低于M10的水泥砂浆砌筑。
3.1.4 砖砌体在温度作用下的抗压强度设计值和弹性模量，可不考虑温度的影响，按国家标准《砌体结构设计规范》（GB 50003）的规定采用。
3.1.5 砖砌体在温度作用下的线膨胀系数αm可按下列规定采用：
1 当砌体受热温度T 为20～200℃时，αm 可采用5×10-6/℃；
2 当砌体受热温度T ＞200℃，但T ≤400℃时，αm 可按下式确定：
3.2 混 凝 土
3.2.1 钢筋混凝土烟囱筒壁的混凝土宜按下列规定采用：
1 混凝土宜采用普通硅酸盐水泥或矿渣硅酸盐水泥配制，强度等级不应低于C25；
2 混凝土的水灰比不宜大于0.5，每立方米混凝土水泥用量不应超过450kg；
3 混凝土的骨料应坚硬致密，粗骨料宜采用玄武岩、闪长岩、花岗岩、石灰岩等破碎的碎石或河卵石。细骨料宜采用天然砂，也可采用上述岩石经破碎筛分后的产品，但不得含有金属矿物、云母、硫酸化合物和硫化物；
4 粗骨料粒径不应超过筒壁厚度的1/5 和钢筋净距的3/4，同时最大粒径不应超过60mm。
3.2.2 基础及烟道的混凝土强度等级按下列规定采用：
1 刚性基础不应低于C15；
2 板式基础不应低于C20；
3 壳体基础不宜低于C30：
4 烟道不应低于C20。
3.2.3 混凝土在温度作用下的强度标准值应按表3.2.3 的规定采用。
3.2.4 受热温度值应按以下规定采用：
1 轴心受压及轴心受拉时取计算截面的平均温度；
2 弯曲受压时取表面最高受热温度。
3.2.5 混凝土在温度作用下的强度设计值应按下列公式计算：
表3.2.5 混凝土在温度作用下的材料分项系数
序号 构件名称 γct γtt
1 筒壁 1.85 1.50
2 壳体基础 1.60 1.40
3 其他构件 1.40 1.40
3.2.6 混凝土在温度作用下的弹性模量应考虑温度折减，按下式计算。
表3.2.6 混凝土弹性模量折减系数βc
系数 受热温度（℃） 受热温度的取值
20 60 100 150 200 承载能力极限状态计算 时，取筒壁、壳体基础等 的平均温度。正常使用极限状态计算时，取筒壁内 表面温度
βc 1.00 0.85 0.75 0.62 0.55
注：温度为中间值时，应采用线性插入法计算。
3.2.7 混凝土的线膨胀系数αc 可采用1.0×10-5/℃。
3.3 钢筋和钢材
3.3.1 钢筋混凝土筒壁的配筋宜采用HRB335级钢筋。砖筒壁的环向钢筋可采用HPB235级钢筋。其质量应分别符合国家标准《钢筋混凝土用热轧带肋钢筋》（GB1499）和《钢筋混凝土用热轧光圆钢筋》（GB13013）的规定。
3.3.2 HPB235和HRB335钢筋的强度标准值应按表3.3.2 的规定采用。
3.3.3 HPB235和HRB335级钢筋的强度设计值应按下列公式计算：
表3.3.3 钢筋在温度作用下的材料分项系数
序号 构件名称 γyt
1 钢筋混凝土筒壁 0.6
2 壳体基础 1.2
3 砖筒壁坚筋 1.9
4 砖筒壁环筋 1.6
5 其他构件` 1.1
3.3.4 钢烟囱的钢材、钢筋混凝土烟囱及砖烟囱附件的钢材除满足下列规定外，还应符合国家标准《钢结构设计规范》（GB 50017）的规定。
1 钢烟囱塔架和筒壁可采用Q235、Q345、Q390、Q420 钢。其质量应分别符合国家标准《碳素结构钢》（GB 700）和《低合金高强度结构钢》（GB/T 1591）的规定。
2 处在大气潮湿地区的钢烟囱塔架和筒壁或排放烟气属于中等腐蚀性的筒壁宜采用Q235NH、Q295NH 或Q355NH 可焊接低合金耐候钢。其质量应符合国家标准《焊接结构用耐候钢》（GB/T 4172）。腐蚀性烟气分级按本规范第10 章的规定执行。
3 烟囱的平台、爬梯和砖烟囱的环箍宜采用Q235 钢。
3.3.5 当作用温度小于或等于100℃时，钢材和焊缝的强度设计值应按国家标准《钢结构设计规范》（GB 50017）的规定采用。对未作规定的耐候钢应按表3.3.5-1 和表3.3.5-2 的规定采用。
3.3.6 Q235、Q345、Q390 和Q420 钢材及其焊缝在温度作用下的强度设计值应按下列公式计算：
耐候钢在温度作用下钢材和焊缝的强度设计值的温度折减系数宜要求供货厂商提供或通过试验确定。
3.3.7 钢筋在温度作用下的弹性模量可不考虑温度折减，应按国家标准《混凝土结构设计规范》（GB 50010）采用。钢材在温度作用下的弹性模量应考虑折减，按下式计算：
3.3.8 钢筋和钢材的线膨胀系数αs 可采用1.2×10-5/℃。
3.4 材料热工计算指标
3.4.1 隔热材料应采用无机材料，其干燥状态下的重力密度不宜大于8kN/m3。常用的隔热材料有：硅藻土砖、膨胀珍珠岩、水泥膨胀珍珠岩制品、高炉水渣、矿渣棉和岩棉等。
3.4.2 材料的热工计算指标，应按实际试验资料确定，当无试验资料时，对几种常用的材料，干燥状态下可按表3.4.2 的规定采用。在确定材料的热工计算指标时，应考虑下列因素对隔热材料导热性能的影响：
1 对于松散型隔热材料，应考虑由于运输、捆扎、堆放等原因所造成的导热系数增大的影响；
2 对于烟气温度低于150℃时，宜采用憎水性隔热材料，否则应考虑湿度对导热性能的影响。
4 设计基本规定
4.1 设 计 原 则
4.1.1 本规范采用以概率论为基础的极限状态设计方法，以可靠指标度量结构构件的可靠度，以荷载、材料性能等代表值、结构重要性系数、分项系数、组合值系数的设计表达式进行计算。
4.1.2 整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求，此特定状态称为该功能的极限状态。
极限状态对应于烟囱可分为下列两类：
1 承载能力极限状态：这种极限状态对应于烟囱结构的内力达到其最大承载力；
2 正常使用极限状态：这种极限状态对应于烟囱的应力和裂缝分别达到正常使用和耐久性能的规定限值，并满足本规范各章有关规定。
4.1.3 对于承载能力极限状态，烟囱应按荷载效应和地震作用效应的基本组合进行设计。对于正常使用极限状态，应按荷载效应标准组合进行设计。
4.1.4 烟囱应根据其高度按表4.1.4 划分为两个安全等级。
表4.1.4 烟囱的安全等级
安全等级 烟囱高度（m）
一级 ≥200
二级 ＜200
注：对于电厂烟囱的安全等级还应同量按照电厂单机容量进行划分。当单机容 量大于或等于200 兆瓦（MW）时为一级，否则为二级。
4.1.5 烟囱承载能力极限状态设计应按下列荷载效应基本组合中的最不利值确定:
4.1.6 对安全等级为一级或设计工作寿命为100年以上的烟囱，烟囱的重要性系数γo不应小于1.1，其他情况不应小于1.0。烟囱的设计工作寿命应同其配套使用的建（构）筑物的设计工作寿命相同。
4.1.7 承载能力极限状态计算时，荷载效应基本组合的分项系数应按表4.1.7 的规定采用。
4.1.8 承载能力极限状态计算时，应按表4.1.8 的规定考虑可能发生的荷载效应基本组合情况，采用相应的组合值系数。
4.1.9 地震区的烟囱尚应采用地震作用效应与其他荷载效应的基本组合，按下列承载能力极限状态设计表达式进行截面抗震验算：
4.1.10 烟囱的正常使用极限状态应根据不同目的分别按荷载效应和温度作用效应的标准组合或准永久组合进行设计，并应满足本规范规定的各项限值。
1 标准组合应用于验算钢筋混凝土烟囱筒壁的混凝土压应力、钢筋拉应力及裂缝宽度，应按下式确定：
4.1.11 荷载效应及温度作用效应的标准组合应考虑表4.1.11 的两种情况，并采用相应的组合值系数。
表4.1.11 荷载效应和温度作用效应的标准组合值系数
荷载和温度作用的效应组合 组合值系数 注
情况 永久荷载 第一个可变系数 其他可变系数 ψcW ψcMa
Ⅰ G T W+Ma 1.0 1.0 用于计算水平截面
Ⅱ - T - - - 用于计算垂直截面
注：T表示温度作用
4.2 一 般 规 定
4.2.1 设计烟囱时，应根据使用条件、烟囱高度、材料供应及施工条件等因素，确定采用砖烟囱、钢筋混凝土烟囱或钢烟囱。下列情况不宜采用砖烟囱：
1 重要的或高度大于60m 的烟囱；
2 地震设防烈度为9度地区的烟囱；
3 地震设防烈度为8度时，Ⅲ、Ⅱ类场地的烟囱。
4.2.2 烟囱内衬的设置应符合下列规定：
1 砖烟囱
l）当烟气温度大于400℃时，内衬应沿筒壁全高设置；
2）烟气温度小于或等于400℃时，内衬可在筒壁下部局部设置并应符合构造要求。
2 钢筋混凝土烟囱的内衬应沿筒壁全高设置。
4.2.3 烟囱基础一般宜采用板式基础。板式基础可以是环形或圆形的。在条件允许时，可采用壳体基础。对于高度较小且为地上烟道入口的砖烟囱，亦可采用毛石砌体或毛石混凝土刚性基础。
4.2.4 筒壁的计算截面位置应按下列规定采用：
1 水平截面应取筒壁各节的底截面；
2 垂直截面可取各节底部单位高度的截面。