随着我国经济的高速发展，国家对环境保护的重视越来越高，其中，工业和民用排放烟气的烟囱，对其设计的要求也逐步提高。在设计烟囱时，要充分考虑烟囱设计的工艺特点、自然条件、技术条件、受热温度允许值等多个方面。本文以单筒式钢筋混凝土烟囱的设计为例，浅谈单筒式钢筋混凝土烟囱的设计思路。
一、烟囱设计的建筑特点
工业和民众排放烟气均需用到烟囱，是排放高温烟气必不可少的建筑物。在实际使用过程中，因为烟囱的使用功用不一，工业种类各异等原因，通过烟囱排放的烟气所含介质也具有显著的差异性特征，因此设计烟囱时，必须从实际需要出发进行设计。例如，用于火力发电用途的烟囱虽然对温度的要求不高（一般低于200摄氏度），但对烟囱的抽力有较高的要求，因此火力发电烟囱的高度一般高于其他烟囱。在我国用于电力系统的烟囱，其高度均高于200米。用于化工系统的烟囱，其排放的烟气温度并不高，但是有大量的具有腐蚀性的物质含在烟气里，因此在设计此类用途的烟囱时需充分考虑烟囱的防腐性能。在冶金工业系统中，因为冶金工业的高温要求，烟气温度一般超过700摄氏度，因此设计烟囱时需要考虑烟囱的耐热性能，对其进行强化隔热处理。对于民用烟囱，烟气中不含有特殊成分，温度也不高，因此烟囱的高度多在20米至60米之间，但因为民用锅炉房的广泛分布，因此建设民工烟囱的数量很多。根据以上可以看出，需要根据不同的工艺需要对烟囱进行设计，需要充分考虑烟气中所含的物质、烟气的温度、烟囱上口内径、高度、烟道口的大小和位置等。
二、烟囱设计的条件要求
2.1自然条件方面
因为多数烟囱的高度较高，因此在设计时要充分考虑地震设防强度、地质条件和气候特征等。同时考虑到烟囱中烟气的温度问题，在设计时也要考虑某区域内一年中的最高和最低温度。
2.2技术条件方面
在对烟囱进行设计时，应考虑以下技术条件：一是烟囱的上口内径、平面位置和烟囱的高度；二是要考虑烟囱的标高、孔洞尺寸和烟道的布置；三是烟气的腐蚀性、流速、温度、湿度，并考虑是否会因某一因素的变动而引起烟气温度的升高；四是烟囱周边地质情况，包括烟囱沉降是否会受到周边建筑的影响等；五是其他方面，如具有较高高度的烟囱是否应安装飞行安全标志，是否应设置梯子平台以及是否需要考虑避雷设施等情况。
2.3温度条件方面
烟囱各组成部分所使用的材料不同，在设计时应保证各部分材料符合《烟囱设计规范》的规定温度要求。
三、计算烟囱温度
3.1空气温度
在计算烟囱筒壁温度时，应充分考虑所在区域年内最低和最高温度。在考虑烟囱隔热层、内衬、筒壁等的最高耐热温度和所用材料在温度下的折减系数时，使用年内最高温度计算。其中砖筒壁温度不超过400摄氏度；钢筋混凝土筒壁不超过150摄氏度。在考虑钢筋混凝土烟囱筒壁截面应力、裂缝和砖烟囱的环筋、环箍时，使用年内最低温度计算。
3.2烟气温度
在考虑烟囱各部受热温度和进行温差计算时，采用烟囱使用过程中的最高烟气温度。烟气在烟囱升降过程中的温度变化不计算在内。
3.3筒身受热温度
4 计算烟囱筒身
4.1计算规定
在设计钢筋混凝土烟囱筒壁时，需要进行如下计算：一是计算附加弯矩。包括正常使用极限状态下附加弯矩的计算和筒壁水平截面承载能力极限状态附加弯矩的计算；二是计算水平截面承载能力极限状态；三是计算正常使用极限状态的应力。
4.2计算附加弯矩
4.3计算筒身承载能力
4.4计算筒身正常使用状态
4.5计算筒身裂缝宽度
其中φ是裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数，αer是构件受力特征系数。但φ≤0.2时，φ值为0.2；当φ>1时，φ值为1；直接承受重复荷载的构件，φ值为1。σsk表示钢筋混凝土构件在各项标准荷载和温度的共同作用下，纵向受拉钢筋的应力；σs表示钢筋混凝土构件在荷载效应标准组合下，纵向受拉钢筋引力；deq表示受拉区纵向钢筋的等效直径；Es表示钢筋弹性模量；c表示从最外层纵向受拉钢筋边缘到受拉区底边的距离；当c数值小于20时，取值为20，当c数值大于65时，取值为65，区间内数值不变；pte表示按有效受拉混凝土截面面积计算的纵向受拉钢筋配筋率。计算最大裂缝宽度时，当pte小于0.01时pte取值为0.01。αT表示混凝土线膨胀系数；fsk表示混凝土抗拉强度标准值；Atc表示有效受拉混凝土截面面积；As表示受拉区纵向钢筋截面面积；di表示受拉区第i种纵向钢筋的直径；vi表示受拉区第i种纵向钢筋的相对粘接特性系数；ni表示受拉区第i种纵向钢筋的跟数。
5 小结
在设计烟囱时需遵循严格的程序规范和设计要求。如采用振型分解法计算水平地震，振型取前10阶；计算程序中的风荷载时，也以10段的尺度对每节筒壁高度进行细分。程序中多采取试算法，以满足给出配筋的最终目的。
