烟囱是是工业和民用建筑中广泛应用且不可缺少的特种结构，是工业生产中向高空排放各种废气的主要设备，是工业建筑中一项重要的标志性构筑物，多用于火电、核电、冶金、化工等行业。

19世纪和20世纪初，大多数工厂和发电站的烟囱都是砌体结构，众所周知，砌体结构接缝的缺点是抗拉性能较差，主要是依靠自重来抵抗风载荷的倾覆作用。但是当时的设计经验及规范并不完整，许多烟囱在强风中都损坏了。

上个世纪受制于经济能力和施工技术，单筒式钢筋混凝土烟囱这种结构简单、造价低、施工便捷的烟囱型式，成为了我国火力发电厂的首选结构型式。烟囱是火力发电厂中非常常见的高耸结构，随着社会用电量需求越来越高，火力发电厂的发电规模也越来越大，导致烟囱的高度也随之变的越来越高，烟囱是典型的风敏感结构，风荷载是烟囱的主要控制荷载之一，目前已有的大多研究高度均是在规范限定的高度内，对于超出规范高度的烟囱的抗风研究较少，且现行的《建筑结构荷载规范》(GB 50051-20112)和《烟囱设计规范》(GB 50051-2013)对烟囱计算在高度及坡度取值均有限制，不能够精确计算出此类结构的风荷载，从而导致结构抗风设计偏于保守。

烟囱作为电厂的标志性构筑物，它的设计并不比高层建筑结构简单，特别从荷载作用的角度，它甚至比高层建筑结构更复杂，由于烟囱结构的特殊形式，导致风荷载作用引起的效应与一般高层建筑不同，而且烟囱设计制造的进度会影响到电厂建设及试验进度。

目前对于结构抗风的研究方法除了采用风洞试验的方法外，计算流体动力学方法（CFD）也越来越多的应用到结构抗风研究中，相比较于风洞试验，数值模拟方法由于成本低、便于调整参数等优势，在工程领域的应用越来越多。CFD 在最近20 年中得到飞速的发展, 除了计算机硬件工业的发展给它提供了坚实的物质基础外, 还主要因为无论分析的方法或实验的方法都有较大的限制, 例如由于问题的复杂性, 既无法作分析解, 也因费用昂贵而无力进行实验确定, 而CFD 的方法正具有成本低和能模拟较复杂或较理想的过程等优点。经过一定考核的CFD软件可以拓宽实验研究的范围, 减少成本昂贵的实验工作量。在给定的参数下用计算机对现象进行一次数值模拟相当于进行一次数值实验, 历史上也曾有过首先由CFD 数值模拟发现新现象而后由实验予以证实的例子。CFD软件之间可以方便地进行数值交换, 并采用统一的前、后处理工具, 这就省却了科研工作者在计算机方法、编程、前后处理等方面投入的重复、低效的劳动, 而可以将主要精力和智慧用于物理问题本身的探索上。

2. 研究的基本内容与方案

基本内容：150米高钢筋混凝土烟囱在风作用下的有限元分析

目标：在现有的规范和设计要求下建立合理的高层钢筋混凝土烟囱外围支撑模型，旨在讨论在武汉地区某150米高钢筋混凝土烟囱在50年一遇风压条件下的受力及变形情况，发现其最大受力和变形，为现行的《建筑结构荷载规范》(GB 50051-20112)和《烟囱设计规范》(GB 50051-2013)给出一定的参考，给高层烟囱设计提供一些可行的意见。

拟采用的技术方案及措施：主要考虑烟囱的重力和结构风载荷，忽略烟气温度作用、大气温度作用、烟气压力等可变载荷的影响。研究高层烟囱在强风作用下的抗风性能。

应用材料力学、结构力学、流体力学等力学相关知识进行简化的理论计算以及使用FLUENT、ANSYS等有限元分析软件建立烟囱结构的有限元模型，运用风载作用的基本理论分析烟囱在各种风载作用下的响应（风力倾覆、漩涡脱落、振动破坏），主要考虑横向风、纵向风和脉动风对高层结构的作用影响大小，次要考虑同时存在多个烟囱时，不同风向角的风载荷的影响，研究烟囱的抗风性能并做出一定的优化计算。

[1]GB50009-2012.建筑结构荷载规范[S].2012.