钢烟囱计算书计算书.doc

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（如果不单独存档，不盖入库章）

计 算 书

xxxx项目
xxxx装置
66米钢烟囱

文件编号：xxxx

钢烟囱设计软件QY-Chimney

*********工程建设有限公司
2017年10月

修 改
0
1
2
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7
日 期

编 制

校 核

审 核

目录

1、设计资料 4
2、计算依据 7
3、筒体自重计算 8
4、筒体截面参数 9
5、筒体温度计算 10
6、动力特征计算 13
7、风荷载计算 14
8、考虑瞬时极端最大风速时的风荷载计算（只计算顺风向风压） 16
9、地震作用及内力计算 18
10、附加弯矩计算 21
11、荷载内力组合 25
12、钢烟囱强度与稳定计算 27
13、考虑瞬时极端最大风速下验算结果 30
14、筒壁容许应力计算 31
15、钢烟囱底座计算 33
16、钢烟囱位移结果 36
17、加强圈间距计算 37

1、设计资料
1．基本设计资料
烟囱总高度H = 66.000m
烟气温度Tgas = 80.00℃
烟囱底部高出地面距离: 0mm
夏季极端最高温度Tsum = 40.00℃
冬季极端最低温度Twin = -15.00℃
最低日平均温度Twin = -5.00℃
烟囱日照温差△T = 15.00℃
基本风压w0 = 0.35kN/m2
瞬时极端最大风速: 50.00(m/s)
地面粗糙度: B类
烟囱筒体几何缺陷折减系数d = 0.50
烟囱安全等级: 二级
抗震设防烈度: 7度(0.10g)
设计地震分组: 第一组
建筑场地土类别: Ⅱ类
筒壁腐蚀厚度裕度: 2.00mm
衬里起始高度: 0.00m
设置破风圈: 是
2．材料信息

序号
使用部位
材料名称
最高使用温度(℃)
密度
(kg/m3)
导热系数l
(W /(m·K))
1
隔热层
JM-100
1100
850.00
-----
2
筒壁钢材
Q235(B)
250
7850.00
58.150

给定三个温度点下隔热层的导热系数值
给定温度(℃)
350
450
550
导热系数(W /(m·K))
0.200
0.200
0.240
3．几何尺寸信息
烟囱总分段数: 7
烟囱筒身分段参数表
编号
标高(m)
烟囱筒壁外直径(mm)
分段高度(m)
0
66.00
2000.00
-----
1
60.00
2000.00
6.00
2
50.00
2000.00
10.00
3
40.00
2000.00
10.00
4
30.00
4000.00
10.00
5
20.00
4000.00
10.00
6
10.00
4000.00
10.00
7
0.00
4000.00
10.00
烟囱总截面数: 18

烟囱筒身分节参数表(1)
截面编号
标高(m)
烟囱筒壁外直径(mm)
分节高度(m)
隔热层厚度(mm)
筒壁厚度(mm)
材料总厚度(mm)
坡度(%)
0
66.00
2000.00
-----
100.00
10.00
110.00
0.000
1
60.00
2000.00
6.000
100.00
10.00
110.00
0.000
2
55.00
2000.00
5.000
100.00
10.00
110.00
0.000
3
50.00
2000.00
5.000
100.00
10.00
110.00
0.000
4
45.00
2000.00
5.000
100.00
10.00
110.00
0.000
5
40.00
2000.00
5.000
100.00
10.00
110.00
0.000
6
35.00
3000.00
5.000
100.00
16.00
116.00
10.000
7
30.00
4000.00
5.000
100.00
16.00
116.00
10.000
8
23.00
4000.00
7.000
100.00
16.00
116.00
0.000
9
21.00
4000.00
2.000
100.00
16.00
116.00
0.000
10
20.00
4000.00
1.000
100.00
16.00
116.00
0.000
11
19.00
4000.00
1.000
100.00
16.00
116.00
0.000
12
17.00
4000.00
2.000
100.00
16.00
116.00
0.000
13
15.00
4000.00
2.000
100.00
16.00
116.00
0.000
14
12.50
4000.00
2.500
100.00
16.00
116.00
0.000
15
10.00
4000.00
2.500
100.00
16.00
116.00
0.000
16
5.00
4000.00
5.000
100.00
16.00
116.00
0.000
17
0.00
4000.00
5.000
100.00
16.00
116.00
0.000

烟囱筒身分节参数表(2)
截面编号
标高(m)
附加重量(kN)
附加风载(kN)
洞口
数量
洞口
形状
洞口宽度(mm)
洞口高度(mm)
洞口直径(mm)
0
66.00
0.00
0.00
0
-----
-----
-----
-----
1
60.00
0.00
0.00
0
-----
-----
-----
-----
2
55.00
0.00
0.00
0
-----
-----
-----
-----
3
50.00
0.00
0.00
0
-----
-----
-----
-----
4
45.00
0.00
0.00
0
-----
-----
-----
-----
5
40.00
0.00
0.00
0
-----
-----
-----
-----
6
35.00
0.00
0.00
0
-----
-----
-----
-----
7
30.00
0.00
0.00
0
-----
-----
-----
-----
8
23.00
0.00
0.00
1
圆形
-----
-----
1000
9
21.00
0.00
0.00
1
圆形
-----
-----
1000
10
20.00
0.00
0.00
0
-----
-----
-----
-----
11
19.00
0.00
0.00
1
圆形
-----
-----
1000
12
17.00
0.00
0.00
1
圆形
-----
-----
1000
13
15.00
0.00
0.00
1
圆形
-----
-----
1000
14
12.50
0.00
0.00
1
圆形
-----
-----
2000
15
10.00
0.00
0.00
0
-----
-----
-----
-----
16
5.00
0.00
0.00
0
-----
-----
-----
-----
17
0.00
0.00
0.00
0
-----
-----
-----
-----

钢平台参数表
平台
编号
标高(m)
平台宽度(mm)
角度(°)
活荷载
自重
均布(kN/m2)
总计(kN)
均布(kN/m2)
总计(kN)
1
13.00
1000.00
60.00
2.00
5.24
1.00
2.62
2
15.00
1000.00
60.00
2.00
5.24
1.00
2.62
3
17.00
1000.00
60.00
2.00
5.24
1.00
2.62
4
19.00
1000.00
60.00
2.00
5.24
1.00
2.62
5
21.00
1000.00
60.00
2.00
5.24
1.00
2.62
6
23.00
1000.00
60.00
2.00
5.24
1.00
2.62
7
46.00
1000.00
360.00
3.50
32.99
1.00
9.42
平台荷载折减系数: 1.00
是否设置爬梯: 是
爬梯自重(沿高度): 5.00(kN/m)
4．烟囱底座设计参数
烟囱底板材料: Q235(B)
烟囱底板内径D1: 3500.00mm
烟囱底板外径D2: 8000.00mm
偏心弯矩Me: 0.00kN.m
地脚螺栓材料: Q235(B)
地脚螺栓数量n: 6
地脚螺栓腐蚀裕量c2: 4.0mm
地脚螺栓中心线直径D3: 7500mm
筋板材料: Q235(B)
筋板高度hj: 600.00mm
盖板材料: Q235(B)
盖板类型: 环形盖板
是否有垫板: 是
垫板厚度td: 20mm
垫板宽度L4: 500mm

2、计算依据

《烟囱设计规范》 GB 50051-2013（以下简称“烟规”）
《建筑结构荷载规范》GB 50009-2012（以下简称“荷载规范”）
《建筑抗震设计规范》GB 50011-2010（以下简称“抗震规范”）
《钢结构设计规范》GB 50017-2003（以下简称“钢结构规范”）
《烟囱设计手册》(中国计划出版社, 2014年5月第1版, 以下简称“烟囱手册”)
《塔式容器》NB/T 47041-2014
《碳素结构钢》GB/T 700-2006
《低合金高强度结构钢》GB/T 1591-2008
《钢结构设计手册》（第三版） 中国建筑工业出版社
《钢结构连接节点设计手册》（第二版）中国建筑工业出版社
3、筒体自重计算
如果存在洞口的话则扣除洞口部位的重量。每节根部自重包括其上面所有分节的自重加上附加重量, 每节重量等于本节所有自重加上附加重量。主要应用如下公式:

筒身自重表格(1)
截面编号
标高(m)
Vi(m3)
重量(kN)
隔热层
筒壁
隔热层
筒壁
0
66.00
0.000
0.000
0.000
0.00
1
60.00
3.544
0.375
29.519
28.86
2
55.00
2.953
0.313
24.599
24.05
3
50.00
2.953
0.313
24.599
24.05
4
45.00
2.953
0.313
24.599
24.05
5
40.00
2.953
0.313
24.599
24.05
6
35.00
3.738
0.627
31.139
48.27
7
30.00
5.317
0.880
44.289
67.70
8
23.00
8.428
1.389
70.202
106.87
9
21.00
2.352
0.388
19.590
29.84
10
20.00
1.215
0.200
10.122
15.41
11
19.00
1.137
0.188
9.468
14.44
12
17.00
2.352
0.388
19.590
29.84
13
15.00
2.352
0.388
19.590
29.84
14
12.50
2.724
0.450
22.689
34.65
15
10.00
3.038
0.501
25.306
38.51
16
5.00
6.076
1.001
50.612
77.03
17
0.00
6.076
1.001
50.612
77.03
合计
--
60.159
9.027
501.127
694.49

筒身自重表格(2)
截面编号
标高(m)
附加重量(kN)
保温钉重(kN)
加强筋重(kN)
破风圈重(kN)
爬梯自重(kN)
平台自重(kN)
本节总重量(kN)
每节根部重量(kN)
0
66.00
0.00
--
--
--
--
--
0.00
0.00
1
60.00
0.00
0.63
2.20
4.00
30.00
0.00
95
95
2
55.00
0.00
0.53
1.83
3.34
25.00
0.00
79
175
3
50.00
0.00
0.53
1.83
3.34
25.00
0.00
79
254
4
45.00
0.00
0.53
1.83
3.34
25.00
9.42
89
343
5
40.00
0.00
0.53
1.83
0.67
25.00
0.00
77
419
6
35.00
0.00
0.66
2.30
0.00
25.12
0.00
107
527
7
30.00
0.00
0.93
3.23
0.00
25.12
0.00
141
668
8
23.00
0.00
1.46
5.10
0.00
35.00
0.00
219
887
9
21.00
0.00
0.41
1.42
0.00
10.00
2.62
64
951
10
20.00
0.00
0.21
0.74
0.00
5.00
2.62
34
985
11
19.00
0.00
0.20
0.69
0.00
5.00
0.00
30
1015
12
17.00
0.00
0.41
1.42
0.00
10.00
2.62
64
1078
13
15.00
0.00
0.41
1.42
0.00
10.00
2.62
64
1142
14
12.50
0.00
0.47
1.65
0.00
12.50
5.24
77
1219
15
10.00
0.00
0.53
1.84
0.00
12.50
0.00
79
1298
16
5.00
0.00
1.05
3.68
0.00
25.00
0.00
157
1456
17
0.00
0.00
1.05
3.68
0.00
25.00
0.00
157
1613
合计
--
0.00
10.52
36.72
14.68
330.25
25.13
1613
1613
筒身总重量 G = S(每节重量) = 1612.91kN
烟囱底板及隔热层的重量 = 266.53kN(极限状态法)
烟囱底板及隔热层的重量 = 304.05kN(容许应力法)
4、筒体截面参数
在钢烟囱设计计算时，考虑留有腐蚀厚度裕度2.00mm。腐蚀厚度裕度计入钢筒自重，但不计入计算截面的有效面积。下表壁厚已经包括了腐蚀厚度裕度。

截面
编号
标高
(m)
壁厚
(mm)
不扣除洞口部分
扣除洞口部分
A1(m2)
A2(m2)
I(m4)
W(m3)
An(m2)
In(m4)
Wn(m3)
0
66.00
10.00
0.0625
0.0500
0.0247
0.0247
0.0500
0.0247
0.0247
1
60.00
10.00
0.0625
0.0500
0.0247
0.0247
0.0500
0.0247
0.0247
2
55.00
10.00
0.0625
0.0500
0.0247
0.0247
0.0500
0.0247
0.0247
3
50.00
10.00
0.0625
0.0500
0.0247
0.0247
0.0500
0.0247
0.0247
4
45.00
10.00
0.0625
0.0500
0.0247
0.0247
0.0500
0.0247
0.0247
5
40.00
10.00
0.0625
0.0500
0.0247
0.0247
0.0500
0.0247
0.0247
6
35.00
16.00
0.1500
0.1312
0.1458
0.0973
0.1312
0.1458
0.0973
7
30.00
16.00
0.2003
0.1751
0.3471
0.1737
0.1751
0.3471
0.1737
8
23.00
16.00
0.2003
0.1751
0.3471
0.1737
0.1609
0.2872
0.1363
9
21.00
16.00
0.2003
0.1751
0.3471
0.1737
0.1609
0.2872
0.1363
10
20.00
16.00
0.2003
0.1751
0.3471
0.1737
0.1751
0.3471
0.1737
11
19.00
16.00
0.2003
0.1751
0.3471
0.1737
0.1609
0.2872
0.1363
12
17.00
16.00
0.2003
0.1751
0.3471
0.1737
0.1609
0.2872
0.1363
13
15.00
16.00
0.2003
0.1751
0.3471
0.1737
0.1609
0.2872
0.1363
14
12.50
16.00
0.2003
0.1751
0.3471
0.1737
0.1457
0.2192
0.1039
15
10.00
16.00
0.2003
0.1751
0.3471
0.1737
0.1751
0.3471
0.1737
16
5.00
16.00
0.2003
0.1751
0.3471
0.1737
0.1751
0.3471
0.1737
17
0.00
16.00
0.2003
0.1751
0.3471
0.1737
0.1751
0.3471
0.1737
注：（1）“筒壁面积A1”为筒壁实际毛截面面积。
（2）A2、I、W、An、In、Wn均为扣除腐蚀裕度后的结果。
5、筒体温度计算

5.1 假定初始温度
温度计算采用如下计算方法, 首先根据经验公式假设各材料的温度T:
筒身各层厚度分别为t1、t2
总厚度t = t1 + t2
计算点坐标为x, 所以可得:
0点: x = t
1点: x = t2
2点: x =0
则可按下式计算各点的初步温度

5.2 各点温度计算
以上步假定的温度代入烟囱规范P36公式5.6.4求出各点的温度, 如果求出的各点温度与假定温度误差超过5%, 则以本次求出的温度作为假定温度值, 继续代入公式5.6.4中求解, 直到二者误差小于5%为止(一般两次就能满足要求)。
当验算截面位于衬里起始高度以下时, 验算夏季温度时, 取烟气温度为夏季极端最高温度+10℃；验算冬季温度时, 取烟气温度为10℃

式中: Tcj ----- 计算点受热温度(℃)
Tg ----- 烟气温度(℃)
Ta ------ 空气温度(℃)
Rtot -----隔热层、筒壁等总热阻(m2•K/W)
Ri ------ 第i层热阻(m2•K/W)
Rin ------ 隔热层内表面的热阻(m2•K/W)
计算内衬、隔热层和筒壁等各点受热温度时, 内衬、隔热层和筒壁等的总热阻按下式计算:

式中: d0 ----- 隔热层内直径(m)
d1 ----- 筒壁内直径(m)
d2 ----- 筒壁外直径(m)

5.3 夏、冬季计算温度汇总表（当温度大于80℃时即表示为温度结果不满足，但仍可继续计算）
标高(m)
T0(℃)
T1(℃)
T2(℃)
验算
结果
66.00
--
--
--
--
60.00
78.05
47.63
44.76
满足
55.00
78.05
47.63
44.76
满足
50.00
78.05
47.63
44.76
满足
45.00
78.05
47.63
44.76
满足
40.00
78.05
47.63
44.76
满足
35.00
78.17
49.10
44.63
满足
30.00
78.20
49.18
44.68
满足
23.00
78.20
49.18
44.68
满足
21.00
78.20
49.18
44.68
满足
20.00
78.20
49.18
44.68
满足
19.00
78.20
49.18
44.68
满足
17.00
78.20
49.18
44.68
满足
15.00
78.20
49.18
44.68
满足
12.50
78.20
49.18
44.68
满足
10.00
78.20
49.18
44.68
满足
5.00
78.20
49.18
44.68
满足
0.00
78.20
49.18
44.68
满足
冬季计算温度汇总表

标高(m)
T0(℃)
T1(℃)
T2(℃)
66.00
--
--
--
60.00
75.10
-1.51
-8.74
55.00
75.10
-1.51
-8.74
50.00
75.10
-1.51
-8.74
45.00
75.10
-1.51
-8.74
40.00
75.10
-1.51
-8.74
35.00
75.41
2.31
-8.93
30.00
75.46
2.47
-8.86
23.00
75.46
2.47
-8.86
21.00
75.46
2.47
-8.86
20.00
75.46
2.47
-8.86
19.00
75.46
2.47
-8.86
17.00
75.46
2.47
-8.86
15.00
75.46
2.47
-8.86
12.50
75.46
2.47
-8.86
10.00
75.46
2.47
-8.86
5.00
75.46
2.47
-8.86
0.00
75.46
2.47
-8.86

4．材料力学参数
根据烟囱规范4.3.6规定，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：

根据烟囱规范4.3.7规定，钢材在温度作用下的弹性模量应折减，并应按下式计算：

其中bd按烟囱规范P25表4.3.7查表计算

夏季温度作用下材料设计值

标高(m)
gs
ft
fyt
bd
Et(×105)
66.00
--
--
--
--
--
60.00
0.97
207.73
227.06
1.00
2.06
55.00
0.97
207.73
227.06
1.00
2.06
50.00
0.97
207.73
227.06
1.00
2.06
45.00
0.97
207.73
227.06
1.00
2.06
40.00
0.97
207.73
227.06
1.00
2.06
35.00
0.97
207.73
227.06
1.00
2.06
30.00
0.97
207.73
227.06
1.00
2.06
23.00
0.97
207.73
227.06
1.00
2.06
21.00
0.97
207.73
227.06
1.00
2.06
20.00
0.97
207.73
227.06
1.00
2.06
19.00
0.97
207.73
227.06
1.00
2.06
17.00
0.97
207.73
227.06
1.00
2.06
15.00
0.97
207.73
227.06
1.00
2.06
12.50
0.97
207.73
227.06
1.00
2.06
10.00
0.97
207.73
227.06
1.00
2.06
5.00
0.97
207.73
227.06
1.00
2.06
0.00
0.97
207.73
227.06
1.00
2.06
注: 强度值和弹性模量的单位均为N/mm2
6、动力特征计算
烟囱可以简化成具有多个集中质量的多质点振动体系, 其连续渐变截面用分段变截面代替, 求解特征方程, 即可得到前5个振型的动力特征值。
等效质点计算结果

质点
编号
标高(m)
截面惯性矩I(m4)
截面刚度B(×107kN·m2)
等效质点重量
(kN)
1
66.00
0.0247
0.5085
48
2
60.00
0.0247
0.5085
87
3
55.00
0.0247
0.5085
79
4
50.00
0.0247
0.5085
92
5
45.00
0.0247
0.5085
91
6
40.00
0.0760
1.5656
92
7
35.00
0.2199
4.5295
124
8
30.00
0.3471
7.1510
180
9
23.00
0.3471
7.1510
143
10
21.00
0.3471
7.1510
52
11
20.00
0.3471
7.1510
33
12
19.00
0.3471
7.1510
48
13
17.00
0.3471
7.1510
67
14
15.00
0.3471
7.1510
74
15
12.50
0.3471
7.1510
81
16
10.00
0.3471
7.1510
118
17
5.00
0.3471
7.1510
157
18
0.00
--
--
79

前五阶振型相对位移计算结果

标高(m)
第一振型
(相对值)
第二振型
(相对值)
第三振型
(相对值)
第四振型
(相对值)
第五振型
(相对值)
66.00
1.0000
1.0000
1.0000
1.0000
1.0000
60.00
0.8164
0.4714
0.0061
-0.3609
-0.8176
55.00
0.6670
0.0642
-0.5685
-0.7628
-0.5686
50.00
0.5267
-0.2688
-0.7258
-0.3101
0.6412
45.00
0.4040
-0.4830
-0.4685
0.4681
0.8983
40.00
0.3097
-0.5451
-0.0523
0.7437
-0.0177
35.00
0.2411
-0.4984
0.2379
0.4462
-0.5773
30.00
0.1841
-0.4178
0.3853
0.0361
-0.4897
23.00
0.1148
-0.2899
0.4374
-0.4130
0.0543
21.00
0.0973
-0.2527
0.4231
-0.4853
0.2104
20.00
0.0890
-0.2343
0.4113
-0.5094
0.2794
19.00
0.0810
-0.2160
0.3967
-0.5251
0.3404
17.00
0.0659
-0.1804
0.3595
-0.5317
0.4335
15.00
0.0521
-0.1463
0.3136
-0.5071
0.4822
12.50
0.0369
-0.1067
0.2480
-0.4382
0.4774
10.00
0.0241
-0.0716
0.1785
-0.3383
0.4062
5.00
0.0063
-0.0196
0.0547
-0.1147
0.1563
0.00
0
0
0
0
0

前五阶自振周期分别为:
T1 = 1.4146s
T2 = 0.4430s
T3 = 0.1523s
T4 = 0.0855s
T5 = 0.0516s
7、风荷载计算
1．顺风向风压w0 = 0.35kN/m2时风荷载系数计算
(1)风压高度变化系数
因地面粗糙度为B类, 查荷载规范P31表8.2.1可得到mz
(2)风载体型系数ms
设置破风圈后，烟囱自上而下1/3高度范围内ms = 1.2 ，其他位置ms = 0.70
(3)风振系数bz
根据荷载规范8.4.3可得

(4)x1 = 35.8476
(5)脉动风荷载竖直方向的相关系数rz
rz = 0.7722
(6)风荷载标准值计算
wk = bzmsmzw0
顺风向风压时风荷载计算结果

标高(m)
Ro
mz
qB
qv
z/H
R
j1(z)
Bz
bz
wk
66.00
1000
1.7580
0.50
1.75
1.00
1.5510
1.0000
0.8718
2.1261
1.57
60.00
1000
1.7100
0.50
1.75
0.91
1.5510
0.8545
0.7659
1.9894
1.43
55.00
1000
1.6650
0.50
1.75
0.83
1.5510
0.7300
0.6719
1.8680
1.31
50.00
1000
1.6200
0.50
1.75
0.76
1.5510
0.6135
0.5804
1.7497
1.19
45.00
1000
1.5700
0.50
1.75
0.68
1.5510
0.5045
0.4925
1.6362
1.08
40.00
1000
1.5200
0.50
1.75
0.61
1.5510
0.3985
0.4018
1.5190
0.57
35.00
1500
1.4550
0.75
1.75
0.53
1.5510
0.3098
0.4896
1.6324
0.58
30.00
2000
1.3900
1.00
1.75
0.45
1.5510
0.2295
0.5062
1.6539
0.56
23.00
2000
1.2780
1.00
1.75
0.35
1.5510
0.1364
0.3271
1.4225
0.45
21.00
2000
1.2460
1.00
1.75
0.32
1.5510
0.1136
0.2795
1.3611
0.42
20.00
2000
1.2300
1.00
1.75
0.30
1.5510
0.1023
0.2549
1.3292
0.40
19.00
2000
1.2100
1.00
1.75
0.29
1.5510
0.0933
0.2364
1.3054
0.39
17.00
2000
1.1700
1.00
1.75
0.26
1.5510
0.0767
0.2008
1.2595
0.36
15.00
2000
1.1300
1.00
1.75
0.23
1.5510
0.0600
0.1628
1.2102
0.34
12.50
2000
1.0650
1.00
1.75
0.19
1.5510
0.0413
0.1188
1.1535
0.30
10.00
2000
1.0000
1.00
1.75
0.15
1.5510
0.0280
0.0859
1.1110
0.27
5.00
2000
1.0000
1.00
1.75
0.08
1.5510
0.0100
0.0307
1.0396
0.25
0.00
2000
1.0000
1.00
1.75
0.00
1.5510
0.0100
0.0307
1.0396
0.25
注：R0——筒身截面外半径（mm）
2．横向风振判断
已经设立破风圈，不考虑横风向作用
3．风弯矩标准值计算
风荷载及风弯矩标准值计算结果

标高(m)
Ra
hi
wcp
Qi
Mwk
66.00
--
--
--
--
--
60.00
1000.00
6.00
1.50
21.59
65
55.00
1000.00
5.00
1.37
16.41
214
50.00
1000.00
5.00
1.25
14.98
441
45.00
1000.00
5.00
1.13
13.62
740
40.00
1000.00
5.00
0.82
8.22
1094
35.00
1250.00
5.00
0.