導(dǎo)語：鋼管架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)論文一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要:介紹了鋼管架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，分析了鋼管架結(jié)構(gòu)荷載的計(jì)算和選取，明確了結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)計(jì)算和控制條件，提出了鋼管架結(jié)構(gòu)與相關(guān)專業(yè)配合的合理性設(shè)計(jì)方法，使設(shè)計(jì)人員對(duì)該結(jié)構(gòu)達(dá)到一個(gè)初步認(rèn)識(shí)及參考。

關(guān)鍵詞:管架，荷載，結(jié)構(gòu)布置，構(gòu)件設(shè)計(jì)

1設(shè)計(jì)要點(diǎn)

根據(jù)工藝要求，在管架上需交叉通行各種管道，并且大直徑管道多，管道荷載較大，同時(shí)要求管架設(shè)置不得有礙于操作及人員通行，便于設(shè)備、管道的拆卸、檢修。因此，一方面如何考慮管架水平支撐和豎向支撐的整體布置，防止管道與結(jié)構(gòu)碰撞，并滿足結(jié)構(gòu)的整體受力合理性的要求，是結(jié)構(gòu)布置的關(guān)鍵;另一方面，如何經(jīng)濟(jì)合理的選取梁柱截面，是結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

2結(jié)構(gòu)布置

2．1管架的平面布置。1)管架跨度。由管道專業(yè)及電氣儀表專業(yè)依據(jù)管道布置確定。2)管架柱距。由管道布置專業(yè)確定，但可從結(jié)構(gòu)專業(yè)的角度考慮柱距的合理性，若不合理，可向管道專業(yè)提出，并共同討論確定。3)伸縮縫布置。對(duì)于較長的管架，要設(shè)置溫度縫，一般在溫度縫處采用雙柱。伸縮縫間距:全鋼結(jié)構(gòu)或縱梁、桁架采用鋼結(jié)構(gòu)，柱采用混凝土結(jié)構(gòu)時(shí)不宜大于120m;全鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)時(shí)不宜大于70m。4)橫向中間梁布置。管道層次梁間距一般不大于3000mm，當(dāng)僅支撐大管時(shí)，間距可適當(dāng)加大;支撐電纜層一般不大于2500mm，以滿足小管道及電纜的剛度需求，當(dāng)電氣專業(yè)選擇的電纜盤厚度可滿足更大支撐間距要求時(shí)，次梁間距可適當(dāng)加大。5)水平斜撐。與立面斜撐配套布置，對(duì)次梁上水平集中力較大的地方(如錨定力等)，適當(dāng)布置水平斜撐，將水平力傳遞給主框架系統(tǒng)。2．2管架的立面布置。1)橫向。橫向主構(gòu)架通常采用剛接形式，避免使用斜撐，以免妨礙管道布設(shè)，并提供管架下方空間供維修或通行之用。對(duì)于層數(shù)較多且高度較高，負(fù)載較大的管架，在不影響維修通行空間的情況下，其橫向主構(gòu)架的最下層應(yīng)設(shè)法設(shè)置立面斜撐或角隅斜撐，以減小側(cè)移及柱斷面，從而節(jié)省鋼構(gòu)材料。2)縱向。為排架方向，梁柱采用鉸接形式，側(cè)向支撐系統(tǒng)采用立面斜撐，以便有效傳遞水平力。立面斜撐設(shè)置的位置要配合管線進(jìn)出的需求，最好能事先協(xié)調(diào)予以錯(cuò)開。立面支撐的設(shè)置宜以4跨～5跨設(shè)立一組，每段獨(dú)立的管架宜至少設(shè)置兩組(較短的管架也可僅設(shè)置一組)。

3結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)荷載

3．1自重自重包括管架本身自重和電纜自重。3．2管道重量由管道專業(yè)提供的管道空重、管道操作重、管道試水重，分別以均布力或集中力的形式作用于主橫梁或次梁上。1)均布力。根據(jù)SH/T3055—2007石油化工管架設(shè)計(jì)規(guī)范中6．1．2條，多根密排管道宜按均布荷載計(jì)算，當(dāng)遇有一根管道作用于梁上的荷載大于10kN時(shí)，該管道應(yīng)單獨(dú)按集中荷載考慮。此外，還應(yīng)考慮預(yù)留管道荷載。管道均布力簡化處理如下:對(duì)8”及以下的小管，采用均布力的形式作用于主橫梁及次梁上，均布力的大小依管道專業(yè)提供的荷載條件確定，但對(duì)于空重不小于100kg/m2，操作重及試水重不小于200kg/m2(經(jīng)濟(jì)設(shè)計(jì)時(shí)不小于150kg/m2)。管道均布線荷載標(biāo)準(zhǔn)值(kN/m)可按下式計(jì)算:其中，qv為均布在橫梁上的管道垂直線荷載標(biāo)準(zhǔn)值，kN/m;l為橫梁間距，m;Fi為某單根管道的垂直荷載標(biāo)準(zhǔn)值，kN/m;L4為管道計(jì)算區(qū)段長度，m;n為管道計(jì)算區(qū)段內(nèi)的管道根數(shù)(一般取4根以上)。2)集中力。管道布置(見圖1)，對(duì)大于8”的大管，采用集中力的形式作用于主橫梁上，當(dāng)主橫梁上均布力滿布時(shí)，要注意扣除大管面積范圍內(nèi)的均布力，即:F=S(W－pD)g。其中，S為管道跨距;W為大管重，kg/m;p為大管所在位置的均布面荷載，kg/m2;D為大管管徑。圖1管道荷載布置示意圖F6F5F4F3F2F1L1LL2L3L4L2L3LF5F6qvLllllllSSSF6F5F6F5F6F5F6F5qvqvqvqvqvqvqvqvqv3．3管道的摩擦力管道的摩擦力由管道專業(yè)提供，設(shè)計(jì)時(shí)還沒有相應(yīng)的荷載資料，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)近似取管道操作荷載的10%布于主次橫梁上，作用方式同管道操作荷載，作用方向?yàn)檠毓艿雷呦虻乃椒较?見圖2)。圖2管道摩擦力布置示意圖Lq′P2′P1′q′q′q′q′q′q′q′q′q′P2′P1′P2′P1′P2′P1′lllllSSlS3．4管道的錨定力管道錨定力由管道專業(yè)提供，若無管道荷載資料時(shí)，每層以每米寬2kN水平集中力作用于主橫梁上(見圖3)。圖3管道錨定力布置示意圖n@10002kN2kN2kN2kN2kN2kN2kN2kN2kN2kN2kN2kN2kN2kN2kN2kN2kN2kN2kN2kNllllllSSS3．5風(fēng)荷載(WL)依據(jù)HG/T20670—2000化工、石油化工管架、管墩設(shè)計(jì)規(guī)定的4．4節(jié)計(jì)算，一般管架結(jié)構(gòu)以橫向風(fēng)荷載起控制作用，包括管道徑向風(fēng)荷載、管架柱及縱向構(gòu)件風(fēng)荷載。管道風(fēng)荷載:Wk=μsμzWodld。其中，Wk為管道徑向風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值，kN;μs為風(fēng)荷載體形系數(shù)，單根取0．6;2根取0．9;3根，4根取1．2;不小于5根取1．4;d為管道外徑(包括保溫層)，多根管道取平均外徑，m;ld為前后相鄰管架間管道長度之半，m。作用在每根縱梁上的風(fēng)荷載:WL1=μs1μzWoh1ld。作用在每榀桁架上的風(fēng)荷載:WL2=μs2μzWoh2ld。作用在每榀柱上的風(fēng)荷載:Wz=μs3μzWoh3b。其中，WL1，WL2，Wz均為橫向風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值，kN;μs1，μs3均為結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載體形系數(shù)，取1．3;μs2為單榀桁架構(gòu)件的體形系數(shù)，μs2=μs，μs為對(duì)型鋼桿件可取1．3，桁架擋風(fēng)系數(shù)=An/A，An為桁架桿件和節(jié)點(diǎn)擋風(fēng)的凈投影面積，m2，A為桁架的輪廓面積，m2，A=h2ld;h1，h2，h3分別為梁截面高度、桁架高度和柱子高度，m;b為風(fēng)荷載作用方向上的柱截面寬度，m;ld為管道跨度，即柱距(若管架兩側(cè)的跨度不等時(shí)，取平均值)，m。3．6地震荷載(SL)根據(jù)HG/T20670—2000化工、石油化工管架、管墩設(shè)計(jì)規(guī)定，本管架雖然處于抗震設(shè)防烈度8度以下地區(qū)，但是管架上直徑大于500mm的管道多于3根，應(yīng)進(jìn)行橫向水平地震作用驗(yàn)算;同時(shí)管架大于3層也應(yīng)進(jìn)行縱向地震作用驗(yàn)算。依據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》，采用底部剪力法計(jì)算。結(jié)構(gòu)底部總水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值:F=αGeq。α=η2αmax(當(dāng)0．1＜T＜Tg時(shí))。α=(Tg/T)rη2αmax(當(dāng)Tg＜T＜5Tg時(shí))。

4結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算

4．1管架梁及桁架的允許撓度。依據(jù)HG/T20670—2000化工、石油化工管架、管墩設(shè)計(jì)規(guī)定中3．0．9條及表3．0．9，縱梁、橫梁的允許撓度為1/250，鋼桁架的允許撓度為1/500。4．2管架柱的水平位移。依據(jù)HG/T20670—2000化工、石油化工管架、管墩設(shè)計(jì)規(guī)定中3．0．17條規(guī)定，鋼管架柱沿徑向的允許位移值規(guī)定如下:1)鋼管架柱在風(fēng)荷載作用下沿徑向產(chǎn)生的柱頂點(diǎn)位移與總高度之比值不宜大于1/250;2)鋼結(jié)構(gòu)縱梁式、桁架式管廊，如柱頂設(shè)有水平支撐時(shí)，在風(fēng)荷載作用下沿徑向產(chǎn)生的柱頂位移與總高之比值不宜大于1/200。5結(jié)語管架設(shè)計(jì)要力求技術(shù)先進(jìn)、安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理、確保生產(chǎn)。鋼管架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要結(jié)構(gòu)布置要綜合工藝、管道和結(jié)構(gòu)專業(yè)的要求，使管架的跨度、柱距、水平斜撐和立面斜撐布置滿足整體傳力合理性的要求。

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［2］GB50009—2012，建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范［S］．

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［4］SH/T3055—2007，石油化工管架設(shè)計(jì)規(guī)范［S］．

作者:劉心 單位:大唐環(huán)境產(chǎn)業(yè)集團(tuán)股份有限公司