鋼管架結構設計論文

導語：鋼管架結構設計論文一文來源于網友上傳，不代表本站觀點，若需要原創文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要:介紹了鋼管架的結構特點，分析了鋼管架結構荷載的計算和選取，明確了結構構件設計計算和控制條件，提出了鋼管架結構與相關專業配合的合理性設計方法，使設計人員對該結構達到一個初步認識及參考。

關鍵詞:管架，荷載，結構布置，構件設計

1設計要點

根據工藝要求，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，同時要求管架設置不得有礙于操作及人員通行，便于設備、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，防止管道與結構碰撞，并滿足結構的整體受力合理性的要求，是結構布置的關鍵;另一方面，如何經濟合理的選取梁柱截面，是結構構件設計的關鍵。

2結構布置

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

3結構設計荷載

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SH/T3055—2007石油化工管架設計規范中6．1．2條，多根密排管道宜按均布荷載計算，當遇有一根管道作用于梁上的荷載大于10kN時，該管道應單獨按集中荷載考慮。此外，還應考慮預留管道荷載。管道均布力簡化處理如下:對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提供的荷載條件確定，但對于空重不小于100kg/m2，操作重及試水重不小于200kg/m2(經濟設計時不小于150kg/m2)。管道均布線荷載標準值(kN/m)可按下式計算:其中，qv為均布在橫梁上的管道垂直線荷載標準值，kN/m;l為橫梁間距，m;Fi為某單根管道的垂直荷載標準值，kN/m;L4為管道計算區段長度，m;n為管道計算區段內的管道根數(一般取4根以上)。2)集中力。管道布置(見圖1)，對大于8”的大管，采用集中力的形式作用于主橫梁上，當主橫梁上均布力滿布時，要注意扣除大管面積范圍內的均布力，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提供，設計時還沒有相應的荷載資料，根據經驗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，作用方向為沿管道走向的水平方向(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提供，若無管道荷載資料時，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風荷載(WL)依據HG/T20670—2000化工、石油化工管架、管墩設計規定的4．4節計算，一般管架結構以橫向風荷載起控制作用，包括管道徑向風荷載、管架柱及縱向構件風荷載。管道風荷載:Wk=μsμzWodld。其中，Wk為管道徑向風荷載標準值，kN;μs為風荷載體形系數，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荷載:WL1=μs1μzWoh1ld。作用在每榀桁架上的風荷載:WL2=μs2μzWoh2ld。作用在每榀柱上的風荷載:Wz=μs3μzWoh3b。其中，WL1，WL2，Wz均為橫向風荷載標準值，kN;μs1，μs3均為結構風荷載體形系數，取1．3;μs2為單榀桁架構件的體形系數，μs2=μs，μs為對型鋼桿件可取1．3，桁架擋風系數=An/A，An為桁架桿件和節點擋風的凈投影面積，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(若管架兩側的跨度不等時，取平均值)，m。3．6地震荷載(SL)根據HG/T20670—2000化工、石油化工管架、管墩設計規定，本管架雖然處于抗震設防烈度8度以下地區，但是管架上直徑大于500mm的管道多于3根，應進行橫向水平地震作用驗算;同時管架大于3層也應進行縱向地震作用驗算。依據《建筑抗震設計規范》，采用底部剪力法計算。結構底部總水平地震作用標準值:F=αGeq。α=η2αmax(當0．1＜T＜Tg時)。α=(Tg/T)rη2αmax(當Tg＜T＜5Tg時)。

4結構設計計算

4．1管架梁及桁架的允許撓度。依據HG/T20670—2000化工、石油化工管架、管墩設計規定中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HG/T20670—2000化工、石油化工管架、管墩設計規定中3．0．17條規定，鋼管架柱沿徑向的允許位移值規定如下:1)鋼管架柱在風荷載作用下沿徑向產生的柱頂點位移與總高度之比值不宜大于1/250;2)鋼結構縱梁式、桁架式管廊，如柱頂設有水平支撐時，在風荷載作用下沿徑向產生的柱頂位移與總高之比值不宜大于1/200。5結語管架設計要力求技術先進、安全可靠、經濟合理、確保生產。鋼管架的結構設計需要結構布置要綜合工藝、管道和結構專業的要求，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。

參考文獻:

［1］GB50011—2010，建筑抗震設計規范［S］．

［2］GB50009—2012，建筑結構荷載規范［S］．

［3］GB50017—2003，鋼結構設計規范［S］．

［4］SH/T3055—2007，石油化工管架設計規范［S］．

作者:劉心 單位:大唐環境產業集團股份有限公司