能源設備鋼結構

能源設備鋼結構工程公司架空管道支架結構設計探究

摘要：架空管道的鋼結構支承系統一般包括單片支架、固定支架、搖擺柱支架、桁架、附屬檢修平臺等。本文重點討論架空管道鋼結構支架的設計問題。

能源設備鋼結構    1、輕型鋼結構工程公司對支架的設計

1.1鋼結構管架分類及選型

鋼結構管架是管道的支承結構，分為固定管架、單向活動管架、雙向活動管架及組合式管架等。

固定管道支架在縱向(沿管道方向)及橫向均視為管道的不移動支點。因此，固定管道支架應有足夠剛度，以保證管道系統的穩定。固定管架上的管道，一般采用固定管托(若有不固定的管托時，管托形式由工藝專業決定)。

單向活動管道支架一般設計為沿管道縱向可伸縮變形，管道橫向不可變形，縱向的變形量應根據設備專業資料的要求確定。單向活動管道支架可設計為剛性、柔性和半鉸接的構造形式。

雙向活動管道支架允許管道沿平面內任意方向變形。雙向活動管道支架可設計為搖擺管架、雙向滑動管架和搖動吊梁管架。

管道跨越河流、山谷、鐵路、公路以及其他建筑物而跨距超過允許值時，或因管徑較小設立的管架數量過多而不合理時，可設置桁架實現跨越。

支架寬度根據工藝和設備專業資料的管道布置和計算確定，也可按照支架高度的1/8~1/12進行估算，還應注意避開地上、地下設備管線的位置。當支架高度不大于10m時，支架頂部和底部同寬;當支架高度大于10m時，可采用上小下大的梯形樣式。

當支架高度不大于10m時，其立柱截面優先采用熱軋H型鋼或熱軋工字鋼;當支架高度大于10m時，宜采用焊接H型鋼;支架的橫梁優先采用熱軋H型鋼，也可采用焊接H型鋼;支撐采用角鋼制作，當立柱斷面高度不大于300mm時，可設單片支撐，當大于300mm時，宜設置雙片支撐。當固定支架(由兩片單片支架和垂直支撐、橫梁組成)高度大于10m時，宜沿豎向不大于5m且不超過兩個垂直支撐的節間高度設置一道水平支撐，以增強固定支架的整體性和抗扭轉能力。

1.2荷載

恒載：①管道重(包括管道、內襯、保溫層、管道附件等);②介質重;③管架重。

活荷載：①檢修平臺上活荷載;②灰荷載;③管內沉積物;④試壓水。

水平推力：①管道補償器的彈性力;②介質壓力作用下的管道盲板力或鼓壁力;③固定、剛性管架的管道摩擦力或活動管架位移反彈力。④管道橫向位移的摩擦力

風荷載：①管道上的風荷載;②管架上的風荷載。

特殊荷載：事故水、地震作用。

其他荷載：①冰雪荷載，在寒冷地區，當管壁溫度在0℃以下時，應按具體情況考慮;②預留荷載。

1.3支架結構內力分析

支架的計算應采用不完全鉸接的平面桿系進行內力分析。結構計算可手算或采用PKPM的STS支架計算模塊等進行計算分析。根據支架所承受的豎向和水平力，可按操作狀態、試壓狀態、地震狀態三種工作狀態計算，這三種狀態下考慮下列組合：

操作狀態：永久荷載+活荷載+縱向水平荷載+風荷載。

試壓狀態：永久荷載+試壓水荷載+風荷載

地震狀態：永久荷載+50%活荷載+固定管架水平推力+地震作用

1.4計算簡圖

管架結構按彈性體系計算，管架結構受力復雜，其柱、梁和基礎均為雙向受力構件，但在一般情況下，可根據設計經驗簡化計算，各類管架計算簡圖如下。

(1)固定管架計算簡圖

以上類型管架柱沿管道縱向方向計算長度系數取值宜為：固定管架取垂直支撐節間長度(沒條件設垂直支撐按2.0取);單片剛性管架按1.5取;單片柔性管架按1.25取;半鉸接管架按1.0取。

1.5節點構造

支架橫梁與柱的連接：當設置垂直支撐時，橫梁為一整根型鋼，橫梁下翼緣與柱頭端鋼板焊接，此構造的優點是梁和柱的連接構造簡單，橫梁可以很方便的左右懸挑;支架橫梁與柱連接節點在STS計算分析時，應將柱頂點鉸接，柱間交叉垂直支撐設置為單拉桿。

2、鋼結構管架體系中的桁架設計

2.1桁架桿件截面

2.1.1截面型式

桁架上弦桿一般采用單角鋼，對于跨度較大的管道體系，河南鋼結構工程公司一般采用雙角鋼組合截面、槽鋼或H型鋼截面。

下弦桿一般采用單角鋼，角鋼布置為肢尖向內、向上，對于大跨度桁架可采用H型鋼。

端豎桿：一般采用寬翼緣焊接h型鋼，并使截面強軸平行桁架跨度方向。

中間豎桿、斜腹桿及立撐一般采用單角鋼直接與上、下弦相焊，但大跨度桁架則應根據計算要求，采用連接板連接。

上、下弦水平支撐采用單角鋼通過連接板與上下弦相連。

2.1.2桿件截面計算（能源設備鋼結構）

鋼結構工程公司根據桁架內力分析所得的內力對桿件進行截面設計;對于減小弦桿平面外計算長度的支撐體系一般按桿件的長細比確定。

桁架桿件設計為單角鋼時，在進行強度和穩定計算時，應按《鋼結構設計規范》的相關規定對強度設計值進行折減。腹桿與弦桿不設置節點板而直接焊接連接時，應考慮焊縫落弧對弦桿截面的削弱影響;此外，還應考慮腹桿重心線在上、下弦節點處的交匯點不在弦桿的重心線上所形成的附加彎矩所產生的附加次應力。

2.1.3桁架的變形控制

桁架的跨中最大撓度值不應超過跨度的1/500。大跨度桁架可預先起拱，起拱大小一般為恒載標準值加1/2活載標準值所產生的擾度值。

2.2管道支承桁架結構構造

(1)桁架的制作分段，當跨度不大于12m時不分段，大于12m時小于20m時分兩段，跨度在20m以上時分三段或三段以上，每段長不超過12m，每段之間應采用等強拼接連接。

(2)桁架與支架的連接桁架兩端的支承支架可以都是單片支架，也可以一端單片支架一端為固定支架。桁架可以通過兩端的立柱疊接于兩端支架的橫梁上，也可以用弦桿直接平接于兩端支架的立柱上。

3、結語（能源設備鋼結構）

在鋼結構工程公司進行輕型廠房鋼結構設計時，必須讀懂、吃透上游專業設計任務書的意圖和對土建專業的要求，合理布置支架的平面位置，使各支架較均勻的分擔管道系統的水平荷載，荷載的取值及其組合值盡可能符合實際;截面設計應滿足強度、穩定要求，盡可能選擇截面回轉半徑大的截面形式。