王 靜

(中冶南方工程技術(shù)有限公司，湖北武漢 430223)

1 工程簡介

該工程包括水道、通風(fēng)、燃?xì)饧盁崃Φ葘I(yè)的多根管道的支架設(shè)計(jì)，由于管道眾多、空間有限、已有基礎(chǔ)、道路及管網(wǎng)交錯(cuò)縱橫，因此管道支架采用格構(gòu)式支架與桁架相結(jié)合的形式;所有管道的支點(diǎn)均支撐在支架或桁架上，支架及桁架主要采用熱軋型鋼，部分采用焊接型鋼。該工程抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.15g，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，場地類別為Ⅱ類，特征周期值為0.35 s，結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防類別為丙類，抗震等級(jí)為四級(jí)。

2 支架設(shè)計(jì)

2.1 支架形式及受力特點(diǎn)

該工程采用固定支架、滑動(dòng)支架、半鉸支架與桁架相結(jié)合的形式。固定支架及滑動(dòng)支架均采用四肢格構(gòu)式、半鉸支架采用二肢格構(gòu)式。對于四肢格構(gòu)式支架，為保證支架的空間整體作用，增加支架的剛度，在直接支撐管道的平面內(nèi)應(yīng)設(shè)置水平支撐，同時(shí)，在支架中部每隔5 m，6 m高度處應(yīng)增設(shè)水平支撐。半鉸支架若超過6 m，應(yīng)在支架中部適當(dāng)?shù)奈恢迷O(shè)置水平支撐。

固定支架:管道采用固定管托敷設(shè)于管道支架上，支架承受管道的垂直荷載、沿管線方向水平推力、垂直管線方向水平推力及風(fēng)荷載，作用在管道支架上的水平推力及風(fēng)荷載作用點(diǎn)應(yīng)取管道斷面中心?；瑒?dòng)支架:管道采用滑動(dòng)管托敷設(shè)于管道支架上，支架承受管道的垂直荷載、沿管線方向水平摩擦力、垂直管線方向水平摩擦力。水平摩擦力作用點(diǎn)位置，采用上滑式管托時(shí)，取管道外徑的最低點(diǎn);采用其他形式管托時(shí)，取支撐管道的橫梁頂面。管道風(fēng)荷載包含在垂直管線方向水平摩擦力中，如果管道風(fēng)荷載大于垂直管線方向的水平摩擦力，該管系設(shè)計(jì)有問題。半鉸支架:半鉸支架的柱腳沿管線方向與基礎(chǔ)鉸接，柱頂與管道焊接。支架承受管道的垂直荷載、風(fēng)荷載，風(fēng)荷載作用點(diǎn)應(yīng)取管道斷面中心。半鉸支架應(yīng)以支柱的傾斜適應(yīng)管道變形的要求，不應(yīng)出現(xiàn)相對位移，管架傾斜度不應(yīng)大于2%。桁架:根據(jù)結(jié)構(gòu)需要桁架采用上承式或下承式兩種形式。由于鋼對鋼滑動(dòng)時(shí)摩擦系數(shù)取0.3，鋼對鋼滾動(dòng)時(shí)摩擦系數(shù)取0.1，為了減小水平摩擦力，桁架與支架一端采用滾動(dòng)支座連接。滾動(dòng)支座的滾軸在長時(shí)間使用過程中容易生銹，阻礙滾軸滾動(dòng)，因此應(yīng)定期檢查并更換支座。桁架計(jì)算時(shí)，結(jié)點(diǎn)均假定為鉸結(jié)點(diǎn)，荷載和支座反力都作用在結(jié)點(diǎn)上。

2.2 支撐橫梁、管托及檢修平臺(tái)

管道支架橫梁一般按雙向受彎構(gòu)件進(jìn)行強(qiáng)度、整體穩(wěn)定、局部穩(wěn)定及變形計(jì)算;當(dāng)梁承受的軸力較大時(shí)，尚應(yīng)按偏心受壓構(gòu)件進(jìn)行強(qiáng)度、整體穩(wěn)定、局部穩(wěn)定計(jì)算。管道支承梁一般用工字鋼和H型鋼，必要時(shí)用箱形梁。工字鋼和H型鋼的抗拉、抗壓、抗彎性能好，但抗扭性能差;箱形截面的抗側(cè)向彎曲剛度和抗扭剛度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于工字形截面，整體穩(wěn)定性很強(qiáng)。固定支架、滑動(dòng)支架上的管道對支承梁有較大的水平力，讓支承梁處于受扭狀態(tài)，故該工程支撐梁多為箱形鋼，受荷較小處則采用工字鋼或H型鋼。支撐梁與柱采用剛性連接，有效的減小了支撐梁跨中彎矩，從而減小了梁截面。若支撐梁寬度小于管托寬度+50 mm，須將橫梁面加寬。管道一般通過管托與支撐橫梁連接，管托基本上是軸心受壓構(gòu)件或偏心受壓構(gòu)件，管托的有效高度取為100 mm～200 mm，也可根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)調(diào)整。管托可分為:固定管托、雙向滑動(dòng)管托、單向滑動(dòng)管托、鉸接管托及擋板式管托等。采用下滑式管托的管道支架，應(yīng)采取防止管托滑落于梁側(cè)的措施。對敷設(shè)于頂層橫梁上的管道為防止滑落，可設(shè)置防震短柱、防震擋板，或設(shè)置防震管卡。該工程管托采用固定與滑動(dòng)兩種形式，通風(fēng)專業(yè)管道采用聚四氟乙烯支座(即在鋼板之間的滑動(dòng)面上涂上聚四氟乙烯材料)，有效減小了傳給支架的水平摩擦力(聚四氟乙烯支座滑動(dòng)摩擦系數(shù)在0.1以下)，支架用鋼量與基礎(chǔ)混凝土用量均有所降低，支架做的相對小巧而美觀。雖然聚四氟乙烯滑板價(jià)格較高，但綜合起來工程造價(jià)也有所降低。其他專業(yè)管道由于摩擦力相對較小，管托均采用Q235-B鋼材。

檢修平臺(tái)是支架設(shè)計(jì)中極易被忽視的部分，由此造成的設(shè)計(jì)返工將耗費(fèi)大量的時(shí)間與精力，因此做設(shè)計(jì)前應(yīng)理清各專業(yè)資料，把檢修平臺(tái)與管道支架設(shè)計(jì)結(jié)合在一起考慮。

3 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

管道支架基礎(chǔ)分為獨(dú)立式基礎(chǔ)與聯(lián)合式基礎(chǔ)。對于固定支架及所有二肢格構(gòu)式支架，宜采用聯(lián)合基礎(chǔ);當(dāng)柱肢距離較大，不能采用聯(lián)合基礎(chǔ)時(shí)，可采用分離式基礎(chǔ)。聯(lián)合基礎(chǔ)采用上部結(jié)構(gòu)的整體荷載作為合力對基礎(chǔ)進(jìn)行地基承載力驗(yàn)算;分離式基礎(chǔ)采用各柱肢的荷載分別進(jìn)行地基承載力計(jì)算，對于受拉柱肢的基礎(chǔ)應(yīng)考慮拉力的作用。柱肢底部的拉力由基礎(chǔ)預(yù)埋錨栓承擔(dān);柱肢底部剪力:當(dāng)小于底板與基礎(chǔ)混凝土之間的摩擦力時(shí)，由摩擦力傳給基礎(chǔ)，摩擦系數(shù)應(yīng)取0.4;當(dāng)大于底板下的摩擦力時(shí)，鋼柱底需設(shè)置抗剪件，由抗剪件承受全部剪力;有可靠經(jīng)驗(yàn)時(shí)，也可采用錨栓抵抗柱底剪力。由于支架基礎(chǔ)垂直荷載較小，彎矩相對較大，因此應(yīng)嚴(yán)格控制基礎(chǔ)偏心矩，并相對深埋基礎(chǔ)，以免支架傾覆。該工程由于荷載較大，地基持力層較差，故采用樁基基礎(chǔ)，柱腳與基礎(chǔ)均為鉸接連接。

4 抗震設(shè)計(jì)

該工程抗震設(shè)防烈度為7度，支架應(yīng)進(jìn)行水平地震作用和作用效應(yīng)計(jì)算，活動(dòng)管道支架在管道滑動(dòng)方向可不進(jìn)行抗震驗(yàn)算，但應(yīng)滿足抗震構(gòu)造要求?？拐鹪O(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)取合理的抗震計(jì)算單元，詳見參考文獻(xiàn)［2］第九章抗震設(shè)計(jì)的具體要求。水平地震作用點(diǎn)的位置，采用上滑式管托的獨(dú)立式管道支架，取管道外徑的最低點(diǎn);固定支架，取管道的中心處;其他形式的管道支架取支撐管道的橫梁頂面。管廊式支架取支座的支承面處。

5 結(jié)語

管道支架是工廠設(shè)計(jì)中常見的結(jié)構(gòu)形式，在鋼鐵工程中具有舉足輕重的作用。由于涉及的管道數(shù)量多，管線較長，且與其他結(jié)構(gòu)構(gòu)件(例如主廠房雨篷、道路等)關(guān)系復(fù)雜，因此總圖專業(yè)的準(zhǔn)確定位、工藝專業(yè)管道的合理布置，結(jié)構(gòu)支架的選型及構(gòu)造都是極其重要的環(huán)節(jié)。在綜合考慮安全可靠、經(jīng)濟(jì)適用、美觀大方的條件下也可采用滾動(dòng)及聚四氟乙烯支座。

［1］GB 50017-2003，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［2］GB 50709-2011，鋼鐵企業(yè)管道支架設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［3］《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊》編委會(huì).鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2004.

［4］GB 50191-2012，構(gòu)筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.