1 引言

工業(yè)廠房設(shè)計中，管道支架是是其重要組成部分，管道支架的做法、走向受工藝影響很大。由于管道支架隨管線走線全廠區(qū)布置，在部分化工工業(yè)項目中所占工程量比重也較大，比較合理的設(shè)計方案對于工業(yè)項目的土建成本控制是有重要作用的。抵抗諸如地震作用、風(fēng)荷載以及管道水平推力等側(cè)向力的抗側(cè)力構(gòu)件設(shè)計時鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中要組成部分，抗側(cè)力構(gòu)件的利用效率對鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的工程量的節(jié)約有重要意義。本文將以某工程室外管架為例，對設(shè)計中常用的兩種方案進行計算設(shè)計對比，以期得出較合理的設(shè)計方案。

2 結(jié)構(gòu)布置方案

內(nèi)蒙某工業(yè)項目室外管橋，最大單段管道支架直線長度為354m，為釋放溫度應(yīng)力，分成若干區(qū)段。管架柱列間距為4.0m～6.0為主，部分區(qū)段跨越馬路，跨度較大，需要按桁架設(shè)計考慮。管道支架跨度尺寸為5.0m。三層，底層層高為5.0m，其余層高均為2.0m。

柱間支撐設(shè)置需要避開馬路及廠房入口等。

3 設(shè)計參數(shù)

3.1 風(fēng)荷載

基本風(fēng)壓:0.55kN/m2，地面粗糙度為B類。

由于管道支架為鏤空構(gòu)件，管道層以下部分偏安全考慮體型系數(shù)為0.30，管道層范圍內(nèi)由于有管道擋風(fēng)，偏安全考慮風(fēng)載體型系數(shù)為1.0。

3.2 使用荷載

工藝管道荷載:500kg/m，管道支架長度方向。

3.3 建筑結(jié)構(gòu)安全等級、抗震設(shè)防類別、抗震設(shè)防烈度、設(shè)計使用年限

建筑結(jié)構(gòu)安全等級:二級

抗震設(shè)防類別:丙類

抗震設(shè)防烈度:7度，第二組，設(shè)計基本地震加速度為0.10g

結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限為50年。

3.4 計算參數(shù)

阻尼比取0.02

抗震等級:四級

主要鋼構(gòu)件均采用Q345B級鋼。

4 截面選型及抗震措施

4.1 方案一

4.1.1 截面選型

(1)鋼柱和鋼梁均采用H型鋼，梁柱均為雙向剛接，采用栓焊混合連接型式，雙剪，摩擦型連接;柱腳采用剛接。

(2)柱間支撐采用中心支撐，X型交叉支撐，采用T型剖分鋼。

(3)管道層為減小鋼梁平面外計算長度，設(shè)置水平支撐，水平支撐采用角鋼。

4.1.2 抗震措施

(1)需要滿足強節(jié)點弱構(gòu)件、強剪弱彎的要求，當(dāng)框架梁無法滿足極限承載力的要求時，考慮梁翼緣在連接處局部加寬的方式來處理。

(2)需要進行節(jié)點域的屈服承載力進行驗算，不能滿足規(guī)范要求時，柱的節(jié)點域局部貼焊鋼板進行處理。

(3)需要滿足強柱弱梁的要求，由于鋼柱采用H型鋼，弱軸方向剛度較弱，無法滿足《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》(GB50011-2010)中式8.2.5-1或式8.2.5-2要求，通過調(diào)整截面，使鋼柱軸壓比控制在0.4以下，根據(jù)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》(GB50011-2010)要求，可不進行強柱弱梁驗算。

(4)長細比限制:根據(jù)《石油化工管架設(shè)計規(guī)范》(SH/T3055-2007)5.18條中表4:管架柱長細比不大于150，柱間支撐按壓桿設(shè)計，長細比不大于120，縱梁長細比偏安全按受壓控制，長細比控制在150。

4.2 方案二

4.2.1 截面選型

(1)鋼柱和鋼梁均采用H型鋼，梁柱連接橫向剛接，采用栓焊混合連接型式，雙剪，摩擦型連接，縱向鋼梁與鋼柱鉸接;柱腳采用鉸接。

(2)柱間支撐采用中心支撐，X型交叉支撐，采用T型剖分鋼。

(3)管道層為減小鋼梁平面外計算長度，設(shè)置水平支撐，水平支撐采用角鋼。

4.2.2 抗震措施:同 4.1.2.

5 分析結(jié)果對比

5.1 方案一

A.橫向剛架:

(1)鋼柱強軸應(yīng)力比最大為0.33，弱軸應(yīng)力比為0.52;

(2)鋼梁應(yīng)力比最大為0.29;

(3)柱頂最大為11.9mm。

B.縱向剛架:

(1)鋼柱強軸應(yīng)力比最大為0.33，弱軸應(yīng)力比為0.52;

(2)鋼梁應(yīng)力比最大為0.25;

(3)柱頂最大位移0.4mm。

說明:方案一由于為梁柱之間采用雙向剛接，平面模型僅能考慮一個方向的彎矩，因此需要將兩方向的平面模型的應(yīng)力比進行疊加，才能較真實、全面的反應(yīng)鋼柱的應(yīng)力比狀況。經(jīng)兩方向應(yīng)力比疊加后鋼柱應(yīng)力比為 0.85.

5.2 方案二

A.橫向剛架:

(1)鋼柱強軸應(yīng)力比最大為0.52，弱軸應(yīng)力比為0.87;

(2)鋼梁應(yīng)力比最大為0.48;

(3)柱頂最大位移42.4mm。

B.縱向剛架:

(1)鋼柱強軸應(yīng)力比最大為0.33，弱軸應(yīng)力比為0.52;

(2)鋼梁應(yīng)力比最大為0.35;

(3)柱頂最大位移1.2mm;

6 結(jié)論

方案一(梁柱雙向剛接+縱向柱間支撐)與方案二(梁柱僅橫向剛接+縱向柱間支撐)相比，梁柱支撐相同截面的情況下;鋼梁應(yīng)力比方案一較小，其中橫向剛架梁方案一優(yōu)勢較大，縱向剛架梁差別不大;鋼柱應(yīng)力比兩種方案比較接近，柱頂位移方案一較小。

經(jīng)計算，由于方案一柱底剛接，故基礎(chǔ)一般為大偏心，基礎(chǔ)相對于方案二較大，由于剛接柱腳做法因素，基礎(chǔ)短柱也較方案二較大。

在施工方便程度上，由于方案一梁柱雙向剛接，相對于方案二剖口焊數(shù)量較大，施工進度較慢，施工質(zhì)量受焊縫質(zhì)量影響較大。

[1]《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》GB 50011-2010.

[2]《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB50017-2003.