支吊架強度計算在機電安裝工程的應(yīng)用舉例

1、管道支吊架強度計算在機電安裝工程中的應(yīng)用舉例摘要：一直以來，在工程上管道支吊架，本文作者通過結(jié)合具體參與的具體的項目，對承重架的強度計算進行了具體闡述，并支吊架設(shè)計過程中的經(jīng)驗，希望在以后的相關(guān)工程中關(guān)于支吊架的設(shè)計更加合理、高效。中建工業(yè)設(shè)備安裝有限公司無錫大劇院項目部 張東凱 1、 概述在工程的實際施工中，管道支吊架的施工絕大多數(shù)由安裝施工單位來決定和實施，而施工單位的施工技術(shù)人員僅憑自己的經(jīng)驗決定支吊架位置及形式，選型也是不經(jīng)過詳細地計算論證就盲目地選定某種規(guī)格的材料，這樣的結(jié)果往往在經(jīng)濟上造成很大的材料浪費，或者就是支吊架強度不夠，工程交付后出現(xiàn)質(zhì)量問題返工維修，也為企業(yè)增加不必要的成

2、本。根據(jù)以上實際情況，筆者結(jié)合自己參與的工程項目，對支吊架材料選型及強度計算做一探討，希望在以后工作中，更能高效合理做好支吊架方面的設(shè)計工作。支撐管道的管架通常分為兩類：（1）屬于土建結(jié)構(gòu)部分，習(xí)慣稱為“管架”或“管廊”；（2）管道與土建主結(jié)構(gòu)之間相接的各種支、托、吊部分，其中包括生根在建構(gòu)物上的各種支架，和高度在2m以下獨立的支架，習(xí)慣稱為“管道支吊架”。在這里，我們主要對管道支吊架進行探討和闡述。做管道布置工作要有管道支架方面的基本知識，在管道布置時，要考慮便于設(shè)置支架。管道自重產(chǎn)生的應(yīng)力與管道支架的間距有關(guān)，支架必須布置成不大于允許的管支架間距。管道支架的選型及位置是管道支架設(shè)計的首要問

3、題。在此項目中，考慮到主要設(shè)備都分布在房間里的實際情況，我們把管道支架集中布置在管廊上，其優(yōu)點是管道布置合理又整齊美觀，同時管道支架便于安裝。2、支吊架的型式及分類選擇21支吊架的分類2.1.1承重架：用于承受管道的重力及其他垂直向下載荷的支架；2.1.2限位架：用于阻止、限制或控制管道系統(tǒng)熱位移的支架；2.1.3減振架：用于控制或減小除重力和熱膨脹作用以外的任何力（如物料沖擊、機械振動、風(fēng)力及地震等外部荷載）的作用所產(chǎn)生的管道振動的支架；2.2根據(jù)支吊架的定義，結(jié)合實際情況我們主要涉及的承重架，承重架分為：（1）滑動架：在支承點的下方支撐的托架，除垂直方向支撐力及水平方向摩擦力以外，沒有其他

4、任何阻力。（2）桿式吊架：在支承點的上方以懸吊的方式承受管道的重力及其他垂直向下的荷載，吊桿處于受拉狀態(tài)；（3）恒力架：在有效的工作范圍內(nèi)，對于支承點方向上任何數(shù)值的位移，其支承力恒定不變或幾乎恒定不變，例如重錘恒力架和彈簧恒力架。根據(jù)分類我們的安裝支吊架位屬于承重架中的桿式吊架。2.3管道支架結(jié)構(gòu)的組成部分 管道附著件：指附著在管道上的支架部件，是支架與管道外壁相連接或接觸的部件。如管托、管卡、U型管托、吊耳、支耳、支腿、耳軸及裙座等； 連接配件：指連接的零部件、吊桿等； 特殊功能件：指彈簧架、限位桿等部件或其他特殊功能的裝置。如減振器等； 輔助鋼結(jié)構(gòu)：一般由型鋼及鋼板制造。其作用是將管道支

5、承點的力傳遞給土建結(jié)構(gòu)或設(shè)備外壁。輔助鋼結(jié)構(gòu)的高度一般不超過2m。較高的鋼結(jié)構(gòu)不屬于管道支架的范圍，應(yīng)提交土建專業(yè)設(shè)計； 支架生根件：生根件附在設(shè)備或土建鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)上，從備料的角度來講，也可不算管道支架的組成部分，但從管道設(shè)計方面，可作為支架的組成部分。2、管道支架間距的確定管道支架的間距系指管道的跨度。一般管道的最大支架間距是按強度條件和剛度（或撓度）條件計算決定。在兩者中，選擇其數(shù)值小的作為管道的最大間距值。2.1按剛度條件：水平管道支吊架最大允許間距：2.2按強度條件：水平管道支吊架最大允許間距：3.管道支架位置的確定3.1承重架距離應(yīng)不大于支架的最大間距，有壓力脈動的管道，要按所要

6、求的管道固有頻率來決定支架間距，避免發(fā)生共振；3.2 盡量利用已有的土建結(jié)構(gòu)的構(gòu)件支承，及在管廊的梁柱上支承。3.3 做柔性分析的管道，支架位置根據(jù)分析決定，并考慮支承的可能性。3.4 在垂直管段彎頭附近，或在垂直段重心以上做承重架，垂直段長時，可在下部增設(shè)導(dǎo)向架。3.5 在集中載荷大的管道組成件附近設(shè)承重架。3.6 盡量使設(shè)備接口的受力減??；3.7 考慮維修方便，使拆卸管段時最好不需要做臨時支架；3.8 支架的位置及類型應(yīng)盡量減小作用力對被生根部件的不良影響。4、管道支架的結(jié)構(gòu)設(shè)計及強度計算4.1管道支架的結(jié)構(gòu)設(shè)計4.2管道支架的強度計算 作用在管道支架上的荷載.1管道單位長度上的重力 管道

7、支架結(jié)構(gòu)的計算.1支架結(jié)構(gòu)的計算管道支架的管部附著件及支架構(gòu)件應(yīng)有足夠的強度和剛度，對于保溫保冷結(jié)構(gòu)的管道一般均需設(shè)置管部附著件，附著件是與管直接接觸或焊接，應(yīng)考慮其計算應(yīng)力不超過工作溫度下的許用應(yīng)力，見附表.2 底板的計算.3 螺栓連接的計算.4 焊縫強度計算在通常情況下，管道支吊架與連接板之間均采用焊接的形式連接，一般為角焊縫，焊縫強度計算h為焊縫的許用剪應(yīng)力；hf為貼角焊縫的厚度；lf為焊縫的總計算長度；每條焊縫的計算長度為實際長度l減去2hf（考慮到焊縫兩端的質(zhì)量不夠好），如圖1：5、總結(jié)通過管道支架的設(shè)計計算，表1.常用無縫鋼管流量系列參數(shù)表DN15DN20DN25DN30DN40D

8、N50DN65DN80DN100DN125DN150DN200外徑（mm）18×225×232×2.538×2.545×2.557×376×3.589×4108×4133×4159×4.5219×6內(nèi)徑（mm）1421273340516981100125150207面積（mm2）1539434636490878553012566420428237392851530078539812271.8517671.4633653.53流量（m3/h）555555555555365555

9、5555550015001500150015001500150010001500150.0150.0150.015流速（m/s）992544113112178612167482672961951.240.860.45管重（kg）07891131822192624626838102612.7317.1531.52水重（kg/m）01540346049108551257204337395153785412.27217.67133.654管加水（kg/m）0943147623113045387760439999135331811425.00234.82165.174保溫厚度（mm）505050505

10、050505050505050保溫重量（kg）192321212319248826863025356339344675.1745.9097.606管水保溫（kg/m）28736046355365690713561746225830.1840.7372.78 支吊架間距水平直管道上的支吊架間距應(yīng)滿足下列要求：剛性條件管道的一階7.3支吊架荷載支吊架設(shè)計應(yīng)考慮（但不限于）下列各項荷載：管子、閥門、管件和保溫結(jié)構(gòu)的重力。支吊架零部件自重。管道所運送介質(zhì)的重力。管道水壓試驗或管路清洗時的介質(zhì)重力。管道上柔性管件（波紋管補償器、金屬軟管等）由于內(nèi)部壓力所產(chǎn)生的作用力。支吊架約束管道位移（熱脹、冷緊和端點

11、附加位移）所承受的約束反力和彈簧支吊架轉(zhuǎn)移荷載。管道位移時在活動支吊架上引起的摩擦力，摩擦系數(shù)可取下列數(shù)值：鋼與鋼滑動摩擦 =0.3鋼與聚四氟乙烯 =0.2聚四氟乙烯之間 =0.1鋼與鋼滾動摩擦 =0.1吊架 =0.37. 3.8室外管道的風(fēng)雪荷載。正常運轉(zhuǎn)時，可能產(chǎn)生的管道振動力。管內(nèi)流體動量突變（如水錘）引起的瞬間作用力。蒸汽排放時產(chǎn)生的反作用力。管道裝在有地震地區(qū)產(chǎn)生的地震力。但不考慮地震與風(fēng)載荷同時出現(xiàn)的工況。支吊架結(jié)構(gòu)荷載應(yīng)按照支吊架使用過程中的各種工況分別計算，并組合同時作用于支吊架上的所有荷載，取其中對支吊架結(jié)構(gòu)最不利的一組，并加上本支吊架或鄰近活動支吊架上摩擦力對本支吊架的作用

12、力作為結(jié)構(gòu)荷載。支吊架結(jié)構(gòu)荷載計算可考慮下述工況：1、 運行初期冷態(tài)工況；2、 運行初期熱態(tài)工況；3、 管道應(yīng)變自均衡后的冷態(tài)工況；4、 水壓試驗（或管路清洗）工況；5、 各種暫態(tài)工況，如閥門瞬間啟閉工況、安全閥動作工況等。計算管子、閥門、管件和保溫結(jié)構(gòu)的重力時，應(yīng)乘以荷載修正系數(shù)。一般荷載修正系數(shù)可取1.4。此時修正后的荷載已包括支吊架零部件自重。動力載荷（管內(nèi)流體動量突變（如水錘）引起的瞬間作用力和蒸汽排放時產(chǎn)生的反作用力），應(yīng)根據(jù)荷載的動力特性，乘以相應(yīng)的動載系數(shù)。安全閥排汽反力的動載系數(shù)可取1.11.2，其他動載系數(shù)可取1.2。風(fēng)雪載按建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范計算減震裝置和阻尼裝置的結(jié)構(gòu)荷載，

13、應(yīng)根據(jù)管道對防振或抗沖擊的需要具體分析確定。支吊架荷載應(yīng)使用經(jīng)審定的計算程序，利用計算機計算。次要管道可使用附表的計算公式計算。直管如圖，F(xiàn)fp q(L+L1)+Kfp（Q-lq）式中：l附件長度，m； Ffp分配荷載，KN； L支吊架間距，mL1兩側(cè)相鄰支吊架間距，m；q管道單位長度重力，KN/m；Q附件重力，KN；Kfp附件荷載分配系數(shù)，按下列方法確定：對于支吊架A: 圖1 水平直管 圖2 水平彎管 KfpA=b/L KfpA= 對于支吊架B: KfpB=1- KfpA帶大小頭的管段，按兩側(cè)支吊架各承受間距內(nèi)管段總重力的一半分配。垂直90°彎管段，其水平管道重力的分配；當水平段較

14、長時按50，較短時按100分配給水平段鄰近的支架承受。按上述方法計算得到的分配荷載乘以1.4的荷載修正系數(shù)，做為結(jié)構(gòu)荷載。2、焊縫強度計算h為焊縫的許用剪應(yīng)力；hf為貼角焊縫的厚度；lf為焊縫的總計算長度；每條焊縫的計算長度為實際長度l減去2hf（考慮到焊縫兩端的質(zhì)量不夠好），如圖1：指揮部 整理支架的規(guī)格碳素結(jié)構(gòu)鋼的Q235 E（Gpa） 196206 在管道的設(shè)計方面撓度計算：在管道布置時，要考慮便于布置管道支架。管道自重產(chǎn)生的應(yīng)力與管道支架之間的距離有關(guān)，支架必須布置成不允許的管道支架間距?？傊?，做管道布置的人員需要為管道支架設(shè)計創(chuàng)造方便的條件，而管道支架設(shè)計者，應(yīng)盡量設(shè)法管道支架的合理設(shè)計實現(xiàn)合理的配管方案，只有在無合理方案時，才改變管道走向。管道支架設(shè)計、柔性計算及管道布置三方面需緊密配合和科學(xué)管理才能做出優(yōu)良的管道設(shè)計。典型的管道布置方法：把管道支架布置在管廊，這樣的優(yōu)點是管道布置合理又整齊美觀，同時管道支架便于安裝。確定管道支架的組成：（1） 管部附著件：它是附著在管道上的支架部件，（2） 連接配件（3） 特殊功