管道支吊架設(shè)計及計算

1、淺談管道門字型支吊架的設(shè)計與計算【文摘】用來支撐管道的結(jié)構(gòu)叫管道支吊架，管道在敷設(shè)時都必須對管子進展固 定或支承，固定或支承管子的構(gòu)件是支吊架。在機電工程里，管道支架 是分布廣、數(shù)量大、種類繁多的 安裝工事，同時管道支吊架的設(shè)計和安 裝對管道與其附件施工質(zhì)量的好壞取決定性作用。如何采用安全適用、 經(jīng)濟合理、整齊美觀的管道支吊架是機電安裝工程的一個重點?！娟P(guān)鍵詞】管道布置管道跨距管架分析 管架內(nèi)力計算、管道的布置對管道進展合理的深化和布置是管道支吊架設(shè)計的前提條件。欲設(shè)計安全使用、經(jīng)濟合理、整潔美觀的管道支吊架，首先需對管道進展合理的布置，其布置 不得不考慮以下參數(shù)：1. 管道布置設(shè)計應(yīng)符合各種

2、工藝管道與系統(tǒng)流程的要求；2. 管道布置應(yīng)統(tǒng)籌規(guī)劃，做到安全可靠、經(jīng)濟合理、滿足施工、操作、維修等方面的要求，并力求整齊美觀；3. 在確定進出裝置單元的管道的方位與敷設(shè)方式時，應(yīng)做到內(nèi)外協(xié)調(diào)；4. 管道宜集中成排布置，成排管道之間的凈距保溫管為保溫之間凈距不應(yīng)小于50mm5. 輸送介質(zhì)對距離、角度、高差等有特殊要求的管道以與大直徑管道的布 置，應(yīng)符合設(shè)備布置設(shè)計的要求，并力求短而直，切勿交叉；6. 地上的管道宜敷設(shè)在管架或管墩上，在管架、管墩上布置管道時，宜使 管架或管墩所受的垂直荷載、水平荷載均衡；7. 管道布置應(yīng)使管道系統(tǒng)具有必要的柔性，在保證管道柔性與管道對設(shè)備、 機泵管口作用力和力矩不

3、超出過允許值的惰況下，應(yīng)使管道最短，組成 件最少；8. 應(yīng)在管道規(guī)劃的同時考慮其支承點設(shè)置，并盡量將管道布置在距可靠支撐點最近處，但管道外外表距建筑物的最小凈距不應(yīng)小于100mm同時應(yīng)盡量考慮利用管道的自然形狀達到自行補償；9. 管道布置宜做到“步步高或“步步低，減少氣袋或液袋。不可防止 時應(yīng)根據(jù)操作、檢修要求設(shè)置放空、放凈。：、 管架跨距管架的跨距的大小直接決定著管架的數(shù)量?？缇嗵≡斐晒芗苓^密，管架數(shù) 量增多，費用增高，故需在保證管道安全和正常運行的前提下，盡可能增大管道的跨距，降低工程費用。但是管架跨距又受管道材質(zhì)、截面剛度、管道其它作用 何載和允許撓度等的影響，不可能無限的擴大。所以設(shè)

4、計管道的支吊架應(yīng)先確定 管架的最大跨距，管架的最大允許跨距計算應(yīng)按強度和剛度兩個條件分別計算， 取其小值作為推薦的最大允許跨距。1. 按強度條件計算的管架最大跨距的計算公式：Lmax 2.24.%Lma管架最大允許跨距0q管道長度計算荷載N/m,q=管材重+保溫重+附加重W管道截面抗彎系數(shù)cm?S 七鋼管許用應(yīng)力一一鋼管許用應(yīng)力N/m02. 按剛度條件計算的管架最大跨距的計算公式：Lmax 0.191O0EtIioLmax管架最大允許跨距0q管道長度計算荷載N/m,q=管材重+保溫重+附加重E剛性彈性模量N/m0i 管道截面慣性矩cmi o3. 例：采用48K的離心玻璃棉保溫，保溫厚度為50m

5、m勺冷凍水管，其管道 規(guī)格為© 325X 8無縫鋼管，其最大允許管道間距為多少？管道長度荷載2q=7850XXX (0.325-0.008) +1000 XXX 2) /4+48 XXX查相關(guān)資料得： 管道截面抗彎系數(shù)W=616 cm 鋼管許用應(yīng)力S t =112管道截面慣性矩1=10016 cm4剛性彈性模量E X 105 N/mml根據(jù)以上公式分別計算得強度條件下的Lmax1根據(jù)以上公式分別計算得剛度條件下的Lmax2取最小值，故該管道的4. 根據(jù)相關(guān)規(guī)X規(guī)定的管道支吊架最大間距確定管道最大允許跨度，如通 風(fēng)與空調(diào)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)XGB50243-2002鋼管道支、吊架的最大間

6、距公稱直徑mm1520253240507080100125150200250300支架 的最 大間 距mL1L2對大于300 mm的管道可參考 300 mm管道注：1適用于工作壓力不大于 2.0MPA,不保溫或保溫材料密度不大于200kg/m3的管道系統(tǒng)。2 L 1用于保溫管道，L2用于不保溫管道。三、管架分析1. 管道支吊架介紹用來支撐管道的結(jié)構(gòu)叫管道支吊架，管道在敷設(shè)時都必須對管道進展固定或 支撐，固定或支撐管子的構(gòu)件是支吊架。 管道支吊架一般由管座、管架柱或管架 吊桿簡稱柱或吊桿、管架梁簡稱梁和支撐節(jié)點組成。2. 管架荷載分析(1) 垂直荷載管道支吊架垂直荷載根據(jù)性質(zhì)可分為根本垂直荷載和

7、可變垂直荷載，其中根本垂直荷載指管道支吊架所承受的管道重力、介質(zhì)重力、保溫層等附件的重力等永久性荷載?？勺兇怪焙奢d指管道所承受的活荷載、沉積物重力和 發(fā)生地震時所應(yīng)該承受的特殊變化的荷載。 因可變垂直荷載是無法準(zhǔn)確計算 的，為此我們將管道支吊架的根本垂直荷載乘以一個經(jīng)驗系數(shù)一般為 1.21.4丨作為管架垂直方向的計算荷載。L.'-管道支吊架根本垂直荷載計算，可先將復(fù)雜的管道支架體系近似的看作 簡支梁，根據(jù)受力分析，管架 B所承受的根本垂直荷載為 G=(Gli+ Gli)/2因管道支吊架在一個工程里數(shù)量種類繁多， 不可能一一計算，為此我們 只需考慮同類型支架的最不利受力狀況即可， 根據(jù)管

8、道支吊架的最大允許跨 度來計算最不利支架，此時就只需計算長度為最大允許跨度 L的管道、介質(zhì)、 保溫層的重力GB即可。其重力方向的計算荷載為 G=a Ga =1.21.4(2) 水平荷載管道水平方向的荷載是作用在管架上的水平推力，根據(jù)支架類型可分為活動管架上的水平推力和固定管架上的水平推力。a. 活動管架水平推力主要來自管道摩擦力，吊桿水平推力可忽略；水平推力即為管道摩擦力f=卩G 卩為摩擦系數(shù)，G為管道垂直荷載b. 固定支架的水平推力主要來自補償器的彈性變形力。采用補償器補償?shù)墓艿?，其作用在固定管架上的水平推力為補償器被壓 縮或拉伸所產(chǎn)生的反彈力。水平推力二補償器反彈力T=nA Ln為補償器的

9、彈性模量， L為補償器發(fā)生的變形長度采用自然補償?shù)墓艿?，是利用管道的自然彎曲形狀所具有的柔性以補償 管道的熱脹和冷縮位移，如下列圖。變形前的管道管道熱伸縮后的管道固定支架%*補償器補償工作示意圖固定支架獎反彈力T固定支架變形管道長度為L,補償臂管道長為Lb管道安裝溫度按tJC考慮，管道工作溫度為t2°C,故鋼管材質(zhì)的管道會 在溫度變化下縮短 L=aXA TX L （式中a為鋼管的線膨脹系數(shù)， T 為溫差，L為固定支架變形管道長度）故作用在管道補償上的推力為T=3A LEI/Lb3 E為管道的彈性模量，I為管道的慣性矩四、管架受力計算示例根據(jù)以上管架的受力分析，現(xiàn)以某某環(huán)球金融中心低區(qū)

10、空調(diào)水主干管進 展分析計算如如下圖所示，現(xiàn)有2根DN40冷水管，管材為無縫鋼管© 426X 9,工作溫度 為7-14 C； 2根 DN20熱水管，管材為無縫鋼管© 219X 6,工作溫度為50-55 C，1 根DN10蒸汽管道，管材為無縫鋼管© 108X 5,工作溫度為108C，請對該管組的 防晃支架進展受力分析。根據(jù)規(guī)X,因DN100勺管架最大跨距為5m故該管組設(shè)置的共用支架最大跨距 為5m由此根據(jù)最不利情況支架間距為5n分析管架的受力。1.管道垂直方向的計算荷載計算(1) DN400單根管道作用在管架上的計算荷載DN4 0單根管道垂直方向的根本荷載支吊架間距為

11、5米鋼管重量=7850X (0.426-0.008) XX 5XX 9.8=4039N保溫重量=48X (0.426+0.05) XX 5XX 9.8=176N介質(zhì)重量=1000XX 2)2x 5xx單根管段計算荷載二鋼管重量+保溫重量+介質(zhì)重量X 1.35考慮35%可變荷載。單根 DN40冷水管道計算荷載 Goo= 4039+176+6466 X 1.35 = 14420N(2) DN200單根管道作用在管架上的計算荷載DN20單根管道垂直方向的根本荷載支吊架間距為5米鋼管重量=7850X (0.219-0.006) XX 5XX 9.8=1544N保溫重量=48X (0.219+0.05)

12、 XX 5XX 9.8=100N介質(zhì)重量=1000XX 2)2x 5xx單根管段計算荷載二鋼管重量+保溫重量+介質(zhì)重量X 1.35考慮35%可變荷載。單根 DN20熱水管道計算荷載 Goo= 1544+100+1649 X 1.35 = 4446N(3) DN100單根管道作用在管架上的計算荷載DN10單根管道垂直方向的根本荷載支吊架間距為5米鋼管重量=7850X (0.108-0.005) XX 5XX 9.8=623N保溫重量=48X (0.108+0.05) XX 5XX 9.8=59N介質(zhì)重量=1000XX 2)2x 5XX 9.8/4=370N考慮蒸汽管道水壓試驗時管道內(nèi)介質(zhì)的重量。

13、單根管段計算荷載二鋼管重量+保溫重量+介質(zhì)重量X 1.35考慮35%可變荷載。單根 DN10蒸汽管道計算荷載 Goo= 623+59+370 X 1.35 = 1421N2. 管道水平方向的計算荷載由于該管架為活動支架，所以管架水平方向的受力為管道在管架上滑動摩擦 力。DN40管道的水平推力 T 400=f 400=卩 GooX 14420=4326NDN20管道的水平推力 T 200=f 200=卩 GooX 4446=1334NDN400管道的水平推力3. 管架受力平面圖lih1 j 1“ L|3=1442幅mW"：醉褓垂復(fù)強茅be1.44 儷五、管架梁選型根據(jù)管架梁的受力分析，

14、管架梁在管道重力下或在管道推力作用下， 有可能 出現(xiàn)2種現(xiàn)象，一是管架梁會沿著受力方向被剪斷，另一種是管架梁會沿著受力 方向發(fā)生過大彎曲變形，嚴(yán)重的會發(fā)生彎曲折斷。所以合理的選擇管架梁就是使 管架梁能剛好滿足梁的抗彎和抗剪要求。1.管架梁內(nèi)力分析將管架假設(shè)為剛性結(jié)構(gòu)的簡支梁，分別根據(jù)管架梁的垂直受力和水平受力情 況，按照平面簡支梁進展內(nèi)力分析，并根據(jù)靜力方程求得管架梁的內(nèi)力， 并繪制 梁的剪力圖和彎矩圖，求出最大剪力和最大彎矩。根據(jù)以上示例管架受力分析得勺/詢1刖如 E滬'1420SGi»=421N會聊半宜畳力wjU 馬 4 譏 C=4«h“I艸 MM F*

15、7;嚴(yán)6N._ . 1 1 1和白詵N i41蝕1n1 J 11111_.1t4ii：1 '-ffi 宦 bC! *卅1?i- 一1531617715 .2J39譽強裾鼻基憑力冏優(yōu)為析田1園親|也I1797皿1酋帝鐐期血溜得到管架梁垂直方向的最大彎矩為17715N- m最大剪力為24843N管架梁水平方向的最大彎矩為3155N- m最大剪力為5521N2.管架梁選型(1)管架梁抗彎強度計算管架梁的最大彎矩計算得出后，根據(jù)以下公式對管架梁的材料規(guī)格型號進展 選擇：1.5Mx 1.5MyrxWnxryWny0.85式中：rx、ryM x、M所驗算梁截面繞X軸和繞Ytt的最大彎矩Nm wx、

16、wy所驗算梁截面對xtt和對y軸的截面系數(shù)cm (T鋼材的抗拉強度，一般型鋼鋼材取 210MPa采用驗算法將初步估計型鋼規(guī)格所對應(yīng)的截面系數(shù)代入以上公式進展驗算， 滿足該方程的型鋼可作為管架梁的備選材料?，F(xiàn)仍將以上示例管架為例，依據(jù)管架梁的最大彎矩，對管架梁的材料進展選型： 管架梁選型計算表序號材料名稱規(guī)格X軸方向最 大彎矩Mx(N.m)X軸方向截 面系數(shù)Wnx(cm3)Y軸方向最 大彎矩My(N.m)Y軸方向截 面系數(shù)Wny(cm3)-比擬X 210型鋼比重1.5M x-1.5M y'1.5M x 1.5M yrxWnxryWnyrxWnxryWny1角鋼200X 161771516

17、33155163155.2627.65182.91不滿足2角鋼200X 18177151823155182139.0524.76163.81不滿足3槽鋼280a17715340315574.43126.25200.68不滿足4槽鋼280c17715393315564.39111.84176.23滿足5工字鋼22b17715325315577.87105.55183.42不滿足6工字鋼25a17715402315562.9593.32156.27滿足7H型鋼125X 125XX 917715136315547186.0895.90281.98不滿足8H型鋼150X 150X 7X 1017715

18、221315575114.5160.10174.61滿足9角鋼160X 14背面拼裝177153155139.1324.78163.90滿足1020a槽鋼背面拼裝17715356315571.0993.12164.21滿足由管架梁選型計算表得出，角鋼200X18、槽鋼280c、工字鋼25a、H型鋼150 X 150X 7X 10或2根角鋼160X 14背面拼裝、2根20a槽鋼背面拼裝均滿足彎矩承重 要求，因H型鋼150X 150X 7X 10比重最小，從經(jīng)濟方面我們暫定 H型鋼150X 150 X 7X 10作為管架梁。(2)管架梁抗剪強度校驗根據(jù)管架梁的抗彎強度計算所選出的支架，還需檢驗其是否滿足管架梁的剪 切要求。參照如下公式對管道所承受的剪力進展校驗。1.5 V Vy2S0.85fv式中：T抗剪強度V x、Vy梁