管道支吊架設(shè)計計算

1、管道支吊架設(shè)計及計算管道支吊架設(shè)計及計算8/8管道支吊架設(shè)計及計算【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)時都必定對管子進(jìn)行固定或支承，固定或支承管子的構(gòu)件是支吊架。在機(jī)電工程里，管道支架是分布廣、數(shù)量大、種類眾多的安裝工事，同時管道支吊架的設(shè)計和安裝對管道及其附件施工質(zhì)量的利害取決定性作用。如何采用安全適用、經(jīng)濟(jì)合理、整齊雅觀的管道支吊架是機(jī)電安裝工程的一個重點(diǎn)?！局攸c(diǎn)詞】管道部署管道跨距管架解析管架內(nèi)力計算一、管道的部署對管道進(jìn)行合理的深入和部署是管道支吊架設(shè)計的前提條件。欲設(shè)計安全使用、經(jīng)濟(jì)合理、整齊雅觀的管道支吊架，第一需對管道進(jìn)行合理的部署，其部署不得不考慮以下參數(shù)：管道部

2、署設(shè)計應(yīng)吻合各種工藝管道及系統(tǒng)流程的要求；管道部署應(yīng)兼?zhèn)湟?guī)劃，做到安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理、滿足施工、操作、維修等方面的要求，并力求整齊雅觀；在確定進(jìn)出裝置（單元）的管道的方向與敷設(shè)方式時，應(yīng)做到內(nèi)外協(xié)調(diào)；管道宜集中成排部署，成排管道之間的凈距（保溫管為保溫之間凈距）不應(yīng)小于50mm。輸送介質(zhì)對距離、角度、高差等有特別要求的管道以及大直徑管道的部署，應(yīng)吻合設(shè)備部署設(shè)計的要求，并力求短而直，切勿交織；地上的管道宜敷設(shè)在管架或管墩上，在管架、管墩上部署管道時，宜使管架或管墩所受的垂直荷載、水平荷載平衡；管道部署應(yīng)使管道系統(tǒng)擁有必要的柔性，在保證管道柔性及管道對設(shè)備、機(jī)泵管口作用力和力矩不超出過贊同值的惰

3、況下，應(yīng)使管道最短，組成件最少；應(yīng)在管道規(guī)劃的同時考慮其支承點(diǎn)設(shè)置，并盡量將管道部署在距可靠支撐點(diǎn)近來處，但管道表面面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(dá)到自行補(bǔ)償；管道部署宜做到“步步高”或“步步低”，減少氣袋或液袋。不可以防備時應(yīng)依照操作、檢修要求設(shè)置放空、放凈。二、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)量增添，花銷增高，故需在保證管道安全和正常運(yùn)行的前提下，盡可能增大管道的跨距，降低工程花銷。但是管架跨距又受管道材質(zhì)、截面剛度、管道其他作用何載和贊同撓度等的影響，不可以能無量的擴(kuò)大。所以設(shè)計管道的支吊架應(yīng)先確定管架的

4、最大跨距，管架的最大贊同跨距計算應(yīng)按強(qiáng)度和剛度兩個條件分別計算，取其小值作為介紹的最大贊同跨距。按強(qiáng)度條件計算的管架最大跨距的計算公式：Lmax2.241WqtLmax管架最大贊同跨距（m）q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)（cm3）管道橫向焊縫系數(shù)，取t鋼管許用應(yīng)力鋼管許用應(yīng)力（2N/mm）按剛度條件計算的管架最大跨距的計算公式：Lmax0.193100EtIi0qLmax管架最大贊同跨距（m）q管道長度計算荷載（N/m）,q=管材重+保溫重+附加重2Et剛性彈性模量（N/mm）4I管道截面慣性矩（cm）i0管道放水坡度，取例：采用48K的離心玻璃棉保

5、溫，保溫厚度為50mm的冷凍水管，其管道規(guī)格為3258無縫鋼管，其最大贊同管道間距為多少？管道長度荷載q=7850+1000140.29kgN/m查相關(guān)資料得：3管道截面抗彎系數(shù)W=616cm鋼管許用應(yīng)力t=112管道截面慣性矩I=10016cm452剛性彈性模量Et=10N/mm依照以上公式分別計算得強(qiáng)度條件下的Lmax1=13.14m依照以上公式分別計算得剛度條件下的Lmax2=27.40m取最小值，故該管道的最大贊同管道間距為13.14m4.依照相關(guān)規(guī)范規(guī)定的管道支吊架最大間距確定管道最大贊同跨度，如通風(fēng)與空調(diào)工程施工質(zhì)量查收規(guī)范GB50243-2002表鋼管道支、吊架的最大間距公稱直徑

6、1520253240507080100125150200250300（mm）支架L1的最L2大間距（m）對大于300（mm）的管道可參照300（mm）管道注：1適用于工作壓力不大于，不保溫或保溫資料密度不大于200kg/m3的管道系統(tǒng)。2L1用于保溫管道，L2用于不保溫管道。三、管架解析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)時都必定對管道進(jìn)行固定或支撐，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(diǎn)組成。支撐點(diǎn)支撐點(diǎn)管架柱管座管架吊桿管座管道管道管架梁管架梁管道支吊架表示圖管架荷載解析（1）垂直荷載管道支吊架垂

7、直荷載依照性質(zhì)可分為基本垂直荷載和可變垂直荷載，其中基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。可變垂直荷載指管道所承受的活荷載、聚積物重力和發(fā)生地震時所應(yīng)該承受的特別變化的荷載。因可變垂直荷載是無法精確計算的，為此我們將管道支吊架的基本垂直荷載乘以一個經(jīng)驗系數(shù)（一般為）作為管架垂直方向的計算荷載。ABC管道支吊架基本垂直荷載計算，可先將復(fù)雜的管道支架系統(tǒng)近似的看作簡支梁，依照受力解析，管架B所承受的基本垂直荷載為GB=(GL1+GL1)/2因管道支吊架在一個工程里數(shù)量種類眾多，不可以能一一計算，為此我們只需考慮同種類支架的最不利受力情況即可，依照料道支

8、吊架的最大贊同跨度來計算最不利支架，此時就只需計算長度為最大贊同跨度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=GB（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，依照支架種類可分為活動管架上的水平推力和固定管架上的水平推力。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=G（為摩擦系數(shù)，G為管道垂直荷載）固定支架的水平推力主要來自補(bǔ)償器的彈性變形力。采用補(bǔ)償器補(bǔ)償?shù)墓艿?，其作用在固定管架上的水平推力為補(bǔ)償器被壓縮或拉伸所產(chǎn)生的反彈力。水平推力=補(bǔ)償器反彈力T=L（為補(bǔ)償器的彈性模量，L為補(bǔ)償器發(fā)生的變形長度）采用自然補(bǔ)償?shù)?/p>

9、管道，是利用管道的自然曲折形狀所擁有的柔性以補(bǔ)償管道的熱脹和冷縮位移，以以下圖。變形前的管道固定支架固定支架管道熱伸縮所產(chǎn)生的位移反彈力T反彈力T管道熱伸縮后的管道b固定支架反彈力T固定支架自然補(bǔ)償工作表示圖補(bǔ)償器補(bǔ)償工作表示圖固定支架變形管道長度為L，補(bǔ)償臂管道長為Lb管道安裝溫度按t1考慮，管道工作溫度為t2，故鋼管材質(zhì)的管道會在溫度變化下縮短L=TL(式中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(bǔ)償上的推力為T=3LEI/Lb3為管道的慣性矩）（E為管道的彈性模量，I四、管架受力計算示例依照以上管架的受力解析，現(xiàn)以上海全世界金融中心低區(qū)空調(diào)水骨干管進(jìn)行解析計算

10、以以下圖所示，現(xiàn)有2根DN400冷水管，管材為無縫鋼管4269，工作溫度為7-14；2根DN200熱水管，管材為無縫鋼管2196，工作溫度為50-55，1根DN100蒸汽管道，管材為無縫鋼管1085，工作溫度為108，請對該管組的防晃支架進(jìn)行受力解析。依照規(guī)范，因DN100的管架最大跨距為5m，故該管組設(shè)置的共用支架最大跨距為5m，由此依照最不利情況支架間距為5m解析管架的受力。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DN400單根管道垂直方向的基本荷載（支吊架間距為5米）鋼管重量7850保溫重量48+5=176N介質(zhì)重量1000單根管段計算荷載（鋼管重量+保溫

11、重量+介質(zhì)重量）（考慮35可變荷載。）單根DN400冷水管道計算荷載G400（4039+176+6466）14420N(2)DN200單根管道作用在管架上的計算荷載DN200單根管道垂直方向的基本荷載（支吊架間距為5米）鋼管重量7850保溫重量48+5=100N介質(zhì)重量1000單根管段計算荷載（鋼管重量+保溫重量+介質(zhì)重量）（考慮35可變荷載。）單根DN200熱水管道計算荷載G200（1544+100+1649）4446N(3)DN100單根管道作用在管架上的計算荷載DN100單根管道垂直方向的基本荷載（支吊架間距為5米）鋼管重量7850保溫重量48+5=59N介質(zhì)重量1000（考慮蒸汽管道水

12、壓試驗時管道內(nèi)介質(zhì)的重量。）單根管段計算荷載（鋼管重量+保溫重量+介質(zhì)重量）（考慮35可變荷載。）單根DN100蒸汽管道計算荷載G100（623+59+370）1421N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。DN400管道的水平推力T400=f400=G400=14420=4326NDN200管道的水平推力T200=f200=G200=4446=1334NDN400管道的水平推力T100=0管架受力平面圖五、管架梁選型依照料架梁的受力解析，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

13、梁會沿著受力方向發(fā)生過大曲折變形，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恰巧滿足梁的抗彎和抗剪要求。管架梁內(nèi)力解析將管架假設(shè)為剛性結(jié)構(gòu)的簡支梁，分別依照料架梁的垂直受力和水平受力情況，依照平面簡支梁進(jìn)行內(nèi)力解析，并依照靜力方程求得管架梁的內(nèi)力，并繪制梁的剪力求和彎矩圖，求出最大剪力和最大彎矩。依照以上示例管架受力解析得獲取管架梁垂直方向的最大彎矩為17715Nm，最大剪力為24843N管架梁水平方向的最大彎矩為3155Nm，最大剪力為5521N管架梁選型管架梁抗彎強(qiáng)度計算管架梁的最大彎矩計算得出后，依照以下公式對管架梁的資料規(guī)格型號進(jìn)行選擇：1.5Mx1.5My0.85rxW

14、nxryWny式中：rx、ry截面塑性發(fā)展系數(shù)，一般型鋼取Mx、My所驗算梁截面繞X軸和繞Y軸的最大彎矩（Nm）3Wnx、Wny所驗算梁截面對X軸和對Y軸的截面系數(shù)（cm）鋼材的抗拉強(qiáng)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(jìn)行驗算，滿足該方程的型鋼可作為管架梁的備選資料?，F(xiàn)仍將以上示例管架為例，依照料架梁的最大彎矩，對管架梁的資料進(jìn)行選型：管架梁選型計算表X軸方向截Y軸方向截序號X軸方向最Y軸方向最1.5My1.5Mx1.5My資料名稱規(guī)格面系數(shù)面系數(shù)rxWnxryWny大彎矩Mx大彎矩MyryWny比較型鋼比重210Wnx(cm3)Wny(cm

15、3)1.5MxrxWnx1角鋼20016177151633155163不滿足2角鋼20018177151823155182不滿足3槽鋼280a177153403155不滿足4槽鋼280c177153933155滿足5工字鋼22b177153253155不滿足6工字鋼25a177154023155滿足7H型鋼17715136315547不滿足12512598H型鋼17715221315575滿足1501507109角鋼16014177153155滿足反面拼裝1020a槽鋼反面拼裝177153563155滿足由管架梁選型計算表得出，角鋼20018、槽鋼280c、工字鋼25a、H型鋼15015071

16、0或2根角鋼16014反面拼裝、2根20a槽鋼反面拼裝均滿足彎矩承重要求，因H型鋼150150710比重最小，從經(jīng)濟(jì)方面我們暫定H型鋼150150710作為管架梁。管架梁抗剪強(qiáng)度校驗依照料架梁的抗彎強(qiáng)度計算所選出的支架，還需檢驗其可否滿足管架梁的剪切要求。參照以下公式對管道所承受的剪力進(jìn)行校驗。1.5Vx2Vy20.85fvS式中：抗剪強(qiáng)度Vx、Vy梁所承受的X軸方向、Y軸方向的最大剪力（N）2S梁截面面積（m）v鋼材的抗拉強(qiáng)度，一般型鋼鋼材取160MPa參照以上示例對所選擇的管架梁進(jìn)行抗剪校驗1.5218432552428.31060.85fv13640.55104故改型鋼滿足抗剪要求，所以管架梁采用H型鋼150150710。六、管架柱選型依照料架梁的受力解析，為滿足管架梁所受管道重力和水平推立的平衡，管架柱（或吊桿）恩賜管架梁一個支反力來保持管架梁及梁上各管道的平衡。我們由此梁的支反力對管架柱（或吊桿）進(jìn)行選型。依照解析，管架柱的受力有2個，一個是垂直方向的拉力（或壓力），另一個是水平方向的推力。管架柱的橫截面計算公式S=)式中S為管架柱的最小截面積，R為管架柱豎直方向的拉力或壓力，為鋼材的抗拉強(qiáng)度，一般型鋼鋼材取210