管道吊架施工方案.docx
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管道吊架施工方案
一、管道的布置原则2
二、吊架跨距布置2
三、管道支吊架荷载分析3
3.1管道支吊架介绍3
3.2支吊架荷载分析4
3.2.1垂直荷载4
3.2.2水平荷载4
四、管道支吊架受力计算5
4.1管道垂直方向的荷载计算：
6
4.2管道水平方向的荷载计算：
8
4.3膨胀螺栓受力分析：
10
4.4槽钢受力分析：
10
4.5受力结论：
13
五、施工方法和部署13
5.1支吊架制作材料13
5.2支吊架型式14
5.3支吊架安装方法15
一、管道的布置原则
对管道进行合理的深化和布置是管道支吊架设计的前提条件。
欲设计安全使用、经济合理、整洁美观的管道支吊架，首先需对管道进行合理的布置，其布置不得不考虑以下参数：
1.管道布置设计应符合各种工艺管道及系统流程的要求；
2.管道布置应统筹规划，做到安全可靠、经济合理、满足施工、操作、维修等方面的要求，并力求整齐美观；
3.在确定进出装置（单元）的管道的方位与敷设方式时，应做到内外协调；
4.管道宜集中成排布置，成排管道之间的净距（保温管为保温之间净距）不应小于50mm。
5.输送介质对距离、角度、高差等有特殊要求的管道以及大直径管道的布置，应符合设备布置设计的要求，并力求短而直，切勿交叉；
6.地上的管道宜敷设在管架或管墩上，在管架、管墩上布置管道时，宜使管架或管墩所受的垂直荷载、水平荷载均衡；
7.管道布置应使管道系统具有必要的柔性，在保证管道柔性及管道对设备、机泵管口作用力和力矩不超出过允许值的惰况下，应使管道最短，组成件最少；
8.应在管道规划的同时考虑其支承点设置，并尽量将管道布置在距可靠支撑点最近处，但管道外表面距建筑物的最小净距不应小于100mm，同时应尽量考虑利用管道的自然形状达到自行补偿；
9.管道布置宜做到“步步高”或“步步低”，减少气袋或液袋。
不可避免时应根据操作、检修要求设置放空、放净。
二、吊架跨距布置
管架的跨距的大小直接决定着管架的数量。
跨距太小造成管架过密，管架数量增多，费用增高，故需在保证管道安全和正常运行的前提下，尽可能增大
管道的跨距，降低工程费用。
但是管架跨距又受管道材质、截面刚度、管道其它作用何载和允许挠度等的影响，不可能无限的扩大。
所以设计管道的支吊架应先确定管架的最大跨距，管架的最大允许跨距计算应按强度和刚度两个条件分别计算，取其小值作为推荐的最大允许跨距。
根据相关规范规定的管道支吊架最大间距确定管道最大允许跨度，如《通风与空调工程施工质量验收规范》GB50243-2002
表9.3.8钢管道支、吊架的最大间距
公称直径
（mm）
15
20
25
32
40
50
70
80
100
125
150
200
250
300
支架的最大间距（m）
L1
1.5
2.0
2.5
2.5
3.0
3.5
4.0
5.0
5.0
5.5
6.5
7.5
8.5
9.5
L2
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
5.0
6.0
6.5
6.5
7.5
7.5
9.0
9.5
10.5
对大于300（mm）的管道可参考300（mm）管道
注：
1适用于工作压力不大于2.0MPA，不保温或保温材料密度不大于200kg/m3的管道系统。
2L1用于保温管道，L2用于不保温管道。
三、管道支吊架荷载分析
3.1管道支吊架介绍
用来支撑管道的结构叫管道支吊架，管道在敷设时都必须对管道进行固定或支撑，固定或支撑管子的构件是支吊架。
管道支吊架一般由管座、管架柱或管架吊杆（简称柱或吊杆）、管架梁（简称梁）和支撑节点组成。
3.2支吊架荷载分析
3.2.1垂直荷载
管道支吊架垂直荷载根据性质可分为基本垂直荷载和可变垂直荷载，其中基本垂直荷载指管道支吊架所承受的管道重力、介质重力、保温层等附件的重力等永久性荷载。
可变垂直荷载指管道所承受的活荷载、沉积物重力和发生地震时所应该承受的特殊变化的荷载。
因可变垂直荷载是无法精确计算的，为此我们将管道支吊架的基本垂直荷载乘以一个经验系数（一般为1.2~1.4）作为管架垂直方向的计算荷载。
ABC
管道支吊架基本垂直荷载计算，可先将复杂的管道支架体系近似的看作简支梁，根据受力分析，管架B所承受的基本垂直荷载为GB‘=（GL1+GL1）/2
因管道支吊架在一个工程里数量种类繁多，不可能一一计算，为此我们只需考虑同类型支架的最不利受力状况即可，根据管道支吊架的最大允许跨度来计算最不利支架，此时就只需计算长度为最大允许跨度L的管道、介质、保温层的重力GB即可。
其重力方向的计算荷载为G=αGB（α=1.2~1.4）
3.2.2水平荷载
管道水平方向的荷载是作用在管架上的水平推力，根据支架类型可分为活动管架上的水平推力和固定管架上的水平推力。
a.活动管架水平推力主要来自管道摩擦力，吊杆水平推力可忽略；水平推力即为管道摩擦力f=μG（μ为摩擦系数，G为管道垂直荷载）b.固定支架的水平推力主要来自补偿器的弹性变形力。
采用补偿器补偿的管道，其作用在固定管架上的水平推力为补偿器被压缩或拉伸所产生的反弹力。
水平推力=补偿器反弹力T=ηΔL
（η为补偿器的弹性模量，ΔL为补偿器发生的变形长度）
采用自然补偿的管道，是利用管道的自然弯曲形状所具有的柔性以补偿管道的热胀和冷缩位移，如图所示。
固定支架变形管道长度为L，补偿臂管道长为Lb
管道安装温度按t1℃考虑，管道工作温度为t2℃，故钢管材质的管道会在温度变化下缩短ΔL=α×ΔT×L（式中α为钢管的线膨胀系数，ΔT为温差，L为固定支架变形管道长度）
故作用在管道补偿上的推力为T=3ΔLEI/Lb3（E为管道的弹性模量，I为管道的惯性矩）
四、管道支吊架受力计算
根据以上管架的受力分析，现以2根DN200冷水管，管材为无缝钢管φ219×6.5，工作温度为7-24℃；2根DN150冷水管，管材为无缝钢管φ168×4.5，工作温度为10-25℃，请对该管组的防晃支架进行受力分析。
根据规范，因DN100的管架最大跨距为5m，DN200的管架最大跨距为7.5，故该管组设置的共用支架最大跨距按5m计算，由此根据最不利情况支架间距为5m分析管架的受力。
4.1管道垂直方向的荷载计算：
①DN400单根管道作用在管架上的计算荷载：
DN400单根管道垂直方向的基本荷载（支吊架间距为5米）
钢管重量＝7850×（0.426-0.008）×0.008×5×3.14×9.8=4039N保温重量＝48×（0.426+0.05）×0.05×5×3.14×9.8=176N
2
介质重量＝1000×（0.426-0.008×2）2×5×3.14×9.8/4=6466N
单根管段计算荷载＝（钢管重量+保温重量+介质重量）×1.35（考虑35％可变荷载。
）
单根DN400冷水管道计算荷载G400＝（4039+176+6466）×1.35＝14420N
②DN300单根管道作用在管架上的计算荷载：
DN300单根管道垂直方向的基本荷载（支吊架间距为5米）
钢管重量＝7850×（0.325-0.008）×0.008×5×3.14×9.8=3062N
保温重量＝48×（0.325+0.05）×0.05×5×3.14×9.8=121N
介质重量＝1000×（0.325-0.008×2）2×5×3.14×9.8/4=3672N单根管段计算荷载＝（钢管重量+保温重量+介质重量）×1.35（考虑35％可变荷载。
）
单根DN300冷水管道计算荷载G300＝（3062+121+3672）×1.35＝9254N③DN200单根管道作用在管架上的计算荷载
DN200单根管道垂直方向的基本荷载（支吊架间距为5米）
钢管重量＝7850×（0.219-0.006）×0.006×5×3.14×9.8=1544N
保温重量＝48×（0.219+0.05）×0.05×5×3.14×9.8=100N
介质重量＝1000×（0.219-0.006×2）2×5×3.14×9.8/4=1649N单根管段计算荷载＝（钢管重量+保温重量+介质重量）×1.35（考虑35％可变荷载。
）
单根DN200冷水管道计算荷载G200＝（1544+100+1649）×1.35＝4446N④DN150单根管道作用在管架上的计算荷载
DN150单根管道垂直方向的基本荷载（支吊架间距为5米）
钢管重量＝7850×（0.168-0.0045）×0.0045×5×3.14×9.8=888N
保温重量＝48×（0.168+0.05）×0.05×5×3.14×9.8=80N
介质重量＝1000×（0.168-0.0045×2）2×5×3.14×9.8/4=972N单根管段计算荷载＝（钢管重量+保温重量+介质重量）×1.35（考虑35％可变荷载。
）
单根DN150冷水管道计算荷载G150＝（888+80+972）×1.35＝2619N⑤DN100单根管道作用在管架上的计算荷载
DN100单根管道垂直方向的基本荷载（支吊架间距为5米）
钢管重量＝7850×（0.108-0.005）×0.005×5×3.14×9.8=623N
保温重量＝48×（0.108+0.05）×0.05×5×3.14×9.8=59N
介质重量＝1000×（0.108-0.005×2）2×5×3.14×9.8/4=370N（考虑蒸汽管道水压试验时管道内介质的重量。
）
单根管段计算荷载＝（钢管重量+保温重量+介质重量）×1.35（考虑35％可变荷载。
）
单根DN100冷水管道计算荷载G100＝（623+59+370）×1.35＝1421N
4.2管道水平方向的荷载计算：
由于该管架为活动支架，所以管架水平方向的受力为管道在管架上滑动摩擦力按0.3取值，计算如下：
DN400管道的水平推力T400=f400=μG400=0.3×14420=4326N
DN300管道的水平推力T300=f300=μG300=0.3×9254=2776N
DN200管道的水平推力T200=f200=μG200=0.3×4446=1334N
DN150管道的水平推力T150=f150=μG150=0.3×2619=785N
DN100管道的水平推力T100=f100=μG100=0.3×1421=426N
①管架受力平面图
4.3膨胀螺栓受力分析：
①根据综合支架结构形式分析得知竖向槽钢受力应由4颗膨胀螺栓同时受力，取膨胀螺栓同时受力系数K1=0.90；根据《室内管道支架及吊架》（03S402）9页查得M12膨胀螺栓抗剪荷载为3.14KN，抗拉荷载4.83（见下图），则4颗膨胀螺栓能承受的载荷总和为：
剪力：
F总=4×3.14×0.9=12.56KN
拉力：
F总=4×4.83×0.9=17.39KN
4.4槽钢受力分析：
1）、主梁验算
主梁材料类型
槽钢
主梁合并根数nz
1
主梁材料规格
10号槽钢
主梁截面积A（cm2）
12.74
主梁截面惯性矩Ix（cm4）
198.3
主梁截面抵抗矩Wx（cm3）
39.7
主梁自重标准值gk（kN/m）
0.1
主梁材料抗弯强度设计值[f]（N/mm2）
215
2
主梁材料抗剪强度设计值[τ]（N/mm2）
125
2
主梁弹性模量E（N/mm2）
206000
主梁允许挠度[ν]（mm）
1/250
荷载标准值：
q'=gk=0.1=0.1kN/m
第1排：
F'1=F1'/nz=4.4/1=4.4kN
第2排：
F'2=F2'/nz=4.4/1=4.4kN第3排：
F'3=F3'/nz=2.6/1=2.6kN第4排：
F'4=F4'/nz=2.6/1=2.6kN荷载设计值：
q=1.2×gk=1.2×0.1=0.12kN/m
第1排：
F1=F1/nz=4.4/1=4.4kN
第2排：
F2=F2/nz=4.4/1=4.4kN第3排：
F3=F3/nz=2.6/1=2.6kN第4排：
F4=F4/nz=2.6/1=2.6kN
1、强度验算
弯矩图（kN·m）
σmax=Mmax/W=1.856×106/39700=46.756N/mm2≤[f]=215N/mm2符合要求！
2、抗剪验算
剪力图（kN）
τmax=Qmax/（8Izδ）[bh02-（b-δ）h2]=8.1681×000×[48×1002-（48-5.3）83×2]/（81×983000×5.3
2）=18.054N/mm2
22τmax=18.054N/mm2≤[τ]=125N/m2m
符合要求！
3、挠度验算
变形图（mm）νmax=0.216mm≤[ν]=l/250=1300/250=5.2mm符合要求！
4、主梁整体稳定性验算受弯构件整体稳定性分析：
其中φb--均匀弯曲的受弯构件整体稳定系数，按照下式计算：
2
φb=（570tb/lh）εk2=（570tb/lh）（2×35/fy）=570×8.5×48×235/（11001×00×235）=2.11
由于φb大于0.6，根据《钢结构设计标准》（GB50017-2017）附表C，得到φb'值为0.94。
Mmax/（φb'Wxf）=1.8561×06/（0.9373×9.7×215×103）=0.232≤1
符合要求！
4.5受力结论：
⑴槽钢受力：
10#槽钢的截面积为12.74cm2,Q235的抗拉强度为21KN/cm2,10#槽钢的抗拉强度为27KN，考虑轴心偏差及焊接质量，取0.85，故最大允许承受拉力为22.95KN。
2根5米DN150加2根5米DN200的冷水管在满负荷运转时所产生的静荷载和动荷载总值为2.6×2+4.44×2+0.78×2+1.33×2=18.3KN。
单根槽钢拉力22.95KN>4根总管重18.3KN，故10#槽钢满足要求。
另外所有焊缝处采取满焊、焊透，能保证等强焊接。
因此槽钢能满足强度要求。
⑵M8×60、M10×80、M12×100膨胀螺栓抗拉抗剪及相应承受力表如下：
规格型号
数量
最大允许承受力
M8×60
2个
2根DN32、2根DN25
M10×80
4个
4根DN50、3根DN80
M12×100
4个
2根DN300、4根DN200、6根DN150、8根DN100
五、施工方法和部署
5.1支吊架制作材料
地下室及商业部分消火栓管、生活用水给水管、空调水管、采暖管等主干管
均采用综合吊架方式进行安装，选用的材料有10#槽钢（材质20优质碳素结构
钢）、6～10mm厚的钢板、M8×60膨胀螺栓、M10×80膨胀螺栓、M12×100膨胀螺栓，70×70×6角铁、50×50×5角铁、焊条等
5.2支吊架型式
吊架总体结构型式如下图：
5.3支吊架安装方法
根据已批准的综合管线图对吊架安装的水平位置进行放线定位，确定筋板的水平位置，再根据各吊架安装处梁的高度来确定筋板的竖向位置，进行螺栓孔定位，再用配套的钻头进行钻孔，钻孔的深度应与膨胀螺栓的长度相配，钻好孔后，装入M12×120的膨胀螺栓，用开口扳手将螺母收紧，并使膨胀螺栓内部胀开，之后松下螺母，取下垫片及弹介，装上筋板，再依次装上垫片、弹介、螺母，再将螺母收紧。
之后确定吊架的竖向长度，下料后焊接于已安装完毕筋板上，竖向吊架焊接好后，根据综合图的标高确定横亘的位置，下料后焊接，具体方式如下图（管弄布置受力分析图1-1）,采用四颗M12×120的膨胀螺栓将δ=10mm厚的钢板固定于梁侧面,并将槽钢焊接于钢板上（全焊），这种吊架方式各部位均焊接，受力最薄弱部位便是膨胀螺栓，所以受力分析只计算膨胀螺栓的实际受力。
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