管道支吊架设计及计算

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1、浅谈管道门字型支吊架的设计及计算文摘 】用来支撑管道的构造叫管道支吊架，管道在敷设时都必须对管子进展固定或支承，固定或支承管子的构件是支吊架。在机电工程里，管道支架是分布广、数量大、种类繁多的 安装工事 ，同时管道支吊架的设计和安装对管道及其附件施工质量的好坏取决定性作用。如何采用平安适用、经济合理、整齐美观的管道支吊架是机电安装工程的一个重点。关键词 】管道布置管道跨距管架分析管架内力计算管道的布置对管道进展合理的深化和布置是管道支吊架设计的前提条件。 欲设计平安使用、经济合理、整洁美观的管道支吊架，首先需对管道进展合理的布置，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

2、系统流程的要求；2. 管道布置应统筹规划，做到平安可靠、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，切勿穿插；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

3、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，但管道外外表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到达自行补偿；9. 管道布置宜做到“步步高或“步步低，减少气袋或液袋。不可防止时应根据操作、检修要求设置放空、放净。二、管架跨距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，故需在保证管道平安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

4、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。1 .按强度条件计算的管架最大跨距的计算公式:Lmax 2.24W tLmax 管架最大允许跨距mq管道长度计算荷载N/m，q=管材重+保温重+附加重W管道截面抗弯系数cm3管道横向焊缝系数，取0.75t钢管许用应力一一钢管许用应力N/mm22 .按刚度条件计算的管架最大跨距的计算公式：Lmax 0闻噤/0Lmax 管架最大允许跨距mq管道长度计算荷载N/m，q=管材重+保温重+附加重Et刚性弹性模量N/mm2I 管道截面惯性矩cm4i0管道放水坡度，取0.0023

5、.例：采用48K的离心玻璃棉保温，保温厚度为 50mm的冷冻水管，其管道规格为4325X 8无缝钢管，其最大允许管道间距为多少？管道长度荷载q=7850X 3.14X 0.008X (0.325-0.008) +1000 3.14X (0.325-0.008 2)2/4+48 义4 .14X 0.05X (0.325+0.05)=140.29kg/m=1402.90 N/m查相关资料得：管道截面抗弯系数W=616 cm3钢管许用应力=112管道截面惯性矩1=10016 cm4刚性弹性模量Et=2.1X105 N/mm 2根据以上公式分别计算得强度条件下的Lmax1 = 13.14m根据以上公式

6、分别计算得刚度条件下的Lmax2=27.40m取最小值，故该管道的最大允许管道间距为13.14m4.根据相关规X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 X?GB50243-2002表9.3.8钢管道支、吊架的最大间距公称直径mm1520253240507080100125150200250300支架 的最 大间 距mLi1.52.02.52.53.03.54.05.05.05.56.57.58.59.5L22.53.03.54.04.55.06.06.56.57.57.59.09.510.5对大于300mm的管道可参考 300mm管道注：1适用于工作压力不

7、大于2.0MPA,不保温或保温材料密度不大于200kg/m3的管道系统。2 Li用于保温管道，L2用于不保温管道。三、管架分析1 .管道支吊架介绍用来支撑管道的构造叫管道支吊架，支撑，固定或支撑管子的构件是支吊架。吊杆简称柱或吊杆、管架梁简称梁管道在敷设时都必须对管道进展固定或管道支吊架一般由管座、管架柱或管架 和支撑节点组成。管道支吊架示意图2 .管架荷载分析(1)垂直荷载管道支吊架垂直荷载根据性质可分为根本垂直荷载和可变垂直荷载，其中根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

8、变化的荷载。 因可变垂直荷载是无法准确计算 的，为此我们将管道支吊架的根本垂直荷载乘以一个经历系数一般为 1.214作为管架垂直方向的计算荷载。LL.十L1.ABC-管道支吊架根本垂直荷载计算，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所承受的根本垂直荷载为 Gb =(Gli+ Gli)/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= oGb a=1.21.4(2)

9、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二 0以为摩擦系数，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=L”为补偿器的弹性模量，AL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固定支架管道热伸缩所产生失位移L.丁固定支架未自然补偿工作示意图管道的热胀和冷缩位移，如下

10、图变形前的管道固定支架管道热伸缩后的管道zj固定支架补偿器补偿工作示意思访T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tlC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A L= a XTXL （式中a为钢管的线膨胀系数，A T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=3从EI/Lb3 E为管道的弹性模量，I为管道的惯性矩四、管架受力计算例如根据以上管架的受力分析，现以XX环球金融中心低区空调水主干管进展分析计算如下列图所示，现有2根DN400冷水管，管材为无缝钢管小426X 9,工作温度为7-14C； 2根DN200热水管，管材为无缝

11、钢管小219X 6,工作温度为50-55C , 1根DN100蒸汽管道，管材为无缝钢管小108X 5,工作温度为108C,请对该管组的防晃支架进展受力分析根据规X,因DN100的管架最大跨距为5m,故该管组设置的共用支架最大跨距为5m,由此根据最不利情况支架间距为5m分析管架的受力。1 .管道垂直方向的计算荷载计算(1)DN400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根本荷载支吊架间距为 5米车冈管重量=7850X (0.426-0.008) 0.008X 5X3.14X 9.8=4039N保温重量=48X (0.426+0.05)X 0.05X 5X3.14X 9.8=1

12、76N介质重量=1000X (0.426-0.008 2)2X5X3.14X 9.8/4=6466N单根管段计算荷载=钢管重量+保温重量+介质重量X 1.35 考虑35%可变荷载。单根 DN400冷水管道计算荷载 G400=4039+176+6466 X 1.35= 14420N(2)DN200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根本荷载支吊架间距为 5米钢管重量=7850X (0.219-0.006) 0.006X 5X 3.14X 9.8=1544N保温重量=48X (0.219+0.05)X 0.05X 5X3.14X 9.8=100N介质重量=1000X (0.2

13、19-0.006 2)2X5X3.14X 9.8/4=1649N单根管段计算荷载=钢管重量+保温重量+介质重量X 1.35 考虑35%可变荷载。单根 DN200热水管道计算荷载 G200= 1544+100+1649 X 1.35= 4446N(3)DN100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根本荷载支吊架间距为5米钢管重量=7850X (0.108-0.005) 0.005X 5X3.14X 9.8=623N保温重量=48X (0.108+0.05)X 0.05X 5X3.14X 9.8=59N介质重量=1000X (0.108-0.005 2)2X5X3.14X 9

14、.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X 1.35 考虑35%可变荷载。单根 DN100蒸汽管道计算荷载 G00=623+59+370X 1.35= 1421N2 . 管道水平方向的计算荷载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。DN400 管道的水平推力T400=f 400= 0400=0.3 X 14420=4326NDN200 管道的水平推力T200=f200= 0200=0.3 X4446=1334NDN400 管道的水平推力T100=03 .管架受力平面图工=|叫中共木R奥4不五、管架梁选型根据管架梁的受力分析，管架梁在管道重力下或在管道推力作用下， 有可能出现2种现象，一是管架梁会沿着受力方向被剪断，另一种是管架梁会沿着受力方向发生过大弯曲变形，严重的会发生弯曲折断。所以合理的选择管架梁就是使 管架梁能刚好满足梁的抗弯和抗剪要求。1 .管架梁内力分析将管架假设为刚性构造的简支梁，分别根据管架梁的垂直受力和水平受力情况，按照平面简支梁进展内力分析，并根据静力方程求得管架梁的内力， 并绘制 梁的剪力图和弯矩图，求出最大剪力和最大弯矩。根据以上例如管架受力分析得L叶叶： ：=44 小