1、中國建筑股份CHINASTATECONSTRUCTIONENGRG.CORP.LTD十里鋪城中村二期改造K5地塊機電管道支吊架體系計算方案編制人：審核人：審批人：中建二局第三建筑工程2021年4月目錄一、編制目的3二、編制原那么3三、編制依據4四、管道布置分析4五、管道載荷分析及支架計算5六、管道承重支架受力分析及計算實例13一、編制目的K5商業地下室機電管道較多,為到達整體安裝效果簡潔美觀、節省空間,根據設計要求及工程的實際情況選取適當的支吊架形式.局部位置需要綜合支架,為保證系統運行平安可靠,需從管線的具體布置及荷載要求方面進行分析,對機電支吊架的強度進行校核.二、編制原那么1、適用性：根

2、據設計要求及工程的實際情況選用適合工程的支吊架形式,地下室商業局部位置需要設置綜合支架,BIM圖紙中已經有所表達,根據管道規格設計合理支架方案；2、平安性：計算選用的支架需合理,現場應嚴格根據方案實施,支架固定牢固,現場試驗數據需準確；假設管道型號過大,根據現場情況需請設計對結構承載力進行驗證符合并簽字；3、經濟型：在考慮豎向支架時,首先考慮使用圓鋼吊桿,在圓鋼吊桿不滿足承重要求時再考慮使用角鋼、梢鋼；4、美觀性：保證所使用的支吊架成排成線,橫平豎直,簡單明了.5、適用于綜合排布的成排管道支吊架,其它形式支吊架參考圖集?室內管道支架及吊架圖集?03S402以及各地方標準圖集.機電管道支吊架選用

3、除尊照本計算書外,還應滿足國家現行有關標準、標準的規定.三、編制依據1、施工圖紙2、?通風與空調工程施工質量驗收標準?GB50243-20213、五金手冊電子版4、?熱軋型鋼?GB/T706-20215、?室內管道支吊架?05R417-16、?低壓流體輸送用焊接鋼管?GB/T3091-20217、?室內管道支架及吊架圖集?03S4028、?動力管道設計手冊?機械工業出版社9、?膨脹螺栓規格及性能?JB-ZQ4763-2006四、管道布置分析對管道進行合理的深化和布置是管道支吊架設計的前提條件.設計使用平安、經濟合理、整潔美觀的管道支吊架,首先需對管道進行合理的布置,布置應考慮以下參數：4.1、

4、 管道布置設計應符合各種工藝管道及系統流程的要求；4.2、 管道布置應統籌規劃,做到平安可靠、經濟合理,滿足施工、操作、維修等方面的要求,并力求整潔美觀；4.3、 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小于50mm4.4、 地上的管道宜敷設在管架或管墩上,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；4.5、 管道布置應使管道系統具有必要的柔性,在保證管道柔性及管道對設備、機泵管口作用力和力矩不超出過允許值的情況下,應使管道最短,組成件最少；4.6、 應在管道規劃的同時考慮其支承點設置,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

5、最小凈距不應小于100mm同時應盡量考慮利用管道的自然形狀到達自行補償；五、管道載荷分析及支架計算5.1、 滿水重量計算管道工程水管介質均為水,按管道滿水考慮.總荷載應為水的重量,加上管道自重,如果有保溫管道,需另外加上保溫棉重量.現把各系統每米管道理論重量數據統計如下：表1熱鍍鋅鋼管規格及理論重量表管道規格DN15DN20DN25DN32DN40DN50DN65DN80DN100DN125DN150公稱直徑1520253240506580100125150外徑(mm21.326.933.742.448.360.376.188.9114.3139.7168.3壁厚(mm)2.82.83.23.

6、53.53.844444.5內徑(mm15.721.327.335.441.352.768.180.9106.3131.7159.3保溫重量(Kg/m)0.110.130.160.250.3050.41管道理論重量(Kg/m)1.33361.73732.50313.4754.0025.46397.33958.642511.228213.813818.6858水重量(Kg/m)0.1934().35570.58490.9841.3392.18013.64055.13758.869813.616219.9202滿水重量(Kg/m)1.5272.0933.0884.4595.4517.77411.1

7、413.7820.34827.73539.016表2鋼管滿水規格重量表kg/m管道規格DN600DN400DN350DN300DN250DN200DN150DN125DN100公稱直徑mm600400350300250200150125100實際外徑mm630426377325273219159140114壁厚mm11888754.544保溫層厚mm404040404040404040保溫材料容重Kg/m3454545454545454545每米管道自重Kg167.9295.272.862.5445.9226.3917.1513.4210.85每米滿管水重Kg290.19131.96102.3

8、074.9552.6634.2917.6613.688.82每米保溫層體積mm37.91M075.35M074.74M074.08X073.43M072.75M071.99M071.76M071.43M07每米保溫層重Kg3.562.412.131.841.541.240.900.790.64每米管道總重Kg461.67229.57177.23139.33100.1261.9235.7127.8920.315.2、 支吊架受力分析示意圖圖5.1管道支吊架布置圖圖5.2支架橫擔受力分析圖5.3、 承重支架橫擔選型及校核根據所算的管道滿水重量在軟件上建模,利用結構力學求解器軟件使用方法見附件3:結

9、構力學求解器操作手冊計算出支架的剪力圖彎矩圖和軸力圖,得到支吊架最不利構件的最大彎矩、最大剪力和最大軸力大小,通過最大彎矩值選取橫擔型材大小抗彎強度校核公式:1.5Mx1.5M:rxWnxryWny號r部-3,17031-50?=100230145J5O41S_16333IW*33-SO313in?版.100170Q-*SOM1*16Z2D*401ft、MOMb2?.和MUl50J832514tti1,鼻中原網葉情H苒旗衲時日圖修.對蒯心錄力怫科暴君小帔座,制的事也工2.柘號中電腳總H1F*0截面塑性系數取下值：=1.05;=1,2數據來源鋼結構設計手冊表3-20由?鋼結構設計手冊?表16-5

10、查得各型號梢鋼的截面塑性模量表4槽鋼規格表數據來源鋼結構設計手冊表16-516-5尺才應疝持性CHWK)鼻常曲就A可殖.S*iy岫Ti*九frjAh1J/1Im1)S人*瓦明*Fl%m(om)(E*)(cm1)fnmJ.Icr)丹50377.07.0?.?S19B.7191.4IN.77.64H3.671.72593.D9M8V將所選型鋼大小自重按均勻荷載考慮參加到受力分析中,重新利用結構力學求解器軟件進行計算,求出最大剪力、最大彎矩及最大軸力,進行校核.假設滿足那么進行抗剪強度校核,假設不滿足那么加大一號型鋼重新進行校核.115VsM0.85fv抗剪強度校驗公式:Ixtw(公式2,來源03S

11、402中4.3.4)式中：V所計算截面所受的剪力N;S半截面面積矩；所計算軸以上的構件截面面積x截面中央點到中央軸的距離,梢鋼可直接在表4中選取,角鋼需計算得出,計算實例見附件4Ix毛截面慣性矩；tw腹板厚度；fv鋼材的抗剪強度設計值.以上各參數取值于鋼結構設計手冊表2-3、表16-5.當所選橫擔大小的抗彎強度及抗剪強度均滿足要求時即為合格.5.4、 承重支架豎向支架選型及校核中選用吊桿為豎向支架時：表5吊桿拉力允許值表格來源于圖集03S402根據表5以及所計算出的最大軸力選擇吊桿直徑大小,加上吊桿自重后進行抗拉強度校核.A皿n吊桿凈截面面積計算公式：0.85f公式3,來源于圖集03S402式

12、中：An吊桿凈截面面積；N吊桿設計拉力值；f鋼材抗拉強度設計值,取值于鋼結構設計手冊表2-3中選用型鋼為豎向支架時：a=N抗拉強度校驗公式：f公式4,來源鋼結構設計手冊表3-16式中：A構建截面面積；N軸心拉力；f鋼材抗拉強度設計值,取值于鋼結構設計手冊表2-3通過計算得出A的值,對照?鋼結構設計手冊表16-15?中型鋼截面面積大小,選擇豎向型鋼支架大小.加上自重后再次進行校核.5.5、 膨脹螺栓承載力校核根據上述計算得出的最大軸力以及膨脹螺栓的個數,根據表6?膨脹螺栓受力性能表?選出膨脹螺栓的大小.埋板厚度不小于1cm表5膨脹螺栓受力性能表數據來源于JB-ZQ4763-2006膨脹螺栓規格及

13、性能潺性規格毫米鉆孔尺寸亳米受力性能7公斤一I直徑深度允許拉力允許剪力M610.5402401801M812.550440330M1014.560700520M1219751030740M16_23一10019401440注：表列數據系按鋪固基體為標號大于16.號混凝土匚5.6、 固定支架計算1支架布置情況及受力分析固定支架承受的荷載有以下力組成：垂直荷載,包括管道、管道附件、保溫結構、管內輸送介質的荷載以及在某些情況下考慮管道水壓試驗時水重等荷載；沿管道軸向的推力,包括各補償器的反彈力之和Fs,不平衡內壓力波紋補償器或管道閥門或堵板上的流體靜壓力Fn,管道移動時的摩擦反力或管架變位彈力Fm等

14、；2豎向支架中垂直方向的力垂直荷載及支架型鋼選擇同承重支架,此時需著重計算水平方向的力沿管道軸向的推力及其斜支撐的選型；3固定支架沿軸向的推力計算由于環境空氣的溫度及管內介質溫度對管壁的影響,造成管道本身的伸縮其伸縮量為L,管道的熱脹與冷縮在受到兩個固定點的限制而不能實現時所產生應力為6,其計算公式如下：L=Lctt2-ti公式5仃=?E公式6式中：L管道伸縮量mm;l計算管長兩固定點間的直線長度m；0管道的線膨脹系數mm/gC1,取值于?動力管道設計手冊?中表6-1;t2管道內介質最高溫度C;ti管道設計安裝溫度C.可取0-20C.管材的彎曲應力MPa；e管材的彈性模量MPa,在常溫狀態下對

15、碳素鋼、-一一5不銹鋼取2M10MPa；通過L以及.計算固定支架沿管道軸向的水平推力,即：波紋補償器的彈力FS、不平衡內壓力Fn以及支架的摩擦力Fm,其計算公式如下：Fs=KxAL公式7式中：FS波紋補償器的彈性力NN;Kx每個波的單位壓縮力的彈力,即波紋補償器的軸向剛度N/mm.補償器一般為選定產品,可由廠家直接提供.假設計算時沒選定補償器廠家,波紋補償器的此參數也可以參考附表1即?實用供熱空調設計手冊?第二版中表7.5-811;Fn=PAi公式8式中：Fn內壓不平衡力N;p管道內介質工作壓力MPa,取設計給定的工作壓力；Ai軸向波紋補償器的有效截面積mrij,此值由生產廠家提供.假設計算時

16、沒選定補償器廠家,波紋補償器的此參數也可以參考附表1即?實用供熱空調設計手冊?第二版中表7.5-811Fm=qL公式9式中：Fm摩察力N;q管道單位長度計算荷載N/項；l兩固定支架間的管段長度M;林摩擦系數,取0.3;根據附件2波紋補償器固定支架推理計算公式選取與支架布置形式相對應的計算公式,根據公式計算每個固定支架所受到的水平推力；(4)根據水平推力大小計算固定支架每個斜支撐所受拉力的大小,通過抗拉強度校驗公式選出固定支架斜支撐的大小；(5)膨脹螺栓承載力校核,根據上述計算得出的最大軸力以及膨脹螺栓的個數,根據表6?膨脹螺栓受力性能表?選出膨脹螺栓的大小.六、管道承重支架受力分析及計算實例6

17、.1、 支架布置圖現場超出圖集03S402支吊架設置共計兩種支吊架類型,對應支吊架正視圖如下：支架一：DN200、DN20(kDN20.、DN200、D順、DN80圖6.1.1支架正視圖支架二圖6.1.2支架正視圖W250DN2506.2、 支架設置說明典型支架設置情況：支架一：地下室4根DN250空調水和2根DN80空調冷凍水管道共用支架,承重支架間距為4.2m,固定支架橫擔長2.9m,豎向支架長度為1.8m.查表2鋼管滿水規格重量表可得,考慮管道制作以及安裝等局部因素,取綜合系數K1=1.35數據來源03S402中4.3.1,每組支架承受載荷計算如下：229.57*4*9.81*4.2*1

18、.35+13.78*2*9.81*4.2*1.35=52610.17N支架二：地下室2根DN250空調冷熱水管道共用支架,承重支架間距為4.2m,固定支架橫擔長1.0m,豎向支架長度為2.25m.查表2鋼管滿水規格重量表可得,考慮管道制作以及安裝等局部因素,取綜合系數K1=1.35數據來源03S402中4.3.1,每組支架承受載荷計算如下：327.6*9.81*2*4.2*1.35=36443.99N6.3、 橫擔荷載分析、選型及校核6.3.1、 垂直荷載管道支吊架垂直荷載根據性質可分為根本垂直荷載和可變垂直荷載,其中根本垂直荷載指管道支吊架所承受的管道重力、介質重力和附件的重力等永久性荷載.

19、可變垂直荷載指管道所承受的活荷載、沉積物重力和發生地震時所應該承受的特殊變化的荷載.由于可變垂直荷載難以準確計算,本計算書按靜荷載的0.3數據來源03S402中4.3.1考慮.6.3.2、 水平荷載管道水平方向的荷載是作用在支架上的水平推力,根據支架類型可分為活動支架上的水平推力和固定支架上的水平推力.a.活動支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T=區G區為摩擦系數,G為管道垂直靜荷載b.固定支架的水平推力主要來自補償器的彈性變形力.采用補償器補償的管道,其作用在固定支架上的水平推力為補償器被壓縮或拉伸所產生的反彈力.6.3.3、 橫擔受力情況分析根據支架

20、的受力情況,支架在管道重力下或在管道推力作用下,有可能出現一下幾種現象：a：梢鋼會沿著受力方向被剪斷；b：梢鋼會沿著受力方向發生過大彎曲變形,嚴重的會發生彎曲折斷；所以合理的選擇支架就是使梢鋼的抗彎和抗剪滿足要求.6.3.4、 軟件建模及計算支架靜荷載主要為管道自重、滿水重量及保溫重量,動荷載主要考慮水流沖擊時管道與支架之間的摩擦力.在章6.3中對其分別進行受力分析.將支架建立為如以下圖所示的模型,利用結構力學求解器軟件可繪制支架的剪力圖、彎矩圖及軸力圖,并求出最大剪力、最大彎矩及最大軸力,如以下圖所示.以下受力圖使用結構力學求解器繪制支架一：L-LSL-l.S圖6.2綜合支架建模3e5952

21、圖6.3綜合支架彎矩圖129B.9S2121.51-212L51WL=1S-607S.349-6(nS.349-3612121.51&34973496078349“-115,T1302.6511302.65VL=2.9453071315296.611圖6.4綜合支架剪力圖4296-6111.85296.6116U78.34y2121,512121.51212L512121.512121.512121.51212L51L=2.9圖6.5綜合支架軸力圖由圖6.3、圖6.4可知,抗彎、抗拉最不利構件,最大彎矩為2674Nm,最大剪力為6078N由圖6.5可知,抗壓最不利構件,最大軸力為6078N.由

22、于該支架為活動支架,所以支架水平方向的受力為管道在支架上滑動摩擦力.水平推力：=G*0.3公式來自于圖集03S402中4.3.1支架二:il&22218222-r-182221S222L=2,22313.9052313加52313.9052313,905L=1,5由圖得知,抗彎、抗拉最不利構件,最大彎矩為5640N-m,最大剪力為18222N.由圖6.5可知,抗壓最不利構件,最大軸力為18222N.由于該支架為活動支架,所以支架水平方向的受力為管道在支架上滑水平推力：=G*0.3公式來自于圖集03S402中4.3.16.3.5、 鋼大小選型以及抗彎強度校核抗彎強度校核公式:1.5Mx1.5My

23、x-0.85frxWnxryWny公式來源03S402中4.3.4,所計算截面繞x軸的最大彎矩,一一所計算截面繞y軸的最大彎矩,根據0.3計算,x軸方向截面模量,一y軸方向截面模量,f一一鋼材的抗彎強度設計值N/mm2,取值215,鋼結構設計手冊表2-3截面塑性系數取下值:=1.05;=1.2數據來源鋼結構設計手冊表3-20由?鋼結構設計手冊?表16-5查得各型號梢鋼的截面塑性模通過上公式可得：表6.1梢鋼x、y軸最大彎矩極限值槽鋼型號X軸力向截回模重Wnxcm3y軸力向截回模重Wncm3,所計算X軸最大彎矩Nm所計算y軸最大彎矩Nm616.34.61080324825.35.81508452

24、1039.77.821746521261.710.330689201487.114.14250127516116.817.65449163418152.221.56811204320191.425.98328249822233.830.19841295225289.632.7111433343由上表得知：支架一支架最大彎矩2674N.M,選擇12#梢鋼所以選用12#梢鋼.12#梢鋼支架自重：F=MG=12.06*2.9*9.8=342N支架二最大彎矩為5640N.M,參照表格選用18#梢鋼,參加自重F=20.17*1.5*9.8=297將梢鋼支架自重按均勻荷載考慮參加到受力分析中,重新利用結構

25、力學求解器軟件進行計算,求出最大剪力、最大彎矩及最大軸力,如以下圖所示圖6.6綜合支架建模6必&66G622200.149672941473.334147548.6C56-1328.666綜合支架剪力圖6248.6華孕G4457.294624g.&6|WW*必丫*467.2942200.1492200.1492200.1492200.1492200.1492200.1492200449綜合支架軸力圖2200.149一2200.14%-18370.尸產2251837C.S-I2刑119注5L1925.115231由上圖可知,在參加支架自重后,抗彎、抗拉最不利構件,最大彎矩為2827Nm,最大剪力

26、為6248N,最大軸力為6248N.當最大彎矩為2807Nm時,對照表6.1可知12#梢鋼仍滿足要求.對于支架二最大彎矩5719N*M,參照表格參數依舊滿足要求.6.3.6抗剪強度校驗1.5VS抗剪強度校驗公式:1xtw0.85fv公式來源03S402中4.3.4;V所計算截面所受的剪力N;S計算剪力處以上毛截面對中和軸的面積矩；Ix毛截面慣性矩；tw腹板厚度；fv鋼材的抗剪強度設計值支架一：V=6248N;S=36400mm3;=3885000;=5.5mm,fv=125數據來源鋼結構設計手冊表2-3、表16-5經計算得：1.5VS/IXtW0.85fv=15.97102,滿足要求.由上可知

27、14#梢鋼抗彎強度校核與抗剪強度校核均滿足要求,所以本綜合管道支吊架選用14#梢鋼做為橫擔.因此現場采用14#梢鋼作為支架橫擔可滿足要求；支架二：V=18370N;S=91600mm3;=13699000;=9.0mm,fv=125數據來源鋼結構設計手冊表2-3、表16-5經計算得：1.5VS/1XtW0.85fv=20.47102,滿足要求.由上可知14#梢鋼抗彎強度校核與抗剪強度校核均滿足要求,所以本綜合管道支吊架選用14#梢鋼做為橫擔滿足要求.由于現場采用14#梢鋼作為支架橫擔,且支架跨距越大,所承受的軸力越大,因此要對現場支架距離進行重新排布；排布如下：地下室2根DN250空調冷熱水管

28、道共用支架,承重支架間距為4.2m,固定支架橫擔長1.0m,豎向支架長度為2.25m,其余條件不變,那么每根管道荷載為：DN250:100.12*9.81*3*1.35=3978N,利用力學求解助力器重新進行計算求出最大剪力、最大彎矩及最大軸力,如以下圖所示;-40281521D2&152綜合支架彎矩圖L=2.253C15、f13015綜合支架剪力圖1狗歸產-130151652.681652.69S1652.6581652.698L-L5綜合支架軸力圖;由圖可得知：支架二最大彎矩4028N.M,查表得出,選擇14#梢鋼.所以選用14#梢鋼.14#梢鋼支架自重：F=MG=16.73*1.5*9.

29、8=245N.將梢鋼支架自重按均勻荷載考慮參加到受力分析中,重新利用結構力學求解器軟件進行計算,求出最大剪力、最大彎矩及最大軸力,如以下圖所示綜合支架彎矩圖綜合支架剪力圖綜合支架軸力圖;由上圖可知,在參加支架自重后,抗彎、抗拉最不利構件,最大彎矩為4063Nm,最大剪力為13137N,最大軸力為13137N.當最大彎矩為4063Nm時,對照表6.1可知14#梢鋼仍滿足要求.1.5VS抗剪強度校驗公式:1xtw三0.85fv公式來源03S402中4.3.4;V所計算截面所受的剪力N;S計算剪力處以上毛截面對中和軸的面積矩；Ix毛截面慣性矩；tw腹板厚度；fv鋼材的抗剪強度設計值支架二：V=13137N;S=52400mm3;=6094000=8.