浅谈化工管架的结构设计.doc

浅谈化工管架的结构设计摘要：基于化工行业管架的类型、受力特点、 管架使用功能要求，运用结构力学的分析方法和构筑 物设计的构造措施要求，对化工管架的结构设计要点 进行分析和阐述，解决管架结构设计中常见的各个疑 难问题，以进一步优化管架的结构优设计方案关键词：管架；结构；设计1概述在化工行业，管架是最常见的构筑物，是液相、 气相介质管道及电气、仪表电缆桥架的支撑结构文 章主要阐述，管架设计中碰到的一些设计要点问题， 以期达到不断优化设计的目的2管架的分类管架按结构形式主要分为独立式管架、管廊式管 架独立式管架适合于层高低、管道管径小荷载小的 单层管架，如T型管架管廊式管架，一般简称管廊, 适合于层高高、层数多、管道管径大荷载大的多层管 架液相介质管道直径大于或等于500mm＞气相介质 管道直径大于或等于600mm、输送易燃、易爆、剧毒、 高温、高压介质的管道，支撑此类管道的管架应采用 管廊式管架，且固定架处应设置水平撑、垂直撑等传 力构件管架管道在管架上的支承条件分为固定管架和活 动管架固定管架横梁上的管道设置了限位，将管道 和横梁紧紧地连接在一起，管道与管架之间不允许产 生相对位移固定架承受着纵向区段内产生的全部水 平力，所以，一般此处设有水平撑、垂直撑，以减小 水平力的传力途径。

管架按结构材料分为钢筋混凝土管架、钢结构管 架和混合结构管架由于钢结构具有易于工厂加工、 安装速度快、构件断面相对较小等优点，钢结构管廊 得到了越来越广泛的应用混合结构管架指横向一棉 柱与横向主梁采用钢筋混凝土现浇结构，纵向钢梁、 水平撑、垂直撑采用钢结构混合结构管架适用于工 期要求不高的工程，尤其在钢材成本高的时期可以降 低造价3管架的设计要点管架的布置是管廊设计的重点，优化的布置会让管廊结构受力更合理首先管廊整体走向不宜布置成L型，因为“L”型管廊，两条管廊横纵相交处是整体应力集中处，尤其在地震工况下其次，钢结构管廊 的区段长度需满足伸缩要求，一般不超过120m为宜 固定架位置一般选在在管道水平力较大处，以实现传 力途径最短，同时需考虑固定架处垂直对检修通道、 消防通道等的影响，避免出现垂直撑挡路的问题基 于以上内容，在结构设计时，应将管廊的轴线不断地 进行调整，以使管廊的布置趋于结构设计合理、使用 功能合理不可以忽略电缆桥架所受风荷载对结构产生的影 响当竖向电缆桥架高度较大且数量较多时，风荷载 将对整个结构和局部构件产生较大影响，特别是在风 荷载较大的地区，忽略了往往导致结构计算偏于危险。

同时，对于风荷载的计算，应该严格按照规范，将管 廊柱、纵梁、管道、电缆桥架上的荷载一并计算，以 保证每个工况下，结构计算的正确管廊横向主、次梁上的垂直管道荷载传递问题 管径小于等于2寸时，管道的最大支承长度为3米； 管径大于2寸且小于等于6寸时，管道的最大支承长 度为6米；管径大于6寸且小于等于12寸时，管道的 最大支承长度为9米对于大直径的管道一般只在横 向主梁上支承，如果横向主梁的荷载范围按相邻两个 半跨取值，横向主梁上的荷载就会大大偏小，造成横 向主梁的计算偏于危险所以，横向主梁的荷载取值 范围应取相邻半个柱距范围内的荷载管廊横梁与管道之间的水平摩擦力该如何考虑的 问题管道在一定区段内会设置口型补偿器，口型补 偿器是管廊纵向力的释放点两个口型补偿器之间的 管道为一个刚性受力体，此段管道会与管廊钢梁以限 位的形式固定在一起，使此段管道和此段管廊成为一 个整体对于这个整体来说，管廊横梁与管道之间的 水平摩擦力是内部力，不是外部荷载，所以，整体内 部的内力无需计算但是，对于某一根横梁来说，管 廊横梁与管道之间的水平摩擦力就是外部力，此力需 要计算管廊纵梁受力计算纵梁除支撑次梁、管道外， 还要将管道或其他作用产生的水平推力传递到垂直支 撑。

当水平力较大时，纵梁的轴力往往是不能忽略的 在我们用PKPM建模计算时，纵梁当然都是按梁输入 的，PK的计算程序就只按梁的应力计算公式Mx/ （ ? 渍bWx） +My/ （?酌yWy） Wf来验算，轴力并没有 体现出来，这样是偏于危险的解决方法：《设计规定》 中第8.2.11条中规定纵梁应按拉弯或压弯构件计算 计算公式按《规范》521条N/An+Mx/ （?酌xWx）+My/ （?酌yWy） Wf来计算另外还要特别注意纵 梁连接节点的验算，如高强螺栓、焊缝抗剪及节点板 验算等结构构件的挠度超过限值没有设计经验的工程 师通常只注意结构构件的应力计算而没有注意到《化 工工程管架、管墩设计规定》中对构件挠度的限制 管架的挠度主要应满足管道要求，防止管道挠度过大 发生积液导致流阻加大工程上已发生该类事故所 以，除单个构件需满足《设计规定》3.0.9条中的限值 外，装置内管廊在一个柱距内，管道支点最大挠度之 差不大于30imn管廊纵向构件及其上的钢次梁挠度 叠加为总挠度，支撑在钢次梁上的小管道的挠度值为 该挠度与框架横梁挠度之差固定架处基础没有按双向受力进行计算没有设 计经验的工程师认为管廊固定架处只要按传到基础顶 面的纵向力计算就可以。

实际上在固定架处，在纵向 最不利荷载组合下，横向在恒载和活载作用下仍可能 存在弯矩和剪力，忽略横向的力将导致基础计算不安 全基础应按双向受力计算，通常独立基础两个方向 所受力如图3o4结束语管架在化工行业比较常见，但是各种疑难问题较 多，结构设计中不可掉以轻心，应认真分析结构特点、 详细计算、精于布置，才能绘出安全、合理、经济的 设计方案参考文献[1] 祝亚茹•厂区内管廊的配管设计[J]・北京：石油 和化工设备，2016.[2] 李春梅•石油化工装置内管廊上管道的布置设计[M].广东：中国石油和化工标准与质量，2014.[3] 任建淼.化工厂钢结构管廊式管架结构设计[J]. 上海：江西建材，2016.[4] 郑炯•涛石油化工管廊设计要点探索[J].广东: 石化技术，2015.。