管道支架的设计分析

管道支架的设计

首先我们应明确哪类管架应该土建专业设计,哪类管架应该配管专业设计。支承管道的管架通常分为三部分：

一、属于土建结构部分。习惯称之为“管架”或“管廊”，包括内管廊和外

管廊。

二、管道与土建结构之间相接的各种支、托、吊部分。

三、生根在建筑结构上的各种支架，高度通常在２ｍ以下。

通常第一类支架由配管专业提供条件，由土建专业设计完成；第二类支架通常由配管专业负责设计；第三类支架在建筑物上的预埋件由土建专业设计，其他部分由配管专业完成。

⒈管道支架的分类及定义

按支架的作用分为三大类：承重架，限制性支架和减振架。

①承重架：用来承受管道的重力及其它垂直向下荷载的支吊架。它又可分

为：刚性支吊架、可变支吊架或弹簧吊架、恒力吊架。

ａ、刚性支吊架：用于无垂直位移的场合。

ｂ、可变支吊架或弹簧吊架：用于有少量垂直位移的场合。

ｃ、恒力吊架：用于垂直位移较大的地方。

②限制性支架：用来阻止、限制或控制管道系统热位移的支架。它又可分

为导向架、限位架和固定架。

ａ、导向架：使管道只能沿轴向移动的支架，不允许有角位移。

ｂ、限位架：允许管子的某一点有角位移，但不允许有线位移。

ｃ、固定架：不允许支承点有三个轴线的全部线位移和角位移。

③减振架：用来控制或减除重力和热膨胀作用以外的任何力（如物料冲击、

机械振动、风力及地震等外部荷载）的作用所产生的管道振动的支架。

减振架有弹簧和油压式两种类型。

⒉水平管道的最大支架间距

管道支架间距是指管道的跨度。一般管道的最大支架间距是按强度条件及刚

度条件计算决定，取其较小值。

管道支架的设置使管道形成分段，常见的有几种典型的形式：

ａ、单跨梁（有图）

ｂ、多跨连续梁（有图）

ｃ、Ｌ形弯管 （有图）

ｄ、Ｕ形弯管 （有图）

ｅ、三轴向弯管 （有图）

①支架间距按强度条件计算：

W

Z L ][σ= 式中：L —管道支架间距，m ；

Z —管子断面系数，3cm ，通常管子的断面系数公式为

()

D d D Z 3244-=π；

W —管道单位长度的重力，单位：m N /10；

][σ—热态下管材受重力荷载部分的许用应力，MPa ，通常取

2

][h σ；][h σ—管材在热态下的许用拉应力。 ②按刚度条件计算： 4101

W

EI L ∆= 式中：W L 和意义同上，

E —管材在热态下的弹性模量，MPa ；

I —管子截面惯性矩，4cm ，()6444d D I -=

π；

∆—管子在跨中的挠度，mm 。

按刚度条件计算时的主要因素为挠度值的选取。在装置内的管道，一般选用挠度在１０～２０mm 之间，推荐采用∆＝１５mm 。对于装置外的管道，由于常设计成有坡度的管道（２‰～５‰），其挠度采用较大值，可达３８mm 左右。

在公称直径６００mm 及以下的碳钢管道，取∆＝１５mm ，温度在３５０℃时，按刚度条件计算的L 值要小于按强度条件计算的L 值。因此，当挠度较小时，在常用的管径范围及温度范围内，管支架间距是以刚度条件控制的。当工作温度较高，且管道荷载较大时，小管道往往是要按强度条件决定支架间距的。

管道的最大支架间距在许多参考书中都能查到，注意使用选取时应留有余地。

对于Ｌ形弯管，Ｕ形弯管及三轴向弯管，其允许跨度往往按下式评定：

()max 7.0~6.0L L ≤

式中：m ax L —各直管段相加后总长。

应指出管道荷载分布是很重要的问题，特别是在土建设计的大跨度的桁架上。管道的荷载分布是与支架间距有关的，如，大管支架间距较大，有的梁不支承，荷载过于集中在少数梁上，形成支架设置与土建结构的计算不相等，这样引起梁的超载。管支架设计者与土建设计者必须沟通设计条件，这是不可忽视的问题。

⒊垂直管道的支架间距

垂直管道支架的设置，除了考虑承重的因素外，还要考虑防止风载引起的共振。在装置内较长的垂直管道多出现在塔类设备的周围或多层结构建筑物内。对此类垂直管道设备的支架间距大致可按不保温充水的水平管道支架间距进行调整。如，m DN m DN m DN m DN 13,400;12,300;10,200;5.7,100等。

高温垂直管道的支架间距应按前值减小１米，对每根垂直管，考虑热膨胀常选用一个承重架，其余为导向架。如图

⒋装有波形膨胀节管道的支架间距

根据美国膨胀节制造商协会的标准装有波形膨胀节的管道，支架应按左图设置。

()x

fe pa EI L ±=01571.0max

式中：E —弹性模量，2/cm kgf ；

I —惯性矩，4cm ；

L —管道支架间距，m ；

p —设计压力，2/cm kgf ；

a —膨胀节的有效面积，2cm

f —膨胀节的每波起始的弹性系数，//cm kgf 波；

x e —膨胀节的每波的轴向行程，/cm 波。

⒌确定管道支架位置的要点

决定管道支架的位置主要考虑以下几点：

① 承重架距离不应大于支架的最大间距。

除非采取其他增加管道跨距的措施，否则这一点必须严格执行。有压力脉动的管道还要按管道的固有频率来决定支架间距，避免发生共振。为保证不发生共振，通常管道的固有频率要求在８次／秒以上。

管道的固有频率可按下式求取：

∆

=g f n π21

式中：∆—挠度，cm ；

2sec /980cm g =；

所以，∆=982

.4n f 。

梁的支承形式不同，求挠度的公式如下：

Ａ、特定连续架 （有图） EI

WL 4

192019=∆，式中L daN W ,=—cm ； Ｂ、单跨简支架 （有图） EI

WL 4

3845=∆；