浅谈钢结构管廊的设计

2019-11-28孙凯

商品与质量 2019年40期

孙凯

武汉市燃气热力规划设计院有限公司湖北武汉 430074

钢结构管廊在设计时首先要在结构布设上有明确参照，这样才能够让设计结果具备更好的经济性与实用性。钢结构管廊设计中存在各种典型问题，设计的总体质量不高，设计人员专业化程度不足，缺乏细致深入的方案设计。在提升设计质量的过程中首先应当形成一套完善的设计思路与步骤，加强钢结构管廊设计中方案的布设，建立完善钢结构管廊设计监督机制[1]。

1 结构设计中钢结构管廊设计存在的问题分析

1.1 总体设计质量不高

钢结构管廊在设计中存在各种典型问题，首先值得关注的一点就是设计的总体质量不高。很多钢结构管廊的设计在展开和实施中并没有充分考察各方面条件和环境，对于项目真正的需求和项目的实际情况，设计人员了解的并不深入。往往是大致进行了项目背景和相关信息的获取后，就比较粗略的结合各种软件和工具展开设计，最后产生的设计结果针对性并不强，综合质量也不够高，这些都是在实际项目施行展开中经常会产生的问题。

1.2 缺乏细致深入的方案设计

钢结构管廊设计中经常会存在无法看到细致深入的设计方案的问题。一般来说，承接单位和设计单位的分包，在很大程度上降低了设计的深度，甚至有些设计方案不能满足原设计的要求，例如柱脚设计的错误。埋入式、外包式、外露式是柱脚设计的主要类型，外露式主要在民宅中应用，底板的弹性和塑性变形决定了柱脚的刚度，所以底板出现变形就会造成钢结构管廊的变形，设计人员如果不充分考虑这些问题，不进行内力分析，预留位移角限度值，一旦出现地震灾害时，就很容易破坏柱脚节点，损坏建筑物。

2 管廊的布置原则

（1）管廊在装置中的布置以能联系尽量多的工段、设备为宜。管廊应布置在长方形装置占地的适中位置且平行于装置长边，其两侧布置设备，可以缩短装置的占地长度，节约占地面积，节约投资。

（2）纵向设置通常的纵梁或桁架，横向应根据管道支撑跨距的要求设置框架横梁及中间横梁。

（3）钢结构管廊的伸缩缝间距不宜大于120m。对于大中型管廊，特别是符合计算纵向地震条件的管廊或应力管线的水平力较大时，会导致固定管架的纵向水平力很大，使得管架柱断面、基桩抗剪数量或基础尺寸不合理，这时应减少伸缩缝的间距。

（4）管廊柱间支撑的布置原则。在管廊的一个计算单元内的垂直支撑布置时，应将其布置在管道专业设置的主要管道固定管架处，同时还应尽量将垂直支撑布置在管廊中部保持对称，可尽量减小支承受到的不平衡力，节省构件投资。

管道Π形补偿器平面整体布置整齐单一时，温度区段的设置应与管道Π形补偿器相适应，柱间支撑位置应与固定管架的位置一致，合二为一可以达到经济的目的;管道补偿器平面整体布置复杂时，可根据固定管架设置情况，合理划分温度区段，每个温度区段可在两端附近处设置纵向柱间支撑。当固定管架分散且复杂时，可根据固定管架设置情况，合理划分温度区段，每个温度区段宜在中间部位设置纵向柱间支撑[2]。

（5）管架的高度确定。在行人与交通频繁的地段宜采用中管架，结构最下缘至地面的净距离不宜小于2．2m。管架跨越道路时，厂区路面中心至管架结构下缘的最小净空不应小于5．0m，装置内的检修道路和消防道路不应小于4m。跨越铁路时，轨顶至桁架下缘和可燃液体的管道不应小于5m，对其它管道不应小于4．5m。

（6）管廊宽度。管廊宽度由管线的数量和管径的大小确定，并一般预留15-20%的空间。在敷设仪表桥架时应考虑它们所需的宽度。需要根据管廊上管线的数量设置来决定管廊的宽度。当管廊下布置泵时，应准确计算检修通道的空间。

3 对于钢结构管廊综合管廊设计的标准分析

3.1 垂直荷载

若管道条件中只提出了管道纵向1延米的重量或一层横梁上的均布荷载,设计人往往会根据次梁的布置按面积考虑荷载传递。当管廊上支撑的小直径管道较多时，就要让管道专业提出一个荷载传递的原则，如有多少比例的管道需要按所有的管道在主梁上支撑来计算，这样对主梁来说是偏于保守的，用于计算主框架梁柱和基础还是可行的。

试压时的冲水荷载可按实际情况采用。作用在管廊横梁上的竖向荷载分为集中荷载与分布荷载，对于直径不小于500mm的液体管道按集中荷载考虑，在用均布荷载对管廊进行计算时，因不同材质、管径、介质及压力使得管道的跨距不同。

3.2 固定支架部分的横截面设计

用于固定的支架部分在管廊的位置上呈现直线、L、T、十字四种类型，对于管道敷设部分的的受力分析来看，因为需要直线型的固定支架来承担水平方向受力，所以在管廊转角处设有固定支架。对于固定管架梁应按《化工工程管架、管墩设计规范》（GB51019-2014）的附录A验算由水平推力产生的扭矩应力，在管道对横梁产生较大扭矩时，可设置垂直于横梁的平衡梁，采用由对横梁的扭矩转变为对平衡梁的弯矩以达到减小对横梁扭矩作用。

3.3 管道的水平推力

作用在固定管架上的水平推力包括管道补偿器的弹性反力标准值∑Fb，关闭阀门时，管道的阀门，弯道及盲板等由介质产生的内压力标准值∑Fn，管道变形时在刚性活动管架上的摩擦力标准值总和为∑Fmi；柔性活动管架弹性反力标准值总和∑Ffi（固定管架至补偿器间各柔性活动管架的变位反力之和）和地震作用。∑Fb和∑Fn应由管道（应力）专业计算，摩擦力则一般由本专业计算得出，计算时应考虑管道间的相互牵制作用。对常温管道输送介质的温度不超过40℃时，管道水平推力可不计算[3]。