机电安装管道支吊架的设计

路洋

身份证号：230104198107041727

摘要：目前，有关机电管道支吊架选型和荷载计算的标准和要求已在现有文献中作了规定，但在机电安装施工工艺中，大型管道支吊架既没有相应的计算方法，也没有相应的支吊架。管道正常运行时，支吊架承受竖向和水平荷载。支吊架竖向荷载为管道、管件和介质的重力。水平荷载是管道系统运行过程中产生的水平推力。滑动支吊架的水平推力主要是管道的摩擦力，固定支吊架的水平推力是由于管道的热伸长或管道运行过程中水压引起的水平力引起的水平推力。在管道支吊架的设计过程中，还应注意支吊架系统的选择，支吊架的整体形式的选择，框架、地脚螺栓和锚板的选择，结构连接的生根方式等。

关键词：机电安装；管道支吊架；设计

实际上，管道支吊架一般比较小，但可以承受管道荷载，限制管道位移，控制管道振动，因此管道支吊架是管道系统的重要组成部分。笔者在日本某公司对管道支吊架进行了一年半的研究和维修，积累了一定的设计经验。总结了支吊架设计要点，以期共同进步。

1支吊架体系

1.1柔性支吊架体系

在该系统中，滑动支吊架是柔性的，固定支吊架是刚性的。柔性支架与吊架、结构之间的连接支架为铰接式，产生剪力和拉力，无弯矩。管道系统运行时，柔性支吊架只承受管道的竖向荷载，不承受水平荷载。在柔性支吊架系统中，假定在管道系统运行过程中某一固定支吊架存在质量问题，将对整个管道系统造成严重的破坏，造成整个系统的破坏，严重的直接损失，甚至人员伤亡。

1.2刚性支吊架体系

本系统中，支吊架为刚性支架，刚性支架与结构支架之间的连接支架为固定端，竖向力为管道竖向荷载，水平力为管道在荷载范围内运行产生的摩擦力和水平荷载。因此，支吊架不仅承受管道质量，还承受水平摩阻质量，而立柱则承受水平力引起的弯矩的影响。系统中的轴承是产生剪切、拉伸和弯矩效应的固定轴承。在刚性支吊架系统中，每个滑动支吊架都承受相应的力，载荷分布均匀，因此大面积管道系统的支吊架系统不会因支吊架质量问题而失效。

2管道支吊架分类及设计要点

2.1刚性吊架

刚性吊架主要运用于限定管道的垂直热位移，起到支撑点自身重量和减振的功效。刚性吊架依据适用范围分成一般刚性吊架和合页吊架。一般悬挂系统用以管道自身重量和内应力协力向下的状况；自身重量和内应力协力往上时，选用固接吊架。这时，动臂不但自身重量，还是有很大的限定力，说明其负载非常大，因此动臂设计比一般的刚性吊架粗许多。某工程热态下规定轴力组装，轴力角不得超过4。管道热位移后，刚性吊架丝杆垂直或者其视角不得超过0.5；而热位移后吊架视角超过4时，选用热态半轴力组装，不用确保刚性吊架在管道热位移后处在垂直情况或贴近垂直情况。与电动吊篮地脚螺栓或螺纹接头相连的动臂，请于螺纹接头上设定防松螺母等锁紧机构，避免松脱。假如间距过短，间距不足，热位移后吊架视角不可以确保在4之内，可以选择双刚性吊架和管道支架的搭配。

2.2后置锚栓

1地脚螺栓设计。建议使用膨胀地脚螺栓和扭矩控制地脚螺栓。地脚螺栓长度选择：地脚螺栓长度=有效锚固长度+垫片厚度+地脚螺栓螺母厚度+2~3露出螺纹长度。2地脚螺栓锚固要求。混凝土基底厚度不应小于有效埋深的两倍，混凝土基底厚度应大于100mm。锚定板厚度。厚度值参照JGJ145-2013《混凝土结构后锚技术规范》及机电管道支吊架锚板的力学特性。地脚板厚度按地脚螺栓间距的1/8取值。打开锚定板。地脚螺栓孔直径应大于地脚螺栓直径1～3mm。锚板开孔严禁开长圆孔。锚定板的尺寸设计。锚固板的设计包括锚固板的长度、宽度和厚度的设计。其中锚板宽度b=c+2d（建议c≥50mm）；锚板高度h=c+2d；地脚螺栓间距“B”值主要由支吊架的吊杆截面决定；地脚板厚度不应小于地脚螺栓间距B的1/8。

2.3滑动支架

与固定支架不同，滑动支架仅限制单向或双向的线性位移，通常不限制管道的角位移。这种不完全边界对管道的热膨胀力影响不大，可以取得许多有益的效果。目前设计的滑动支架主要有：U型螺栓，安装间隙一般为1mm；没有导块限制管道的垂直位移；导流块的形状限制了管道在一个方向上的垂直和水平位移；有滑动底板形式和垂直管道滑动支架；一般不建议采用倒吊方式，包括倒吊U形螺栓和倒吊鞍座。设计滑动支架时，应注意水平位移大于50mm时，应进行偏心安装；外部管道的滑动支架不仅应涂上不锈钢板，还应在滑动表面涂上润滑剂，以尽量减少摩擦。对于大直径管道，存在一些差异。当管道竖向位移受到限制时，最好选用刚性吊架，这样滑动支架可以避免较大的摩擦力；靠近泵的弯管支架可采用滑动模式调节。滑动支架由于其标准化的形状和柔性的应力而得到广泛的应用。

2.4导向支吊架间距设计原则

机电管道安装时，波纹补偿器和U形补偿器两侧应安装导向支架，以防止管道的非轴向位移破坏支吊架系统。1.波纹补偿器导架、吊架调整。14K206《金属管道补偿设计与选用》第28页对导向支吊架的调整要求有明确规定：1）导向支吊架与波纹补偿器的距离不大于管道公称直径的4倍。第二个导向支架与第一个导向支架之间的距离不得大于管道公称直径的14倍。其它导轨支架的安装距离按图示表设计。2、U形补偿导管支吊架的调整，《金属管道补偿设计选型》（14K206）第15页明确规定了U形补偿导管支吊架的调整要求：当管道长度大于给定值或多条热力管道在一起时，导轨支架应设置为外伸臂公称直径的45倍，其直径应根据最大管径选择。

2.5固定支架

固定支架承载自重、抗冲击和抗冲击，用于限制三个方向的线性位移和角度位移。检查固定支架的强度，主要计算焊接台根部的剪切应力和弯曲应力，然后根据支点弯矩值、扭矩值、轴向力值、垂直于轴向力值，计算根部所需材料的截面系数和惯性矩。根据管道热应力计算表中规定的压缩力或拉力值，选择满足强度和刚度条件的构件。据了解，当管道中心距固定支架支点根部的距离大于500mm时，应在两个方向上加斜撑。大多数固定支架的焊接支架不能直接与管道焊接，但必须先将底板焊接到支承点上。底板通常由客户提供。

2.6限位型吊架

极限型吊架与铰接式刚性吊架结构相同，其共同点是铰接式刚性支撑杆能够承受沿支撑杆轴向的拉力和压力，杆件具有一定的角度运动范围，在角度范围内对其他方向的热位移没有限制作用。区别主要在于限位式吊架主要承受地震荷载，可限制管道任意方向的热位移，也可与2、3组合使用，达到多方向限位的要求；铰接式刚性吊架主要承受管道的自重和热应力，一般只用于限制管道的竖向热位移。

3结论

提出了一种基于有限元的管道支吊架布置优化方法。得出以下结论：建立了相应的管道参数化有限元模型。以管道应力为优化目标，以GB50242-2002为约束条件。采用全局扫描和零阶优化相结合的方法确定了管道支吊架的最佳位置，并得到了优化设计结果。在算例中，采用全正交试验法，利用CAESARII软件进行对比分析，验证了管道有限元模型的正确性。该方法避免了管道布置过程中大量的人工试验计算，获得了最大的应力裕度，提高了系统的安全性能。

参考文献：

[1]范冬冬,许宽.后锚固钢构件锚板厚度计算的讨论[J].四川建筑科学研究,2020,46(2):76-79.

[2]王秀娟,庞翠翠,吕晓寅,等.钢筋混凝土结构预埋件的计算与分析[J].科学技术与工程,2020,10(23):5796-5798.

[3]黄文莉,何雍容.预埋件设计探讨[J].河北电力技术,2020,20(4):47-49.

[4]周爱军.混凝土结构设计与施工细部计算示例[M].北京:机械工业出版社,2020.

[5]杨久灵.浅议建筑预埋件施工[J].科技资讯,2020,6(32):59.