支吊架计算方案

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1、中国建筑股份有限公司十里铺城中村二期改造CHINA STATE CONSTRUCTIONK5地块机电管道支吊架体系计算方案编制人：审核人：审批人：第三建筑工程有限公司2019年4月目录一、编制目的 3二、编制原则 3三、编制依据 4四、管道布置分析 4五、管道载荷分析及支架计算 5六、管道承重支架受力分析及计算实例 13一、编制目的K5 商业地下室机电管道较多，为达到整体安装效果简洁美观、 节省空间，根据设计要求及项目的实际情况选取适当的支吊架形式。 局部位置需要综合支架，为保证系统运行安全可靠，需从管线的具体 布置及荷载要求方面进行分析，对机电支吊架的强度进行校核。二、编制原则1、适用性：根

2、据设计要求及工程的实际情况选用适合工程的支 吊架形式，地下室商业局部位置需要设置综合支架，BIM图纸中已经 有所体现，根据管道规格设计合理支架方案；2、安全性：计算选用的支架需合理，现场应严格按照方案实施， 支架固定牢固，现场试验数据需准确；若管道型号过大，根据现场情 况需请设计对结构承载力进行验证符合并签字；3、经济型：在考虑竖向支架时，首先考虑使用圆钢吊杆，在圆 钢吊杆不满足承重要求时再考虑使用角钢、槽钢；4、美观性：保证所使用的支吊架成排成线，横平竖直，简单明 了。5、适用于综合排布的成排管道支吊架,其它形式支吊架参考图集 室内管道支架及吊架图集03S402以及各地方标准图集。机电管道支

3、吊架选用除尊照本计算书外，还应满足国家现行有关规范、标准的规定。三、编制依据1、施工图纸2、通风与空调工程施工质量验收规范(GB50243-2016)3、五金手册(电子版)4、热轧型钢(GB/T706-2008)5、室内管道支吊架(05R417-1)6、低压流体输送用焊接钢管(GB/T3091-2008)7、室内管道支架及吊架图集03S4028、动力管道设计手册(机械工业出版社)9、膨胀螺栓规格及性能(JB-ZQ4763-2006)对管道进行合理的深化和布置是管道支吊架设计的前提条件。设 计使用安全、经济合理、整洁美观的管道支吊架，首先需对管道进行 合理的布置，布置应考虑以下参数：、管道布置设

4、计应符合各种工艺管道及系统流程的要求；、管道布置应统筹规划，做到安全可靠、经济合理，满足施工、 操作、维修等方面的要求，并力求整齐美观；、管道宜集中成排布置，成排管道之间的净距（保温管为保温之 间净距）不应小于 50mm。、地上的管道宜敷设在管架或管墩上，在管架、管墩上布置管道 时，宜使管架或管墩所受的垂直荷载、水平荷载均衡；、管道布置应使管道系统具有必要的柔性，在保证管道柔性及管 道对设备、机泵管口作用力和力矩不超出过允许值的情况下，应使管 道最短，组成件最少；、应在管道规划的同时考虑其支承点设置，并尽量将管道布置在 距可靠支撑点最近处，但管道外表面距建筑物的最小净距不应小于 100mm，同

5、时应尽量考虑利用管道的自然形状达到自行补偿； 五、管道载荷分析及支架计算、满水重量计算管道工程水管介质均为水，按管道满水考虑。总荷载应为水的重 量，加上管道自重，如果有保温管道，需另外加上保温棉重量。现把 各系统每米管道理论重量数据统计如下：表 1 热镀锌钢管规格及理论重量表管道规格DN15DN20DN25DN32DN40DN50DN65DN80DN100DN125DN150公称直径1520253240506580100125150外径（mm）壁厚（mm）4444内径（mm）保温重量（Kg/m）管道理论重量（Kg/m）水重量（Kg/m）满水重量（Kg/m）表2钢管满水规格重量表（kg/m）管道

6、规格DN600DN400DN350DN300DN250DN200DN150DN125DN100公称直径（mm）600400350300250200150125100实际外径（mm）630426377325273219159140114壁厚（mm）118887544保温层厚（mm）404040404040404040保温材料容重（Kg/m ）454545454545454545每米管道自重（Kg）母米满管水重（Kg）每米保温层体积（mm3）X107X107X107X107X107X107X107X107X107每米保温层重（Kg）每米管道总重（Kg）、支吊架受力分析示意图图管道支吊架布置图G1

7、G2 G3 G4F1图支架横担受力分析图、承重支架横担选型及校核根据所算的管道满水重量在软件上建模，利用结构力学求解器（软件使用方法见附件3：结构力学求解器操作手册）计算出支架的 剪力图弯矩图和轴力图，得到支吊架最不利构件的最大弯矩、最大剪 力和最大轴力大小，通过最大弯矩值选取横担型材大小。抗弯强度校核公式:1.5M1.5Mx +yrWrWx nxy ny 0.85 f（公式1，来源03S402中）（等边角钢也，与叽数值一样）式中：叽一一所计算截面绕x轴的最大弯矩;叫一一所计算截面绕y轴的最大弯矩，按照叽计算；Vx轴方向截面模量；Wi-V.y轴方向截面模量；f钢材的抗弯强度设计值N/mm2，取

8、值见下表3,钢结构设计手册表2-3。表3钢材强度设计值（数据来源钢结构设计手册表2-3）比勵* tr*亦毎曲ft船A淖面承压刨平皿峯、/1 nun )iL.TS i 兀 Ifl.pt / I fi - 40205333 SO200ii5(310!6- JOO*1W310Q网車】施310 S rft - 35ZJW170 3S - 50迪13550. LOO250-145 615235190 33 - 3C315ldo* SO T 10025】巧M湘0220440Q4初第卞 IfS 4 35M02i0 3S- K30JM30 一 100325l5注i （.袅中厚庸承惴tl笄点的钳材厚屈对輛十空舟

9、种fT贰轉第回中枕X桂轲的厚匮： 3-插号中敬值蛊RlTi熨越堀”截面塑性系数取下值：r.= ;.,=（数据来源钢结构设计手册表3-20）由钢结构设计手册表16-5查得各型号槽钢的截面塑性模量叽、叽。表4槽钢规格表（数据来源钢结构设计手册表16-5）ffii 向 iflfh扼； ft-截i s半啟闻由担毘;i性面回转半轻袁124H-9寸irn薪机4tzf kg/E)辅性和1tuL)C- E fer - r Sil?i - LAA41r6tcm1)%cm1)(W)-(g)ton4叭pm(on1)i ( (tio-1)5SA沖4.57.07.03.50亂925.44L,35新4Zt.948.3fi

10、-23,5l in20.9l6.36J7.J7.5.叫B.456.63i 3951.2iti.3史82.1 1L9S.54.6kJ2RJLSSO453.0K.fl G4,0010.24!lfl.3I.S677.8 14a140强6.09.59 5IW.5114.531J1563 JKD.547.553.231.233.01,TO107.2j4L140608 09,59.J4戲16.?1：.6?6WH#7 J52.43.3561.2lfi.6141,0血】阳160閱6.510-(10.0f-0021,9$17.23J ,7V866.2Q9.i(A.96.2RTM40,916.3rtn144. 1

11、16b160658.5LO.QIEI.Ci5.nn25.1519 751.75934.5116加36. LU3.447.617.6用仇J HO687舟10 f10 525,6*20： 171 .ffR1272.7iu.433 57.049ft C52.320.01.96叽711Mmn7010.5叭5 2029.2522 W.S413M.9U2.291-66用4111 0A0.4U.Sl.9i210. J沁艮防737.0L1.01J.05.5ft31,8322-631.0)1780.417N,u10.17.E6m.o63.844吕2.1 244.D20075J.O1LQ11.(J5.50J2J3

12、25.77:时19 B, 7101.4114,77.64i3,e75 ST1亦2.09268.41.5VS抗剪强度校验公式：7JW0.85 fv (公式2，来源03S402中)将所选型钢大小自重按均匀荷载考虑加入到受力分析中，重新利 用结构力学求解器软件进行计算，求出最大剪力、最大弯矩及最大轴 九进行校核。若满足则进行抗剪强度校核，若不满足则加大一号型 钢重新进行校核。式中：V所计算截面所受的剪力N；S半截面面积矩；（所计算轴以上的构件截面面积X截面中心点到中心轴的距离，槽钢可直接在表4中选取，角钢需计算 得出，计算实例见附件4）lx毛截面惯性矩；tw腹板厚度；fv钢材的抗剪强度设计值。（以上

13、各参数取值于钢结构设计手册表2-3、表16-5。当所选横担大小的抗弯强度及抗剪强度均满足要求时即为合格。、承重支架竖向支架选型及校核当选用吊杆为竖向支架时：表5吊杆拉力允许值（表格来源于图集03S402）tei)10 Il I uI | 30 j 24 | 3Q |拉力许值00 | | 14000 , 2 QOQO注:吊杆均果MQ2M.根据表5以及所计算出的最大轴力选择吊杆直径大小，加上吊杆 自重后进行抗拉强度校核。人 1.5 NA 吊杆净截面面积计算公式：n 085f （公式3,来源于图集03S402）式中：An吊杆净截面面积;N吊杆设计拉力值;f钢材抗拉强度设计值，取值于钢结构设计手册表2

14、-3。当选用型钢为竖向支架时：A N抗拉强度校验公式：f （公式4来源钢结构设计手册表3-16）式中：A构建截面面积；N轴心拉力；f钢材抗拉强度设计值，取值于钢结构设计手册表2-3。通过计算得出 A 的值，对照钢结构设计手册表 16-15中型 钢截面面积大小，选择竖向型钢支架大小。加上自重后再次进行校核。、膨胀螺栓承载力校核根据上述计算得出的最大轴力以及膨胀螺栓的个数，根据表6膨胀螺栓受力性能表选出膨胀螺栓的大小。（埋板厚度不小于1cm）表5膨胀螺栓受力性能表（数据来源于JB-ZQ4763-2006膨胀螺栓规格及性能）螺栓规格钻孔尺订（毫米）受力性能（公斤）直径深度記许拉丿允许剪力M610.

15、D4024018012. 550440330Min14. 560700卫0M1219751030740M162310019-10144C注：恵列数捱垂按铺园基体为标号大于1刃号混凝土U、固定支架计算（1）支架布置情况及受力分析固定支架承受的荷载有下列力组成： 垂直荷载，包括管道、管道附件、保温结构、管内输送介质的 荷载以及在某些情况下考虑管道水压试验时水重等荷载； 沿管道轴向的推力，包括各补偿器的反弹力之和F，不平衡内S压力（波纹补偿器或管道阀门或堵板上的流体静压力）F，管道移动N时的摩擦反力或管架变位弹力F等；M（2）竖向支架中垂直方向的力（垂直荷载）及支架型钢选择同承重 支架，此时需着重计

16、算水平方向的力（沿管道轴向的推力）及其斜支 撑的选型；（3）固定支架沿轴向的推力计算由于环境空气的温度及管内介质温度对管壁的影响，造成管道本 身的伸缩其伸缩量为AL，管道的热胀与冷缩在受到两个固定点的限制而不能实现时所产生应力为O,其计算公式如下：AL = La （t t ） （公式5）21一里E （公式6）L式中：AL管道伸缩量（mm）；L计算管长（两固定点间的直线长度）（m）；a 管道的线膨胀系数km/（m ）取值于动力管道设计手册中表6-1；t2管道内介质最高温度（C）;t1管道设计安装温度（C）。可取0-20C。q管材的弯曲应力（MPa）；E管材的弹性模量（MPa），在常温状态下对碳素

17、钢、不锈钢取2x 105MPa ；通过AL以及Q计算固定支架沿管道轴向的水平推力，即：波 纹补偿器的弹力FS、不平衡内压力Fn以及支架的摩擦力Fm,其计算公 式如下：F 二 K AL （公式 7）SX式中：FS波纹补偿器的弹性力（N）;KX每个波的单位压缩力的弹力，即波纹补偿器的轴向 刚度（N/mm）。补偿器一般为选定产品，可由厂家直接提供。若计算 时没选定补偿器厂家，波纹补偿器的此参数也可以参考附表1 （即实 用供热空调设计手册第二版中表11）；F 二 PA （公式 8）Ni式中：Fn内压不平衡力（N）；P管道内介质工作压力（MPa），取设计给定的工作压 力；Ai 轴向波纹补偿器的有效截面积

18、（mm2），此值由生产 厂家提供。若计算时没选定补偿器厂家，波纹补偿器的此参数也可以 参考附表1（即实用供热空调设计手册第二版中表11）Fm = qL （公式 9）式中：Fm摩擦力（N）；q管道单位长度计算荷载（N/m）；L两固定支架间的管段长度（M）；摩擦系数，取；根据附件2（波纹补偿器固定支架推理计算公式）选取与支架布 置形式相对应的计算公式，根据公式计算每个固定支架所受到的水平 推力；（4）根据水平推力大小计算固定支架每个斜支撑所受拉力的大小， 通过抗拉强度校验公式选出固定支架斜支撑的大小；（5）膨胀螺栓承载力校核，根据上述计算得出的最大轴力以及膨胀 螺栓的个数，根据表6膨胀螺栓受力性能

19、表选出膨胀螺栓的大小。六、管道承重支架受力分析及计算实例、支架布置图现场超出图集03S402支吊架设置共计两种支吊架类型，对应 支吊架正视图如下：支架一:血臥DN200. DN200讯2呱加孤DN80图支架正视图支架二:图支架正视图DW250DN250、支架设置说明典型支架设置情况:支架一：地下室4根DN250空调水和2根DN80空调冷冻水管道共用支架，承重支架间距为，固定支架横担长，竖向支架长度为。查表2 （钢管满水规格重量表）可得，考虑管道制作以及安装 等部分因素，取综合系数K1=（数据来源03S402中），每组支架承受载荷计算如下：*4*+*2* =支架二：地下室2根DN250空调冷热水

20、管道共用支架,承重支 架间距为，固定支架横担长，竖向支架长度为。查表2（钢管满水规格重量表）可得，考虑管道制作以及安装 等部分因素，取综合系数K1=（数据来源03S402中），每组支架承 受载荷计算如下：* *2*=、横担荷载分析、选型及校核、垂直荷载管道支吊架垂直荷载根据性质可分为基本垂直荷载和可变垂 直荷载，其中基本垂直荷载指管道支吊架所承受的管道重力、介质重 力和附件的重力等永久性荷载。可变垂直荷载指管道所承受的活荷 载、沉积物重力和发生地震时所应该承受的特殊变化的荷载。由于可 变垂直荷载难以准确计算,本计算书按静荷载的（数据来源 03S402 中）考虑。、水平荷载 管道水平方向的荷载是

21、作用在支架上的水平推力，根据支架类 型可分为活动支架上的水平推力和固定支架上的水平推力。a.活动支架水平推力主要来自管道摩擦力，吊杆水平推力可忽 略；水平推力即为管道摩擦力T二uG （u为摩擦系数，G为管道 垂直静荷载）b固定支架的水平推力主要来自补偿器的弹性变形力。采用补偿器补偿的管道，其作用在固定支架上的水平推力为补 偿器被压缩或拉伸所产生的反弹力。、横担受力情况分析根据支架的受力情况，支架在管道重力下或在管道推力作用 下，有可能出现一下几种现象：a：槽钢会沿着受力方向被剪断；b：槽钢会沿着受力方向发生过大弯曲变形，严重的会发生弯 曲折断；所以合理的选择支架就是使槽钢的抗弯和抗剪满足要求。

22、、软件建模及计算支架静荷载主要为管道自重、满水重量及保温重量，动荷载主 要考虑水流冲击时管道与支架之间的摩擦力。在章中对其分别进行受 力分析。将支架建立为如下图所示的模型，利用结构力学求解器软件 可绘制支架的剪力图、弯矩图及轴力图，并求出最大剪力、最大弯矩 及最大轴力，如下图所示。（以下受力图使用结构力学求解器绘制）支架一:L= 2.9图综合支架建模71.886QSjgrp图综合支架弯矩图图综合支架剪力图图综合支架轴力图由图、图可知，抗弯、抗拉最不利构件，最大弯矩为2674N m,最 大剪力为6078N。由图可知，抗压最不利构件，最大轴力为6078N。由于该支架为活动支架，所以支架水平方向的受

23、力为管道在支架上滑 动摩擦力。水平推力：t=G*（公式来自于图集03S402中）支架二：L= 2.25L= 225F= ISr*!2I= 18122L= 152.25由图得知，抗弯、抗拉最不利构件，最大弯矩为5640N m,最大剪力为 18222N。由图可知，抗压最不利构件，最大轴力为18222N。由于该支架为活动支架，所以支架水平方向的受力为管道在支架上滑动摩擦力。水平推力：T=G*（公式来自于图集03S402中）槽钢大小选型以及抗弯强度校核抗弯强度校核公式:1.5M1.5Mx +yrWrWx nxy ny 0.85f（公式来源03S402中，.所计算截面绕x轴的最大弯矩，叽一一所计算截面绕

24、y轴的最大弯矩，按照叽计算，叽x轴方向截面模量，飞y轴方向截面模量，f钢材的抗弯强度设计值N/mm2,取值215,钢结构设计手 册表2-3）截面塑性系数取下值:r-=;v=（数据来源钢结构设计手册表3-20）由钢结构设计手册表16-5查得各型号槽钢的截面塑性模量也八也丫通过上公式可得：表槽钢x、y轴最大弯矩极限值槽钢型X轴方向截面模量WnxY轴方向截面模量Wny所计算X轴最大弯所计算y轴最大弯号(cm3 )(cm3 )矩叽(N m)矩 (N m)610803248150845210217465212306892014425012751654491634186811204320832824982

25、29841295225111433343由上表得知：支架一支架最大弯矩,选择 12#槽钢所以选用12#槽钢。12#槽钢支架自重：F二MG=*=342N。支架二最大弯矩为，参照表格选用 18#槽钢，加入自重F=*=297将槽钢支架自重按均匀荷载考虑加入到受力分析中，重新利用结 构力学求解器软件进行计算，求出最大剪力、最大弯矩及最大轴力， 如下图所示。支架一：2200.149-2200.14-9-62-8,666 622200.149-S.666-1328.666U73J34 U7O34VI22L- 2.9470078n 467.294综合支架剪力图6248.666L= 1.81.86248.66

26、62200.1495467.2942200.149 2200.149 2200.149 2200.149 2200.149 2200.149L= 2.9综合支架轴力图支架二:L- 1.5s由上图可知，在加入支架自重后，抗弯、抗拉最不利构件，最大 弯矩为2827Nm，最大剪力为6248N，最大轴力为6248N。当最大弯 矩为2807Nm时，对照表可知12#槽钢仍满足要求。对于支架二最大弯矩5719N*M,参照表格参数依旧满足要求。抗剪强度校验1.5VS抗剪强度校验公式：7JW0.85 fv （公式来源03S402中；V所计算截面所受的剪力N； S计算剪力处以上毛截面对中和轴的 面积矩；lx毛截面

27、惯性矩；tw腹板厚度；fv钢材的抗剪 强度设计值）支架一：V=6248N ； S=36400mm3；丨 *=3885000讪勺 0二，fv=125（数据来源钢结构设计手册表2-3、表16-5）经计算得：x幕W fv =102,满足要求。由上可知14#槽钢抗弯强度校核与抗剪强度校核均满足要求，所 以本综合管道支吊架选用14#槽钢做为横担。因此现场采用14#槽钢 作为支架横担可满足要求；支架二：V=18370N； S=91600mm3；丨尸血；t” =125 （数据来 源钢结构设计手册表2-3、表16-5）经计算得：x幕W fv =102,满足要求。由上可知14#槽钢抗弯强度校核与抗剪强度校核均满

28、足要求，所 以本综合管道支吊架选用14#槽钢做为横担满足要求。因为现场采用 14#槽钢作为支架横担，且支架跨距越大，所承受的轴力越大，因此 要对现场支架距离进行重新排布；排布如下：地下室2根DN250空调 冷热水管道共用支架，承重支架间距为，固定支架横担长，竖向支架 长度为，其余条件不变，则每根管道荷载为：DN250: *3*=3978N, 利用力学求解助力器重新进行计算求出最大剪力、最大弯矩及最大轴 力，如下图所示；一m S21J-；综合支架弯矩图综合支架剪力图； r-：ii5-2.2513 01-5462 6162 69S16? 698L6?2.69R13015L- 1.5综合支架轴力图;

29、由图可得知：支架二最大弯矩，查表得出，选择14#槽钢。所以选用14#槽钢。14#槽钢支架自重：F二MG=*=245N。将槽钢 支架自重按均匀荷载考虑加入到受力分析中，重新利用结构力学求解 器软件进行计算，求出最大剪力、最大弯矩及最大轴力，如下图所示。综合支架弯矩图-1670.19S综合支架剪力图B137.WW峰给13137上B1371670.19S1670.1981670.IPS1570.1981375L= 1.5综合支架轴力图;由上图可知，在加入支架自重后，抗弯、抗拉最不利构件，最大弯矩为4063Nm，最大剪力为13137N，最大轴力为13137N。当最大弯矩为4063Nm时，对照表可知14

30、#槽钢仍满足要求。1.5VS抗剪强度校验公式:0.85 fv （公式来源03S402中；V所计算截面所受的剪力N； S计算剪力处以上毛截面对中和轴的 面积矩；lx毛截面惯性矩；tw腹板厚度；fv钢材的抗剪 强度设计值）支架二：V=13137N； S=52400mm3；丨尸6094000；匕二，fv=125（数据来源钢结构设计手册表2-3、表16-5）经计算得：XtW W fv =102,满足要求。由上可知14#槽钢抗弯强度校核与抗剪强度校核均满足要求，所 以本综合管道支吊架选用 14#槽钢做为横担。因此现场采用 14#槽钢 作为支架横担可满足要求；竖向支架（吊杆/型钢）荷载分析、选型及校核当选

31、择型钢受拉时A = N抗拉强度校验公式：f （公式来源钢结构设计手册表3-16； A构建截面面积；N轴心拉力；f钢材抗拉强度设 计值，取值于钢结构设计手册表 2-3）A = N =6248= 0.29 6.92（钢结构设计手册表16 - 5中5#槽钢的截面面积）f 215x100所以，立柱选用 5#槽钢5#槽钢支架自重 F=MG=*=加上槽钢自重后的最大轴力为6248+192=6440N。A = N =f 215x100=0.29 6.92查钢结构设计手册表16-5可得，立柱选用5#槽钢满足要求。对于支架二同样计算得出可知竖向吊架采用10#槽钢满足要求 竖向支架选型的最终确定综合以上分析，考虑

32、项目实际情况，支架一立柱选用2根5#槽 钢；支架二选用两根10#槽钢。、膨胀螺栓承载力校核膨胀螺栓受力性能（一）表48螺栓规格钻扎尺寸皂米丿受力性能公斤）洪度允许拉力允许勇力册10. 540240ISOMS12. D50440330M1014. 5GO700520ML219751030740M162310010401440注:表列毀捱系按铺丙基体为衩号丈二丄页号混凝土由可知，最不利支架立柱受力为6440N，考虑管内水的波动性， 粘滞阻力，压力传递不均匀性对膨胀螺栓的综合影响，取综合系数冷 却水管K=,冷冻水管K二;此支架选用每处埋板设置4根膨胀螺栓（根 据项目实际情况定）。F=6440*4=246 公斤根据上表选用M8的膨胀螺栓，所以此支架选用每处埋板设置4 根M12的膨胀螺栓。综上所读，支架一承重支架横担选用12#槽钢，竖向支架选用5# 槽钢，每个埋板处设置4个M12的膨胀螺栓。现场实际情况为支架一横担采用14#槽钢，吊杆采用12#槽钢，4 个 M16 膨胀螺栓，支架二选用 14#槽钢，吊杆选用 14#槽钢，间距 3 米布置一处支架，使用 M16 膨胀螺栓满足受力要求。