如何确定管道支吊架的最大跨距？这篇文章告诉你

#1 管道支撑跨度

管架的跨度直接决定管架的数量，跨度过小，管架过于密集，管架数量增多，成本增加。因此，在保证管道安全、正常运行的同时，要尽可能增大管道的跨度，以降低工程成本。

但管架跨度受管道材料、截面刚度、管道上其他载荷及允许挠度等因素的影响，不可能无限扩大，因此，在设计管道支吊架时，应首先确定管架的最大跨度。

根据相关规范中规定的管道支吊架最大间距，如《通风与空气调节工程施工质量验收规范》GB50243-2002，确定管道的最大允许跨度

钢管支吊架最大间距

本工程设置共用支撑最大跨度为4.2m。

#2 管道支吊架介绍

用于支撑管道的结构称为管道支吊架。管道敷设时，必须对其进行固定或支撑。固定或支撑管道的构件就是支吊架。管道支吊架一般由管座、管架立柱或管架吊架（简称立柱或吊架）、管架梁（简称梁）和支撑节点等组成。

#3 管架载荷分析

1）垂直载荷

管道支吊架的垂直载荷按性质可分为基本垂直载荷和可变垂直载荷，基本垂直载荷是指管道支吊架承受的管道重力、介质重力、保温层等附件重力等永久载荷。

可变垂直荷载是指地震发生时管道应承受的活荷载、沉积物重力和特殊可变荷载。由于可变垂直荷载无法准确计算，我们将管道支吊架的基本垂直荷载乘以一个经验系数（一般为1.2～1.4）作为管架垂直方向的计算荷载。本工程综合支吊架计算中，经验系数取1.35。

计算管道支架基本垂直荷载，可将复杂管道支撑体系近似看作简支梁，经受力分析可得管架B承受的基本垂直荷载为GB=(GL1+GL2)/2。

由于管道支吊架种类繁多，不可能一一计算，因此，只需考虑同种类型支架的最不利受力情况，以管道支吊架的最大允许跨度为基准，计算最不利支架，此时，只需计算长度为最大允许跨度L的管道、介质、保温层的重力G即可。

重力方向计算载荷为G=αGB (α=1.35)

2）水平载荷

管道上所受的水平载荷就是作用于管架上的水平推力，按管架类型可分为作用于移动管架的水平推力和作用于固定管架的水平推力。

移动管架的水平推力主要来源于管道的摩擦力，吊架的水平推力可以忽略；

水平推力即管道摩擦力f=μG（μ为摩擦系数，G为管道垂直载荷）

#4 管道支吊架受力及选型计算

基于以上管架受力分析，现对许昌万达广场项目地下一层13-14/E轴的综合支吊架进行分析计算。

如下图所示，DN150消防水管3根，管材为镀锌钢管φ168.3*4.5；DN100供暖管道及热风幕管道4根，管材为焊接钢管φ114.3*4.0；DN200空调水管2根，管材为无缝钢管φ219*6。

根据规范要求，DN100管架最大跨度为5m，本工程常用支架设置的最大跨度为4.2m，因此按最不利支架间距4.2m对管架进行受力分析。

4.1管道垂直方向载荷的计算。

1）单根DN100管道作用于管架的计算载荷

单根DN100管道垂直方向基本载荷（支吊架间距4.2米）

钢管自重=0.0246615×（114.3-4）×4×9.8×4.2×1.1=491.63N≈492N

绝缘重量 = 45 × (0.1143 + 0.05) × 3.14 × 0.05 × 9.8 × 4.2 × 1.1 = 52.56 N ≈ 53 N

中等重量 = 1000 × (0.1143-0.004 × 2)² × 3.14/4 × 1.1 × 9.8 × 4.2 = 401.6N

单根管段计算载荷=（钢管重量+保温层重量+介质重量）×1.35（考虑35%可变载荷）

单根DN100热水管计算荷载为G100=（492+53+401.6）×1.35=1277N

2）单根DN150管道作用于管架的计算载荷

单根DN150管道垂直方向基本荷载（支吊架间距4.2米）

钢管自重=0.0246615×（168.3-4.5）×4.5×9.8×4.2×1.1=821N

中等重量 = 1000 × (0.1683-0.0045 × 2)² × 3.14/4 × 9.8 × 4.2 × 1.1 = 902N

单根管段计算载荷=（钢管重量+介质重量）×1.35（考虑35%可变载荷）

单根DN150冷水管计算荷载为G150=（823+902）×1.35=2326N

3）单根DN200管道作用于管架的计算载荷

DN200单管垂直方向基本荷载（支吊架间距4.2米）

钢管自重=0.0246615×（219-6）×6×9.8×4.2×1.1=1425N

绝缘重量=45×（0.219+0.036）×3.14×0.036×9.8×4.2×1.1=59N

中等重量 = 1000 × (0.219-0.006 × 2)² × 3.14/4 × 1.1 × 9.8 × 4.2 = 1524 N

单根管段计算载荷=（钢管重量+保温层重量+介质重量）×1.35（考虑35%可变载荷）

单根DN200冷水管计算荷载为G200=（1427+59+1524）×1.35=4061N

4.2 管道水平方向载荷的计算。

水平荷载：按垂直荷载的0.3倍计算。

1）单根DN150冷水管的水平推力为F150=0.3×G150=0.3×2326=698N

2）单根DN100冷水管的水平推力为F100=0.3×G100=0.3×1277=383N

3）单根DN200冷水管水平推力为F200=0.3×G200=0.3×4061=1218N

4.3 管道支吊架的选择

根据管架梁的受力分析，管架梁在受到管道重力或者管道推力的作用时，可能出现两种现象，一是管架梁沿应力方向发生剪切，二是管架梁沿应力方向弯曲变形过大，严重时会出现弯曲、断裂。

因此，管架梁的合理选择就是使管架梁刚好满足梁的弯曲和剪切要求。

1）管道支吊架内力分析

管架梁假定为简支梁，结构为刚体，按照管架梁作为平面简支梁所受的竖向力和水平力进行内力分析，根据静力方程求得管架梁的内力，绘制梁的剪力图和弯矩图，计算最大剪力和最大弯矩。

经受力分析，管架梁在垂直方向的最大弯矩为2671.6N·m，最大剪力为6976N；管架梁在水平方向的最大弯矩为607N·m，最大剪力为1382N。

4.4 管道支吊架选型计算

1）管道支吊架弯曲强度计算

计算管道支吊架的最大弯矩后，按下式选择管道支吊架的材料规格和型号：

将初步估算的钢材规格对应的截面系数，利用验证算法代入上式进行验证，满足公式的钢材可作为管道支吊架的备选材料。管架梁材料按管架梁最大弯矩选取：

管架梁选择计算表

从管道支吊架选型计算表可以看出，均满足承载力要求，由于12号槽钢比重最小，从经济角度考虑，暂时采用12号槽钢制作管道支吊架。

2）管道支吊架剪切强度校核

所选用的支架是根据管道支吊架的弯曲强度进行计算的，还需要验算是否满足抗剪要求，参照下列公式对管道所受的剪力进行验算。

因此槽钢满足抗剪要求，管道支吊架采用10#槽钢。

4.5 管道支撑柱选型计算

根据管架受力分析，为了平衡管架上管道的重力和水平推力，管架立柱给予管架梁一个支撑反力，以维持管架及其上管道的平衡。管架立柱的选择要根据管道支架的支撑反力来决定。根据分析，管架立柱承受两种力，一种是垂直拉力（或压力），一种是水平推力。

1)管架立柱截面计算公式

S≥1.5R/(0.85σ)

式中S为管架立柱最小截面积，R为管架立柱垂直拉力或压力，σ为钢材抗拉强度，一般钢材采用210MPa。

所以上例中管架立柱的最小截面积为：

S=1.5×6976/(0.85×210)=58.6毫米²≤15.69厘米²

2）管架柱弯曲计算

因此上例中管架柱的最小截面系数为

W = 1.5 × 1382 × 1.08 / (0.85 × 1.05 × 210) = 12 立方厘米 ≤ 62.1 立方厘米

查阅钢材规格表，所选用钢材的截面积大于58.6mm2，其截面系数须大于12cm3。为保证管道支架的整体协调，管架立柱也采用与管架梁相同规格的槽钢12#。

4.6 地脚螺栓强度验证

1）锚栓受力分析

管道支吊架自重：（3.15*12.318+3*1.08*12.318）*9.8=771.4N

管道支架垂直方向最大剪力为6976N。

2）锚栓直径相同，假设每个锚栓受力相等，则单个锚栓受力为P/4。

3）锚栓规格及极限荷载表

4）膨胀螺栓受力性能表

查阅化学锚栓规格及极限荷载表，选用4个M10高强度化学锚栓。

本工程采用4根M14高强化学锚栓或者4根M14膨胀螺栓。

4.7

根据膨胀螺栓的检验报告，每个14#膨胀螺栓的抗拉强度为33.5KN，因此，14#膨胀螺栓符合要求。

#5 大直径管道支撑力计算

根据规范要求，DN600管架最大跨度为10.5m，本工程设置的管架最大跨度为8.4m，因此，按支架间距为8.4m的最不利情况对管架进行受力分析。

5.1 管道垂直载荷计算

单根DN600冷却水管道垂直方向基本荷载（支吊架间距8.4米）

钢管自重=0.0246615×（630-10）×10×9.8×8.4×1.1=13817.45N≈13820N

中等重量 = 1000 × (0.63-0.010 × 2)² × 3.14/4 × 1.1 × 9.8 × 8.4 = 26450 N

单根管段计算载荷=（钢管重量+介质重量）×1.35（考虑35%可变载荷）

单根DN600冷却水管计算荷载G600=（13820+26450）×1.35=54362N

5.2管道水平载荷计算

水平荷载：按垂直荷载的0.3倍计算，单根DN600冷却水管的水平推力为G=0.3×G600=0.3×54362=16310N

5.3 管道支吊架选择

根据管架梁的受力分析，管架梁在受到管道重力或管道推力时，可能出现两种现象，一是管架梁沿应力方向发生剪切，二是管架梁沿应力方向弯曲变形过大，严重时弯曲断裂。因此，管架梁的合理选择，就是使管架梁刚好满足梁的抗弯、抗剪要求。

1）管道支吊架内力分析

管架梁假定为简支梁，结构为刚体，按照管架梁作为平面简支梁所受的竖向力和水平力进行内力分析，根据静力方程求得管架梁的内力，绘制梁的剪力图和弯矩图，计算最大剪力和最大弯矩。

经受力分析，管架梁在垂直方向的最大弯矩为27181N·m，最大剪力为54362N；管架梁在水平方向的最大弯矩为8155N·m，最大剪力为8584N。

本工程两条DN600冷却水管支撑架采用16#槽钢，每侧采用6只16#膨胀螺栓。

2）管道支撑架重量：（1.95*19.752+2*1.85*19.752）*10=1116N

3）膨胀螺栓的直径相同，假设每个膨胀螺栓受力相等，则单个膨胀螺栓受力为P/6。

然后：Q = P/6 = (1116 + 54326) / 6 = 9240N = 9.24KN < 19.4KN

根据膨胀螺栓受力性能表，16#膨胀螺栓满足要求。

#6 综合支吊架设计图

对其他同类一体化支吊架按照同样的计算步骤后，最终确定一体化支吊架所采用的钢材类型及膨胀螺栓规格符合要求，具体规格尺寸以一体化支吊架图纸为准。

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