淺談鋼結(jié)構(gòu)管廊的設(shè)計(jì)

孫凱

武漢市燃?xì)鉄崃σ?guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司 湖北武漢 430074

鋼結(jié)構(gòu)管廊在設(shè)計(jì)時(shí)首先要在結(jié)構(gòu)布設(shè)上有明確參照，這樣才能夠讓設(shè)計(jì)結(jié)果具備更好的經(jīng)濟(jì)性與實(shí)用性。鋼結(jié)構(gòu)管廊設(shè)計(jì)中存在各種典型問題，設(shè)計(jì)的總體質(zhì)量不高，設(shè)計(jì)人員專業(yè)化程度不足，缺乏細(xì)致深入的方案設(shè)計(jì)。在提升設(shè)計(jì)質(zhì)量的過(guò)程中首先應(yīng)當(dāng)形成一套完善的設(shè)計(jì)思路與步驟，加強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)管廊設(shè)計(jì)中方案的布設(shè)，建立完善鋼結(jié)構(gòu)管廊設(shè)計(jì)監(jiān)督機(jī)制[1]。

1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中鋼結(jié)構(gòu)管廊設(shè)計(jì)存在的問題分析

1.1 總體設(shè)計(jì)質(zhì)量不高

鋼結(jié)構(gòu)管廊在設(shè)計(jì)中存在各種典型問題，首先值得關(guān)注的一點(diǎn)就是設(shè)計(jì)的總體質(zhì)量不高。很多鋼結(jié)構(gòu)管廊的設(shè)計(jì)在展開和實(shí)施中并沒有充分考察各方面條件和環(huán)境，對(duì)于項(xiàng)目真正的需求和項(xiàng)目的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)人員了解的并不深入。往往是大致進(jìn)行了項(xiàng)目背景和相關(guān)信息的獲取后，就比較粗略的結(jié)合各種軟件和工具展開設(shè)計(jì)，最后產(chǎn)生的設(shè)計(jì)結(jié)果針對(duì)性并不強(qiáng)，綜合質(zhì)量也不夠高，這些都是在實(shí)際項(xiàng)目施行展開中經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生的問題。

1.2 缺乏細(xì)致深入的方案設(shè)計(jì)

鋼結(jié)構(gòu)管廊設(shè)計(jì)中經(jīng)常會(huì)存在無(wú)法看到細(xì)致深入的設(shè)計(jì)方案的問題。一般來(lái)說(shuō)，承接單位和設(shè)計(jì)單位的分包，在很大程度上降低了設(shè)計(jì)的深度，甚至有些設(shè)計(jì)方案不能滿足原設(shè)計(jì)的要求，例如柱腳設(shè)計(jì)的錯(cuò)誤。埋入式、外包式、外露式是柱腳設(shè)計(jì)的主要類型，外露式主要在民宅中應(yīng)用，底板的彈性和塑性變形決定了柱腳的剛度，所以底板出現(xiàn)變形就會(huì)造成鋼結(jié)構(gòu)管廊的變形，設(shè)計(jì)人員如果不充分考慮這些問題，不進(jìn)行內(nèi)力分析，預(yù)留位移角限度值，一旦出現(xiàn)地震災(zāi)害時(shí)，就很容易破壞柱腳節(jié)點(diǎn)，損壞建筑物。

2 管廊的布置原則

（1）管廊在裝置中的布置以能聯(lián)系盡量多的工段、設(shè)備為宜。管廊應(yīng)布置在長(zhǎng)方形裝置占地的適中位置且平行于裝置長(zhǎng)邊，其兩側(cè)布置設(shè)備，可以縮短裝置的占地長(zhǎng)度，節(jié)約占地面積，節(jié)約投資。

（2）縱向設(shè)置通常的縱梁或桁架，橫向應(yīng)根據(jù)管道支撐跨距的要求設(shè)置框架橫梁及中間橫梁。

（3）鋼結(jié)構(gòu)管廊的伸縮縫間距不宜大于120m。對(duì)于大中型管廊，特別是符合計(jì)算縱向地震條件的管廊或應(yīng)力管線的水平力較大時(shí)，會(huì)導(dǎo)致固定管架的縱向水平力很大，使得管架柱斷面、基樁抗剪數(shù)量或基礎(chǔ)尺寸不合理，這時(shí)應(yīng)減少伸縮縫的間距。

（4）管廊柱間支撐的布置原則。在管廊的一個(gè)計(jì)算單元內(nèi)的垂直支撐布置時(shí)，應(yīng)將其布置在管道專業(yè)設(shè)置的主要管道固定管架處，同時(shí)還應(yīng)盡量將垂直支撐布置在管廊中部保持對(duì)稱，可盡量減小支承受到的不平衡力，節(jié)省構(gòu)件投資。

管道Π形補(bǔ)償器平面整體布置整齊單一時(shí)，溫度區(qū)段的設(shè)置應(yīng)與管道Π形補(bǔ)償器相適應(yīng)，柱間支撐位置應(yīng)與固定管架的位置一致，合二為一可以達(dá)到經(jīng)濟(jì)的目的;管道補(bǔ)償器平面整體布置復(fù)雜時(shí)，可根據(jù)固定管架設(shè)置情況，合理劃分溫度區(qū)段，每個(gè)溫度區(qū)段可在兩端附近處設(shè)置縱向柱間支撐。當(dāng)固定管架分散且復(fù)雜時(shí)，可根據(jù)固定管架設(shè)置情況，合理劃分溫度區(qū)段，每個(gè)溫度區(qū)段宜在中間部位設(shè)置縱向柱間支撐[2]。

（5）管架的高度確定。在行人與交通頻繁的地段宜采用中管架，結(jié)構(gòu)最下緣至地面的凈距離不宜小于2．2m。管架跨越道路時(shí)，廠區(qū)路面中心至管架結(jié)構(gòu)下緣的最小凈空不應(yīng)小于5．0m，裝置內(nèi)的檢修道路和消防道路不應(yīng)小于4m。跨越鐵路時(shí)，軌頂至桁架下緣和可燃液體的管道不應(yīng)小于5m，對(duì)其它管道不應(yīng)小于4．5m。

（6）管廊寬度。管廊寬度由管線的數(shù)量和管徑的大小確定，并一般預(yù)留15-20%的空間。在敷設(shè)儀表橋架時(shí)應(yīng)考慮它們所需的寬度。需要根據(jù)管廊上管線的數(shù)量設(shè)置來(lái)決定管廊的寬度。當(dāng)管廊下布置泵時(shí)，應(yīng)準(zhǔn)確計(jì)算檢修通道的空間。

3 對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)管廊綜合管廊設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)分析

3.1 垂直荷載

若管道條件中只提出了管道縱向1延米的重量或一層橫梁上的均布荷載,設(shè)計(jì)人往往會(huì)根據(jù)次梁的布置按面積考慮荷載傳遞。當(dāng)管廊上支撐的小直徑管道較多時(shí)，就要讓管道專業(yè)提出一個(gè)荷載傳遞的原則，如有多少比例的管道需要按所有的管道在主梁上支撐來(lái)計(jì)算，這樣對(duì)主梁來(lái)說(shuō)是偏于保守的，用于計(jì)算主框架梁柱和基礎(chǔ)還是可行的。

試壓時(shí)的沖水荷載可按實(shí)際情況采用。作用在管廊橫梁上的豎向荷載分為集中荷載與分布荷載，對(duì)于直徑不小于500mm的液體管道按集中荷載考慮，在用均布荷載對(duì)管廊進(jìn)行計(jì)算時(shí)，因不同材質(zhì)、管徑、介質(zhì)及壓力使得管道的跨距不同。

3.2 固定支架部分的橫截面設(shè)計(jì)

用于固定的支架部分在管廊的位置上呈現(xiàn)直線、L、T、十字四種類型，對(duì)于管道敷設(shè)部分的的受力分析來(lái)看，因?yàn)樾枰本€型的固定支架來(lái)承擔(dān)水平方向受力，所以在管廊轉(zhuǎn)角處設(shè)有固定支架。對(duì)于固定管架梁應(yīng)按《化工工程管架、管墩設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB51019-2014）的附錄A驗(yàn)算由水平推力產(chǎn)生的扭矩應(yīng)力，在管道對(duì)橫梁產(chǎn)生較大扭矩時(shí)，可設(shè)置垂直于橫梁的平衡梁，采用由對(duì)橫梁的扭矩轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)平衡梁的彎矩以達(dá)到減小對(duì)橫梁扭矩作用。

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補(bǔ)償器的彈性反力標(biāo)準(zhǔn)值∑Fb，關(guān)閉閥門時(shí)，管道的閥門，彎道及盲板等由介質(zhì)產(chǎn)生的內(nèi)壓力標(biāo)準(zhǔn)值∑Fn，管道變形時(shí)在剛性活動(dòng)管架上的摩擦力標(biāo)準(zhǔn)值總和為∑Fmi；柔性活動(dòng)管架彈性反力標(biāo)準(zhǔn)值總和∑Ffi（固定管架至補(bǔ)償器間各柔性活動(dòng)管架的變位反力之和）和地震作用?！艶b和∑Fn應(yīng)由管道（應(yīng)力）專業(yè)計(jì)算，摩擦力則一般由本專業(yè)計(jì)算得出，計(jì)算時(shí)應(yīng)考慮管道間的相互牽制作用。對(duì)常溫管道輸送介質(zhì)的溫度不超過(guò)40℃時(shí)，管道水平推力可不計(jì)算[3]。

4 結(jié)語(yǔ)

在實(shí)際工程中我們應(yīng)多注意這些類似結(jié)構(gòu)布置，計(jì)算方法、規(guī)范理解等方面的細(xì)節(jié)問題，相信對(duì)高效、安全、經(jīng)濟(jì)、合理地進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)管廊設(shè)計(jì)工作能有所幫助。