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[摘 要]钢结构架空管道支架属于特种结构，在热力、冶金、化工和石油等工程中广泛应用。架空管道支架一般由管座、管架柱、管架梁（或析架）和基础组成，是管道支架的主要形式，它便于施工、操作、检查、维修、较为经济。本文笔者探讨了钢结构架空管道支架结构设计。
[关键词]钢结构 管道支架 结构设计
中圖分类号：TU8；TU758.7 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）26-048-01
引言
近10年来我国的钢结构工程技术及其应用都有了较大的发展，其重要的条件之一就是我国的钢产量与产品品种稳定而迅速的增长。到1997年的时候，我国的钢产量已经达到了一亿吨，为世界第一。
在现在的钢结构管架的设计中，也经常采用组合截面的形式，组合截面具有承载能力大，变形小的特点，在现在的管架设计中具有越来越重要的地位。在实际的项目中我们也可以采用管结构。管结构构件具有良好的抗压、抗弯、抗扭、抗拉性能，管结构与普通的型钢结构相比，耗钢量低，防腐及维护简单，且费用较少，使用管结构可以节约投资，缩短工期，美观。下面笔者探讨了钢结构架空管道支架结构设计。
一、架空敷设的管架分类及型式
管架是管道的支承结构。管架一般由管座，管架柱（简称柱），管架梁（横梁或纵梁简称梁）和基础组成。管架在管路上按其作用、受力和结构形式的不同，分为固定管架、单向活动管架、双向活动管架及组合式管架等。管架的架空敷设可以分为低管架敷设、中管架敷设以及高管架敷设三种，根据现场的具体情况，选用合适的敷设方式。
1、低架空管架的敷设
当现场环境为山区时，应该尽量采取低管架敷设。管道可延山脚、田埂、围墙等不妨碍交通的地段进行敷设。低管架敷设的保温层外表面至地面的净距一般不宜小于0.5米。低管架敷设时，当管道跨越铁路公路时，可采用n型管道高管架敷设，n型管道可兼作管道补偿器，并且在管道最高处设置弹簧管架和放气装置；管架材料可以选用钢筋混凝土、钢材等材料。
2、中架空管架的敷设
当现场环境为人行交通频繁地段时，应该采用中管架敷设。中管架敷设时，管架保温层外表面至地面的距离一般不小于2.5米，当管道跨越铁路公路时，可采用R型管道高管架敷设，中管架的管架材料一般为钢材、钢筋混凝土、毛石和砖等。
3、高架空管架的敷设
当现场环境为交通要道和管道跨铁路、公路时，都应该采用高管架敷设。高管架敷设时，管道保温层外表面的净距一般为5.0米以上，所选用的材料一般为钢材、钢筋混凝土等。
地上架空管架的敷设的形式：按管架的外形可以分为T型、n型、单层、双层、多层、以及单片平面管架或塔架等形式，如图1所示。为了减少管架的数量，必须加大管架的间距，因而需要采用某些辅助的跨越结构，例如在相邻管架上附加纵横梁、析架、悬索或吊架等，从而构成组合式管架。组合式管架如图2所示。按管架的用途可以分为允许管道在管架上有位移的管架（活动架）和固定管道用的管架（固定管架）。按管架结构力学观点分刚性管架、柔性管架和铰接管架等；按管架的材料分可分为钢管架、钢筋混凝土管架等。
二、架空敷设管架的设计原则
1、共同作用
（1）管架是支承管道的结构，而管道在一定程度上也支承着管架，两者形成一个空间体系而共同工作；
（2）柱顶相当于支承在一个有限变位的弹性支座上，即管道在柱顶处起着支承的作用，因此管架柱的计算长度就比独立的悬臂柱小。
2、牵制作用
（1）多管共架的管线，各管道同时产生温度动作的可能性是不存在的；
（2）在任一个瞬间有温度动作的管道力图推动管架位移，而无温度动作的管道，非但不推动管架位移，反而起着阻止管架位移的作用；
（3）管架承受的实际摩擦力及由此产生的弹性位移值，通过上述作用会有一定的减少，这种结果说明管道之间的不同动作，对管架的受力具有牵制作用。
3、结构选型
（1）管道作用于管架上的水平推力，是由于管道热变形引起的；
（2）活动管架承受水平推力的大小同其结构形式有关，如管架能够适应管道的热变形要求而位移，则受力减小，不适应，则受力增大；
（3）活动管架柱角做成理想铰，则管架便能适应管道的热变形而位移，这样活动管架也就不承受水平推力。
（4）刚性活动管架承受的水平推力大，因其适应热变形的能力差：柔性活动管架承受水平推力小，因其能适应一定的热变形要求；半铰接活动管架承受水平推力就更小，可以忽略不计，因其柱脚被视为铰接，可以任意转动。
三、管架荷载分类
（1）垂直荷载：包括永久荷载和可变荷载。永久荷载：管道内衬保温层重、管道附件重、管道内介质重、管架自重。可变荷载：管内沉积物、试压水重、积灰荷载（管径大于300mm时需考虑，一般不超过0.3kN/m2）、冰雪荷载、平台及走道板上活荷载。
（2）水平荷载：包括纵向荷载和横向荷载（作用）。纵向荷载：管道补偿器反弹力、管道不平衡内压力（如波形补偿器、套管补偿器产生的力）、刚性活动管架的管道摩擦力；柔性活动管架的位移反弹力。横向荷载：风荷载、管道横向位移的摩擦力、拐弯管道或支管传来的水平推力。
（3）特殊荷载：事故水、地震作用。
四、管架基础
管架应按上部结构要求合理选择基础形式。地基基础设计等级可按丙级考虑，可不作变形计算。管架基础一般为双偏心受压构件，按受力大小和作用不同分为无筋扩展基础（素混凝土或毛石混凝土）和钢筋混凝土扩展基础。半铰接管架和摇摆管架可采用无筋扩展基础；固定管架、刚性管架、柔性管架宜采用钢筋混凝土扩展基础。由于垂直荷载较小，水平荷载较大，基础偏心距往往超出基础核心范围，基础与地基之间出现部分脱离（零应力区），所以应控制基础的偏心距。固定管架基础偏心距≤1/5；其他管架基础偏心距≤1/4。一般固定、刚性、柔性管架基础底面受压图形为五边形；一般半铰接管架基础底面受压图形为四边形。当基础偏心距不超出基础核心范围时，基础底面受压图形为基础全面积。
五、结语
总之，管道支架是管道的支撑结构，在实际工程中的使用越来越普遍。同时管架还是一种数量多、分布广的特种结构，因此，管架结构的设计、施工工作做的是否科学，是否更符合实际的工程，对加快社会主义现代化建设速度，节约国家的建设投资，都具有重要意义。
参考文献：
[1] 罗邦富，魏明钟等. 钢结构设计手册（第三版）.北京：中国建筑工业出版社，2003
[2] 曲昭嘉，王瑾. 简明管道支架计算及构造手册[K].北京：机械工业出版社，2002.
[关键词]钢结构 管道支架 结构设计
中圖分类号：TU8；TU758.7 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）26-048-01
引言
近10年来我国的钢结构工程技术及其应用都有了较大的发展，其重要的条件之一就是我国的钢产量与产品品种稳定而迅速的增长。到1997年的时候，我国的钢产量已经达到了一亿吨，为世界第一。
在现在的钢结构管架的设计中，也经常采用组合截面的形式，组合截面具有承载能力大，变形小的特点，在现在的管架设计中具有越来越重要的地位。在实际的项目中我们也可以采用管结构。管结构构件具有良好的抗压、抗弯、抗扭、抗拉性能，管结构与普通的型钢结构相比，耗钢量低，防腐及维护简单，且费用较少，使用管结构可以节约投资，缩短工期，美观。下面笔者探讨了钢结构架空管道支架结构设计。
一、架空敷设的管架分类及型式
管架是管道的支承结构。管架一般由管座，管架柱（简称柱），管架梁（横梁或纵梁简称梁）和基础组成。管架在管路上按其作用、受力和结构形式的不同，分为固定管架、单向活动管架、双向活动管架及组合式管架等。管架的架空敷设可以分为低管架敷设、中管架敷设以及高管架敷设三种，根据现场的具体情况，选用合适的敷设方式。
1、低架空管架的敷设
当现场环境为山区时，应该尽量采取低管架敷设。管道可延山脚、田埂、围墙等不妨碍交通的地段进行敷设。低管架敷设的保温层外表面至地面的净距一般不宜小于0.5米。低管架敷设时，当管道跨越铁路公路时，可采用n型管道高管架敷设，n型管道可兼作管道补偿器，并且在管道最高处设置弹簧管架和放气装置；管架材料可以选用钢筋混凝土、钢材等材料。
2、中架空管架的敷设
当现场环境为人行交通频繁地段时，应该采用中管架敷设。中管架敷设时，管架保温层外表面至地面的距离一般不小于2.5米，当管道跨越铁路公路时，可采用R型管道高管架敷设，中管架的管架材料一般为钢材、钢筋混凝土、毛石和砖等。
3、高架空管架的敷设
当现场环境为交通要道和管道跨铁路、公路时，都应该采用高管架敷设。高管架敷设时，管道保温层外表面的净距一般为5.0米以上，所选用的材料一般为钢材、钢筋混凝土等。
地上架空管架的敷设的形式：按管架的外形可以分为T型、n型、单层、双层、多层、以及单片平面管架或塔架等形式，如图1所示。为了减少管架的数量，必须加大管架的间距，因而需要采用某些辅助的跨越结构，例如在相邻管架上附加纵横梁、析架、悬索或吊架等，从而构成组合式管架。组合式管架如图2所示。按管架的用途可以分为允许管道在管架上有位移的管架（活动架）和固定管道用的管架（固定管架）。按管架结构力学观点分刚性管架、柔性管架和铰接管架等；按管架的材料分可分为钢管架、钢筋混凝土管架等。
二、架空敷设管架的设计原则
1、共同作用
（1）管架是支承管道的结构，而管道在一定程度上也支承着管架，两者形成一个空间体系而共同工作；
（2）柱顶相当于支承在一个有限变位的弹性支座上，即管道在柱顶处起着支承的作用，因此管架柱的计算长度就比独立的悬臂柱小。
2、牵制作用
（1）多管共架的管线，各管道同时产生温度动作的可能性是不存在的；
（2）在任一个瞬间有温度动作的管道力图推动管架位移，而无温度动作的管道，非但不推动管架位移，反而起着阻止管架位移的作用；
（3）管架承受的实际摩擦力及由此产生的弹性位移值，通过上述作用会有一定的减少，这种结果说明管道之间的不同动作，对管架的受力具有牵制作用。
3、结构选型
（1）管道作用于管架上的水平推力，是由于管道热变形引起的；
（2）活动管架承受水平推力的大小同其结构形式有关，如管架能够适应管道的热变形要求而位移，则受力减小，不适应，则受力增大；
（3）活动管架柱角做成理想铰，则管架便能适应管道的热变形而位移，这样活动管架也就不承受水平推力。
（4）刚性活动管架承受的水平推力大，因其适应热变形的能力差：柔性活动管架承受水平推力小，因其能适应一定的热变形要求；半铰接活动管架承受水平推力就更小，可以忽略不计，因其柱脚被视为铰接，可以任意转动。
三、管架荷载分类
（1）垂直荷载：包括永久荷载和可变荷载。永久荷载：管道内衬保温层重、管道附件重、管道内介质重、管架自重。可变荷载：管内沉积物、试压水重、积灰荷载（管径大于300mm时需考虑，一般不超过0.3kN/m2）、冰雪荷载、平台及走道板上活荷载。
（2）水平荷载：包括纵向荷载和横向荷载（作用）。纵向荷载：管道补偿器反弹力、管道不平衡内压力（如波形补偿器、套管补偿器产生的力）、刚性活动管架的管道摩擦力；柔性活动管架的位移反弹力。横向荷载：风荷载、管道横向位移的摩擦力、拐弯管道或支管传来的水平推力。
（3）特殊荷载：事故水、地震作用。
四、管架基础
管架应按上部结构要求合理选择基础形式。地基基础设计等级可按丙级考虑，可不作变形计算。管架基础一般为双偏心受压构件，按受力大小和作用不同分为无筋扩展基础（素混凝土或毛石混凝土）和钢筋混凝土扩展基础。半铰接管架和摇摆管架可采用无筋扩展基础；固定管架、刚性管架、柔性管架宜采用钢筋混凝土扩展基础。由于垂直荷载较小，水平荷载较大，基础偏心距往往超出基础核心范围，基础与地基之间出现部分脱离（零应力区），所以应控制基础的偏心距。固定管架基础偏心距≤1/5；其他管架基础偏心距≤1/4。一般固定、刚性、柔性管架基础底面受压图形为五边形；一般半铰接管架基础底面受压图形为四边形。当基础偏心距不超出基础核心范围时，基础底面受压图形为基础全面积。
五、结语
总之，管道支架是管道的支撑结构，在实际工程中的使用越来越普遍。同时管架还是一种数量多、分布广的特种结构，因此，管架结构的设计、施工工作做的是否科学，是否更符合实际的工程，对加快社会主义现代化建设速度，节约国家的建设投资，都具有重要意义。
参考文献：
[1] 罗邦富，魏明钟等. 钢结构设计手册（第三版）.北京：中国建筑工业出版社，2003
[2] 曲昭嘉，王瑾. 简明管道支架计算及构造手册[K].北京：机械工业出版社，2002.