重型管线支吊架是指直径在300以上或200及以上多根水管综合支吊架统称为重型管线支吊架,重型水管支吊架如果一个出现破坏,管线重量会向相邻支吊架转移,形成管线连续塌落的多米诺骨牌效应,因此要引起高度重视。
下面对已开业某广场机电管线支吊架加固方案编制要求进行交底。
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水管支吊架变形原因分析(专家论证会意见)
1 水管支吊架变形现象目前比较常见,冷冻水管、热力管等冷媒、热媒管道,受到管内介质、温度的影响,管道会产生收缩或膨胀变形,变形位移会对支吊架产生水平力,若设计、施工不合理,将造成支吊架出现变形及扭转
2 管线综合支吊架钢结构托梁选型不满足要求,或有温差的水管、供水主干管与回水主干管在同一支架上,在承担较大荷载或受到水平力影响时,因刚度不足或抗扭能力弱,可能导致构件发生下弯或扭转变形
总结支吊架破坏形式与原因分析
1 支吊架与结构主体连接的螺栓数量不足或材料强度不合格,螺栓断裂拔出
2 支吊架钢结构托梁刚度不足,发生下挠、扭转,承重失效
3 支吊架钢结构构件连接部位固定不牢、脱开
4 供冷供热水管受到管内介质、温度的影响,水管会产生收缩或膨胀变形,变形位移会对支吊架产生水平力,若设计、施工不合理,将造成支吊架出现变形及扭转,冷热水管木垫滑移、脱出,螺栓破坏
5 承压水管延水流方向,水击对管路的动态冲击,造成支吊架破坏
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支吊架钢结构托梁刚度不足,发生下挠、扭转,承重失效
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水管变形位移对支吊架产生水平力
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承压水管延水流方向,水击对管路动态冲击造成支吊架破坏
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1. 支吊架最不利部位选取
要求对现场支吊架所有区域进行踏勘,尤其是重型管线支吊架,主要分布在地下室制冷机房、消防泵房、生活水泵房、换热站等部位,管道从机房内出来后,经板下水平转换,分批通往竖向管井,管道自竖向管井至各楼层及屋面。从机房到竖向管井的管道水平路由就是支架设置的关键部位,冷冻机房中通往冷却塔的冷却水管(直径一般在500~800mm)支吊架是检查的重中之重。应对现场变形明显、计算复核不满足设计要求及冷热水管变形补偿现场措施进行全面排查
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2. 支吊架现场设计信息记录
1)已完工项目,支吊架设计条件在核对图纸前提下,现场实际勘察对管道布置及支吊架信息,避免设计图纸与实际存在偏差
2)信息记录
管道型号、直径、保温
管道与支吊架定位关系
支吊架型式、构件规格
支吊架与主体连接方式,每根吊杆螺栓数量、直径、布置
埋板(如有)规格
支吊架间距
固定支架、温度补偿器、导向支架设置安装情况(复核设计要求及现场情况)
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3. 支吊架结构计算
A 设计参数
1) 依据《室内管道支架及吊架》03S402,荷载取值及分项系数:竖向和水平荷载均取1.35。
2) 水平摩擦力取垂直荷载的0.3倍。

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注:保温材料重量空调风管不小于100kg/m3(按岩棉考虑),水管不小于50kg/m3(按橡塑泡沫考虑)。
3) 地震荷载取值依据《建筑机电工程抗震设计规范》GB 50981-2014

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4) 地震作用的荷载组合
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注:管道抗震通过构造措施(设置斜撑)来满足,可以不带入组合计算
B 钢构计算
依据:《钢结构设计标准》GB 50017-2017
1)可以使用程序计算钢构件的应力比,挠度(≤L/200)
2)应同时考虑平面内弯曲应力、平面外弯曲应力及稳定应力
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注:管道直径≥300时,应采用热轧型钢;受力较大时应采用双拼槽钢或H型钢(对称截面)
C 螺栓计算
依据: 《室内管道支架及吊架》03S402

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小直径管道支吊架直接采用图集中的推荐数值
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1、小直径管自重轻,水平摩擦力小,对膨胀螺栓的影响小
2、但是对大直径管,水平摩擦力对膨胀螺栓的影响不能忽略,螺栓处于拉力、剪力、弯矩的共同作用,必须按JGJ 145-2013中公式进行计算
计算依据: 《混凝土结构后锚固技术规程》JGJ 145-2013
第一步:
计算出在拉力和弯矩作用下,螺栓受到的最大拉力值及受拉区总拉力值

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第二步:
计算出
1)螺栓杆体受拉破坏模式
2)混凝土锥体受拉破坏模式的承载力

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第三步:
计算出
1)螺栓杆体受剪破坏模式
2)混凝土边缘锥体受剪破坏模式的受剪承载力

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第四步:拉剪复合受力的承载力验算
1)钢材破坏承载力验算
2)混凝土破坏承载力验算

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以上计算内容,目前有专用软件可以计算
直径≥300的多管道支吊架或大直径单管支吊架,必须用双架模式,支座端可设定为铰接,从而简化计算,螺栓群可按拉剪模式计算,不考虑弯矩影响。

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注:距离混凝土梁边缘至少≥200mm
膨胀螺栓承载力设计取值:
以国家标准图《室内管道支架及吊架》(03S402)中表6的取值做为膨胀螺栓承载力设计参考;膨胀螺栓同时应按《混凝土结构后锚固技术规程》(JGJ 145-2013)等国家规范进行设计;取两者较小值作为膨胀螺栓承载力设计取值。
4. 冷暖水管变形量计算及变形补偿措施
1) 冷热水管因温差变形对支吊架受力有较大影响,供冷供热水管必须通过自然补偿、设置补偿器等措施进行补偿设计
2) 设置补偿器时,应保证补偿器、固定支架、导向支架安装体系的匹配,以上设施的位置、变形补偿量应在施工图中明确
3) 管线固定支架的水平推力应在计算书中明确,作为支吊架设计依据
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5. 加固支吊架设计原则
1) 轻微变形支吊架,考虑承载力一定折减后,增设支吊架卸荷
2) 支吊架变形较大判定为不具备继续承载能力,原位附近增加支吊架
3) 重型管线支吊架固定位置应布置在梁侧,不允许固定在板下,避免螺杆拉脱
4) 大商业机房内大直径冷却水及管径300mm及以上冷冻水管线设置落地支架
5) 重型管线支吊架应在一定间距内设置落地支架,作为防倒塌措施
6) 重型管线支吊架,不应设为单榀支吊架,应为双架模式
7) 支吊架螺栓数量不足或托梁强度不足的,原则不在原支吊架上增设拉杆。以增加新吊架,加密支吊架间距卸荷方式解决
8) 重型管线支吊架钢结构构件原则不用槽钢,使用槽钢要加肋板抗扭
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6. 设计及计算书成果
1) 提供地下室支吊架布置平面图,标注管线布置(标注直径、线路)、已安装支吊架、变形支吊架、新增支吊架、固定支架、限位支架、温度补偿器位置
2) 滑动支吊架、埋板、焊缝、固定支吊架、限位支吊架、温度补偿器构造做法
3) 计算书应对包括且不限于所有直径在300以上水管支吊架及多水管综合支吊架结构进行复核(螺栓数量、支吊架钢结构构件抗弯、抗剪、抗扭、挠度、埋板、焊缝、螺栓与结构位置关系)
4) 结构计算书由设计单位复核确认
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黑色支架标注位置为DN700冷却水管支架位置,红色支架标注位置为DN300冷却水管支架位置

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1. 材料选择
1) 螺栓应选择知名品牌、质量有保证的螺栓,建议重型管线支吊架膨胀螺栓可选择扩底机械螺栓
2) 钢结构应选用热轧型钢
3) 钢结构防腐防锈处理到位
4) 后锚固埋件埋板应采用机械开孔,开孔尺寸应与螺栓相匹配(一般为孔径=螺栓直径 2mm);不允许长条孔,螺栓中心距埋板边不小于2d(d—螺栓直径)
2. 支吊架安装要求
1) 原支吊架、新装支吊架管道与支吊架紧密支顶间不得存在间隙,管道抱箍与绝缘垫紧密结合,有防松脱措施,应考虑新老支吊架共同受力的有效措施,目前水管处于满水工作状态,不允许采用千斤顶直接支顶,避免对水管造成破坏
2) 木质绝缘垫应与支吊架托梁通过螺杆等方式固定牢靠的措施
3) 后锚固的连接位置位于梁侧时,其应位于混凝土梁中间1/3处,且最下一排机械锚栓距离梁底的距离不小于200mm。位于柱侧时,应尽量位于柱水平方向的中部,且最外一侧机械锚栓距离柱边的距离不小于150mm
4) 支吊架制作完成后,应用钢刷纱布除锈,再进行刷漆处理
5) 支吊架制作时,型钢采用机械切割,切割边缘处应打磨处理
6) 支吊架焊接应采用角焊缝满焊,焊缝高度应与较薄焊接件厚度相同,焊缝饱满、均匀,不应出现漏焊、夹渣、裂纹、咬肉等现象,采用圆钢吊杆时,与吊架根部焊接长度应大于6倍的吊杆直径,双面焊
7) 冷(热)媒水、冷却水系统管道机房内总、干管的支吊架,应采用承重防晃管架,与设备连接的管道管架宜采取减振措施。当水平支管的管架采用单杆吊架时,应在系统管道的起始点、阀门、三通、弯头处及长度每隔15m 处设置承重防晃支吊架
8) 有热位移的管道吊架,其吊架应向热膨胀或冷收缩的反方向偏移安装,偏移量为1/2的膨胀值或收缩值
3. 温度补偿器设置
冷热水管位移量与水管长度、安装时水管温度与充水后水温差有关,水管安装完毕后,需及时将冷冻水管的补偿器限位螺栓的内螺母松开,预留变形量应根据热涨或冷缩的变形反方向设置,螺母向内还是向外松开,应按厂家说明执行。补偿器螺杆未打开、设置方向错误、补偿器体系设置不到位,反而会对支吊架造成更大的变形。设有补偿器的管道应设置固定支架和导向支架,形式和位置应符合设计要求(排查图纸与现场是否匹配,补偿器拉杆是否释放)
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4. 管井内固定支架(火箭座)
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