综合支吊架的负荷校验方法.docx
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综合支吊架的负荷校验方法
综合支吊架的负荷校验方法
[摘要]在工程中,管道在敷设过程中需要对管道进行固定和支撑,固定或支承管子的构件是支吊架。
当某部位管道密集,考虑工程的整体安全性、经济性、美观性,会使用综合综合支吊架。
本文以重庆万达茂项目为例,在magicad广联达软件的基础下,对综合支吊架的材料选型、受力计算、焊缝验算、锚栓群锚效应计算对行详细的阐述和说明,为以后同类情况的施工工艺方法提供参考和指导。
[关键词]magicad、受力计算、焊缝计算、锚栓计算
0引言
随着重庆沙坪坝西永地区建设如火如荼的进行,大量的住宅、商业综合体、配套游乐旅游设施拔地而起。
各种复杂的设备及机电管线穿插建筑全生命周期,管线的综合排布与支吊架的合理布置施工更加困难,支吊架负载越来越来大。
本文结合万达茂文旅城项目,通过对综合支吊架优化排布,受力计算,检验校核,在综合支吊架可能会出现安全隐患(构件受力、焊缝受力、锚栓受力),进行反复全面校核验算。
使地下室综合支架造型美观、杜绝安全隐患的发生。
1工程概况
重庆万达文旅城万达茂项目位于重沙坪坝区西永片区,项目业态涵盖水乐园、海洋乐园、娱雪乐园及商业步行街。
其中水乐园的水处理系统、海洋乐园的维生系统和商业街地下室区域管线密集、管径变化大,同一支综合支吊架管线数量超过20根,上下排布重叠多达6层,负载超过50KN。
因此考虑到工程的整体安全性、经济性、美观性,各个乐园及商业地下室区域均做综合支吊架,并对每个综合支吊架进行受力检验。
2支吊架选型及受力计算
2.1模型设计
根据设计图及BIM深化图,合理布置支吊架位置,设计支吊架形式;利用magicad广联达软件,通过模型设计、荷载计算、构件验算设计选出最优的支吊架型号,满足安全性及经济性。
本次以水乐园西侧1#综合支吊架为例。
图1支吊架构件模型图2支吊架构件计算模型
2.2管线重量计算
管线自重包含:
管重量+介质重量+保温材料重量,桥架重量+电缆重量,支吊架间距按照4.5m设置,设计重量=单位重量*长度。
表11#综合支吊架管段重量表
序号
管道编号
设计重量
序号
管道编号
设计重量
1
EAS
27.5Kg
9
PL-生活给水管
203.24Kg
2
*Q1
461.3Kg
10
PL-生活给水管
146.6Kg
3
*Q2
461.3Kg
11
ASS
171.39Kg
4
RY1
285.62Kg
12
ASS
171.39Kg
5
RY2
285.62Kg
13
AWCFWS
303.32Kg
6
PL-游乐设备用水
33.63Kg
14
FP-消火栓管
146.74Kg
7
PL-游乐设备用水
171.39Kg
15
15PL-游乐设备用水
611.41Kg
8
PL-游乐设备用水
171.39Kg
16
15PL-游乐设备用水
270.24Kg
2.3支吊架计算
利用利用magicad广联达软件,经过选型设计后,计算出支吊架各部分的弯矩、剪力、轴力、扰度以及支座反力。
图3弯矩图(单位:
N·m)图4剪力图(单位:
N)
图5轴力图(单位:
N)图6扰度图(单位:
mm)
图7支座反力图(单位:
N)
2.4构件验算
2.4.1竖向构件验算(构件标号1为例)
1.竖向构件拟采用C型12.6#槽钢,其材质抗压强度设计值f=215N/mm2,钢材屈服强度值fy=235N/mm2,抗剪强度设计值fv=125N/mm2,长度L=0.79m。
12.6#槽钢截面参数如表2所示。
表212.6#槽钢截面参数表
A(cm2)
Ix(cm4)
Iy(cm4)
ix(cm)
iy(cm)
W1x(cm3)
W2x(cm3)
W1y(cm3)
W2y(cm3)
15.68585
388.526171
38.012831
4.977
1.557
61.670821
61.670821
23.878524
10.251367
2.荷载组合下最大内力
最大弯矩Mmax=1.010161kN.m;最大剪力Vmax=0.749kN;最大轴力Nmax=32.631kN。
3.构件计算
按照压弯、拉弯构件计算,计算长度系数取值:
ux=1,uy=1.77
4.强度验算
拉弯强度按照《GB50017-2017》公式8.1.1:
式中:
N一—轴心拉力或轴心压力;
Mx,My一—同一截面处绕截面主轴x轴和y轴的弯矩;
A——有效净截面面积,应同时考虑局部屈曲、焊接热影响区以及截面孔洞的影响;
Wnx,Wny——对x轴和y轴的有效净截面模量,应同时考虑局部屈曲、焊接热影响区以及截面孔洞的影响;
γx、γy——截面塑性发展系数,其中:
γx=1.05,γy=1.2;
σ=103.11<215n>,强度满足要求。
如此依次对编号01-08的构件进行验算。
2.4.2横向构件验算(构件标号10为例)
1.横向构件拟采用C型12.6#槽钢,其材质抗压强度设计值f=215N/mm2,钢材屈服强度值fy=235N/mm2,抗剪强度设计值fv=125N/mm2,长度L=3.08m。
2.荷载组合下最大内力
最大弯矩Mmax=6.802276kN.m;最大剪力Vmax=15.157kN;最大轴力Nmax=6.56k;最大挠度Dmax=2.32mm;
3.构件验算
按照受弯构件计算,计算长度系数取值:
ux=1,uy=1;
4.强度验算
抗弯强度按照《GB50017-2017》公式8.1.1:
其中:
γx=1.05,γy=1.2;σ=130.57<215n>,强度满足要求。
5.抗剪强度按照《GB50017-2017》公式4.1.2:
τ=76.85<125n>,强度满足要求。
6.梁上翼缘受集中荷载按照《GB50017-2017》公式4.1.3-1验算局部承压强度:
σc=8.83<215n>强度满足要求。
7.折算应力按照《GB50017-2017》公式4.1.4-1验算:
折算应力=133.96<236.5N/mm2,强度满足要求。
8.稳定性验算
稳定性验算按照《GB50017-2017》公式4.2.2验算:
面内稳定应力=165.32<215n>,面内稳定满足要求。
9.挠度验算
挠度按照标准组合:
1.0恒载+1.0活载验算,挠度容许限值取l/200:
计算挠度:
υ=2.32mm<[υ]=15.4mm,挠度满足要求。
如此依次对编号09-12的构件进行验算。
3焊缝验算
1、根据图4剪力图所示,在支吊架最底端杆件12与杆件4连接处:
焊缝承担由杆件12传来的最大剪力Vmax=8.072kN,杆件12与杆件4之间采用斜向45度对接焊缝:
依据:
钢结构设计标准(GB50017-2017)11.2.2-1。
焊脚计算厚度he=5mm;焊缝计算长度lw=126/sin45°-2*5=168mm;
剪力在焊缝上产生的正应力为
=N/(lw*he)=sin45°*8.072*1000/(168*5)=6.8N/mm2;
剪力在焊缝上产生的剪应力
=v/(lw*he)=sin45°*8.072*1000/(168*5)=6.8N/mm2;
折算应力Fw=
=13.6N/mm2≤1.1
=1.1*185=203.5N/mm2;
式中:
——按焊缝有效截面(he)计算,垂直于焊缝长度方向的应力(N/mm2);
——按焊缝有效截面计算,沿焊缝长度方向的剪应力(N/mm2);
he——直角角焊缝的计算厚度(mm),当两焊件间隙b≤1.5mm时,he=0.7hf;1.5mm
lw——角焊缝的计算长度(mm),对每条焊缝取其实际长度减去2h;
结论:
Fw≤1.1
;焊缝连接设计满足要求。
2、根据图4剪力图所示,在支吊架中间位置杆件10与杆件2连接处:
焊缝承担由杆件传来的最大剪力Vmax=15.157kN,杆件10与杆件2之间采用角焊缝对接焊,不考虑杆件10的槽钢腹板与杆件2之间的焊缝的作用,只考槽钢上下翼缘的角焊缝作用,依据:
钢结构设计标准(GB50017-2017)11.2.2-1:
焊脚设计尺寸hf=3mm;直角角焊缝计算厚度he=0.7*3=2.1mm;焊缝计算长度lw=53-2*3=47mm;
属于正面角焊缝,焊缝上产生的应力为Fw=N/(lw*he)=15.157*1000/(4*2.1)=153.6N/mm2≤1.22
=1.22*185=225.7N/mm2
——正面角焊缝的强度设计值增大系数;对承受静力荷载和间接承受动力荷载的结构,β=1.22;对直接承受动力荷载的结构,β=1.0。
结论:
Fw≤1.22
;焊缝连接设计满足要求。
3、根据图4剪力图所示,顶部位置杆件1和5与埋件钢板连接:
其焊缝尺寸如图所示:
图8焊缝尺寸图
由于杆件1的内力比5大,取杆件1验算如下:
(1)最大弯矩Mmax=1.01016kN*m;最大剪力Vmax=0.749kN;最大轴力Nmax=32.631kN;依据:
钢结构设计标准(GB50017-2017)11.2.2-1:
焊脚设计尺寸hf=5mm;直角角焊缝计算厚度he=0.7x5=3.5mm;上下焊缝计算长度lw=53-2x3=47mm;
竖向焊缝计算长度(腹板范围内)lw=126-2*(9+4.5)-2*3=93mm。
焊脚设计尺寸hf=5mm;直角角焊缝计算厚度he=0.7*5=3.5mm;上下焊缝计算长度lw=53-2*3=47mm;
竖向焊缝计算长度(腹板范围内)lw=126-2*(9+4.5)-2*3=93mm。
(2)在轴向拉力N的作用下属于正面角焊缝,焊缝上产生的应力为:
Fw=N/(lw*he)=32.631*1000/[3.5*(47+47+93+93)]=33.3N/mm2≤1.22
=1.22*185=225.7N/mm2
(3)在弯矩M的作用下,上下翼缘属于正面角焊缝Ix=1/12*47*(93+2*3.5)3-1/12*(47-2*3.5)*933=1235477;
=Mmax*h/2/(Ix)=51.5*1.01016*106/[1235477]=42.1N/mm2。
(4)在剪力V的作用下,Sx=47*3.5*(3.5+93)/2+1/2*93*3.5*2*93/2=23073
τmax=749*23073/(1235477*3.5*2)=2.0N/mm2。
(5)则翼缘折算应力为
<
=160N/mm2
结论:
Fw≤
,焊缝连接设计满足要求。
4、顶部位置杆件1与埋件钢板侧面连接情况:
焊缝受力情况如图示
图9焊缝受力图
最大弯矩Mmax=1.01016kN.m;最大剪力Vmax=0.749kN;最大轴力Nmax=32.631kN;
依据:
钢结构设计标准(GB50017-2017)
结果:
τv=0.336N/mm2;τn=9.545N/mm2;τ"m=2.649N/mm2;τ'm=8.501N/mm2;
焊缝强度设计值Ffw=160.000N/mm2;
折算应力Fw=SQRT((τv+τ"m)2+(τn+τ'm)2)=18.291;
结论:
Fw≤Ffw;焊缝连接设计满足要求。
结论:
Fw≤Ffw;焊缝连接设计满足要求。
4锚栓群锚效应计算
1、所用综合支架均使用M12
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