浅谈工业设计中常用管架结构形式的论文

浅谈工业设计中常用管架结构形式的论文浅谈工业设计中常用管架结构形式管架是工业厂房中支撑管道的主要结构，量大面广，它分布并联系着整个厂区的各个装置。所以，对管架结构的设计应该从技术先进、经济合理、安全可靠、美观实用的原则出发，力求减少重复劳动量，优先采用标准化设计或现有通用图集。同时，设计管架时，应与工艺与管道等专业共同商讨，合理确定管架的平面布置、立面高度和跨度。力争达到较好的经济、实用和美观的效果。一、管架的选型管架的选型应根据所设计厂房的规模、建设周期、甲方可控的工程造价、当地现有施工条件，并结合设计中管道布置、不同形式管架结构的受力特点等综合比较后确定。一般管廊式管架有三种结构形式：钢结构管架、混凝土结构管架、混凝土结构与钢结构混合式管架。1、钢结构管架：材料多采用h型钢、无缝圆钢管等钢结构。结构形式多为桁架式、纵梁式。由于支撑管道、管线较多，并适应改建、扩建的需要，且钢结构管架建设周期短、外观轻巧美观，所以近年来应用广泛。钢结构管架的缺点是：后期防火、防腐等维护的费用较高，所以造价高；横向刚度较小，需要设置横向支撑，在固定管架处，若横向推力较大，道路或工艺不容许设置横向支撑，则管架柱的截面比较大。2、混凝土结构管架：混凝土结构管架整体造价比较低，建成后几乎无维护费用。横向框架为整体现浇式，则横向刚度大，且混凝土材料本省耐腐蚀性能好。缺点是：施工、建设周期长，且改、扩建能力差。所以全混凝土管廊式管架现在应用不多。11665.COm3、混凝土结构与钢结构混合式管架：即横向采用混凝土结构、纵向联系构件采用钢梁或钢桁架的结构形式。此种结构形式的优点为：横向刚度大、管架柱耐腐蚀性能好；且一定的钢结构施工便捷、建设周期短，整体造价介于钢结构域混凝土结构之间。此种形式的管架当前应用比较广泛。缺点是：由于大中型厂区内管线较多、管架较高。多为2层，甚至3或4层。此种管架形式横向混凝土结构施工时现浇需要高支模，施工较为不便，且混凝土柱侧面预留用于纵向联系构件及柱间支撑的埋件较多，埋件的制作及施工，容易造成遗漏。当前结构设计中还有一种混合结构形式：即横向框架下部采用现浇混凝土框架结构，上部采用钢框架结构，纵向采用空腹桁架代替钢纵梁。此种结构形式下部为混凝土结构，防火防腐维护费用低，且横向刚度大；由于混凝土柱高度有限，不用高支模，且上部为钢结构，直接与纵向联系构件相连，柱侧无埋件；纵向空腹桁架为工厂预制，施工安装方便；另外纵向联系构件采用空腹桁架代替钢纵梁，截面更加经济合理，进一步降低造价，且外形轻巧简洁、美观大方。二、管架的受力特征下面对全钢结构管架，即横向钢框架，纵向钢梁的管架〔简称ⅰ型〕、横向混凝土框架，纵向钢梁的管架〔简称ⅱ型〕、横向下部混凝土框架，上部钢框架，纵向空腹桁架的管架〔简称ⅲ型〕三种管架在结构形式、结构受力及施工安装上进行详细比较。三种管架均按相同横向及纵向进行布置，按项目中最普遍的布置，取横向跨度5米，纵向柱距9米，每3米布置一个中间横梁，并设置水平支撑。由于纵向温度区段、固定管架布置、柱间支撑布置均相同，在此只取一个柱距为计算单元。结构形式如以下图：2.1、结构受力特性对比表-1三种形式管架力学特性对比2.1.1、横向受力特点横向管架受侧向荷载后，其弯矩图如此图-6。从图中可以看出，下层柱和第一层梁所受弯矩较大，而上层柱和上层梁弯矩很小。三种管架横向抗侧移刚度见表-1，从表中可以看出，ⅲ型管架横向抗侧移刚度最大，ⅱ型其次，ⅰ型最小，仅为ⅱ型的1/3，ⅲ型的1/4。ⅱ型、ⅲ型采用混凝土现浇框架抵抗侧向荷载，整体性好，侧向刚度大，而ⅰ型横向采用钢结构抵抗侧向荷载，同ⅱ型、ⅲ型比较，侧向刚度小很多。ⅰ型管架下部刚度不足，ⅱ型管架上部刚度过度，而ⅲ型管架横向下部为刚度较大的混凝土框架，上部为刚度较小的钢框架，与弯矩图分布一致，符合这一受力特点。图-6管架横向受力特点2.1.2、纵向受力特点纵向联系梁为拉弯或压弯构件，其跨度一般较大，因而其截面一般不由强度控制，而由竖向挠度控制〔1/400〕，为了将挠度控制在1/400以内，通常其截面会比较大。采用空腹桁架这种结构形式后，改变了其传力路径，上弦为小偏心压弯构件，计算长度为3米，腹杆及下弦杆均为轴心受力构件，截面利用率更高层次，受力更合理。从表-1中可以看出，ⅰ型、ⅱ型纵向联系构件均为钢纵梁，其竖向刚度相同，ⅲ型纵向联系构件采用空腹桁架，其竖向刚度大幅增加，是前者的5.6倍之多，此时挠度不起控制作用，将由截面材料强度起控制作用，达到了充分利用材料强度的目的。2.2、施工安装对比三种管架形式的施工、制做、安装方式如表-3。从表中可以看出，ⅰ型无混凝土工程〔由于三种结构形式基础是一样的，在此只讨论上部结构〕，钢柱钢梁工厂预制，现场只需完成横向纵向钢柱钢梁的组装，施工速度快，周期短。ⅱ型纵向钢梁在工厂预制，横向混凝土框架需现场浇筑，由于混凝土柱比较高，属高支模，需要方案审批。纵向联系钢梁待混凝土达到强度后方可安装，施工速度较慢.ⅲ型横向下部混凝土框架需现场浇筑，高度较低，不需高支模。横向钢框架、纵向空腹桁架均作为一个标准构件在工厂预制，大量的构件制作工作在工厂完成。上部钢柱与下部混凝土柱采用2颗螺栓铰接链接，纵向空腹桁架与横向钢框架采用普通焊接连接，没有梁柱连接节点，施工较为方便，其施工速度介于ⅰ型、ⅱ型之间本文由论文联盟http收集整理3、结论本文介绍了管架的选型原则，论述了工业建筑中管廊式管架三种结构形式的适用范围和优缺点。在此基础上，结合实际工程经验，提出了一种更为优化的钢与混凝土组合的结构形式，并在结构形式、受力特性、材料用量及施工安装各方面进行了对比，结论如下：ⅱ型管架其受