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支吊架受力分析及选型的标准控制程序(二)

发布时间:2023-03-28 00:34 来源:网络
 你要的施工工艺动画,五秒钟后到达战场!扫上方二维码,直达中天百宝箱哦!作者:集团标准化部/柴正昕、中天五建/倪小建

随着时代发展,现代建筑功能逐渐复杂,室内管线也变得错综复杂,用到的支吊架更多的是联合支架,大型支架,这些支架如何选型大多凭借工程师现场经验,所以会在支吊架选型中出现各种安全隐患。如何从源头去减少因支架选型失误而引起的隐患,引入模块化的支吊架受力分析及选型标准势在必行。

01.

支架作用分类及规定

常见的支架按作用分类可分为滑动(活动)支架、防晃支架等,以及流动冷热介质的管道要用到的固定支架、导向支架等。

各类支架载荷有关规定如下:1 )滑动支架依据03S402《室内管道支架及吊架》:支架垂直载荷:采用管架间距的标准荷载乘1.35的荷载分析系数;支架水平载荷:按垂直载荷的0.3倍计算。即滑动支架不仅受到垂直方向的荷载,还要受到水平方向的摩擦力;摩擦因数:钢管与型钢为0.3,滚动时0.1;塑料管与型钢摩擦因数为0.2;水平力要求严格控制的支架,应设聚四氟乙烯板,厚度为1.5mm,摩擦因数0.1。2 )防晃支架(1)设置部位:① 水管:根据GB 50974-2014《消防给水及消火栓系统技术规范》1)配水管宜在中点设一个防晃支架,但当管径小于DN50时可不设;2)配水干管及配水管,配水支管的长度超过15m,每15m长度内应至少设1个防晃支架,但当管径不大于DN40可不设;3)管径大于DN50的管道拐弯、三通及四通位置处应设一个防晃支架。

② 风管:

根据GB 50243-2016《通风与空调工程施工质量验收规范》:

悬吊的水平主、干风管长度超过20m时,应设置防晃支架或防止摆动的固定点。

③ 桥架:电缆桥架一般20米设置一个防晃支架。2)载荷规定:支架垂直载荷:同滑动支架。支架水平载荷:根据GB 50974-2014《消防给水及消火栓系统技术规范》,防晃支架的强度,应满足管道、配件及管内水的重量再加50%的水平方向推力时不损坏或不产生永久变形。3)固定支架固定支架的受力较为复杂,此处只做一概述:受到补偿器内压推力、盲板内压推力、补偿器弹性力及摩擦力的影响;但当使用内压平衡式补偿器时,其补偿器内压推力及盲板内压推力可忽略。(1)采暖、热力管道:实际项目中应按照设计图纸及相关规范执行。(2)建筑热水管道:当利用管材本身允许的变形量解决温度引起的伸缩量,固定支架的间距必须符合下表要求:

管材

PP-R

PEX

PB

PAP

间距

3.0

3.0

6.0

3.0

当塑料管直线管段长度大于上表,铜管、不锈钢管与衬塑钢管的直线管段长度大于20m时,应设伸缩器,并按补偿器补偿距离不超过三分之二来合理确定固定支架的间距。

4)导向支架

常设于补偿器附近、固定支架之间。

当采用轴向波纹管补偿器时,第一个导向支架与补偿器的距离不应大于4倍管道公称直径,第二个导向支架与第一个导向支架的距离不应大于14倍管道公称直径,其余导向支架的间距可与活动支架的间距相同。

当采用方形补偿器时,导向支架距离补偿器为40倍公称直径,中间可加设滑动支架补强。

其受力计算参照滑动支架执行。

02.

支吊架型钢受力分析及选型

对于复杂支架,常规算法难以计算,推荐使用有限元软件进行受力分析,以下以Solidworks软件为例。

1)导入软件

导入到受力软件有以下方法:

(1)受力软件中直接建模

直接在受力分析软件中建模,优点是模型不易出现模型接触面异常等情况;缺点是重复建模,操作较为繁琐。

(2)BIM支架模型直接导入受力分析软件

将支架从BIM模型中隔离后,直接导入到受力分析软件,方便快捷。

2)软件操作

(1)材料赋予

我们传统使用的型钢都为Q235钢材,即普通碳钢。我们将支架材质属性定义为普通碳钢;此时,支架会自动被赋予普通碳钢的材料属性。

(2)夹具固定

因为支架是通过钢板与主体固定的,所以我们可以假设认为钢板是固定不动的,将钢板设置为固定体。此时,软件默认钢板为固定的受力处。

(3)分割受力面

因为在实际情况中,支架各处受力为集中受力,而非均布荷载;所以在软件中,我们应按照支架受力位置,逐一分割出受力面,与实际对应。

(4)加载力

将各垂直荷载及水平荷载加到对应的受力面上。

3)运行软件及受力分析

(1)应力分析

软件自动分析后,会形成应力云图,并生成不同颜色对应不同的应力范围。软件会在材料极限允许应力处标出箭头,材料应力必须在材料允许范围内。

注:左侧箭头所指处,实际应力已经大于材料的屈服强度235MPa,支架会发生永久形变。

(2)形变分析软件分析后,会自动计算支架形变量,并将不同位移值按不同颜色表示,支架形变量必须在允许范围内。

03.

计算举例

1 )某使用预埋件固定吸顶滑动支架计算举例

设某处地下室有3趟DN150的消火栓管道,及一趟600*200的桥架通过,该地区需考虑地震;

现需设计滑动支架,假设管道每5m设一支架,桥架每2m设置支架,两者重合处设联合支架;

支架型钢现有两种方案:

① 方案一全部考虑为8#槽钢,

② 方案二立柱及下部横担选用10#槽钢,

支架截面按下图布置:

求出管道、桥架重量及支架载荷;根据图集《03S402》规定:管道重量按10%系数附加,垂直载荷按1.35考虑,水平载荷按0.3系数考虑;结果如下:

得支架水平载荷为2600N,总垂直载荷为13700N。

支架形式为龙门吊,每个吊杆处设预埋锚固件,按规定每个锚固件至少设4根锚筋,锚筋暂定为10号二级钢筋。

(1)预埋锚固件计算

钢板厚度t为:≥6mm且≥0.6d=0.6*10=6mm。为安全起见,取钢板厚度为10mm。

则为t/d为10/10=1,查表1,对应的钢筋受力f拉为16.556kN;

锚筋最小长度为Lmin应≥20d=200且大于250mm,则取锚筋Lˊ长度为250mm。

锚筋当量长度为L=35d=350。

折减系数为:

因为该地区位于震区,需要考虑抗震系数,则锚筋数量:=13700/(0.71*16556*0.8)=1.46根,取2根。实际锚筋数量为4*2=12根,安全系数为8/1.46=5.4倍。拟设型钢立柱规格为8#或10#,则钢板大小=50*2+100=200mm。锚筋间距:S≥3d=30且≥45mm;且S/8≤10mm,取S为80。锚筋至钢板边缘为60mm,符合≥20且≥2d=20mm。锚筋及钢板位置见下图:

 (2)软件计算支架应力及形变

加载力、固定钢板、分割受力面;支架应力分析云图。

①方案一:全部考虑为8#槽钢

上图中可见:支架最大应力处为307N/m㎡大于材料屈服力极限235Mpa,材料会发生永久的屈服变形,说明型钢选型不合格;上图结果说明方案一选用8#槽钢不合格,我们改用方案二模拟:②方案二:立柱及下部横担选用10#槽钢上图中可见,支架最大应力处为207N/mm2,小于材料屈服力极限235Mpa;支架应力超过100MPa的范围在立柱边缘处,说明受力最大处在立杆上;支架其余大部分区域在蓝绿色范围内;支架选型安全。支架位移云图

此图中可见,整个支架最大形变量为11.7mm,最大位移发生在支架底部。

综上,该支架采用200*200*8的预埋钢板,配2*2根长度为250mm的10号二级钢筋,支架采用外围10#槽钢及内部横担8#槽钢的组合,安全合理。

2)某防晃支架计算举例

假设继续在上述管线中,要设一段防晃支架;(1)预埋锚固件计算:同上述案例。

(2)支架型钢选型、应力及应变计算:根据GB 50974-2014《消防给水及消火栓系统技术规范》:防晃支架的强度,应满足管道、配件及管内水的重量再加50%的水平方向推力时不损坏或不产生永久变形,此时支架垂直载荷同上,水平载荷变为2550N若继续使用上述支架作为防晃支架,进行受力分析,结果如下:

图中可见,支架最大应力处为365N/m㎡,大于材料屈服力极限235Mpa,材料会发生永久的屈服变形;支架应力超过应力范围的位置在立柱边缘处。因此,上述支架不能作为防晃支架使用;我们重新设计防晃支架;在原有滑动支架的基础上,两边各加56*4的角钢斜撑。使用软件进行受力分析,支架应力云图如下:上图中可见,支架最大应力处为160N/mm2,小于材料屈服力极限235Mpa;支架应力超过50MPa的范围在受水平力的横担及与斜撑的连接部上,受力最大处在斜撑连接部上;支架其余大部分区域在蓝色范围内;支架选型安全。

支架位移云图:

此图中可见,整个支架最大形变量为2.9mm,最大位移发生在支架底部,位移极小,满足防晃支要求。未经允许请勿擅自转载-

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