大跨度管道支架的支撐方案研究

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建立模型

為了更直觀的比較兩種支撐形式對管架受力的影響，因此擬定支架柱及橫梁均為同樣斷面。人字和V形交替支撐按受拉構件設計，人字支撐按受壓構件設計。根據(jù)GB50709-2011鋼鐵企業(yè)管道支架設計規(guī)范的規(guī)定，7度設防時的管道支架支撐長細比限值按受拉桿設計時為300，按受壓桿設計時為200。按此限值初步選定人字和V形交替支撐為∠90×6(長細比為283＜300)，人字支撐為十字組合等邊角鋼2∠90×6(長細比為161＜200);兩種形式的管道支架構件及受力簡圖見圖2。

結果分析

經計算，在支架頂部水平力40kN作用下，兩種支撐形式的支架構件應力比見圖3，節(jié)點位移見圖4。人字和V形交替支撐應力比最大值為0．5，支架位移呈彎曲形，最大節(jié)點位移為頂部9．5mm，與支架高度比值為1/1684，遠小于限值1/400;人字形支撐應力比最大值為0．36，支架位移亦呈彎曲形，最大節(jié)點位移為頂部2．8mm，與支架高度比值為1/5714，亦遠小于限值1/400。因此，兩種支撐形式的支架均滿足應力比及位移限值要求。

結果比較

1)從受力角度來說，兩種支架在柱頂水平力作用下，柱及橫梁應力比十分接近，基本相同;而支撐的最大應力比人字和V形交替支撐為0．5，人字形支撐為0．36。兩者均滿足受力要求，但前者比后者在受力上應力使用的更充分。2)從變形的角度來看，人字和V形交替支撐支架的最大節(jié)點位移與支架高度比值為1/1684，人字形支撐支架的比值為1/5714，雖然前者的最大節(jié)點位移是后者的3．4倍，均滿足1/400的位移限值要求。3)就經濟的角度來說，人字和V形交替支撐的用鋼量僅為人字形支撐用鋼量的50%，由此得出前者更能節(jié)省工程造價。4)從適用性的角度來說，人字形支撐支架不僅適用于單層管道，也適用于雙層甚至多層管道支架，故人字形支撐支架適用性更加廣泛。

結語

實際上，大跨度支架不僅僅在工業(yè)中的管道支架中被用到，在民用建筑乃至體育場館等設計中都會涉及到。如在民用建筑中的鋼與混凝土組合結構中，由于跨度一般情況下都會大于層高，那么支撐的設置就與本論文所述的情況相符合。因此，在大跨度的情況下，在受力、變形、經濟和使用等多方面條件限制下，做好支撐形式的選擇是很有必要的。（本文作者：梁定益 單位：海南省建筑設計院）