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，设计重量二单位重量*长度。i=jIi=jI三m1#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1EAS27.5Kg9PL-生活给水管203.24Kg2*Q1461.3Kg10PL-生活给水管146.6Kg3*Q2461.3Kg11ASS171.39Kg4RY1285.62Kg12ASS171.39Kg5RY2285.62Kg13AWCFWS303.32Kg6PL-游乐设备用水33.63Kg14FP-消火栓管146.74Kg7PL-游乐设备用水171.39Kg1515PL-游乐设备用水611.41Kg8PL-游乐设备用水171.39Kg1615PL-游乐设备用水270.24Kg2.3支吊架计算经过选型设计后，计算出支吊架各部分的弯矩、剪力、利用利用magicad广联达软件，图5轴力图（单位：N）图6扰度图（单位：mm）75.A775.A7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)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/mm?，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)15.68585388.52617138.0128314.9771.55761.67082161.67082123.87852410.251367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。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强度验算拉弯强度按照《GB50017-2017》公式8.1.1：NM,M=—+ +式中：N一一轴心拉力或轴心压力；Mx,My一一同一截面处绕截面主轴x轴和y轴的弯矩；A一一有效净截面面积，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；Yx、yy一一截面塑性发展系数，其中：yx=1.05,yy=1.2；o=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）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。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；构件验算按照受弯构件计算，计算长度系数取值：ux=1，uy=1；强度验算抗弯强度按照《GB50017-2017》公式8.1.1：其中：yx=1.05，yy=1.2；o=130.57<215n>，强度满足要求。抗剪强度按照《GB50017-2017》公式4.1.2：r二皆s瓦T=76.85<125n>，强度满足要求。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：oc=8.83<215n>强度满足要求。折算应力按照《GB50017-2017》公式4.1.4-1验算：4-0^—0*17^4-3F2折算应力=133.96<236.5N/mm2,强度满足要求。稳定性验算稳定性验算按照《GB50017-2017》公式4.2.2验算：面内稳定应力二165.32<215n>，面内稳定满足要求。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1/200：计算挠度：u=2.32mm<[u]=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1w=126/sin45°-2*5=168mm；剪力在焊缝上产生的正应力为”=N/(1w*he)=sin45°*8.072*1000/(168*5)=6.8N/mm2；剪力在焊缝上产生的剪应力；=v/(1w*he)=sin45°*8.072*1000/(168*5)=6.8N/mm2；折算应力Fw= =13.6N/mm2W1.1「 =1.1*185=203.5N/mm2；式中：门一一按焊缝有效截面(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bW1.5mm时，he=0.7hf；1.5mmlw—一角焊缝的计算长度(mm)，对每条焊缝取其实际长度减去2h；FWf*结论：FwW1.1・’；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)二153.6N/mm2W1.22, =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，B=1.22；对直接承受动力荷载的结构，B=1.0。结论：FwW1.22；；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：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。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<1.22二1.22*185=225.7N/mm2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。在剪力V的作用下，Sx=47*3.5*(3.5+93)/2+1/2*93*3.5*2*93/2=23073Tmax=749*23073/(1235477*3.5*2)=2.0N/mm2。(5)则翼缘折算应力为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：tv=0.336N/mm2；Tn=9.545N/mm2；T〃m=2.649N/mm2；T‘m=8.501N/mm2；焊缝强度设计值Ffw=160.000N/mm2；折算应力Fw=SQRT（（Tv+T〃m）2+（Tn+T‘m）2）=18.291；结论：FwWFfw；焊缝连接设计满足要求。结论：FwWFfw；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M12/18*120锚栓，最大弯矩Mmax=1.01016kN.m；最大剪力Vmax=0.749kN；最大轴力Nmax=32.631kN。2、 锚栓刚才承载力验算（ft*、fV*查碳钢及合金钢锚栓钢材强度设计指标）锚栓钢材受拉承载力设计值：「二二'质.C耳*二小UW锚栓钢材受剪承载力设计值：、=' "14"="：：|_'|KV锚栓钢材满足要求。3、 锚栓12#有效锚固深度dh=80mm，锚栓最小边距、N0.8dh=64mm，临界边界C2N1.5dh=120mm，群锚最小间距SminNdh=80mm，临界间距-N3*dh=240mm。单个锚栓引起的基材混凝土呈锥形受拉破坏的锥体投影面积基准值:A〉二S己..V二24Q2二57&OOninci'.相』二IF1+也％估凯浏)二1/(1+2*9/240)=0.84W1如建n=0.95*0.84*1=0.789；基材混凝土的受拉承载力设计值：：：="'」$查《混凝土结构设计规范》GB50010-2010所得。L=2.8*0.9*0.789*E90*90=88.2KN基材混凝土的受剪承载力设计值：'、’ =0.18*0.8732* *_4n'•I，'